WO2007058120A1 - 半導体装置の製造方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

　歩留まりおよび生産性を高め、段差被覆性および密着性を高める。 　成膜プロセスは初期成膜ステップと、本成膜ステップとを有する。初期成膜ステップは、処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して基板上に吸着した原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップとを１サイクルとしてサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する。本成膜ステップは、処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップとを１サイクルとして複数回繰り返し、初期成膜ステップにて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する。

Description

明 細 書

半導体装置の製造方法および基板処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、基板上に薄膜を形成するための半導体装置の製造方法および基板処 理装置に関するものである。

背景技術

[0002] DRAMのキャパシタは微細化に伴う蓄積電荷容量を確保するために、容量絶縁膜 の高誘電率化、下部電極または上部電極の金属化の研究が活発化して!/ヽる。 これらの材料としては高い誘電率を持つ Al O , ZrO , HfO , Y O , La O ,

2 3 2 2 2 3 2 3

STO( SrTiO ) , Ta O 、 BST( (Baゝ Sr)TiO

3 2 5 3 )、 PZT( (Pb、 Zr)TiO )等々が容

3 量絶縁膜として候補となっており、 Ti, Hf, Zr, Al, Ru, Pt, Irの金属、 SRO( SrRu O ) , RuO 等の酸化物、あるいは TiN, HfN, ZrN等の窒化物が電極としての候補

3 2

となっている。

電極形状は高アスペクト比のシリンダ型が主流となっており、場合によってはノリア メタル膜である TiN、 TaN等を含めた上記の全ての膜が段差被覆性 (ステップ力バレ ッシ。 step coverage )に優れて ヽる必要がある。

膜の形成方法としては従来のスパッタリング法力 段差被覆性に優れている CVD 法へと移行しており、有機金属液体原料と酸素の反応が多く利用されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] CVD法において段差被覆性を向上するために低温ィ匕は避けることはできない。

低温化により有機液体原料中の炭素や水素が不純物として膜中に多く残り、電気 特性を劣化させる。

Ru原料の多くは、酸素との反応が容易に進行するので、反応ガスとして酸素が使 用されている。

一方、膜形成後は、膜の結晶化および膜中の不純物を除去するために高温熱処 理を行う。この時、金属膜中に残留している酸素原子の拡散により、 Ru膜の下地に ある金属膜が酸化され、絶縁膜を形成し、抵抗値が高くなるという課題がある。 また、酸素原子以外の Ru原料に含まれる不純物においても、高温処理を行うこと により、膜中から不純物がガス脱離して、膜が収縮し、表面の凹凸が劣化したり、膜 が剥がれてしまうという課題がある。

さらには、幾つかの Ru原料についてはインキュベーションタイムが増大するという報 告があり、生産性が劣るといった課題がある。

[0004] したがって、本発明の課題は、歩留まりおよび生産性が高ぐ段差被覆性および密 着性に優れた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である。 課題を解決するための手段

[0005] 前記した課題を解決するための手段は、次の通りである。

処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと 反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複 数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応 させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回 繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の 薄膜を形成する本成膜ステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

発明の効果

[0006] 本発明によれば、下地金属膜の酸化、膜収縮による表面の凹凸劣化、膜剥がれを 解決することができ、歩留まりおよび生産性が高ぐ段差被覆性および密着性に優れ た半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供できる。 図面の簡単な説明

[0007] [図 1]本発明に係る基板処理装置の第 1実施形態であるダイレクトプラズマユニット組 込みの枚葉式処理装置を示す概略図である。

[図 2]そのダイレクトプラズマユニットを示す平面図である。

[図 3]本発明に係る半導体装置の製造方法の第 1実施形態である ICの製造方法の 成膜工程を示すフローチャートである。

[図 4]本発明に係る半導体装置の製造方法の第 2実施形態である ICの製造方法の 成膜工程を示すフローチャートである。

[図 5]本発明に係る基板処理装置の第 2実施形態である RF電極組込みの枚葉式処 理装置を示す概略図である。

[図 6]本発明に係る半導体装置の製造方法の第 3実施形態である ICの製造方法の 成膜工程を示すフローチャートである。

[図 7]下部電極膜および上部電極膜を含む DRAMキャパシタの一部を示す断面図 である。

符号の説明

[0008] 1 処理室

2 基板

6 電極

7 電極

31 原料ガス供給管

42 第 1反応ガス供給管

56 排気管

61 メインコントローラ

63 第 2反応ガス供給管

68 反応ガス供給管

70 RF電極

発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明の好ま 、実施形態にぉ ヽては、 Ru原料ガスと酸素含有ガス以外の反応 ガスにより膜を形成する。しかし、 Ru原料ガスは、酸素含有ガス以外の反応ガスとは 、反応性が乏しく膜が形成されない。 そこで、プラズマ源により励起した反応ガスを利用するが、 Ru原料ガスとプラズマ源 により励起した反応ガスを同時に基板に対して供給すると、気相反応により、段差被 覆性が劣ってしまうので、 ALD (Atomic Layer Deposition )法により膜を形成する。

ALD法では、次のサイクルが繰り返される。

(1) Ru原料ガスだけを基板に対して供給することにより、基板上に Ru原料ガスが段 差被覆性良く吸着する。

(2) Ar、 Heや N 等の不活性ガスによるパージによって、余分な原料ガスを排気する

2

(3)プラズマ源により励起した酸素含有ガス以外の反応ガスを基板に対して供給する ことにより、励起された反応ガスが基板上に吸着して ヽる前記 Ru原料ガスと反応し、 膜が形成される。

プラズマ源により励起したガス種は反応性が高ぐ Ru原料ガス中に含まれる炭素、 水素と結合してガス化することにより、膜中不純物が低減される。

(4) Ar、 Heや N 等の不活性ガスによるパージによって、余分な反応ガスを排気する

2 以上の（1)〜(4)を 1サイクルとして、このサイクルを繰り返すことにより、所望の膜厚 を得ることができる。

一方、 ALD法では、成膜速度が遅ぐ生産性が劣る。

そこで、初期成膜ステップでは前記の ALD法で基板上に核形成を行い、その後の 本成膜ステップでは反応ガスに酸素含有ガスを使用して、従来の CVD法により成膜 を行えば、生産性が向上する。

