JP3437832B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
成膜方法及び成膜装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル酸化膜を
堆積させるための成膜方法及び成膜装置に関する。
堆積させるための成膜方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は、半導体デバイスが高密度化及び高集積化
するに伴ってその仕様、すなわちデザインルールが年々
厳しくなっており、例えばデバイス中のキャパシタの絶
縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜などに対
しても更なる薄膜化が要求され、これと同時に更に高い
絶縁性が要求されている。
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は、半導体デバイスが高密度化及び高集積化
するに伴ってその仕様、すなわちデザインルールが年々
厳しくなっており、例えばデバイス中のキャパシタの絶
縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜などに対
しても更なる薄膜化が要求され、これと同時に更に高い
絶縁性が要求されている。
【０００３】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えばタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）等が用
いられる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼
性の高い絶縁性を発揮できる。この金属酸化膜を形成す
るには、例えばタンタル酸化膜を形成する場合を例にと
って説明すると、成膜用の原料として、タンタルの金属
アルコキシドであるペントエトキシタンタル（以下、Ｐ
ＥＴとも称す）（Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、これ
を気化装置で気化して半導体ウエハを例えば４１０℃程
度のプロセス温度に維持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
によりタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）を積層させてい
る。
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えばタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）等が用
いられる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼
性の高い絶縁性を発揮できる。この金属酸化膜を形成す
るには、例えばタンタル酸化膜を形成する場合を例にと
って説明すると、成膜用の原料として、タンタルの金属
アルコキシドであるペントエトキシタンタル（以下、Ｐ
ＥＴとも称す）（Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、これ
を気化装置で気化して半導体ウエハを例えば４１０℃程
度のプロセス温度に維持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（Ｃ
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によりタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）を積層させてい
る。
【０００４】このタンタル酸化膜をゲート絶縁膜等に用
いる時のキャパシタ構造の一例は図１０に示すようにな
されている。すなわち、例えばシリコン基板等よりなる
半導体ウエハＷの表面に、ソース２とドレイン４が形成
されており、このソース２とドレイン４との間の表面
に、ＳｉＯ2 或いはＳｉＯＮまたは両者の混合物よりな
る界面膜６を介してＴａ2 Ｏ5 よりなるタンタル酸化膜
８をゲート絶縁膜として形成している。そして、このタ
ンタル酸化膜８上に、ゲート電極との化学反応を防止す
るためのバリヤメタル層である例えばＴｉＮ膜１０を介
して例えばＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）
よりなるゲート電極１２を積層して、キャパシタが構成
される。上記タンタル酸化膜８の下地の界面膜６は、こ
のタンタル酸化膜８の界面準位密度を所定の範囲内に押
さえ込む必要から下層のシリコン面との整合を図るため
に必要不可欠な膜である。
いる時のキャパシタ構造の一例は図１０に示すようにな
されている。すなわち、例えばシリコン基板等よりなる
半導体ウエハＷの表面に、ソース２とドレイン４が形成
されており、このソース２とドレイン４との間の表面
に、ＳｉＯ2 或いはＳｉＯＮまたは両者の混合物よりな
る界面膜６を介してＴａ2 Ｏ5 よりなるタンタル酸化膜
８をゲート絶縁膜として形成している。そして、このタ
ンタル酸化膜８上に、ゲート電極との化学反応を防止す
るためのバリヤメタル層である例えばＴｉＮ膜１０を介
して例えばＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）
よりなるゲート電極１２を積層して、キャパシタが構成
される。上記タンタル酸化膜８の下地の界面膜６は、こ
のタンタル酸化膜８の界面準位密度を所定の範囲内に押
さえ込む必要から下層のシリコン面との整合を図るため
に必要不可欠な膜である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記界面膜
６上に形成されるタンタル酸化膜８の膜厚は、前述のよ
うにデザインルールがより厳しくなったので、せいぜい
１００Å程度と非常に薄くなっている。このタンタル酸
化膜の成膜レートは、例えば成膜温度が６００℃程度の
時には１５００Å／ｍｉｎ程度の高い成膜レートである
が、上述のように膜厚１００Å程度のタンタル酸化膜８
を精度良く堆積するためには、成膜温度を例えば４１０
℃程度の低温に落として成膜レートを低くして、１００
Å程度の膜厚のタンタル酸化膜を精度良く堆積する試み
が行なわれている。
６上に形成されるタンタル酸化膜８の膜厚は、前述のよ
うにデザインルールがより厳しくなったので、せいぜい
１００Å程度と非常に薄くなっている。このタンタル酸
化膜の成膜レートは、例えば成膜温度が６００℃程度の
時には１５００Å／ｍｉｎ程度の高い成膜レートである
が、上述のように膜厚１００Å程度のタンタル酸化膜８
を精度良く堆積するためには、成膜温度を例えば４１０
℃程度の低温に落として成膜レートを低くして、１００
Å程度の膜厚のタンタル酸化膜を精度良く堆積する試み
が行なわれている。
【０００６】しかしながら、タンタル酸化膜の成膜レー
トとインキュベーションタイムとの関係は図１１に示す
ように、相反する関係にあり、例えば成膜温度を低くす
ると、それに対応して成膜レートは低下して膜厚コント
ロール性は向上するが、逆にインキュベーションタイム
は増加する傾向となる。ここでインキュベーションタイ
ムとは、成膜工程の初期において原料ガス（成膜ガス）
を流してもウエハ表面に目的とする膜が何ら堆積されな
い期間を指す。この時の成膜状態を図１２を参照して模
式的に示すと、図１２（Ａ）に示すようにインキュベー
ション期間においてはウエハＷの界面膜６の表面にアモ
ルファス状態のＴａ2 Ｏ5 の種１４が分散した状態で形
成され、そして、インキュベーション期間が過ぎると、
その種１４を中心として一気に膜が堆積し初めて、図１
２（Ｂ）に示すように、タンタル酸化膜８が形成され
る。この時、形成されたタンタル酸化膜８の表面には、
上記散在した種１４の凹凸状態が反映されるため、大き
な凹凸面となってしまう。この種１４の大きさは、イン
キュベーションタイムに略比例して大きくなるため、４
１０℃程度の低温でタンタル酸化膜８を堆積させる場合
には、一層表面の凹凸が大きくなってしまう。このよう
な凹凸が発生すると、タンタル酸化膜８の膜厚が厚い部
分と薄い部分が発生し、例えば膜厚が厚い部分の膜厚Ｈ
１が１００Å程度でも、膜厚が薄い部分の膜厚Ｈ２が３
０Å程度になってしまい、この結果、膜厚が薄い部分に
大きな電界集中が発生して、設計値よりもはるかに大き
なリーク電流が生じてしまう、といった問題があった。
トとインキュベーションタイムとの関係は図１１に示す
ように、相反する関係にあり、例えば成膜温度を低くす
ると、それに対応して成膜レートは低下して膜厚コント
ロール性は向上するが、逆にインキュベーションタイム
は増加する傾向となる。ここでインキュベーションタイ
ムとは、成膜工程の初期において原料ガス（成膜ガス）
を流してもウエハ表面に目的とする膜が何ら堆積されな
い期間を指す。この時の成膜状態を図１２を参照して模
式的に示すと、図１２（Ａ）に示すようにインキュベー
ション期間においてはウエハＷの界面膜６の表面にアモ
ルファス状態のＴａ2 Ｏ5 の種１４が分散した状態で形
成され、そして、インキュベーション期間が過ぎると、
その種１４を中心として一気に膜が堆積し初めて、図１
２（Ｂ）に示すように、タンタル酸化膜８が形成され
る。この時、形成されたタンタル酸化膜８の表面には、
上記散在した種１４の凹凸状態が反映されるため、大き
な凹凸面となってしまう。この種１４の大きさは、イン
キュベーションタイムに略比例して大きくなるため、４
１０℃程度の低温でタンタル酸化膜８を堆積させる場合
には、一層表面の凹凸が大きくなってしまう。このよう
な凹凸が発生すると、タンタル酸化膜８の膜厚が厚い部
分と薄い部分が発生し、例えば膜厚が厚い部分の膜厚Ｈ
１が１００Å程度でも、膜厚が薄い部分の膜厚Ｈ２が３
０Å程度になってしまい、この結果、膜厚が薄い部分に
大きな電界集中が発生して、設計値よりもはるかに大き
なリーク電流が生じてしまう、といった問題があった。
【０００７】また、このような問題は、上記したよう
に、タンタル酸化膜をゲート酸化膜として用いる場合の
みならず、例えばタンタル酸化膜をキャパシタ絶縁膜と
して用いる場合にも生じていた。この点をＭＩＭ（Ｍｅ
