JP2000021874A - Method of forming metal oxide film and film forming- treating system - Google Patents
Method of forming metal oxide film and film forming- treating systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜の形成方法及びクラス
タツール装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal oxide film suitable for an insulating film such as tantalum oxide and a cluster tool device.
【０００２】[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、多層化及び高
集積化するに伴ってその仕様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。2. Description of the Related Art In general, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing a film forming process and a pattern etching process on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. The specifications are becoming stricter year by year as the integration and integration increase,
For example, a very thin oxide film such as an insulating film or a gate insulating film of a capacitor in a device is required to be further thinned, and at the same time, a higher insulating property is required.
【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、例えば酸化タンタル（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するが、この金属酸化膜の成膜後
に、この表面の改質処理を施すことにより、更に絶縁性
を向上させることができることが発見され、特開平２−
２８３０２２号公報にその技術が開示されている。As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like can be used.
Recently, a metal oxide film such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) has tended to be used as a material having better insulating properties. Although this metal oxide film exhibits a highly reliable insulating property even if it is thin, it is possible to further improve the insulating property by performing a surface modification treatment after forming the metal oxide film. Discovered,
Japanese Patent No. 283022 discloses the technique.
【０００４】この金属酸化膜を形成するには、例えば酸
化タンタルを形成する場合を例にとって説明すると、上
記公報に開示されているように成膜用の原料として、タ
ンタルの有機化合物である金属アルコキシド（Ｔａ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、これを窒素ガス等でバブリング
しながら供給して半導体ウエハを例えば４００℃程度の
プロセス温度に維持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によ
り酸化タンタル膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）を積層させている。そ
して、必要に応じて更なる絶縁特性の向上を図る場合に
は、この半導体ウエハを、オゾンを含む雰囲気中に搬入
し、大気圧下でこれに水銀ランプから紫外線を照射する
ことにより活性酸素原子を発生させ、この活性酸素原子
を用いて上記金属酸化膜中に含まれるＣ−Ｃ結合等の有
機不純物を分解して脱離することによって上記酸化タン
タル膜を改質し、これにより一層、特性の良好な絶縁膜
を得ている。In order to form this metal oxide film, for example, a case of forming tantalum oxide will be described. As disclosed in the above-mentioned publication, a metal alkoxide which is an organic compound of tantalum is used as a raw material for film formation. (Ta (O
C 2 H 5 ) 5 ) is supplied while bubbling with nitrogen gas or the like to maintain the semiconductor wafer at a process temperature of, for example, about 400 ° C., and to perform CVD (Che) under a vacuum atmosphere.
A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by a physical vapor deposition. In order to further improve the insulation properties as necessary, the semiconductor wafer is carried into an atmosphere containing ozone, and the semiconductor wafer is irradiated with ultraviolet rays from a mercury lamp under atmospheric pressure to activate the active oxygen atoms. Is generated, and the active oxygen atoms are used to decompose and desorb organic impurities such as C—C bonds contained in the metal oxide film, thereby modifying the tantalum oxide film. Good insulating film is obtained.
【０００５】例えば図７は絶縁膜の金属酸化膜として金
属タンタルを成膜する従来方法の一例を示しており、ま
ず、成膜装置内において金属酸化膜原料として有機化合
物である気化状態の金属アルコキシドと気化状態のアル
コールを供給してこの真空雰囲気中にて半導体ウエハＷ
を成膜処理することにより金属酸化膜として所定の厚み
の酸化タンタル層（Ｔａ2 Ｏ5 ）２を成膜する。この時
のプロセス温度は、例えば４００℃程度で行なう。For example, FIG. 7 shows an example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film. First, a vaporized metal alkoxide, which is an organic compound, is used as a metal oxide film material in a film forming apparatus. And the alcohol in a vaporized state is supplied to the semiconductor wafer W in this vacuum atmosphere.