若しくは、反応ガスを酸素含有ガスにして、前記の ALD法を行えば、成膜速度が向 上し、生産性が向上する。

このように、初期成膜ステップにおいては、原料吸着ステップと、プラズマ励起され た酸素含有ガス以外の反応ガスによる ALD法を用いることにより、歩留まりが高ぐ 段差被覆性および密着性に優れた半導体装置の製造方法を提供できる。

さらには、本成膜ステップにおいて、反応ガスとして酸素含有ガスを用いることにより 、生産性の高い半導体装置の製造方法を提供できる。 [0011] 以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態を説明する。

[0012] 図 1を用いて、本発明が実施される基板処理装置の一例を説明する。

図 1は本発明の第 1実施形態に係る基板処理装置であるダイレクトプラズマユニット が組込まれた枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略断面図である。

[0013] 図 1に示すように、処理室 1には支持台 20が設けられる。支持台 20は被成膜対象 であるシリコンウェハやガラス基板等の基板 2を支持する。

支持台 20の上部には支持板としてのサセプタ 21が設けられる。サセプタ 21は支持 台 20の一部を構成しており、サセプタ 21の上に基板が載置される。

支持台 20の内部には、加熱手段としてのヒータ 22が設けられ、ヒータ 22はサセプ タ 21上に載置された基板 2を加熱するようになっている。

ヒータ 22は基板 2の温度が所定の温度となるように温度コントローラ 23により制御さ れる。

[0014] 処理室 1の外部には昇降機構 24が設けられ、昇降機構 24により、支持台 20が処 理室 1内で昇降可能となって 、る。

[0015] 処理室 1の支持台 20の上部には、シャワーヘッド 12と対向電極ユニット 5が基板 2と 対向するように配置される。シャワーヘッド 12は原料ガスおよび反応ガスを基板 2へ 供給する際の直接の供給口となる複数のシャワー孔 8を有する。

対向電極ユニット 5はプラズマを発生させるための高周波 (RF)を印加する少なくと も一組以上の対向電極を備えており、これらが被成膜基板 2と対向してシャワー孔 8 よりも基板 2に近 、位置に配置されて 、る。

この場合、シャワー孔 8を複数持つシャワーヘッド 12と対向電極ユニット 5とは、被 成膜基板 2と対向するように配置される。

具体的には、シャワーヘッド 12は対向電極ユニット 5と対向するように配置され、対 向電極ユニット 5は被成膜基板 2と対向するように配置される。

[0016] 図 2に示すように、プラズマを発生させるための対向電極ユニット 5は、一組の電極

6と電極 7とが互いに対向するように配置されたユニットとして構成されて！、る。

すなわち、電極 6および電極 7は何れも櫛歯型に構成され、それぞれの櫛歯に相当 する部分同士が互 、違 ヽに隣り合う（対向する）ように配置されて 、る。換言すると、 一方の電極の櫛歯と櫛歯の間に他方の電極の櫛歯が 1本ずつ挿入されて!、る。 なお、電極 6と電極 7とは同一平面上に配置される。

[0017] ここで、図 2に示すように、対向電極ユニット 5は保持用の電極プレート 14を有する 。電極プレート 14は上面の中央に円形の窓孔 14aが大きく形成され、側面に貫通孔 15が形成されている。この貫通孔 15の中に石英のような絶縁物から構成された電極 管 16が挿入され、この電極管 16の中に、 A1や Ni等の材質で構成された棒状の電 極 6および電極 7が埋め込まれて!/、る。

処理室 1を真空に保っために、電極プレート 14の貫通孔 15の内壁に対し、電極管 16は Oリング 17を用いて真空封じ込みを行う。

対向電極 6および対向電極 7は、それぞれまとめて接続され、絶縁トランス 11に接 続される。絶縁トランス 11に高周波電源ユニット 13により高周波電圧を印加すること により、プラズマが対向電極ユニット 5の表面に発生する。

すなわち、プラズマは、シャワーヘッド 12と対向電極ユニット 5との間の空間におけ る対向電極ユニット 5の上面付近、および、対向電極ユニット 5と基板 2との間の空間 における対向電極ユニット 5の下面付近に、発生する。

シャワーヘッド 12内には供給口 4および供給口 3から原料ガスおよび反応ガスがそ れぞれ供給される。シャワーヘッド 12のシャワー孔 8は原料ガスおよび反応ガスをそ れぞれ別々あるいは同時に基板 2に対してシャワー状に噴出させる。

[0018] 処理室 1の外部には、液体原料 28を供給する原料供給ユニット 25が設けられてお り、原料供給ユニット 25は液体原料供給管 26、液体原料供給量を制御する流量コン トローラとしての液体原料流量制御装置 29を介して、液体原料を気化する気化器 30 に接続されている。

原料供給ユニット 25には液体原料 28が蓄えられており、圧送ライン 27から供給さ れる Heあるいは Ar等の不活性ガスの圧力により、液体原料 28が気化器 30へ供給さ れる。

気化器 30には原料ガス供給管 31が接続されており、原料ガス供給管 31はバルブ 32を介して原料ガス供給口 4に接続されて ヽる。

液体原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、すなわち、有機金属液 体原料を用いる。

あるいは、常温では固体であっても数十度程度に加熱すれば液体になるような原 料であれば、原料供給ユニット 25、液体原料供給管 26および液体原料流量制御装 置 29を数十度程度に加熱するヒータを各々に設けて使用することが可能である。

[0019] 処理室 1の外部には不活性ガス供給ユニット 33が設けられており、不活性ガス供給 ユニット 33には、非反応性ガスとしての不活性ガスを気化器 30へキャリアガスとして 供給するためのキャリアガス供給管 34が接続されている。

キャリアガス供給管 34は気化器 30に、キャリアガスの供給流量を制御する流量コン トローラとしてのガス流量制御装置 35を介して接続されている。

気化器 30は内部において液体原料 28をキャリアガスとともに噴出することにより、 気化効率を上げている。

不活性ガスとしては、例えば、 Ar、 He、 N 等が用いられる。

2

[0020] 不活性ガス供給ユニット 33には、非反応性ガスとしての不活性ガスを原料ガス供給 管 31へパージガスとして供給するためのパージガス供給管 36が接続されている。パ ージガス供給管 36は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガ ス流量制御装置 37およびバルブ 38を介して、原料ガス供給管 31に接続されて 、る