ｔａｌ ＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）構造のキャパ
シタを例にとって説明すると、図１３（Ａ）において、
符号３はキャパシタの例えばルテニウム（Ｒｕ）よりな
る下部電極であり、この下部電極３は例えばＳｉＯ2 よ
りなる層間絶縁膜５上に形成され、また、下部電極３
は、例えばタングステンよりなるプラグ７を介して、図
示しない下層の拡散層に接続されている。この下部電極
３の構造としては、例えばドープドポリシリコン上に反
応防止層としてＳｉＮ膜等を堆積した構造のものもあ
る。そして、図１３（Ｂ）に示すように、このような下
部電極３や層間絶縁膜５上にキャパシタ絶縁膜としてタ
ンタル酸化膜８を堆積させると、前述したようなインキ
ュベーションタイムの発生により、下部電極３であるル
テニウム上での成膜時間遅れは略ゼロ分であるのに対し
て、層間絶縁膜であるＳｉＯ2 上では最大７分程度も成
膜遅れ時間が発生してしまう。このため、タンタル酸化
膜８がアイライド状に成長してしまっていた。この成膜
遅れ時間により、タンタル酸化膜が部分的に薄くなる場
合が生じ、特に、下部電極３と層間絶縁膜５の境界部分
において、薄膜化部分９が発生していた。この場合、図
１３（Ｃ）に示すように、この上に例えばルテニウムよ
りなる上部電極１１を形成して、両電極３、１１間に電
圧を印加した場合に、上記した薄膜化部分９に電界集中
が発生して電気的特性が悪化してしまう、といった問題
もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
ひとつの目的は、低温でも膜厚の面内均一性が高い薄い
膜厚のタンタル酸化膜を精度良く形成することができる
成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
に、タンタル酸化膜をゲート酸化膜として用いる場合の
みならず、例えばタンタル酸化膜をキャパシタ絶縁膜と
して用いる場合にも生じていた。この点をＭＩＭ（Ｍｅ
ｔａｌ ＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）構造のキャパ
シタを例にとって説明すると、図１３（Ａ）において、
符号３はキャパシタの例えばルテニウム（Ｒｕ）よりな
る下部電極であり、この下部電極３は例えばＳｉＯ2 よ
りなる層間絶縁膜５上に形成され、また、下部電極３
は、例えばタングステンよりなるプラグ７を介して、図
示しない下層の拡散層に接続されている。この下部電極
３の構造としては、例えばドープドポリシリコン上に反
応防止層としてＳｉＮ膜等を堆積した構造のものもあ
る。そして、図１３（Ｂ）に示すように、このような下
部電極３や層間絶縁膜５上にキャパシタ絶縁膜としてタ
ンタル酸化膜８を堆積させると、前述したようなインキ
ュベーションタイムの発生により、下部電極３であるル
テニウム上での成膜時間遅れは略ゼロ分であるのに対し
て、層間絶縁膜であるＳｉＯ2 上では最大７分程度も成
膜遅れ時間が発生してしまう。このため、タンタル酸化
膜８がアイライド状に成長してしまっていた。この成膜
遅れ時間により、タンタル酸化膜が部分的に薄くなる場
合が生じ、特に、下部電極３と層間絶縁膜５の境界部分
において、薄膜化部分９が発生していた。この場合、図
１３（Ｃ）に示すように、この上に例えばルテニウムよ
りなる上部電極１１を形成して、両電極３、１１間に電
圧を印加した場合に、上記した薄膜化部分９に電界集中
が発生して電気的特性が悪化してしまう、といった問題
もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
ひとつの目的は、低温でも膜厚の面内均一性が高い薄い
膜厚のタンタル酸化膜を精度良く形成することができる
成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、処理室内の被処理体の表面に、原料ガスを用いてタ
ンタル酸化膜を形成する成膜方法において、前記被処理
体の表面に予め酸化剤を付着させる酸化剤付着工程と、
前記酸化剤と前記原料ガスとを反応させて界面層を形成
する界面層形成工程と、原料ガスを流して本来のタンタ
ル酸化膜を形成するための本膜形成工程とよりなり、前
記界面層形成工程ではキャリアガスとして不活性ガスを
用い、前記本膜形成工程ではＯ 2 ガスを用いることを特
徴とする成膜方法である。これにより、本膜形成工程に
先立って、被処理体の表面に酸化剤を付着させる酸化剤
付着工程を行なうようにしたので、成膜工程で流された
原料ガスが被処理体の表面に付着している酸化剤と直ち
に反応し、この表面にタンタル酸化膜よりなる薄い界面
層がまず均一に形成されることになる。そして、酸化剤
を消費し尽くすと、通常のタンタル酸化膜の堆積が行な
われることになる。このタンタル酸化膜は薄い均一な界
面層上に堆積することになるので、従って、低温におい
ても膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御性良く形成する
ことができる。
は、処理室内の被処理体の表面に、原料ガスを用いてタ
ンタル酸化膜を形成する成膜方法において、前記被処理
体の表面に予め酸化剤を付着させる酸化剤付着工程と、
前記酸化剤と前記原料ガスとを反応させて界面層を形成
する界面層形成工程と、原料ガスを流して本来のタンタ
ル酸化膜を形成するための本膜形成工程とよりなり、前
記界面層形成工程ではキャリアガスとして不活性ガスを
用い、前記本膜形成工程ではＯ 2 ガスを用いることを特
徴とする成膜方法である。これにより、本膜形成工程に
先立って、被処理体の表面に酸化剤を付着させる酸化剤
付着工程を行なうようにしたので、成膜工程で流された
原料ガスが被処理体の表面に付着している酸化剤と直ち
に反応し、この表面にタンタル酸化膜よりなる薄い界面
層がまず均一に形成されることになる。そして、酸化剤
を消費し尽くすと、通常のタンタル酸化膜の堆積が行な
われることになる。このタンタル酸化膜は薄い均一な界
面層上に堆積することになるので、従って、低温におい
ても膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御性良く形成する
ことができる。
【０００９】請求項４に規定する発明は、処理室内の被
処理体の表面に、原料ガスを用いてタンタル酸化膜を形
成する成膜方法において、前記処理室内に前記被処理体
を収容した状態で前記処理室内を予め酸化剤の雰囲気に
維持する工程と、前記酸化剤と前記原料ガスとを反応さ
せて界面層を形成する界面層形成工程と、原料ガスを流
して本来のタンタル酸化膜を形成するための本膜形成工
程とよりなり、前記界面層形成工程ではキャリアガスと
して不活性ガスを用い、前記本膜形成工程ではＯ 2 ガス
を用いることを特徴とする成膜方法である。これによ
り、本膜形成工程に先立って、被処理体を処理室内に収
容した状態で処理室内を酸化剤の雰囲気にしたので、被
処理体の表面に酸化剤が付着し、成膜工程で流された原
料ガスが被処理体の表面に付着している酸化剤と直ちに
反応し、この表面にタンタル酸化膜よりなる薄い界面層
がまず均一に形成されることになる。そして、酸化剤を
消費し尽くすと、通常のタンタル酸化膜の堆積が行なわ
れることになる。このタンタル酸化膜は薄い均一な界面
層上に堆積することになるので、従って、低温において
も膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御性良く形成するこ
とができる。
処理体の表面に、原料ガスを用いてタンタル酸化膜を形
成する成膜方法において、前記処理室内に前記被処理体
を収容した状態で前記処理室内を予め酸化剤の雰囲気に
維持する工程と、前記酸化剤と前記原料ガスとを反応さ
せて界面層を形成する界面層形成工程と、原料ガスを流
して本来のタンタル酸化膜を形成するための本膜形成工
程とよりなり、前記界面層形成工程ではキャリアガスと
して不活性ガスを用い、前記本膜形成工程ではＯ 2 ガス
を用いることを特徴とする成膜方法である。これによ
り、本膜形成工程に先立って、被処理体を処理室内に収
容した状態で処理室内を酸化剤の雰囲気にしたので、被
処理体の表面に酸化剤が付着し、成膜工程で流された原
料ガスが被処理体の表面に付着している酸化剤と直ちに
反応し、この表面にタンタル酸化膜よりなる薄い界面層
がまず均一に形成されることになる。そして、酸化剤を
消費し尽くすと、通常のタンタル酸化膜の堆積が行なわ
れることになる。このタンタル酸化膜は薄い均一な界面
層上に堆積することになるので、従って、低温において
も膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御性良く形成するこ
とができる。
【００１０】また、請求項６に規定するように、例えば
前記本膜形成工程のプロセス温度は、前記界面層形成工
程のプロセス温度よりも高くする。
前記本膜形成工程のプロセス温度は、前記界面層形成工
程のプロセス温度よりも高くする。
【００１１】請求項７に規定する発明は、処理室内の被
処理体の表面に、原料ガスを用いてタンタル酸化膜を形
成する成膜方法において、前記被処理体の表面に予め原
料ガスを付着させる原料ガス付着工程と、酸化剤を流し
て前記付着した原料ガスと反応させて界面層を形成する
界面層形成工程と、前記界面層に対して原料ガスを流し
てタンタル酸化膜を堆積させる成膜工程とを有する。こ
れにより、本来の成膜工程に先立って、被処理体の表面
に原料ガスを付着させ、更に、この付着した原料ガスを
酸化剤と反応させたので、被処理体の表面に、タンタル
酸化膜よりなる薄い界面層がまず均一に形成されること
になる。そして、酸化剤を消費し尽くすと、通常のタン
タル酸化膜の堆積が行なわれることになる。このタンタ
ル酸化膜は薄い均一な界面層上に堆積することになるの
で、従って、低温においても膜厚が均一なタンタル酸化
膜を制御性良く形成することができる。
処理体の表面に、原料ガスを用いてタンタル酸化膜を形
成する成膜方法において、前記被処理体の表面に予め原
料ガスを付着させる原料ガス付着工程と、酸化剤を流し
て前記付着した原料ガスと反応させて界面層を形成する
界面層形成工程と、前記界面層に対して原料ガスを流し
てタンタル酸化膜を堆積させる成膜工程とを有する。こ
れにより、本来の成膜工程に先立って、被処理体の表面
に原料ガスを付着させ、更に、この付着した原料ガスを
酸化剤と反応させたので、被処理体の表面に、タンタル