To form a tantalum oxide layer (Ta 2 O 5 ) 2 having a predetermined thickness as a metal oxide film. The process temperature at this time is, for example, about 400 ° C.
【０００６】次に、のウエハを改質装置に搬送して図７
（Ｂ）に示すように、オゾン（Ｏ3）の雰囲気下におい
て紫外線ランプによりウエハ表面に紫外線ＵＶを照射す
ることにより、酸化タンタル層２中に含まれる有機不純
物のＣ−Ｃ結合やハイドロカーボン等を紫外線のエネル
ギや活性酸素原子により切断してこれを脱離させ、酸化
タンタル層の改質を行なう。この改質処理のプロセス温
度は、酸化タンタルの非晶質状態（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４
２５℃程度で行なう。このように改質処理が終了したな
らば、次にこのウエハを熱処理装置に搬送し、酸素ガス
の存在下において酸化タンタル層２の結晶化温度以上、
例えば７００℃に加熱し、この酸化タンタル層２を結晶
化させる。この結晶化アニールにより、酸化タンタル層
２は分子レベルで緻密化されて、且つ面内膜厚も均一化
させることができ、絶縁特性の良好な絶縁膜を得ること
が可能となる。Next, the wafer is transferred to a reformer and
As shown in (B), by irradiating ultraviolet rays UV to the wafer surface by an ultraviolet lamp in an ozone (O 3 ) atmosphere, C—C bonds of organic impurities contained in the tantalum oxide layer 2, hydrocarbons, etc. Is cut by ultraviolet energy or active oxygen atoms to be desorbed, thereby modifying the tantalum oxide layer. The process temperature of this reforming treatment is the tantalum oxide amorphous state (amorphous state)
Temperature below this crystallization temperature, for example 4
Perform at about 25 ° C. When the reforming process is completed in this way, the wafer is then transferred to a heat treatment apparatus, and is heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 2 in the presence of oxygen gas.
For example, by heating to 700 ° C., the tantalum oxide layer 2 is crystallized. By this crystallization annealing, the tantalum oxide layer 2 can be densified at the molecular level and the in-plane film thickness can be made uniform, so that an insulating film having good insulating properties can be obtained.
【０００７】ところで、上記改質処理時における有機不
純物の脱離は、紫外線の金属酸化膜の厚さ方向への透過
量やオゾンの浸入の程度を考慮すると、金属酸化膜が薄
い程、効果的に改質を行なうことができるので、成膜処
理と改質処理を２回繰り返し行なって、最後に結晶化処
理を行うことによって、個々の改質処理を効果的に行な
い、これにより更に絶縁性を向上させるようにした技術
が、例えば特開平９−１２１０３５号公報に開示されて
いる。図８はこの時の従来の成膜方法の一例を示してい
る。まず、図８（Ａ）に示すように成膜温度を略４００
℃とし、金属アルコキシドとアルコール雰囲気の存在下
にて図７（Ａ）で示したと同様に酸化タンタル２Ａを成
膜し、次に、図８（Ｂ）に示すようにオゾンの存在下に
て紫外線ＵＶを照射することにより酸化タンタル層２Ａ
の改質を行なう。次に、図８（Ｃ）に示すように図８
（Ａ）と同様なプロセス条件で２層目の酸化タンタル層
２Ｂを成膜し、次に、図８（Ｄ）に示すように図８
（Ｂ）と同様なプロセス条件で２層目の酸化タンタル層
２Ｂの改質を行なう。By the way, in consideration of the amount of ultraviolet rays permeated in the thickness direction of the metal oxide film and the degree of penetration of ozone, the thinner the metal oxide film is, the more effective the desorption of organic impurities during the above-mentioned reforming treatment is. Since the film formation process and the reforming process are repeated twice, and finally the crystallization process is performed, the individual reforming processes can be effectively performed, thereby further improving the insulating property. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-121035 discloses a technique for improving the image quality. FIG. 8 shows an example of a conventional film forming method at this time. First, as shown in FIG.