[0021] 気化器 30で気化した原料ガスを原料ガス供給管 31から原料ガス供給口 4に供給し ない場合には、ノ レブ 32を閉じ、バルブ 39を開き、ベントラインとしての原料ガスバ ィパス管 40に原料ガスを流す。

このとき、バルブ 38を開いて、パージガス供給管 36から不活性ガスを供給すること により、原料ガス供給管 31のバルブ 32から原料ガス供給口 4の配管、対向電極ュ- ット 5および処理室 1の表面に吸着して 、る原料ガスを取り除くことが可能になる。

[0022] 処理室 1の外部には、第 1反応ガスを供給する第 1反応ガス供給ユニット 41が設け られており、第 1反応ガス供給ユニット 41は第 1反応ガスを第 1反応ガス供給管 42へ 供給する。

第 1反応ガス供給管 42は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流 量制御装置 43、バルブ 44、反応ガス供給管 68を介して反応ガス供給口 3に接続さ れている。第 1反応ガスとしては、酸素原子を含まないガスを用いる。本実施形態で は第 1反応ガスとして Hや NH等の水素含有ガス用いる。

2 3

[0023] 不活性ガス供給ユニット 33には、非反応性ガスとしての不活性ガスを反応ガス供給 管 68へパージガスとして供給するためのパージガス供給管 45が接続されている。 パージガス供給管 45は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとして のガス流量制御装置 46およびバルブ 47を介して、反応ガス供給管 68に接続されて いる。

[0024] 第 1反応ガスを第 1反応ガス供給管 42から反応ガス供給口 3に供給しない場合に は、バルブ 44を閉じ、バルブ 48を開き、ベントラインとしての第 1反応ガスバイノ ス管 49に第 1反応ガスを流す。

このとき、バルブ 47を開いて、パージガス供給管 45から不活性ガスを供給すること により、第 1反応ガス供給管 42のバルブ 44から反応ガス供給口 3の配管、対向電極 ユニット 5および処理室 1の表面に吸着している第 1反応ガスを取り除くことが可能に なる。

[0025] 処理室 1の外部には、第 2反応ガスを供給する第 2反応ガス供給ユニット 62が設け られており、第 2反応ガス供給ユニット 62は第 2反応ガスを第 2反応ガス供給管 63へ 供給する。第 2反応ガス供給管 63は、ガス供給量を制御する流量コントローラとして のガス流量制御装置 64、バルブ 65、反応ガス供給管 68を介して、反応ガス供給口 3 に接続されている。第 2反応ガスとしては Oや Oや N O等の酸素原子を含むガスを

2 3 2

用いる。

[0026] 第 2反応ガスを第 2反応ガス供給管 63から反応ガス供給口 3に供給しない場合に は、バルブ 65を閉じ、バルブ 66を開き、ベントラインとしての第 2反応ガスバイノ ス管 67に第 2反応ガスを流す。

このとき、バルブ 47を開いて、パージガス供給管 45から不活性ガスを供給すること により、第 2反応ガス供給管 63のバルブ 65から反応ガス供給口 3の配管、対向電極 ユニット 5および処理室 1の表面に吸着している第 2反応ガスを取り除くことが可能に なる。

[0027] 処理室 1の外部には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニット 50 が設けられており、クリーニングガス供給ユニット 50はクリーニングガスをクリーニング ガス供給管 51へ供給する。

クリーニングガス供給管 51は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス 流量制御装置 52、バルブ 53を介して反応ガス供給口 3に接続されて ヽる。

[0028] 処理室 1の側壁下部には排気口 10が設けられており、排気口 10には真空ポンプ 5 4、原料回収トラップ 57および除害装置（図示せず)が排気管 56によってつながれて いる。また、排気管 56には、処理室 1の圧力を調整する圧力コントローラ 55が設けら れている。

[0029] 処理室 1の排気口 10と反対側の側面には、基板搬入搬出口 59が設けられている。

基板搬入搬出口 59は、真空基板移載室 58との仕切り弁としてのゲートバルブ 60に よって開閉され、基板搬入搬出口 59から基板 2を処理室 1に搬入搬出し得るように構 成されている。

[0030] 基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ 61により制御される。

[0031] 次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第 1実施形態を、以上の構成に係る 枚葉式処理装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板に薄膜を堆積 する場合について説明する。

[0032] 以下、液体原料として Ru (C H C H ) (2, 4ジメチルペンタジェ-ル ェチルシク

7 11 7 9

口ペンタジェ-ル ルテニウム。以下、 DERと略す。）、第 1反応ガス (初期成膜ステツ プ）として H 、第 2反応ガス（本成膜ステップ）として O を用いて、 ALD (Atomic Lave

2 2

r Deposition )法および CVD (Chemical Vapor Deposition )法、特に、 MOCVD (Me tal Organic Chemical VaporDeposition)法により基板上に Ru膜を形成する場合の本 発明に係る半導体装置の製造方法の第 1実施形態 (以下、第 1実施形態方法という 。）について、図 1ないし図 3に即して説明する。

なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はメインコント口 ーラ 61により制御される。

[0033] まず、図 3に示された基板搬入ステップにおいて、基板 2が処理室 1に搬入される。

すなわち、支持台 20が基板搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ 60が開か れ、基板搬入搬出口 59が開放されると、図示しない基板移載機により基板 2が処理 室 1内に搬入される。このとき、支持台 20は昇降機構により移載位置にある。移載位 置では、支持台 20表面よりも基板突き上げピン 69の先端が高い位置になり、搬入さ れた基板 2は、基板突き上げピン 69の上に移載される。

基板 2が処理室 1内に搬入された後に、ゲートバルブ 60が閉じられる。支持台 20が 移載位置から上方の基板処理位置まで上昇する。その間に、基板 2はサセプタ 21上 に載置される（基板載置ステップ)。

[0034] 支持台 20が基板処理位置に到達すると、ヒータ 22に電力が供給され基板 2は所定 の温度になるように均一に加熱される（基板昇温ステップ)。

同時に、処理室 1は、真空ポンプ 54により真空排気され、所定の圧力になるように 制御される (圧力調整ステップ)。

なお、基板 2の搬送時や基板加熱時および圧力調整時においては、パージガス供 給管 36およびパージガス供給管 45にそれぞれ設けられたバルブ 38およびバルブ 4 7は開いた状態とされ、不活性ガス供給ユニット 33より、処理室 1に不活性ガスが常 流 れる。