酸化膜よりなる薄い界面層がまず均一に形成されること
になる。そして、酸化剤を消費し尽くすと、通常のタン
タル酸化膜の堆積が行なわれることになる。このタンタ
ル酸化膜は薄い均一な界面層上に堆積することになるの
で、従って、低温においても膜厚が均一なタンタル酸化
膜を制御性良く形成することができる。
【００１２】また、請求項９に規定するように、例えば
前記酸化剤は、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 とＯ3 とＨ2 ／Ｏ2 混
合ガスとＯ＊（酸素ラジカル）とＨ2 ／Ｎ2 ＯとＨ2 ／
ＮＯとＮＨ3 ／Ｏ2 とＯ3 ／Ｈ 2 の内のいずれか１つで
ある。更に、例えば請求項１０に規定するように、前記
成膜工程の後に、前記タンタル酸化膜を改質する改質工
程と、この改質されたタンタル酸化膜を結晶化する結晶
化工程とを連続的に行うようにしてもよい。これによれ
ば、タンタル酸化膜を堆積させた処理室内にて、このタ
ンタル酸化膜の改質処理と結晶化処理を連続的に行うこ
とが可能となる。
前記酸化剤は、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 とＯ3 とＨ2 ／Ｏ2 混
合ガスとＯ＊（酸素ラジカル）とＨ2 ／Ｎ2 ＯとＨ2 ／
ＮＯとＮＨ3 ／Ｏ2 とＯ3 ／Ｈ 2 の内のいずれか１つで
ある。更に、例えば請求項１０に規定するように、前記
成膜工程の後に、前記タンタル酸化膜を改質する改質工
程と、この改質されたタンタル酸化膜を結晶化する結晶
化工程とを連続的に行うようにしてもよい。これによれ
ば、タンタル酸化膜を堆積させた処理室内にて、このタ
ンタル酸化膜の改質処理と結晶化処理を連続的に行うこ
とが可能となる。
【００１３】ここで例えば請求項１１に規定するよう
に、前記成膜工程と前記改質工程における処理温度は実
質的に同一としてもよい。これによれば、タンタル酸化
膜の成膜工程から改質工程へ移行する際に、時間を要す
る昇降温操作が不要なので、その分、処理の迅速化を図
ってスループットを向上させることが可能となる。更
に、タンタル酸化膜の電気的特性も向上する。更に、例
えば請求項１２にも規定するように、前記結晶化工程の
後に、この結晶化されたタンタル酸化膜を改質する改質
工程を更に行うようにしてもよい。
に、前記成膜工程と前記改質工程における処理温度は実
質的に同一としてもよい。これによれば、タンタル酸化
膜の成膜工程から改質工程へ移行する際に、時間を要す
る昇降温操作が不要なので、その分、処理の迅速化を図
ってスループットを向上させることが可能となる。更
に、タンタル酸化膜の電気的特性も向上する。更に、例
えば請求項１２にも規定するように、前記結晶化工程の
後に、この結晶化されたタンタル酸化膜を改質する改質
工程を更に行うようにしてもよい。
【００１４】これによれば、タンタル酸化膜を結晶化し
た後に、これを再度、改質するようにしたので、結晶化
工程で脱離したタンタル酸化膜中の不純物が結合してい
たボンドを酸素で結合させることにより電気特性が向上
する、という利点を有する。この場合、例えば請求項１
３に規定するように、前記改質工程に使うガス種はＨ2
／Ｏ2 混合ガス、Ｏ3 、Ｈ2 Ｏ、Ｏ＊（ラジカル酸
素）、Ｈ2 ／Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ3
／Ｈ 2 の内のいずれか１種類を使う。請求項１４に規定
する発明は、前記方法発明を実施するための装置発明で
あり、被処理体に対して所定の成膜処理を施す成膜装置
において、真空引き可能になされた処理室と、前記被処
理体を前記処理室内において支持する被処理体支持手段
と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理室内
へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室
内へ酸化剤を供給する酸化剤供給手段とを備え、請求項
１乃至９のいずれかに記載したように各ガスを供給する
ように構成したことを特徴とする成膜装置である。
た後に、これを再度、改質するようにしたので、結晶化
工程で脱離したタンタル酸化膜中の不純物が結合してい
たボンドを酸素で結合させることにより電気特性が向上
する、という利点を有する。この場合、例えば請求項１
３に規定するように、前記改質工程に使うガス種はＨ2
／Ｏ2 混合ガス、Ｏ3 、Ｈ2 Ｏ、Ｏ＊（ラジカル酸
素）、Ｈ2 ／Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ3
／Ｈ 2 の内のいずれか１種類を使う。請求項１４に規定
する発明は、前記方法発明を実施するための装置発明で
あり、被処理体に対して所定の成膜処理を施す成膜装置
において、真空引き可能になされた処理室と、前記被処
理体を前記処理室内において支持する被処理体支持手段
と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理室内
へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室
内へ酸化剤を供給する酸化剤供給手段とを備え、請求項
１乃至９のいずれかに記載したように各ガスを供給する
ように構成したことを特徴とする成膜装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜方法及
び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施する成膜装置の一例を示す構成
図、図２は本発明方法の流れを示すタイムチャート、図
３は本発明方法における成膜状態を示す模式図である。
び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施する成膜装置の一例を示す構成
図、図２は本発明方法の流れを示すタイムチャート、図
３は本発明方法における成膜状態を示す模式図である。
【００１６】図１に示すように、２０は有天井の円筒体
状の石英製の処理容器、すなわち処理室であり、この処
理室としての処理容器２０の下端部は開放されて開口部
２２が形成され、この外周には、接合用のフランジ部２
４が設けられる。この処理容器２０は、内側に加熱手段
として加熱ヒータ２６を配設した円筒体状の断熱材２８
により被われており、加熱炉を形成している。処理容器
２０の下部側壁には、原料ガスを導入するための原料ガ
ス導入ノズル（原料ガス供給手段）３０と、酸化剤及び
改質用ガスを導入するための酸化剤導入ノズル（酸化剤
供給手段）３２と、酸素導入ノズル３４と、Ｎ2 及びＡ
ｒガス導入ノズル３５とがそれぞれ貫通させて設けられ
ると共に、これらの各ノズル３０、３２、３４、３５は
処理容器２０の側壁に沿って天井部まで延在されてお
り、天井部より各ガスをそれぞれ流量制御しつつ噴出す
るようになっている。本発明方法の第１実施例では、原
料ガス（成膜ガス）としてＰＥＴ（ペンタエトキシタン
タル：Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、酸化剤としては
Ｈ2 Ｏ（水蒸気）を用いる。更に、処理容器２０の下部
側壁には、処理容器２０内の雰囲気を排出するための比
較的大口径の排気口３６が形成されており、この排気口
３６には、排気ポンプを介設した図示しない排気系が接
続される。
状の石英製の処理容器、すなわち処理室であり、この処
理室としての処理容器２０の下端部は開放されて開口部
２２が形成され、この外周には、接合用のフランジ部２
４が設けられる。この処理容器２０は、内側に加熱手段
として加熱ヒータ２６を配設した円筒体状の断熱材２８
により被われており、加熱炉を形成している。処理容器
２０の下部側壁には、原料ガスを導入するための原料ガ
ス導入ノズル（原料ガス供給手段）３０と、酸化剤及び
改質用ガスを導入するための酸化剤導入ノズル（酸化剤
供給手段）３２と、酸素導入ノズル３４と、Ｎ2 及びＡ
ｒガス導入ノズル３５とがそれぞれ貫通させて設けられ
ると共に、これらの各ノズル３０、３２、３４、３５は
処理容器２０の側壁に沿って天井部まで延在されてお
り、天井部より各ガスをそれぞれ流量制御しつつ噴出す
るようになっている。本発明方法の第１実施例では、原
料ガス（成膜ガス）としてＰＥＴ（ペンタエトキシタン
タル：Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、酸化剤としては
Ｈ2 Ｏ（水蒸気）を用いる。更に、処理容器２０の下部
側壁には、処理容器２０内の雰囲気を排出するための比
較的大口径の排気口３６が形成されており、この排気口
３６には、排気ポンプを介設した図示しない排気系が接
続される。
【００１７】この処理容器２０のフランジ部２４の最外
周は、例えばステンレス製のベースプレート３８により
支持されて、処理容器２０の全体を保持している。そし
て、この処理容器２０の下端部の開口部２２は、例えば
ボートエレベータのごとき昇降機構４０により昇降可能
になされた石英製のキャップ部４２により開閉可能にな
されている。このキャップ部４２上に、半導体ウエハＷ
を所定のピッチで多段に載置した石英製の被処理体支持
手段としてウエハボート４４が保温筒４６を介して載置
されており、キャップ部４２の昇降によって処理容器２
０内に対してロード或いはアンロードできるようになっ
ている。
周は、例えばステンレス製のベースプレート３８により
支持されて、処理容器２０の全体を保持している。そし
て、この処理容器２０の下端部の開口部２２は、例えば
ボートエレベータのごとき昇降機構４０により昇降可能
になされた石英製のキャップ部４２により開閉可能にな
されている。このキャップ部４２上に、半導体ウエハＷ
を所定のピッチで多段に載置した石英製の被処理体支持
手段としてウエハボート４４が保温筒４６を介して載置
されており、キャップ部４２の昇降によって処理容器２
０内に対してロード或いはアンロードできるようになっ
ている。
【００１８】次に、以上のように構成された成膜装置を
用いて行なわれる本発明方法の第１実施例について図２
及び図３も参照して説明する。まず、昇降機構４０を降
下させたアンロード状態において、ウエハボート４４に
未処理の半導体ウエハＷを多段に載置し、昇降機構４０
を上昇駆動させる。尚、これらの半導体ウエハＷには、
前工程にて、図１０に示すような界面膜６が形成されて