C., a tantalum oxide 2A was formed in the same manner as shown in FIG. 7A in the presence of a metal alkoxide and an alcohol atmosphere, and then, as shown in FIG. Tantalum oxide layer 2A by irradiating UV
Is reformed. Next, as shown in FIG.
A second tantalum oxide layer 2B is formed under the same process conditions as (A), and then, as shown in FIG.
The second tantalum oxide layer 2B is reformed under the same process conditions as (B).
【０００８】この時、１層目と２層目の酸化タンタル層
２Ａ、２Ｂの厚みの合計が図７中の酸化タンタル層２の
略厚みと同じになるようにそれぞれの膜厚が設定される
ので、各酸化タンタル層２Ａ、２Ｂの厚みは、図７に示
す酸化タンタル層２の厚みよりも薄くなる。その結果、
膜厚が薄くなった分だけ個々の改質処理時において効果
的に有機不純物を脱離させることができるので、酸化タ
ンタル層２Ａ、２Ｂの絶縁性を一層、向上させることが
可能となる。そして、改質処理されたウエハは、図８
（Ｅ）に示すように、先の図７（Ｃ）にて説明したと同
様なプロセス条件で熱処理を行ない、ここで１層目と２
層目の酸化タンタル層２Ａ、２Ｂを同時に結晶化処理す
る。At this time, the thicknesses of the first and second tantalum oxide layers 2A and 2B are set so that the total thickness of the tantalum oxide layers 2A and 2B is substantially equal to the thickness of the tantalum oxide layer 2 in FIG. Therefore, the thickness of each tantalum oxide layer 2A, 2B is smaller than the thickness of tantalum oxide layer 2 shown in FIG. as a result,
Since the organic impurities can be effectively desorbed at the time of the individual reforming process by the reduced thickness, the insulating properties of the tantalum oxide layers 2A and 2B can be further improved. Then, the wafer subjected to the reforming process is shown in FIG.
As shown in FIG. 7E, heat treatment is performed under the same process conditions as described with reference to FIG.
The second tantalum oxide layers 2A, 2B are simultaneously crystallized.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に所
定の一連のプロセスを行なって一定の結果物を得る場合
には、当然のこととして工程数が少ない方が製品コスト
も削除できるし、また、工程が少なくなった分だけ設備
コストを削除したり、スループットも向上させることが
可能となる。しかるに、上述したような従来の成膜方法
にあっては、図７（Ｂ）と図７（Ｃ）の各工程及び図８
（Ｄ）と図８（Ｅ）の各工程のようにかなり類似する工
程同士でも別の熱処理装置で行なうようにしていること
から、全体の工程数が多くなり、製品コストの上昇やス
ループットの低下をもたらす結果となっていた。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。本発明の目的は、改質処理
と結晶化処理を同一チャンバ内で連続的に行なうことが
できる金属酸化膜の形成方法及びクラスタツール装置を
提供することにある。In general, when a predetermined result is obtained by performing a predetermined series of processes, naturally, the smaller the number of steps, the lower the product cost. In addition, it is possible to reduce equipment costs and to improve the throughput by reducing the number of processes. However, in the conventional film forming method as described above, each step shown in FIGS. 7B and 7C and FIG.