これにより、パーティクルや金属汚染物の基板 2への付着を防ぐことができる。

[0035] 次に、図 3に示された初期成膜ステップについて説明する。

基板 2の温度および処理室 1内の圧力が、それぞれ所定の処理温度および所定の 処理圧力に到達して安定すると、原料ガス供給ステップにおいて、処理室 1内に原 料ガスすなわち DERガスが供給される。

すなわち、原料供給ユニット 25から供給された液体の DERが、液体原料流量制御 装置 29によって流量制御され、不活性ガス供給ユニット 33から供給されてガス流量 制御装置 35によって流量制御されたキャリアガスと共に、気化器 30へ供給されて気 化される。

このとき、気化された DERガスは、バルブ 32が閉じ、ノ レブ 39が開いた状態で、原 料ガスバイパス管 40に流れている。 DERの気化量が安定すると、ノ レブ 39が閉じら れ、バルブ 32が開かれ、気化された DERガスは原料ガス供給管 31を通って、処理 室 1内に導入され、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散され、 基板 2上に均一な濃度で供給される。 [0036] DERガスの供給が所定時間行われた後、原料ガスパージステップにお 、て、バル ブ 32が閉じられ、 DERガスの基板 2への供給が停止されると共に、バルブ 38が開か れ、パージガスとしての不活性ガスが原料ガス供給管 31を通って、処理室 1に導入さ れる。

これにより、原料ガス供給管 31および処理室 1が不活性ガスによりパージされ、残 留ガスが除去される。

[0037] なお、この際には、原料ガスバイパス管 40に設けられたバルブ 39を開き、 DERガ スを原料ガスノ ィパス管 40より処理室 1をバイパスするように排気し、気化器 30から の DERガスを停止しな!、ようにするの力 好まし 、。

DERを気化して、気化した DERガスを安定供給するまでには時間がカゝかるので、 気化器 30からの DERガスの供給を停止することなぐ処理室 1をバイノスするよう〖こ 流しておくと、次の原料ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで直ちに DER ガスを基板 2へ安定供給できる。

[0038] ただし、次の原料ガス供給ステップまでの時間が長 、場合は、原料を無駄に捨てる ことになるため、こまめに気化器からの気化動作を停止させ、液体原料の無駄な使用 を止めることが望まし 、場合がある。

この場合には、原料ガスバイパス管 40に設けられたバルブ 39を開き、 DERガスを 原料ガスバイパス管 40より処理室 1をバイパスするように排気した後に、気化器 30内 のバルブ（図示せず)を閉じ、キャリアガスだけを流した状態にする。これは、いわば 原料消費節約型原料パージステップである。

[0039] 次の原料ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで直ちに DERガスを基板 2 へ安定供給できるようにするためには、後述する反応ガスパージステップ中で、キヤリ ァガスだけが処理室 1をバイパスしている状態で、気化器 30内のバルブを開き、気化 状態が安定化するようにしておく。

[0040] 処理室 1のパージが所定時間行われた後に、第 1反応ガス供給ステップにおいて、 処理室 1に第 1反応ガスとして H が供給される。

2

すなわち、バルブ 48が開かれ、バルブ 44が閉じた状態 (第 1反応ガスが処理室 1を バイパスした状態)から、バルブ 48を閉じ、バルブ 44が開かれ、反応ガス供給管 68 を通って、処理室 1に H が供給され、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー

2

孔 8で分散される。

H は対向電極ユニット 5上に均一な濃度で供給された後に、対向電極 6と対向電

2

極 7の間に高周波が印加され、プラズマ励起される。 H はこの段階で、原子状の水

2

素や水素イオン等の活性種として基板 2上に供給される。

また、印加する高周波出力は、高周波電源ユニット 13により最適な出力に制御され ている。

[0041] 反応ガスとしての H の供給が所定時間行われた後に、第 1反応ガスパージステツ

2

プにおいて、バルブ 44が閉じられ、 H の基板 2への供給が停止されるとともに、バル

2

ブ 47が開かれ、パージガスとしての不活性ガス力 反応ガス供給管 68を通って、処 理室 1に導入される。

これにより、反応ガス供給管 68および処理室 1が不活性ガスによりパージされ、残 留ガスが除去される。

[0042] なお、この際、反応ガスノ ィパス管 49に設けられた、バルブ 48を開き、反応ガスを ガスバイパス管 49より処理室 1をバイパスするように排気し、ガス流量制御装置 43の H の流量をゼロにしないようにするのが好ましい。

2

H の流量をゼロから所定流量に安定ィ匕するまでには時間が力かるので、第 1反応

2

ガス供給ユニット 41からの H の供給を停止することなぐ処理室 1をバイパスするよう

2

に流しておくと、次の反応ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで、 H ガス

2 を基板 2へ直ちに安定供給できる。

[0043] 第 1反応ガスパージステップにお 、ては、前述したように、次の原料ガス供給ステツ プでは、流れを切り替えるだけで、直ちに原料ガスを基板 2へ安定供給できるように するために、第 1反応ガスパージステップの終了時間の数〜十数秒前に、キャリアガ ス供給管からのキャリアガスだけが処理室 1をバイパスしている状態で、気化器 30内 のバルブを開き気化器内に DERを流し、気化を開始し、気化状態を安定化させる。 なぜなら、気化器 30の気化状態を安定化させるためには、数〜数十秒必要とするか らである。

[0044] 処理室 1のパージが所定時間行われた後、バルブ 39が閉じられ、バルブ 32が開か れ、予じめ安定して所定流量気化されるように準備された DERガスは、原料ガス供給 管 31を通って、処理室 1に導入され、原料ガス供給ステップが行われる。

[0045] 図 3に示されているように、初期成膜ステップにおいて、以上のような、原料ガス供 給ステップ、原料ガスパージステップ、第 1反応ガス供給ステップ、第 1反応ガスパー 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により、 基板 2上に所定膜厚の薄膜を形成することができる。

[0046] 次に、初期成膜ステップにおいて ALD法により成膜した Ru膜の上に、 CVD法によ り Ru膜を成膜する本成膜ステップにつ 、て説明する。

[0047] 本成膜ステップでは、 CVD法により成膜を実施する。

原料供給ユニット 25から供給された液体の DERが、液体原料流量制御装置 29で 流量制御され、不活性ガス供給ユニット 33から供給され、ガス流量制御装置 35で流 量制御されたキャリアガスと共に、気化器 30へ供給されて気化される。