いる。上昇駆動により、キャップ部４２は次第に上昇し
て多数枚、例えば８インチウエハを５０〜１００枚程度
を多段に載置したウエハボート４４は処理容器２０の下
端開口部２２より内部へ搬入してロードされ、最終的に
この開口部２２はキャップ部４２により閉じられて、処
理容器２０内を密閉することになる（図２中の点Ｐ
１）。
用いて行なわれる本発明方法の第１実施例について図２
及び図３も参照して説明する。まず、昇降機構４０を降
下させたアンロード状態において、ウエハボート４４に
未処理の半導体ウエハＷを多段に載置し、昇降機構４０
を上昇駆動させる。尚、これらの半導体ウエハＷには、
前工程にて、図１０に示すような界面膜６が形成されて
いる。上昇駆動により、キャップ部４２は次第に上昇し
て多数枚、例えば８インチウエハを５０〜１００枚程度
を多段に載置したウエハボート４４は処理容器２０の下
端開口部２２より内部へ搬入してロードされ、最終的に
この開口部２２はキャップ部４２により閉じられて、処
理容器２０内を密閉することになる（図２中の点Ｐ
１）。
【００１９】そして、半導体ウエハＷを２００℃程度に
維持しつつ処理容器２０内を真空引きし、所定の圧力、
例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持する（点Ｐ
２）。このように、処理容器２０内を所定の圧力まで真
空引きしたならば、次に、本発明の特徴とする酸化剤付
着工程へ移行する。ここでは、まず、酸化剤として所定
量、例えば１００ｓｃｃｍ程度の水蒸気を酸化剤導入ノ
ズル３２から供給し、上記２００℃のプロセス温度及び
上記１３３Ｐａのプロセス圧力を維持する。この水蒸気
は、例えばＨ2 ガスを図示しない燃焼室内でＯ2 ガスに
より燃焼させることによって発生させる。この水蒸気の
供給により、図３（Ａ）に示すように各半導体ウエハＷ
の界面膜６の表面に非常に細かな水蒸気滴４８が一面に
略均一に付着することになる（点Ｐ３）。このような酸
化剤付着工程は、点Ｐ３まで例えば１０秒〜３０分間位
の間、好ましくは３０秒〜２０分間位の間、行なう。こ
の場合、水蒸気の脱離温度は３００℃程度にピーク値が
あるので、付着した水蒸気がウエハ表面から脱離しない
ようにプロセス温度は上述のように３００℃よりもかな
り低くて、しかも本膜形成温度までそれ程昇温時間を要
しない温度、例えば２００℃程度とする。
維持しつつ処理容器２０内を真空引きし、所定の圧力、
例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持する（点Ｐ
２）。このように、処理容器２０内を所定の圧力まで真
空引きしたならば、次に、本発明の特徴とする酸化剤付
着工程へ移行する。ここでは、まず、酸化剤として所定
量、例えば１００ｓｃｃｍ程度の水蒸気を酸化剤導入ノ
ズル３２から供給し、上記２００℃のプロセス温度及び
上記１３３Ｐａのプロセス圧力を維持する。この水蒸気
は、例えばＨ2 ガスを図示しない燃焼室内でＯ2 ガスに
より燃焼させることによって発生させる。この水蒸気の
供給により、図３（Ａ）に示すように各半導体ウエハＷ
の界面膜６の表面に非常に細かな水蒸気滴４８が一面に
略均一に付着することになる（点Ｐ３）。このような酸
化剤付着工程は、点Ｐ３まで例えば１０秒〜３０分間位
の間、好ましくは３０秒〜２０分間位の間、行なう。こ
の場合、水蒸気の脱離温度は３００℃程度にピーク値が
あるので、付着した水蒸気がウエハ表面から脱離しない
ようにプロセス温度は上述のように３００℃よりもかな
り低くて、しかも本膜形成温度までそれ程昇温時間を要
しない温度、例えば２００℃程度とする。
【００２０】このように、酸化剤付着工程が終了したな
らば、水蒸気の供給を停止して、代わりにＮ2 ガスを処
理容器２０内に供給し、或いはＮ2 ガスの供給と排気を
繰り返し行なうことにより、気相中に残存する水蒸気を
処理容器２０の外へ排出させる。このようにしてＮ2 パ
ージが終了したならば（点Ｐ４）、次に、界面層形成工
程へ移行する。この界面層形成工程では、不活性ガスと
して例えばＮ2 ガスをキャリアガスとして用いてＰＥＴ
ガスを点Ｐ５まで所定量供給する。このとき、ウエハＷ
の表面には前述したように水蒸気滴４８が付着している
ので、供給されたＰＥＴガスはこの水蒸気滴４８と接触
し、２００℃程度の低温でも活性化されて分解が容易に
なされ、図３（Ｂ）に示すように数原子程度の厚さ（略
５Å）のタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）よりなる界面層
５０が形成される。この時の反応式は以下のように表さ
れ、反応によりアルコール（Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ）が発生す
る。 ２Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ＋５Ｈ 2Ｏ → Ｔａ2 Ｏ5 ＋
１０Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ↑
らば、水蒸気の供給を停止して、代わりにＮ2 ガスを処
理容器２０内に供給し、或いはＮ2 ガスの供給と排気を
繰り返し行なうことにより、気相中に残存する水蒸気を
処理容器２０の外へ排出させる。このようにしてＮ2 パ
ージが終了したならば（点Ｐ４）、次に、界面層形成工
程へ移行する。この界面層形成工程では、不活性ガスと
して例えばＮ2 ガスをキャリアガスとして用いてＰＥＴ
ガスを点Ｐ５まで所定量供給する。このとき、ウエハＷ
の表面には前述したように水蒸気滴４８が付着している
ので、供給されたＰＥＴガスはこの水蒸気滴４８と接触
し、２００℃程度の低温でも活性化されて分解が容易に
なされ、図３（Ｂ）に示すように数原子程度の厚さ（略
５Å）のタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）よりなる界面層
５０が形成される。この時の反応式は以下のように表さ
れ、反応によりアルコール（Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ）が発生す
る。 ２Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ＋５Ｈ 2Ｏ → Ｔａ2 Ｏ5 ＋
１０Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ↑
【００２１】この時のプロセス条件は、ＰＥＴの流量が
０．０５ｍｌ／ｍｉｎ程度、Ｎ2 ガスの流量が１０００
ｓｃｃｍ程度であり、プロセス圧力は０．１３３Ｐａ
（０．００１Ｔｏｒｒ）〜１３３００Ｐａ（１００Ｔｏ
ｒｒ）程度の範囲内である。この処理を例えば１０秒〜
３０分間位の間、好ましくは３０秒〜２０分間位の間、
行なうことにより、水蒸気滴４８が略消費尽くされて厚
さが５Å程度の界面層５０が形成される。このように、
界面層形成工程が終了したならば（点Ｐ５）、成膜レー
トを上げるためにウエハ温度を例えば４１０℃程度まで
昇温し（点Ｐ６）、次に、本膜形成工程へ移行する。こ
の本膜形成工程では、ＰＥＴガスとＯ2 ガスとを供給し
て高い成膜レートで、図３（Ｃ）に示すようにタンタル
酸化膜５２を形成する。この時の反応式は、以下のよう
に表される。 ４Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ＋５Ｏ 2 → ２Ｔａ2 Ｏ5 ＋
２０Ｃ2 Ｈ5 Ｏ↑
０．０５ｍｌ／ｍｉｎ程度、Ｎ2 ガスの流量が１０００
ｓｃｃｍ程度であり、プロセス圧力は０．１３３Ｐａ
（０．００１Ｔｏｒｒ）〜１３３００Ｐａ（１００Ｔｏ
ｒｒ）程度の範囲内である。この処理を例えば１０秒〜
３０分間位の間、好ましくは３０秒〜２０分間位の間、
行なうことにより、水蒸気滴４８が略消費尽くされて厚
さが５Å程度の界面層５０が形成される。このように、
界面層形成工程が終了したならば（点Ｐ５）、成膜レー
トを上げるためにウエハ温度を例えば４１０℃程度まで
昇温し（点Ｐ６）、次に、本膜形成工程へ移行する。こ
の本膜形成工程では、ＰＥＴガスとＯ2 ガスとを供給し
て高い成膜レートで、図３（Ｃ）に示すようにタンタル
酸化膜５２を形成する。この時の反応式は、以下のよう
に表される。 ４Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ＋５Ｏ 2 → ２Ｔａ2 Ｏ5 ＋
２０Ｃ2 Ｈ5 Ｏ↑
【００２２】また、この時のプロセス条件は、ＰＥＴの
流量が０．０５〜０．５ｍｌ／ｍｉｎ程度の範囲内、Ｏ
2 ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ程度であり、プロセス
圧力は１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜６６５Ｐａ
（５Ｔｏｒｒ）の範囲内で、例えば４０Ｐａ（０．３Ｔ
ｏｒｒ）程度である。この本膜形成工程を点Ｐ７まで、
例えば６００秒程度行なって、トータルで１００Å程度
の厚さのタンタル酸化膜５２を堆積させる。このように
して、本膜形成工程が終了したならば（点Ｐ７）、ウエ
ハＷを所定のハンドリング温度まで降温させ（点Ｐ
８）、処理容器２０内からウエハＷをアンロードして排
出させることになる。以上のように、本膜形成工程の前
工程である界面層形成工程において薄く均一にＴａ2 Ｏ
5 膜よりなる界面層５０が形成されているので、このタ
ンタル酸化膜５２は、厚さが偏ることなく均一にウエハ
表面に堆積することになり、また、プロセス温度もそれ
程高くないことから成膜レートもそれ程大きくなく、従
って、１００Å程度の非常に薄いタンタル酸化膜５２
を、制御よく、しかも、表面に凹凸を生ぜしめることな
く厚みを均一に堆積させることが可能となる。ここで上
記第１実施例では点Ｐ２−点Ｐ３間の酸化剤付着工程、
点Ｐ３−点Ｐ４間のＮ2 パージ工程及び点Ｐ４−点Ｐ５
間の界面層形成工程をそれぞれ１回だけ行なうようにし
ているが、これに限定されず、界面層５０の形成を確実
ならしめるために、点Ｐ２−点Ｐ５に至る一連の連続工
程をこの順序で複数回、例えばＰ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ
５、Ｐ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ５という具合に