Since substantially similar processes such as those shown in FIG. 8D and those in FIG. 8E are performed by different heat treatment apparatuses, the total number of processes increases, so that the product cost increases and the throughput decreases. Was the result. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a method for forming a metal oxide film and a cluster tool device which can perform a reforming process and a crystallization process continuously in the same chamber.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化
性ガスの存在下の雰囲気中にて非晶質状態の金属酸化膜
を形成する金属酸化膜形成工程と、前記金属酸化膜が形
成された被処理体を活性酸素雰囲気下にて前記金属酸化
膜の結晶化温度以下の状態に所定の時間維持して改質を
行った後に結晶化温度以上に昇温することにより前記金
属酸化膜中に含まれる有機不純物を脱離させつつ前記金
属酸化膜を結晶化させる結晶化工程とを有する金属酸化
膜の形成方法である。The invention as defined in claim 1 is an object of the present invention is to provide a method for forming an amorphous metal oxide film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film raw material and an oxidizing gas on the surface of an object to be processed. A metal oxide film forming step of forming a film, and reforming by maintaining the object on which the metal oxide film is formed at a temperature lower than a crystallization temperature of the metal oxide film for a predetermined time under an active oxygen atmosphere. A crystallization step of crystallizing the metal oxide film while removing organic impurities contained in the metal oxide film by raising the temperature to a crystallization temperature or higher after the crystallization. .
【００１１】これにより、金属酸化膜の成膜後に、直
接、活性酸素雰囲気下にて結晶化工程を行なうようにし
たので、ここで最上層に形成されている金属酸化膜の改
質処理を行ないつつ、金属酸化膜全体の結晶化処理を同
一チャンバ内で連続的に行なうことができる。従って、
従来方法の工程数と比較して１工程だけ少なくすること
が可能となる。請求項２に規定する発明は、被処理体の
表面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下
の雰囲気中にて非晶質状態の第１層目の金属酸化膜を形
成する第１の金属酸化膜形成工程と、前記金属酸化膜が
形成された被処理体を活性酸素雰囲気に晒すことによっ
て前記金属酸化膜を改質する改質工程と、改質処理後の
前記被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化
性ガスの存在下の雰囲気中にて非晶質状態の第２層目の
金属酸化膜を形成する第２の金属酸化膜形成工程と、前
記第２層目の金属酸化膜が形成された被処理体を活性酸
素雰囲気下にて前記金属酸化膜の結晶化温度以下の状態
に所定の時間維持して改質を行った後に結晶化温度以上
に昇温することにより前記第２層目の金属酸化膜中に含
まれる有機不純物を脱離させつつ前記各金属酸化膜を結
晶化させる結晶化工程とを有する金属酸化膜の形成方法
である。Since the crystallization step is performed directly in an active oxygen atmosphere after the formation of the metal oxide film, the metal oxide film formed on the uppermost layer is modified here. In addition, crystallization of the entire metal oxide film can be continuously performed in the same chamber. Therefore,
The number of steps can be reduced by one step as compared with the number of steps in the conventional method. According to a second aspect of the present invention, a first metal oxide film in an amorphous state is formed on a surface of an object to be processed in an atmosphere in the presence of a metal oxide film material in a vaporized state and an oxidizing gas. A first metal oxide film forming step, a modification step of exposing the object on which the metal oxide film is formed to an active oxygen atmosphere to modify the metal oxide film, and the modification step after the modification treatment A second metal oxide film forming step of forming an amorphous second metal oxide film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film material and an oxidizing gas on the surface of the body; The object on which the second-layer metal oxide film is formed is reformed while maintaining the same at a temperature lower than the crystallization temperature of the metal oxide film for a predetermined time under an active oxygen atmosphere. To remove organic impurities contained in the second metal oxide film while increasing the temperature. Serial is a method for forming a metal oxide film having a crystallizing step for crystallizing each metal oxide film.
【００１２】これによれば、全体で２層の金属酸化膜が
形成されることになり、最後の結晶化工程において最上
層の金属酸化膜の改質処理と２層全体の金属酸化膜の結
晶化処理が連続的に行なわれることになり、この場合に
も、従来方法の工程数と比較して１工程だけ少なくする
ことが可能となる。請求項３に規定する発明は、前記改
質処理時或いは／及び結晶化処理時には前記被処理体の
表面に紫外線を照射するものである。これによれば、紫
外線によるエネルギも加わるので、金属酸化膜からの有
機不純物の脱離を促進させることができ、効率的に処理
を行なうことができる。According to this, two metal oxide films are formed as a whole. In the final crystallization step, the uppermost metal oxide film is reformed and the crystal of the entire two metal oxide films is crystallized. The conversion process is performed continuously, and in this case as well, it is possible to reduce the number of steps by one in comparison with the number of steps in the conventional method. According to a third aspect of the present invention, the surface of the object to be processed is irradiated with ultraviolet rays during the modification process and / or the crystallization process. According to this, since energy due to ultraviolet rays is also applied, desorption of organic impurities from the metal oxide film can be promoted, and processing can be performed efficiently.