このとき、気化された DERガスは、バルブ 32は閉じ、バルブ 39は開いた状態で、原 料ガスバイパス管 40に流れている力 気化量が安定すると、ノ レブ 39が閉じられ、 バルブ 32が開かれ、気化された DERガスは、原料ガス供給管 31を通って、処理室 1 に導入され、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散され、基板 2 上に供給される。

[0048] 同様に、第 2反応ガスとして O が DERガスと同時に供給される。

2

すなわち、バルブ 66が開かれ、バルブ 65が閉じられた状態から、バルブ 66が閉じ られ、バルブ 65が開かれる。反応ガス供給管 68を通って、処理室 1に O が供給され

2

、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散され、基板 2上に供給さ れる。

[0049] 基板 2に供給された DERガスと O の反応により Ru膜が形成される。

2

この時、対向電極ユニット 5には高周波を印加しない。

DERガスと O の供給時間を制御することにより、基板 2上に所定膜厚の薄膜を形

2

成することができる。

[0050] 基板 2への薄膜成膜処理終了後、図 3に示された基板搬出ステップにおいて、処 理済基板 2は基板搬入ステップと逆の手順で、処理室 1外へ搬出される。 [0051] なお、前述した第 1実施形態方法では、本成膜ステップを CVD法で行う場合につ いて説明したが、本成膜ステップは、初期成膜ステップと同様に ALD法で行うように してちよい。

[0052] 以下、初期成膜ステップを前述した第 1実施形態方法と同様に ALD法により実施 し、本成膜ステップを ALD法で実施する本発明に係る半導体装置の製造方法の第 2実施形態 (以下、第 2実施形態方法という。）を図 4に即して説明する。

なお、初期成膜ステップは第 1実施形態方法と同様なので、その説明は省略する。 また、本成膜ステップは、第 1実施形態方法における初期成膜ステップにおいて反 応ガスとして H の代わりに O を用いた場合に相当するので、反応ガス供給ステップ

2 2

以外のステップの説明は省略し、反応ガス供給ステップのみ説明を行う。

[0053] 図 4に示されているように、初期成膜ステップ終了後の本成膜ステップにおいて、原 料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップが行われた後に、第 2反応ガス供給ス テツプにお 、て処理室 1に第 2反応ガスとして O が供給される。

2

すなわち、バルブ 66が開かれ、バルブ 65が閉じられた状態から、バルブ 66が閉じ られ、バルブ 65が開かれる。反応ガス供給管 68を通って、処理室 1に O が供給され

2

、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散される。

O は対向電極ユニット 5上に均一な濃度で供給された後に、対向電極 6と対向電

2

極 7の間に高周波が印加され、プラズマ励起される。 O は、この段階で、原子状の酸

2

素や酸素イオン等の活性種として基板 2上に供給される。

なお、対向電極 6と対向電極 7の間に印加する高周波出力は、高周波電源ユニット 13により初期成膜ステップとは異なる最適な出力となるように制御される。

対向電極 6と対向電極 7の間に印加する高周波出力は、例えば、初期成膜ステップ では 100W、本成膜ステップでは 150Wとする。

また、例えば、対向電極 6と対向電極 7の間に印加する高周波出力は、初期成膜ス テツプでは 150W、本成膜ステップでは 100Wとしてもよ!/、。

要は、初期成膜ステップおよび本成膜ステップのそれぞれの目的に合わせて最適 な出力となるように制御すればよい。

第 2反応ガス供給ステップ後、第 2反応ガスパージステップが行われる。 [0054] 図 4に示されているように、第 2実施形態方法の本成膜ステップにおいては、以上 のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、第 2反応ガス供給ステツ プ、第 2反応ガスパージステップを、 1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す サイクル処理により、初期成膜ステップで基板 2上に形成された Ru膜の上に、所定膜 厚の Ru膜を形成することができる。

[0055] なお、第 1実施形態方法および第 2実施形態方法において、 ALD法により初期成 膜ステップを行う際の処理条件としては、処理温度： 200〜350°C、処理圧力： 10〜 400Pa、 DER流量： 0. 01〜0. 2gZmin、 H流量： 100〜2000sccm、対向電極

2

間に印加する高周波出力： 10〜500W、 1サイクル内の各ステップ時間： 1〜10秒、 が例示される。

[0056] 第 1実施形態方法において、 CVD法によって本成膜ステップを行う際の処理条件 としては、処理温度： 200〜350°C、処理圧力： 10〜400Pa、 DER流量： 0. 01〜0. 2gZmin、 O流量： 100〜2000sccm、が例示される。

2

[0057] 第 2実施形態方法において、 ALD法によって本成膜ステップを行う際の処理条件 としては、処理温度： 200〜350°C、処理圧力： 10〜400Pa、 DER流量： 0. 01〜0. 2gZmin、 O流量： 100〜2000sccm、対向電極間に印加する高周波出力： 0〜50

2

OW、 1サイクル内の各ステップ時間： 1〜10秒力 例示される。

[0058] 初期成膜ステップで成膜される膜厚は、 l〜5nm、本成膜ステップで成膜される膜 厚は、 5〜50nm、が例示される。

[0059] なお、初期成膜ステップおよび本成膜ステップは、同一の処理室内で同一温度で 連続して行うのが生産性やコストの観点力も望ましい。

[0060] 本発明で使用される第 1反応ガスは用途に応じて様々な種類から適宜選択可能で あるが、 H 、 N 、 NH 、 Heゝ Ne、 Ar、 Kr、 Xeゝが例示される。

2 2 3

[0061] 本発明で形成される膜は用途に応じて様々な種類力 適宜に選択可能であるが、

Ru、 Ir、 Pt、 Ti、 Hf、 Zr、 Ta、 W等の金属全般が例示される。

[0062] 図 5は本発明に係る基板処理装置の第 2実施形態である枚葉式処理装置を示す 概略図である。

[0063] 本第 2実施形態に係る枚葉式処理装置（図 5)が前記第 1実施形態に係る枚葉式処 理装置（図 1)と異なる点は、対向電極ユニット 5が廃止され、その代わりに支持台 20 に RF電極 70が設けられている点である。すなわち、本第 2実施形態に係る枚葉式処 理装置は、前記第 1実施形態に係る枚葉式処理装置とは、プラズマ発生機構の構成 が異なる。