５回程度連続的に繰り返し行って、その後、点Ｐ５−点
Ｐ６の昇温工程へ移行するようにしてもよい。尚、図示
しないがＰ５からＰ２へ戻るとき炉内のＮ2 パージ及び
／または真空引きを行ってもよい。
流量が０．０５〜０．５ｍｌ／ｍｉｎ程度の範囲内、Ｏ
2 ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ程度であり、プロセス
圧力は１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜６６５Ｐａ
（５Ｔｏｒｒ）の範囲内で、例えば４０Ｐａ（０．３Ｔ
ｏｒｒ）程度である。この本膜形成工程を点Ｐ７まで、
例えば６００秒程度行なって、トータルで１００Å程度
の厚さのタンタル酸化膜５２を堆積させる。このように
して、本膜形成工程が終了したならば（点Ｐ７）、ウエ
ハＷを所定のハンドリング温度まで降温させ（点Ｐ
８）、処理容器２０内からウエハＷをアンロードして排
出させることになる。以上のように、本膜形成工程の前
工程である界面層形成工程において薄く均一にＴａ2 Ｏ
5 膜よりなる界面層５０が形成されているので、このタ
ンタル酸化膜５２は、厚さが偏ることなく均一にウエハ
表面に堆積することになり、また、プロセス温度もそれ
程高くないことから成膜レートもそれ程大きくなく、従
って、１００Å程度の非常に薄いタンタル酸化膜５２
を、制御よく、しかも、表面に凹凸を生ぜしめることな
く厚みを均一に堆積させることが可能となる。ここで上
記第１実施例では点Ｐ２−点Ｐ３間の酸化剤付着工程、
点Ｐ３−点Ｐ４間のＮ2 パージ工程及び点Ｐ４−点Ｐ５
間の界面層形成工程をそれぞれ１回だけ行なうようにし
ているが、これに限定されず、界面層５０の形成を確実
ならしめるために、点Ｐ２−点Ｐ５に至る一連の連続工
程をこの順序で複数回、例えばＰ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ
５、Ｐ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ５、Ｐ２−Ｐ５という具合に
５回程度連続的に繰り返し行って、その後、点Ｐ５−点
Ｐ６の昇温工程へ移行するようにしてもよい。尚、図示
しないがＰ５からＰ２へ戻るとき炉内のＮ2 パージ及び
／または真空引きを行ってもよい。
【００２３】また、上記第１実施例における各ガスの流
量、プロセス温度、プロセス圧力等は単に一例を示した
に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。ま
た、上記第１実施例では、酸化剤付着工程において、酸
化剤として水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を用いたが、これに限定さ
れず、過酸化水素水（Ｈ2 Ｏ2 ）、オゾン（Ｏ3 ）、Ｈ
2 ／Ｏ2 混合ガス、Ｏ＊（酸素ラジカル）、Ｈ2 ／Ｎ2
Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ3 ／Ｈ2 などの内の
いずれか１つを用いるようにしてもよい。酸化剤として
過酸化水素水を用いた場合には、過酸化水素水の微細な
液滴が図３（Ａ）中にて水蒸気滴４８に示すように均一
にウエハ表面に付着して、この付着した過酸化水素水の
液滴とＰＥＴが反応して膜厚が均一な薄い界面層５０
（図３（Ｂ））を形成することになる。また、酸化剤と
してオゾンを用いる場合には、図４に示す第２実施例の
タイムチャートのように点Ｐ２と点Ｐ３との間で表され
る酸化剤付着工程において、処理容器２０内に半導体ウ
エハＷを収容した状態で処理容器２０内にオゾンを流し
てオゾン雰囲気にする。尚、図４に示すタイムチャート
は、点Ｐ２−点Ｐ３間においてＨ2 Ｏに代えてオゾンを
用いた点を除いて図２に示すタイムチャートと同じであ
る。これにより、ウエハＷの表面にはオゾンが分子レベ
ルで略均一に付着した状態となる。この後、Ｎ2 パージ
により残留オゾンを排除し（点Ｐ３）、更にＰＥＴガス
を供給することにより、ＰＥＴガスとオゾンとが反応し
て薄い膜厚が均一なＴａ2 Ｏ5 の界面層５０（図３
（Ｂ））が形成できるので、先に説明した第１実施例と
同様な作用効果を発揮することができる。また、ここで
も点Ｐ２−点Ｐ５の間の一連の工程を、複数回連続的に
繰り返し行なうようにしてもよいのは、先の第１実施例
の場合と同じである。
量、プロセス温度、プロセス圧力等は単に一例を示した
に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。ま
た、上記第１実施例では、酸化剤付着工程において、酸
化剤として水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を用いたが、これに限定さ
れず、過酸化水素水（Ｈ2 Ｏ2 ）、オゾン（Ｏ3 ）、Ｈ
2 ／Ｏ2 混合ガス、Ｏ＊（酸素ラジカル）、Ｈ2 ／Ｎ2
Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ3 ／Ｈ2 などの内の
いずれか１つを用いるようにしてもよい。酸化剤として
過酸化水素水を用いた場合には、過酸化水素水の微細な
液滴が図３（Ａ）中にて水蒸気滴４８に示すように均一
にウエハ表面に付着して、この付着した過酸化水素水の
液滴とＰＥＴが反応して膜厚が均一な薄い界面層５０
（図３（Ｂ））を形成することになる。また、酸化剤と
してオゾンを用いる場合には、図４に示す第２実施例の
タイムチャートのように点Ｐ２と点Ｐ３との間で表され
る酸化剤付着工程において、処理容器２０内に半導体ウ
エハＷを収容した状態で処理容器２０内にオゾンを流し
てオゾン雰囲気にする。尚、図４に示すタイムチャート
は、点Ｐ２−点Ｐ３間においてＨ2 Ｏに代えてオゾンを
用いた点を除いて図２に示すタイムチャートと同じであ
る。これにより、ウエハＷの表面にはオゾンが分子レベ
ルで略均一に付着した状態となる。この後、Ｎ2 パージ
により残留オゾンを排除し（点Ｐ３）、更にＰＥＴガス
を供給することにより、ＰＥＴガスとオゾンとが反応し
て薄い膜厚が均一なＴａ2 Ｏ5 の界面層５０（図３
（Ｂ））が形成できるので、先に説明した第１実施例と
同様な作用効果を発揮することができる。また、ここで
も点Ｐ２−点Ｐ５の間の一連の工程を、複数回連続的に
繰り返し行なうようにしてもよいのは、先の第１実施例
の場合と同じである。
【００２４】また、図２に示す第１実施例では、点Ｐ２
と点Ｐ３との間に示される酸化剤付着工程で水蒸気をウ
エハ表面に付着させるようにしたが、これに限定され
ず、図５に示す第３実施例のようにしてもよい。すなわ
ち、この第３実施例では、半導体ウエハＷに洗浄水で予
め洗浄処理を行なうことによって、先の酸化剤付着工程
を行なう。この洗浄処理によってウエハ表面には一面に
洗浄水が付着しており、これを乾燥させることなく濡れ
た状態で処理容器２０内に搬入し、ロードすればよい。
これによれば、ウエハ表面にすでに水分が付着している
ので、処理容器２０内の真空引きが完了した点Ｐ２から
直ちに界面層形成工程へ移行して（点Ｐ４）、ＰＥＴを
供給すればよい。このように、ウエハを処理容器２０内
へ導入する前に行なわれる洗浄水による洗浄処理に対し
て酸化剤付着工程の役割を持たせることにより、図２に
おいて点Ｐ２〜点Ｐ４までの間の時間を省略することが
できるので、その分、スループットを向上させることが
可能となる。
と点Ｐ３との間に示される酸化剤付着工程で水蒸気をウ
エハ表面に付着させるようにしたが、これに限定され
ず、図５に示す第３実施例のようにしてもよい。すなわ
ち、この第３実施例では、半導体ウエハＷに洗浄水で予
め洗浄処理を行なうことによって、先の酸化剤付着工程
を行なう。この洗浄処理によってウエハ表面には一面に
洗浄水が付着しており、これを乾燥させることなく濡れ
た状態で処理容器２０内に搬入し、ロードすればよい。
これによれば、ウエハ表面にすでに水分が付着している
ので、処理容器２０内の真空引きが完了した点Ｐ２から
直ちに界面層形成工程へ移行して（点Ｐ４）、ＰＥＴを
供給すればよい。このように、ウエハを処理容器２０内
へ導入する前に行なわれる洗浄水による洗浄処理に対し
て酸化剤付着工程の役割を持たせることにより、図２に
おいて点Ｐ２〜点Ｐ４までの間の時間を省略することが
できるので、その分、スループットを向上させることが
可能となる。
【００２５】更に、図２に示す第１実施例では、酸化剤
付着工程で酸化剤、例えばＨ2 Ｏを供給し、界面層形成
工程でＰＥＴガスを供給するようにしたが、これに限定
されず、図６に示す第４実施例のように、両ガスの供給
順序を逆にしてもよい。すなわち、図６中に示す点Ｐ２
と点Ｐ３との間で処理容器２０内に原料ガスであるＰＥ
Ｔガスを供給することにより原料ガス付着工程を行な
い、更に、点Ｐ４と点Ｐ５との間で酸化剤、例えば水蒸
気（Ｈ2 Ｏ）を供給することにより界面層形成工程を行
なえばよい。尚、図６に示すタイムチャートは、上記供
給ガスの順序を変えた点以外は、図２に示すタイムチャ
ートと同じである。
付着工程で酸化剤、例えばＨ2 Ｏを供給し、界面層形成
工程でＰＥＴガスを供給するようにしたが、これに限定
されず、図６に示す第４実施例のように、両ガスの供給
順序を逆にしてもよい。すなわち、図６中に示す点Ｐ２
と点Ｐ３との間で処理容器２０内に原料ガスであるＰＥ
Ｔガスを供給することにより原料ガス付着工程を行な
い、更に、点Ｐ４と点Ｐ５との間で酸化剤、例えば水蒸
気（Ｈ2 Ｏ）を供給することにより界面層形成工程を行
なえばよい。尚、図６に示すタイムチャートは、上記供
給ガスの順序を変えた点以外は、図２に示すタイムチャ
ートと同じである。
【００２６】この第４実施例では、点Ｐ２−点Ｐ３間で
ＰＥＴガスを流すことによりウエハ表面の全面にＰＥＴ
ガスが略均一に付着することになり、この付着したＰＥ
Ｔガスを点Ｐ４−点Ｐ５間で流す酸化剤により酸化する
ことにより、膜厚が均一な薄い界面層を形成することが
でき、従って、この場合にも、１００Å程度の非常に薄
いタンタル酸化膜５２を、制御よく、しかも、表面に凹
凸を生ぜしめることなく膜厚を均一に堆積させることが
可能となる。また、ここでも点Ｐ２−点Ｐ５の間の一連
の工程を、複数回連続的に繰り返し行なうようにしても
よいのは、先の第１実施例の場合と同じである。
ＰＥＴガスを流すことによりウエハ表面の全面にＰＥＴ