【００１３】請求項４に規定する発明は、前記結晶化工
程は、熱処理装置内を前記金属酸化膜の結晶化温度以下
に維持した状態で前記被処理体を導入し、所定の時間だ
け前記結晶化温度以下の状態を維持して改質を行って、
その後、前記熱処理装置内を急速に結晶化温度以上に昇
温するようにしたものである。これによれば、結晶化温
度以上に加熱されている熱処理装置内へ被処理体を導入
する場合と異なり、金属酸化膜が結晶化温度に達するま
でにある程度の時間を要して、この間に有機不純物の脱
離を効果的に行なうことができる。金属酸化膜原料とし
ては、金属アルコキシドが用いられ、金属酸化膜として
は例えば酸化タンタル層を形成する。また、活性酸素原
子としては、オゾンを用いることができる。更に、金属
酸化膜として酸化タンタルを適用する場合には、改質工
程のプロセス温度は、例えば６００℃以下であり、結晶
化工程の最終プロセス温度は７００℃以上である。According to a fourth aspect of the present invention, in the crystallization step, the object to be processed is introduced in a state where an inside of a heat treatment apparatus is maintained at a temperature lower than a crystallization temperature of the metal oxide film, and the crystallization is performed for a predetermined time. Reforming while maintaining the state below the
Thereafter, the inside of the heat treatment apparatus is rapidly heated to a temperature higher than the crystallization temperature. According to this, unlike the case where the object to be processed is introduced into the heat treatment apparatus heated to a temperature higher than the crystallization temperature, it takes a certain time for the metal oxide film to reach the crystallization temperature, during which the organic oxide Impurities can be effectively eliminated. As a metal oxide film raw material, a metal alkoxide is used, and as the metal oxide film, for example, a tantalum oxide layer is formed. In addition, ozone can be used as an active oxygen atom. Further, when tantalum oxide is used as the metal oxide film, the process temperature of the reforming step is, for example, 600 ° C. or less, and the final process temperature of the crystallization step is 700 ° C. or more.
【００１４】また、上記成膜方法を実施するためには、
被処理体に対して気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガ
スの存在下の雰囲気中にて非晶質状態の金属酸化膜を形
成する少なくとも１つの成膜装置と、前記成膜後の被処
理体に活性酸素原子を晒すことによって前記金属酸化膜
を改質する改質装置と、前記金属酸化膜が形成された被
処理体を活性酸素雰囲気下にて前記金属酸化膜の結晶化
温度以下に所定の時間だけ維持して改質を行った後に結
晶化温度以上に昇温することにより前記被処理体に形成
されている金属酸化膜に含まれる有機不純物を脱離させ
つつ前記被処理体に形成されている全ての金属酸化膜を
結晶化させる結晶化熱処理装置と、前記被処理体を移載
するために前記成膜装置と前記改質装置と前記結晶化熱
処理装置とに共通に連結されて真空引き可能になされた
共通搬送装置とを備えたクラスタツール装置を用いるこ
とができる。Further, in order to carry out the film forming method,
At least one film forming apparatus for forming an amorphous metal oxide film on an object to be processed in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film material and an oxidizing gas; A reforming apparatus for modifying the metal oxide film by exposing active oxygen atoms to the processing body; and a crystallization temperature of the metal oxide film equal to or lower than the crystallization temperature of the metal oxide film in an active oxygen atmosphere under the active oxygen atmosphere. After the reforming is performed for a predetermined time, the temperature is raised to a crystallization temperature or higher to remove organic impurities contained in the metal oxide film formed on the processing object while removing the processing object. A crystallization heat treatment apparatus for crystallizing all the metal oxide films formed on the substrate, and a common connection to the film formation apparatus, the reforming apparatus, and the crystallization heat treatment apparatus for transferring the object to be processed. And a common transfer device that can be evacuated. It is possible to use the example was cluster tool equipment.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下に本発明に係るクラスタツー