第 2実施形態に係る枚葉式処理装置 (以下、第 2実施形態装置という。 )において は、支持台 20にヒータ 22と同様、 RF電極 70が埋め込まれており、この RF電極 70に は RFマッチングボックス 71、マッチングコントローラ 72、 RF電源（RFジェネレータ） 7 3が接続されている。第 1反応ガスや第 2反応ガスを流した状態で、 RF電極 70に RF 電力を印加することで、ウェハ上にプラズマが生成される。

以上の構成に係る第 2実施形態装置によっても、第 1実施形態方法および第 2実施 形態方法と同様な初期成膜ステップおよび本成膜ステップを実施することができる。

[0064] 次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第 3実施形態 (以下、第 3実施形態 方法という。）を、以上の構成に係る第 2実施形態装置を用いて半導体装置の製造ェ 程の一工程として基板に薄膜を堆積する場合について説明する。

[0065] 第 3実施形態方法が前記第 2実施形態方法と異なる点は、反応ガス供給ステップを 、処理室 1内雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、処理室 1内雰囲気を反応ガ スで一様にした状態で RF電極 70に RF電力を印加してプラズマを発生させるステツ プとの 2段階に、分けた点である。すなわち、第 3実施形態方法は、 RFを印カロしてプ ラズマを発生させるステップ (イベント)前に、反応ガスプレパージステップ (イベント） を設けた点が、第 2実施形態方法と異なる。

[0066] 本発明者らは、プラズマ生成時のマッチング条件は処理室 1内の雰囲気 (温度、圧 力、導入ガス）〖こよって変わること、すなわち、温度、圧力、導入するガス種により、プ ラズマ生成時のマッチング条件が変わり、所望外のプラズマが基板上に供給され、膜 厚均一性や膜付着を悪化させることがあることを見出した。

例えば、反応ガスとしてアンモニア（NH )を用いる場合に、 NH の供給と同時に R

3 3

Fを印加すると、プラズマ生成時のマッチング条件が安定しな 、ことがある。

これに対して、本発明者らは、 RFを印加してプラズマを発生させるステップ (ィベン ト）前に、反応ガスプレパージステップ (イベント）を設け、処理室 1内が反応ガスで一 様になった後に、 RFを印加するようにすれば、プラズマを安定供給することが可能と なり、膜厚均一性や膜付着性の悪ィ匕を緩和できることを見出した。

第 3実施形態方法は、本発明者らが見出したこの知見に基づくものである。

[0067] 以下、第 3実施形態方法の成膜工程を、図 5に示された第 2実施形態装置を用い て図 6に示されたフローチャートに即して実施する場合について具体的に説明する。 なお、第 3実施形態方法では、初期成膜ステップにおいて、第 1反応ガスとして NH ガスを用いる。

3

[0068] 図 6に示されたフローチャートの初期成膜ステップにおいては、原料ガス供給ステツ プ、原料ガスパージステップが行われた後に、第 1反応ガス供給ステップにおいて、 処理室 1内に第 1反応ガスとしての NH が供給される。

3

すなわち、図 5に示された第 2実施形態装置において、バルブ 48が開かれバルブ 4 4が閉じられた状態 (第 1反応ガスが処理室 1をバイパスした状態)から、バルブ 48が 閉じられ、バルブ 44が開かれ、処理室 1内に NH が反応ガス供給管 68を通って供

3

給され、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散される。

NH の供給を所定時間継続することで処理室 1内雰囲気が NHで一様に満たさ

3 3

れ均一な濃度となる（第 1反応ガス一様化ステップ)。

その状態で、 RF電極 70に高周波電力（RF電力）が印加されることにより、 NH は

3 プラズマ励起される。 NH はこの段階で、原子状の水素や水素イオン等の活性種と

3

して基板 2上に供給される。また、印加する RFは、高周波電源ユニット 13により最適 な出力に制御される（第 1反応ガス一様下 RF印加ステップ)。

第 1反応ガス供給ステップ後、 RF電極 70への高周波の印加を停止し、第 1反応ガ スパージステップが行われる。

[0069] 以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、処理室内雰囲気を 第 1反応ガスで一様にするステップ (第 1反応ガス供給ステップの第 1段階)、処理室 内を第 1反応ガスで一様にした状態で RFを印加してプラズマを発生させるステップ（ 第 1反応ガス供給ステップの第 2段階)、第 1反応ガスパージステップを 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により、基板 2上に所定膜厚の Ru膜 を形成することができる。 [0070] 第 3実施形態方法では、本成膜ステップにおける第 2反応ガス供給ステップも初期 成膜ステップと同様に行う。

すなわち、本成膜ステップにおいて、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステツ プが行われた後に、第 2反応ガス供給ステップにお 、て処理室 1内に第 2反応ガスと しての O が供給される。

2

すなわち、バルブ 66が開かれ、バルブ 65が閉じられた状態から、バルブ 66が閉じ られ、バルブ 65が開かれる。処理室 1内に O が反応ガス供給管 68を通って供給さ

2

れ、シャワーヘッド 12上に導かれ、多数のシャワー孔 8で分散される。

o の供給を所定時間継続することにより、処理室 1内雰囲気が oで一様に満たさ

2 2

れ均一な濃度となる（第 2反応ガス一様化ステップ)。

その状態で、 RF電極 70に RFが印加されることにより、 O はプラズマ励起される。

2

O は、この段階で、原子状の酸素や酸素イオン等の活性種として基板 2上に供給さ

2

れる（第 2反応ガス一様下 RF印加ステップ)。

第 2反応ガス供給ステップ後、 RF電極 70への高周波の印加を停止し、第 2反応ガ スパージステップが実施される。

[0071] 以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、処理室内雰囲気を 第 2反応ガスで一様にするステップ (第 2反応ガス供給ステップの第 1段階)、処理室 内を第 2反応ガスで一様にした状態で RFを印加してプラズマを発生させるステップ（ 第 2反応ガス供給ステップの第 2段階)、第 2反応ガスパージステップを、 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により、初期成膜ステップで基板 2 上に形成された Ru膜の上に、所定膜厚の Ru膜を形成することができる。