ガスが略均一に付着することになり、この付着したＰＥ
Ｔガスを点Ｐ４−点Ｐ５間で流す酸化剤により酸化する
ことにより、膜厚が均一な薄い界面層を形成することが
でき、従って、この場合にも、１００Å程度の非常に薄
いタンタル酸化膜５２を、制御よく、しかも、表面に凹
凸を生ぜしめることなく膜厚を均一に堆積させることが
可能となる。また、ここでも点Ｐ２−点Ｐ５の間の一連
の工程を、複数回連続的に繰り返し行なうようにしても
よいのは、先の第１実施例の場合と同じである。
【００２７】また、以上の各実施例では、本膜形成工程
の温度、すなわち４１０℃は、酸化剤付着工程（原料ガ
ス付着工程も含む）や界面層形成工程の温度、すなわち
２００℃よりも高く設定しているが、これに限定され
ず、酸化剤付着工程（原料ガス付着工程も含む）や界面
層形成工程の温度も、本膜形成工程の温度と同じ温度、
例えば４１０℃に設定して行なうようにしてもよい。こ
れによれば、途中の点Ｐ５−点Ｐ６で表される昇温操作
を省くことが可能となる。更に、本実施例では、界面層
形成工程において、ＰＥＴガスと共にキャリアガスとし
てＮ2 ガスを用いたが、他の不活性ガス、例えばＨｅ、
Ｎｅ、Ａｒガスを用いてもよいし、更には不活性ガスで
はなく、Ｏ2 ガスを用いることによって本膜形成工程と
同じガス種を用いるようにしてもよい。また更に、原料
ガスとしてはＰＥＴガスに限定されず、タンタルを含ん
だ他の原料ガスを用いてもよい。
の温度、すなわち４１０℃は、酸化剤付着工程（原料ガ
ス付着工程も含む）や界面層形成工程の温度、すなわち
２００℃よりも高く設定しているが、これに限定され
ず、酸化剤付着工程（原料ガス付着工程も含む）や界面
層形成工程の温度も、本膜形成工程の温度と同じ温度、
例えば４１０℃に設定して行なうようにしてもよい。こ
れによれば、途中の点Ｐ５−点Ｐ６で表される昇温操作
を省くことが可能となる。更に、本実施例では、界面層
形成工程において、ＰＥＴガスと共にキャリアガスとし
てＮ2 ガスを用いたが、他の不活性ガス、例えばＨｅ、
Ｎｅ、Ａｒガスを用いてもよいし、更には不活性ガスで
はなく、Ｏ2 ガスを用いることによって本膜形成工程と
同じガス種を用いるようにしてもよい。また更に、原料
ガスとしてはＰＥＴガスに限定されず、タンタルを含ん
だ他の原料ガスを用いてもよい。
【００２８】また、上記実施例では、タンタル酸化膜を
堆積するための工程に焦点を絞って説明したが、この成
膜工程に引き続いて、同一の処理室内にてタンタル酸化
膜の改質工程と、結晶化工程とを連続的に行うようにし
てもよい。図７は、このような本発明方法の第５実施例
を示すタイムチャートである。図７において、点Ｐ１〜
点Ｐ７は、図２に示す第１実施例の各工程と同じ工程を
示しているが、これに代えて図４に示す第２実施例、図
５に示す第３実施例、或いは図６に示す第４実施例の点
Ｐ１〜点Ｐ７の各工程を用いるようにしてもよい。
堆積するための工程に焦点を絞って説明したが、この成
膜工程に引き続いて、同一の処理室内にてタンタル酸化
膜の改質工程と、結晶化工程とを連続的に行うようにし
てもよい。図７は、このような本発明方法の第５実施例
を示すタイムチャートである。図７において、点Ｐ１〜
点Ｐ７は、図２に示す第１実施例の各工程と同じ工程を
示しているが、これに代えて図４に示す第２実施例、図
５に示す第３実施例、或いは図６に示す第４実施例の点
Ｐ１〜点Ｐ７の各工程を用いるようにしてもよい。
【００２９】まず、前述したようにしてタンタル酸化膜
の成膜工程が終了したならば（点Ｐ７）、ＰＥＴ等の供
給を停止して、Ｎ2 パージ工程へ移行して代わりにＮ2
ガスを処理容器２０内に供給し、気相中に残存するＰＥ
Ｔ等の原料ガスを処理容器２０外へ排出させる。この
時、処理容器２０内の温度は、成膜工程の最終の工程、
例えば本膜形成工程と実質的に同一温度、すなわち４１
０℃に維持する。このようにして、Ｎ2 パージが終了し
たならば（点Ｐ９）、次に、改質工程へ移行する。この
改質工程では、改質ガスとしてオゾン（Ｏ3 ）、酸素ラ
ジカル（Ｏ＊）、Ｈ2 ／Ｏ2 混合ガス、Ｏ＊（酸素ラジ
カル）、Ｈ2 ／Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ
3 ／Ｈ2 などの内のいずれか１種類を使うことができ
る。この改質処理時のプロセス温度は、酸化タンタル膜
の非晶質状態（アモルファス状態）を維持するようにこ
の結晶化温度以下の温度、例えば先の本膜形成工程と同
じ温度、４１０℃で行う。尚、この改質温度は、３００
〜５００℃の範囲内であれば上記４１０℃に限定されな
い。このようにして、所定の時間、例えば３分程度に亘
って改質処理を行うことにより、タンタル酸化膜中に含
まれるＣ−Ｃ結合やハイドロカーボン等を上記オゾンや
酸素ラジカル等によって切断してこれを脱離させる。
の成膜工程が終了したならば（点Ｐ７）、ＰＥＴ等の供
給を停止して、Ｎ2 パージ工程へ移行して代わりにＮ2
ガスを処理容器２０内に供給し、気相中に残存するＰＥ
Ｔ等の原料ガスを処理容器２０外へ排出させる。この
時、処理容器２０内の温度は、成膜工程の最終の工程、
例えば本膜形成工程と実質的に同一温度、すなわち４１
０℃に維持する。このようにして、Ｎ2 パージが終了し
たならば（点Ｐ９）、次に、改質工程へ移行する。この
改質工程では、改質ガスとしてオゾン（Ｏ3 ）、酸素ラ
ジカル（Ｏ＊）、Ｈ2 ／Ｏ2 混合ガス、Ｏ＊（酸素ラジ
カル）、Ｈ2 ／Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ
3 ／Ｈ2 などの内のいずれか１種類を使うことができ
る。この改質処理時のプロセス温度は、酸化タンタル膜
の非晶質状態（アモルファス状態）を維持するようにこ
の結晶化温度以下の温度、例えば先の本膜形成工程と同
じ温度、４１０℃で行う。尚、この改質温度は、３００
〜５００℃の範囲内であれば上記４１０℃に限定されな
い。このようにして、所定の時間、例えば３分程度に亘
って改質処理を行うことにより、タンタル酸化膜中に含
まれるＣ−Ｃ結合やハイドロカーボン等を上記オゾンや
酸素ラジカル等によって切断してこれを脱離させる。
【００３０】このようにして、改質工程が終了したなら
ば（点Ｐ１０）、次に、Ｎ2 パージ工程へ移行し、Ｎ2
ガスを処理容器２０内へ供給して、気相中に残存するオ
ゾン等の改質ガスを処理容器２０外へ排出させる。この
ようにして、Ｎ2 パージ工程が終了したならば（点Ｐ１
１）、このウエハ温度を昇温してタンタル酸化膜の結晶
化温度以上の温度、例えば７００℃程度まで昇温し（点
Ｐ１２）、この温度状態で結晶化工程へ移行する。尚、
この結晶化温度は５００〜７５０℃の範囲内であれば、
特に上記７００℃に限定されない。この結晶化工程にお
けるプロセスガスとしては、Ｎ2 ガスやＡｒガスを処理
容器２０内へ流量制御しつつ供給する。このように、所
定の時間、例えば３分程度に亘って結晶化処理を行うこ
とにより、アモルファス状態であったタンタル酸化膜を
結晶化させる。
ば（点Ｐ１０）、次に、Ｎ2 パージ工程へ移行し、Ｎ2
ガスを処理容器２０内へ供給して、気相中に残存するオ
ゾン等の改質ガスを処理容器２０外へ排出させる。この
ようにして、Ｎ2 パージ工程が終了したならば（点Ｐ１
１）、このウエハ温度を昇温してタンタル酸化膜の結晶
化温度以上の温度、例えば７００℃程度まで昇温し（点
Ｐ１２）、この温度状態で結晶化工程へ移行する。尚、
この結晶化温度は５００〜７５０℃の範囲内であれば、
特に上記７００℃に限定されない。この結晶化工程にお
けるプロセスガスとしては、Ｎ2 ガスやＡｒガスを処理
容器２０内へ流量制御しつつ供給する。このように、所
定の時間、例えば３分程度に亘って結晶化処理を行うこ
とにより、アモルファス状態であったタンタル酸化膜を
結晶化させる。
【００３１】このようにして結晶化工程が終了したなら
ば（点Ｐ１３）、Ｎ2 ガスやＡｒガスの供給を停止し、
そしてＮ2 ガスを供給しつつウエハＷを所定のハンドリ
ング温度、例えば２００℃程度まで降温させる（点Ｐ１
４）。そして、処理容器２０内の常圧復帰が完了したな
らば、ウエハＷを処理容器２０内から搬出することにな
る。このように、タンタル酸化膜の成膜工程に引き続い
て、同一処理容器内にて改質工程と結晶化工程とを連続
的に行うことにより、処理の迅速化を図ることができ、
スループットを大幅に向上させることが可能となる。ま
た、上記第５実施例では、点Ｐ１３にて示す結晶化工程
が終了した後は、そのまま降温させてウエハを搬出した
が、これに限定されず、この結晶化工程の後に、再度、
タンタル酸化膜の改質処理を行うようにしてもよい。
ば（点Ｐ１３）、Ｎ2 ガスやＡｒガスの供給を停止し、
そしてＮ2 ガスを供給しつつウエハＷを所定のハンドリ
ング温度、例えば２００℃程度まで降温させる（点Ｐ１
４）。そして、処理容器２０内の常圧復帰が完了したな
らば、ウエハＷを処理容器２０内から搬出することにな
る。このように、タンタル酸化膜の成膜工程に引き続い
て、同一処理容器内にて改質工程と結晶化工程とを連続
的に行うことにより、処理の迅速化を図ることができ、
スループットを大幅に向上させることが可能となる。ま
た、上記第５実施例では、点Ｐ１３にて示す結晶化工程
が終了した後は、そのまま降温させてウエハを搬出した
が、これに限定されず、この結晶化工程の後に、再度、
タンタル酸化膜の改質処理を行うようにしてもよい。
【００３２】図８はこのような本発明方法の第６実施例
を示すタイムチャートである。この第６実施例では、図
示するように、結晶化工程が終了したならば（点Ｐ１
３）、ハンドリング温度までウエハ温度を低下させず、
これよりも高い改質温度、例えば４１０℃まで低下させ
る（点Ｐ１５）。そして、この温度状態を維持して所定
の時間、例えば３分程度、第２の改質処理を行う。この
時の改質ガスは、先の改質処理と同じであり、例えばオ
ゾンまたは酸素ラジカル、或いは酸素、水素によるラジ
カルを用いる。尚、この時の改質温度は３００〜５００
℃の範囲内であればよく、上記した４１０℃に限定され
ない。このようにして、第２の改質工程が終了してなら
ば（点Ｐ１６）、オゾン等の供給を停止すると共に、代
わりにＮ2 ガスを供給し、ウエハＷを所定のハンドリン
グ温度、例えば２００℃程度まで降温させる（点Ｐ１
７）。そして、処理容器２０内の常圧復帰が完了したな
らば、ウエハＷを処理容器２０内から搬出することにな
る。