[0072] 第 3実施形態方法によれば、反応ガス供給ステップを、処理室内雰囲気を反応ガス で一様にするステップと、その後、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にした状態で R Fを印加してプラズマを発生させるステップと、の 2段階としたので、プラズマを安定供 給することが可能となり、膜厚均一性や膜付着性の悪ィ匕を緩和することができる。

[0073] なお、第 3実施形態方法にぉ 、ては、初期成膜ステップおよび本成膜ステップの両 ステップにおいて、反応ガス供給ステップを、処理室内雰囲気を反応ガスで一様に するステップと、その後、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にした状態で RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させるステップと、の 2段階とする例にっ 、て説明 したが、初期成膜ステップおよび本成膜ステップのうち、何れか一方のステップのみ 反応ガス供給ステップを 2段階とするようにしてもょ 、。

例えば、反応ガスとして NHを供給する初期成膜ステップのみ、反応ガス供給ステ

3

ップを 2段階とするようにしてもょ 、。

[0074] また、第 3実施形態方法の手法を第 1実施形態方法に適用してもよい。すなわち、 第 1実施形態方法における初期成膜ステップの反応ガス供給ステップを、処理室内 雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、その後、処理室内を反応ガスで一様にし た状態で RFを印加してプラズマを発生させるステップと、の 2段階とするようにしても よい。

[0075] ところで、初期成膜ステップにお!/、て反応ガスとして O等の酸素原子 (O)を含むガ

2

スを用いると、薄膜を形成する際の下地が酸化されてしまうことがある。

例えば、成膜の下地がノ リアメタル等の場合、初期成膜ステップにおいて反応ガス として O等の酸素原子 (O)を含むガスを用いると、下地のノ リアメタル膜 (例えば、 T

2

iN)が酸化され、絶縁膜 (TiO )が形成されてコンタクト抵抗が高くなり、デバイス特

2

性が悪ィ匕すると 、う問題が生じる。

[0076] これに対して、本発明によれば、初期成膜ステップでは、反応ガスとして Hや NH

2 3 等の酸素原子を含まな 、反応ガスを用いるので、下地のノ リアメタル膜は酸ィ匕される ことはない。

また、本成膜ステップは、下地のノ リアメタル膜が初期成膜ステップで形成された膜 で覆われた状態で行われるので、反応ガスとして O等の酸素原子を含むガスを用い

2

ても下地のノ リアメタル膜が酸ィ匕されることはな ヽ。

このように、本発明によれば、下地を酸化させることなく成膜することができる。

[0077] 次に、半導体装置の一例である DRAMの製造方法においてキャパシタを形成する 工程に、本発明を適用する実施の形態、すなわち、 DRAMのキャパシタの下部電極 膜および上部電極膜を形成する工程に本発明を適用する実施の形態を、図 7を用い て説明する。

[0078] 図 7は下部電極膜および上部電極膜を含む DRAMキャパシタの一部を示す断面 図である。

初めに、シリコン製の基板 2上に、 SiO等の絶縁体カゝらなる層間絶縁膜 80を形成

2

する。

その後、層間絶縁膜 80を貫通するように、コンタクトホール 87を開口する。

続いて、開口したコンタクトホール 87の内部に、シリコン基板 2と接続するためのコ ンタクトプラグ 81を形成する。コンタクトプラグ 81の材料としては、タングステン (W)等 が例示される。

続いて、コンタクトプラグ 81の上部空間を埋めるようにバリアメタル膜 82を形成する 。 ノリアメタル膜 82の材料としては、 TiNや TaNが例示される。

なお、ノリアメタル膜 82は電極を構成する材料や酸化剤力 コンタクトプラグ 81に 拡散することを防止する。

続いて、層間絶縁膜 80上とバリアメタル膜 82上の全面に、層間絶縁膜 83を形成す る。

その後、層間絶縁膜 83を貫通するようにコンタクトホール 88を開口する。

続いて、前述した第 1実施形態方法、第 2実施形態方法および第 3実施形態方法 の何れかの成膜法を適用することにより、コンタクトホール 88内と層間絶縁膜 83上の 全面に Ru膜等カゝらなる下部電極膜 84を形成する。

続いて、コンタクトホール 88内の下部電極膜 84を残留させつつ、層間絶縁膜 83上 の下部電極膜 84を除去する。

その後、残留させたコンタクトホール 88内の下部電極膜 84の内部をエッチングし、 下部電極膜 84の形状をシリンダ状とする。

続いて、下部電極膜 84上と層間絶縁膜 83上の全面に、容量絶縁膜 85を形成する 。容量絶縁膜 85の材料としては、 Ta Oや Al Oや ZrO等が例示される。

2 5 2 3 2

最後に、前述した第 1実施形態方法、第 2実施形態方法および第 3実施形態方法 の何れかの成膜法を適用することにより、容量絶縁膜 85上の全面に Ru膜等カゝらなる 上部電極膜 86を形成して、図 7に示された DRAMキャパシタの製造を完了する。 なお、前述した第 1実施形態方法、第 2実施形態方法および第 3実施形態方法の 何れかの成膜法は、 DRAMキャパシタの下部電極膜 84を形成する場合のみに適用 し、上部電極膜 86を形成する際には、第 1実施形態方法、第 2実施形態方法および 第 3実施形態方法の何れかの本成膜ステップのみ行う成膜法 (初期成膜ステップを 省略した成膜法)、すなわち、酸素原子を含む反応ガスを用いる成膜法を用いるよう にしてもよい。

[0080] 例えば、上部電極膜 86につ ヽては、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを同時 に供給する熱 CVD法を用いてもよ ヽし、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを交 互に供給する ALD法を用いてもょ 、。

というのは、 DRAMキャパシタの上部電極膜 86を形成する際の下地は絶縁膜であ り、酸素原子を含む反応ガスを用 ヽても問題とはならな ヽからである。

これに対して、下部電極膜 84を形成する際の下地はバリアメタル膜 82であり、酸素 原子を含む反応ガスを用いた場合、下地であるバリアメタル膜 82が酸ィ匕してしまい、 コンタクト抵抗が増大してデバイス特性が悪ィ匕するという問題が生じることとなる。 よって、下部電極膜 84を形成する際については、前述した本発明の第 1実施形態 方法、第 2実施形態方法および第 3実施形態方法の何れかの成膜法が最適の実施 形態となる。

[0081] 前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものをまとめて示すと、次の通 りである。