を示すタイムチャートである。この第６実施例では、図
示するように、結晶化工程が終了したならば（点Ｐ１
３）、ハンドリング温度までウエハ温度を低下させず、
これよりも高い改質温度、例えば４１０℃まで低下させ
る（点Ｐ１５）。そして、この温度状態を維持して所定
の時間、例えば３分程度、第２の改質処理を行う。この
時の改質ガスは、先の改質処理と同じであり、例えばオ
ゾンまたは酸素ラジカル、或いは酸素、水素によるラジ
カルを用いる。尚、この時の改質温度は３００〜５００
℃の範囲内であればよく、上記した４１０℃に限定され
ない。このようにして、第２の改質工程が終了してなら
ば（点Ｐ１６）、オゾン等の供給を停止すると共に、代
わりにＮ2 ガスを供給し、ウエハＷを所定のハンドリン
グ温度、例えば２００℃程度まで降温させる（点Ｐ１
７）。そして、処理容器２０内の常圧復帰が完了したな
らば、ウエハＷを処理容器２０内から搬出することにな
る。
【００３３】このように、タンタル酸化膜の結晶化後に
第２の改質処理を行うことにより、結晶化工程で脱離し
たタンタル酸化膜中の不純物が結合していたボンドを酸
素で結合させ、これにより電気特性が向上する、という
利点を有する。尚、以上の各実施例では、ウエハを処理
容器内へ搬入、搬出する時の処理容器温度を２００℃に
設定したが、この温度は、２００〜３５０℃の範囲内で
あればよく、上記２００℃に限定されない。
第２の改質処理を行うことにより、結晶化工程で脱離し
たタンタル酸化膜中の不純物が結合していたボンドを酸
素で結合させ、これにより電気特性が向上する、という
利点を有する。尚、以上の各実施例では、ウエハを処理
容器内へ搬入、搬出する時の処理容器温度を２００℃に
設定したが、この温度は、２００〜３５０℃の範囲内で
あればよく、上記２００℃に限定されない。
【００３４】また、上記実施例では、半導体ウエハの表
面にタンタル酸化膜を堆積させる場合を例にとって説明
したが、具体的には、図９にも示すように、例えばＭＩ
Ｍ構造のキャパシタのキャパシタ絶縁膜としてタンタル
酸化膜８を堆積させる場合にも本発明方法を適用するこ
とができる。すなわち、図９（Ａ）に示すようにＳｉＯ
2 等よりなる層間絶縁膜５上に形成された例えばルテニ
ウムよりなる下部電極３に対して、図９（Ｂ）に示すよ
うにキャパシタ絶縁膜としてタンタル酸化膜８を形成す
る際に、前述したような同じ温度、圧力等のプロセス条
件で本発明方法（酸化剤付着工程及び成膜工程（界面層
形成工程＋本膜形成工程））を用いる。これにより、イ
ンキュベーションタイム、すなわち成膜遅れ時間が解消
されるので、下部電極３上と層間絶縁膜５上に同等の厚
さのタンタル酸化膜８を堆積させることができる。すな
わち、下地膜（層）の種類に関係なく、同じ厚さの均一
なタンタル酸化膜８を堆積させることができる。従っ
て、図９（Ｃ）に示すように、この上層に上部電極１１
を堆積して両電極３、１１間に電圧を印加しても、先に
図１３において説明した場合と異なって薄膜化部分９
（図１３参照）が発生していないので、その電気的特性
を高く維持することが可能となる。さらに、本願の様に
同一処理装置内で連続的にタンタル酸化膜成膜後、更に
膜の改質、結晶化を行うことによりスループットが高ま
るとともにタンタル酸化膜の電気特性をさらに高めるこ
とが可能となる。尚、このキャパシタはＭＩＭ構造であ
るが、これに限定されず、例えばＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構
造のキャパシタにも適用することができる。
面にタンタル酸化膜を堆積させる場合を例にとって説明
したが、具体的には、図９にも示すように、例えばＭＩ
Ｍ構造のキャパシタのキャパシタ絶縁膜としてタンタル
酸化膜８を堆積させる場合にも本発明方法を適用するこ
とができる。すなわち、図９（Ａ）に示すようにＳｉＯ
2 等よりなる層間絶縁膜５上に形成された例えばルテニ
ウムよりなる下部電極３に対して、図９（Ｂ）に示すよ
うにキャパシタ絶縁膜としてタンタル酸化膜８を形成す
る際に、前述したような同じ温度、圧力等のプロセス条
件で本発明方法（酸化剤付着工程及び成膜工程（界面層
形成工程＋本膜形成工程））を用いる。これにより、イ
ンキュベーションタイム、すなわち成膜遅れ時間が解消
されるので、下部電極３上と層間絶縁膜５上に同等の厚
さのタンタル酸化膜８を堆積させることができる。すな
わち、下地膜（層）の種類に関係なく、同じ厚さの均一
なタンタル酸化膜８を堆積させることができる。従っ
て、図９（Ｃ）に示すように、この上層に上部電極１１
を堆積して両電極３、１１間に電圧を印加しても、先に
図１３において説明した場合と異なって薄膜化部分９
（図１３参照）が発生していないので、その電気的特性
を高く維持することが可能となる。さらに、本願の様に
同一処理装置内で連続的にタンタル酸化膜成膜後、更に
膜の改質、結晶化を行うことによりスループットが高ま
るとともにタンタル酸化膜の電気特性をさらに高めるこ
とが可能となる。尚、このキャパシタはＭＩＭ構造であ
るが、これに限定されず、例えばＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構
造のキャパシタにも適用することができる。
【００３５】尚、ここでは、単管構造で、一度に多数枚
の半導体ウエハに対して処理を行なうことができる、バ
ッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定
されず、２重管構造のバッチ式の成膜装置や半導体ウエ
ハを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも
本発明を適用できるのは勿論である。更に、被処理体と
しては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラ
ス基板等にも本発明を適用できるのは勿論である。
の半導体ウエハに対して処理を行なうことができる、バ
ッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定
されず、２重管構造のバッチ式の成膜装置や半導体ウエ
ハを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも
本発明を適用できるのは勿論である。更に、被処理体と
しては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラ
ス基板等にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
及び成膜装置の一例によれば、次のように優れた作用効
果を発揮することができる。本発明によれば、本来の成
膜工程に先立って、被処理体の表面に非常に薄い膜厚が
均一なタンタル酸化膜よりなる界面層を形成することが
できるので、本来の成膜工程におけるタンタル酸化膜は
薄い均一な界面層上に堆積することになるので、従っ
て、低温においても膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御
性良く形成することができる。また、本発明によれば、
タンタル酸化膜を堆積させた処理室内にて、このタンタ
ル酸化膜の改質処理と結晶化処理を連続的に行うことが
できる。更に、この時、成膜工程と改質工程の温度を実
質的に同一にすれば、タンタル酸化膜の成膜工程から改
質工程へ移行する際に、時間を要する昇降温操作が不要
であるばかりか成膜、改質、結晶化を同一処理装置で行
えるので、タンタル酸化膜の電気特性及び処理のスルー
プットを大幅に向上させることができる。
及び成膜装置の一例によれば、次のように優れた作用効
果を発揮することができる。本発明によれば、本来の成
膜工程に先立って、被処理体の表面に非常に薄い膜厚が
均一なタンタル酸化膜よりなる界面層を形成することが
できるので、本来の成膜工程におけるタンタル酸化膜は
薄い均一な界面層上に堆積することになるので、従っ
て、低温においても膜厚が均一なタンタル酸化膜を制御
性良く形成することができる。また、本発明によれば、
タンタル酸化膜を堆積させた処理室内にて、このタンタ
ル酸化膜の改質処理と結晶化処理を連続的に行うことが
できる。更に、この時、成膜工程と改質工程の温度を実
質的に同一にすれば、タンタル酸化膜の成膜工程から改
質工程へ移行する際に、時間を要する昇降温操作が不要
であるばかりか成膜、改質、結晶化を同一処理装置で行
えるので、タンタル酸化膜の電気特性及び処理のスルー
プットを大幅に向上させることができる。
【図１】本発明方法を実施する成膜装置の一例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】本発明方法の第１実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図３】本発明方法における成膜状態を示す模式図であ
る。
る。
【図４】本発明方法の第２実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図５】本発明方法の第３実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図６】本発明方法の第４実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図７】本発明方法の第５実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図８】本発明方法の第６実施例を示すタイムチャート
である。
である。
【図９】ＭＩＭ構造のキャパシタのキャパシタ絶縁膜と
してタンタル酸化膜を堆積させる場合について説明する
ための図である。
してタンタル酸化膜を堆積させる場合について説明する
ための図である。
【図１０】タンタル酸化膜をゲート絶縁膜等に用いた時
のキャパシタ構造の一例を示す断面図である。
のキャパシタ構造の一例を示す断面図である。
【図１１】タンタル酸化膜の成膜レートとインキュベー
ション時間との関係を示すグラフである。
ション時間との関係を示すグラフである。
【図１２】インキュベーション期間の時の成膜状態を示
す模式図である。
す模式図である。
【図１３】ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
Ｍｅｔａｌ）構造のキャパシタの絶縁膜について説明す
るための図である。