(1)処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと 反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複 数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応 させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回 繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の 薄膜を形成する本成膜ステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

(2)前記（1)において、前記第 1反応ガスは水素原子を含むガスである半導体装置 の製造方法。

(3)前記（1)において、前記第 1反応ガスは Hまたは NHであり、前記第 2反応ガス

2 3

は Oである半導体装置の製造方法。

2

(4)前記（1)において、前記第 1反応ガスおよび前記第 2反応ガスは、前記処理室内 に供給された後、プラズマで活性ィ匕してカゝら基板に対して供給するようにする半導体 装置の製造方法。

(5)前記（1)において、前記第 1反応ガスおよび前記第 2反応ガスは、前記処理室内 に供給された後、前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加して発生させ たプラズマで活性ィ匕してカゝら基板に対して供給するようにし、前記 RF電極に印加す る RF電力の値を前記第 1反応ガス供給時と前記第 2反応ガス供給時とで、それぞれ 異ならせるようにする半導体装置の製造方法。

(6)前記（1)において、前記第 1反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前 記第 1反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にするステップと 、前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前記 第 1反応ガスを基板に対して供給するステップと、

を有する半導体装置の製造方法。

(7)前記（6)において、前記第 2反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前 記第 2反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にするステップと 、前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた 前記 RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した 前記第 2反応ガスを基板に対して供給するステップと、

を有する半導体装置の製造方法。

(8)処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含ま な 、第 1反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にするステツ プと、前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けら れた RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前 記第 1反応ガスを基板に対して供給するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを 複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、 前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含む 第 2反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にするステップと、 前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた 前記 RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した 前記第 2反応ガスを基板に対して供給するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクル を複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所 望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

(9)処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給 して前記処理室内を前記反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記反 応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加し てプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前記反応ガスを基板に対して供給 するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚 の薄膜を形成するステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

(10)基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給する第 1反応ガス供給ラ インと、

前記処理室内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給する第 2反応ガス供給ラインと 前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第 1反応ガスの 供給と、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内への原 料ガスの供給と、前記処理室内への前記第 2反応ガスの供給と、を 1サイクルとしてこ のサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、

を有する基板処理装置。

(11)基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給する第 1反応ガス供給ラ インと、

前記処理室内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給する第 2反応ガス供給ラインと 前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための RF電極と、

前記 RF電極に RF電力を印加する RF電源と、

前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第 1反応ガス を供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF電極 に RF電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記第 1反応 ガスを基板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した 後、前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第 2反応 ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF 電極に RF電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記第 2 反応ガスを基板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返 すように制御するコントローラと、

を有する基板処理装置。

( 12)基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、 前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための RF電極と、

前記 RF電極に RF電力を印加する RF電源と、

前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記反応ガスを 供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF電極に RF 電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記反応ガスを基 板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御 するコントローラと、

を有する基板処理装置。

Claims

請求の範囲

[1] 処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと 反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複 数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室 内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応 させて基板上に薄膜を生成するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回 繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の 薄膜を形成する本成膜ステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

[2] 請求項 1にお 、て、前記第 1反応ガスは水素原子を含むガスである半導体装置の 製造方法。

[3] 請求項 1において、前記第 1反応ガスは Hまたは NHであり、前記第 2反応ガスは

2 3

Oである半導体装置の製造方法。

2

[4] 請求項 1において、前記第 1反応ガスおよび前記第 2反応ガスは、前記処理室内に 供給された後、プラズマで活性ィ匕してカゝら基板に対して供給するようにする半導体装 置の製造方法。

[5] 請求項 1において、前記第 1反応ガスおよび前記第 2反応ガスは、前記処理室内に 供給された後、前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加して発生させた プラズマで活性ィ匕してカゝら基板に対して供給するようにし、前記 RF電極に印加する RF電力の値を前記第 1反応ガス供給時と前記第 2反応ガス供給時とで、それぞれ異 ならせるようにする半導体装置の製造方法。

[6] 請求項 1において、前記第 1反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記 第 1反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にするステップと、 前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前記 第 1反応ガスを基板に対して供給するステップと、

を有する半導体装置の製造方法。

[7] 請求項 6において、前記第 2反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記 第 2反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にするステップと、 前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた 前記 RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した 前記第 2反応ガスを基板に対して供給するステップと、

を有する半導体装置の製造方法。

[8] 処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含ま な 、第 1反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にするステツ プと、前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けら れた RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前 記第 1反応ガスを基板に対して供給するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを 複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、 前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含む 第 2反応ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にするステップと、 前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた 前記 RF電極に RF電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した 前記第 2反応ガスを基板に対して供給するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクル を複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所 望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

[9] 処理室内に基板を搬入するステップと、

前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給 して前記処理室内を前記反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記反 応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた RF電極に RF電力を印加し てプラズマを発生させ、このプラズマで活性ィ匕した前記反応ガスを基板に対して供給 するステップと、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚 の薄膜を形成するステップと、

所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、 を有する半導体装置の製造方法。

[10] 基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給する第 1反応ガス供給ラ インと、

前記処理室内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給する第 2反応ガス供給ラインと 前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第 1反応ガスの 供給と、を 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内への原 料ガスの供給と、前記処理室内への前記第 2反応ガスの供給と、を 1サイクルとしてこ のサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、

を有する基板処理装置。

[11] 基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に酸素原子を含まない第 1反応ガスを供給する第 1反応ガス供給ラ インと、

前記処理室内に酸素原子を含む第 2反応ガスを供給する第 2反応ガス供給ラインと 前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための RF電極と、

前記 RF電極に RF電力を印加する RF電源と、

前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第 1反応ガス を供給して前記処理室内を前記第 1反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF電極 に RF電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記第 1反応 ガスを基板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した 後、前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第 2反応 ガスを供給して前記処理室内を前記第 2反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF 電極に RF電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記第 2 反応ガスを基板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返 すように制御するコントローラと、

を有する基板処理装置。

基板を処理する処理室と、

前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、

前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、

前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための RF電極と、

前記 RF電極に RF電力を印加する RF電源と、

前記処理室内を排気する排気ラインと、

前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記反応ガスを 供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にし、その状態で前記 RF電極に RF 電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性ィ匕した前記反応ガスを基 板に対して供給し、これを 1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御 するコントローラと、

を有する基板処理装置。