Ｍｅｔａｌ）構造のキャパシタの絶縁膜について説明す
るための図である。
２ ソース
４ ドレイン
８ タンタル酸化膜
１０ ＴｉＮ膜
１２ ゲート電極
２０ 処理容器（処理室）
２６ 加熱ヒータ（加熱手段）
３０ 原料ガス導入ノズル（原料ガス供給手段）
３２ 酸化剤導入ノズル（酸化剤供給手段）
３４ 酸素導入ノズル
４４ ウエハボート（被処理体支持手段）
４８ 水蒸気滴
５０ 界面層
５２ タンタル酸化膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 長谷部 一秀
山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東
京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 大畑 友一朗
山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東
京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 崔 東均
山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東
京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 菅原 卓也
山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東
京エレクトロン株式会社内
(56)参考文献 特開 昭62−113430（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−145623（ＪＰ，Ａ)
特開2000−21874（ＪＰ，Ａ)
特開2001−35842（ＪＰ，Ａ)
特開2001−284344（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−179423（ＪＰ，Ａ)
特開2001−250823（ＪＰ，Ａ)
特開2002−164348（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 16/40
H01L 21/316
Claims (14)
- 【請求項１】 処理室内の被処理体の表面に、原料ガス
を用いてタンタル酸化膜を形成する成膜方法において、 前記被処理体の表面に予め酸化剤を付着させる酸化剤付
着工程と、前記酸化剤と前記原料ガスとを反応させて界面層を形成
する界面層形成工程と、 原料ガスを流して本来のタンタル酸化膜を形成するため
の本膜形成工程とよりなり、前記界面層形成工程ではキ
ャリアガスとして不活性ガスを用い、前記本膜形成工程
ではＯ 2 ガスを用いるこ とを特徴とする成膜方法。 - 【請求項２】 前記酸化剤付着工程とこれに続く前記界
面層形成工程とよりなる一連の工程を、複数回繰り返し
行なうようにしたことを特徴とする請求項１記載の成膜
方法。 - 【請求項３】 前記酸化剤付着工程は、前記被処理体を
洗浄水で洗浄する洗浄処理により行なわれることを特徴
とする請求項１又は２記載の成膜方法。 - 【請求項４】 処理室内の被処理体の表面に、原料ガス
を用いてタンタル酸化膜を形成する成膜方法において、 前記処理室内に前記被処理体を収容した状態で前記処理
室内を予め酸化剤の雰囲気に維持する工程と、前記酸化剤と前記原料ガスとを反応させて界面層を形成
する界面層形成工程と、 原料ガスを流して本来のタンタル酸化膜を形成するため
の本膜形成工程とよりなり、前記界面層形成工程ではキ
ャリアガスとして不活性ガスを用い、前記本膜形成工程
ではＯ 2 ガスを用いる ことを特徴とする成膜方法。 - 【請求項５】 前記酸化剤雰囲気維持工程とこれに続く
前記界面層形成工程とよりなる一連の工程を、複数回繰
り返し行なうようにしたことを特徴とする請求項４記載
の成膜方法。 - 【請求項６】 前記本膜形成工程のプロセス温度は、前
記界面層形成工程のプロセス温度よりも高いことを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜方法。 - 【請求項７】 処理室内の被処理体の表面に、原料ガス
を用いてタンタル酸化膜を形成する成膜方法において、
前記被処理体の表面に予め原料ガスを付着させる原料ガ
ス付着工程と、酸化剤を流して前記付着した原料ガスと
反応させて界面層を形成する界面層形成工程と、前記界
面層に対して原料ガスを流してタンタル酸化膜を堆積さ
せる成膜工程とを有することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項８】 前記原料ガス付着工程とこれに続く前記
界面層形成工程とよりなる一連の工程を、複数回繰り返
し行なうようにしたことを特徴とする請求項７記載の成
膜方法。 - 【請求項９】 前記酸化剤は、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 とＯ3
とＨ2 ／Ｏ2 混合ガスとＯ＊（酸素ラジカル）とＨ2 ／
Ｎ2 ＯとＨ2 ／ＮＯとＮＨ3 ／Ｏ2 とＯ3 ／Ｈ 2 の内の
いずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至８の
いずれかに記載の成膜方法。 - 【請求項１０】 前記成膜工程の後に、前記タンタル酸
化膜を改質する改質工程と、この改質されたタンタル酸
化膜を結晶化する結晶化工程とを連続的に行うようにし
たことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の
成膜方法。 - 【請求項１１】 前記成膜工程と前記改質工程における
処理温度は実質的に同一であることを特徴とする請求項
１０記載の成膜方法。 - 【請求項１２】 前記結晶化工程の後に、この結晶化さ
れたタンタル酸化膜を改質する改質工程を更に行うよう
にしたことを特徴とする請求項１０または１１記載の成
膜方法。 - 【請求項１３】 前記改質工程に使うガス種はＨ2 ／Ｏ
2 混合ガス、Ｏ3 、Ｈ2Ｏ、Ｏ＊（ラジカル酸素）、Ｈ2
／Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 ／ＮＯ、ＮＨ3 ／Ｏ2 、Ｏ3 ／Ｈ 2 の
内のいずれか１種類を使うことを特徴とする請求項１０
乃至１２のいずれかに記載の成膜方法。 - 【請求項１４】 被処理体に対して所定の成膜処理を施
す成膜装置において、真空引き可能になされた処理室
と、前記被処理体を前記処理室内において支持する被処
理体支持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段
と、前記処理室内へ酸化剤を供給する酸化剤供給手段と
を備え、請求項１乃至９のいずれかに記載したように各
ガスを供給する ように構成したことを特徴とする成膜装
置。
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|---|---|---|---|
| JP2000370667A JP3437832B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-12-05 | 成膜方法及び成膜装置 |
| TW090106513A TW504773B (en) | 2000-03-22 | 2001-03-20 | MOCVD method of tantalum oxide film |
| US09/811,451 US6313047B2 (en) | 2000-03-22 | 2001-03-20 | MOCVD method of tantalum oxide film |
| EP01106421A EP1136588A3 (en) | 2000-03-22 | 2001-03-21 | MOCVD method of tantalum oxide film |
| KR1020010014898A KR100737056B1 (ko) | 2000-03-22 | 2001-03-22 | 탄탈 산화막의 엠오씨브이디 방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000080904 | 2000-03-22 | ||
| JP2000-80904 | 2000-03-22 | ||
| JP2000370667A JP3437832B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-12-05 | 成膜方法及び成膜装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2001338922A JP2001338922A (ja) | 2001-12-07 |
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Family
ID=26588103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000370667A Expired - Fee Related JP3437832B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-12-05 | 成膜方法及び成膜装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1136588A3 (ja) |
| JP (1) | JP3437832B2 (ja) |
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| KR100475077B1 (ko) * | 2002-05-31 | 2005-03-10 | 삼성전자주식회사 | 캐패시터의 유전막 형성방법 |
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| US9685320B2 (en) | 2010-09-23 | 2017-06-20 | Lam Research Corporation | Methods for depositing silicon oxide |
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