ル装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係るクラスタツール装置を示す概略斜視図で
ある。図示するように、このクラスタツール装置３は、
被処理体、例えば半導体ウエハＷに対して気化状態の金
属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の真空雰囲気中にて
非晶質状態の金属酸化膜を形成する２台の成膜装置４、
６と、この金属酸化膜を真空雰囲気下において活性酸素
原子に晒すことによって改質する改質装置８と、活性酸
素雰囲気下においてウエハを上記金属酸化膜の結晶温度
以上に加熱することによって、これを結晶化させる結晶
化熱処理装置１０と、これらの各装置４、６、８、１０
間と共通に連結されて、真空状態を維持しつつ、各装置
間にウエハを移載する共通搬送装置１とにより主に構成
されている。更に、ここでは、ウエハの搬入・搬出効率
を向上させるために、複数の半導体ウエハを収容可能な
カセットＣを収容して真空引き可能になされて上記共通
搬送装置１に連結されたカセット収容室１４Ａ，１４Ｂ
を有しており、いわゆるクラスタツール化されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the cluster tool device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG.
1 is a schematic perspective view showing a cluster tool device according to the present invention. As shown in the figure, this cluster tool device 3
Two film forming apparatuses 4 for forming a metal oxide film in an amorphous state in a vacuum atmosphere in the presence of a raw material of a metal oxide film in a vaporized state and an oxidizing gas on an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W;
6, a reformer 8 for reforming the metal oxide film by exposing it to active oxygen atoms in a vacuum atmosphere, and heating the wafer to a temperature equal to or higher than the crystal temperature of the metal oxide film in the active oxygen atmosphere. Crystallization heat treatment apparatus 10 for crystallization of
It is mainly configured by a common transfer device 1 that is commonly connected to the space and transfers a wafer between the devices while maintaining a vacuum state. Further, here, in order to improve the efficiency of loading and unloading wafers, a cassette C which can accommodate a plurality of semiconductor wafers and is evacuated and evacuated and connected to the common transfer device 1 in the cassette accommodation chamber 14A , 14B
Which is a so-called cluster tool.
【００１６】共通搬送装置１の一側には、それぞれゲー
トバルブＧ１，Ｇ２を介して第１のカセット収容室１４
Ａ及び第２のカセット収容室１４Ｂがそれぞれ接続され
ている。これらの両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂは、
この装置全体のウエハ搬出入ポートを構成するものであ
り、それぞれ昇降及び旋回自在なカセットステージ（図
示せず）を備えている。共通搬送装置１及び両カセット
収容室１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ気密構造に構成さ
れ、両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂには、外部の作業
室雰囲気との間を開閉して大気開放可能にそれぞれゲー
トドアＧ３，Ｇ４が設けられ、開放されたゲートドアＧ
３、Ｇ４を介してカセットＣが搬出入される。One side of the common transfer device 1 is connected to the first cassette accommodating chamber 14 via gate valves G1 and G2, respectively.
A and the second cassette storage chamber 14B are connected to each other. These two cassette storage chambers 14A and 14B
It constitutes a wafer loading / unloading port of the entire apparatus, and includes a cassette stage (not shown) which can be moved up and down and swivel. The common transfer device 1 and the two cassette storage chambers 14A and 14B are each configured in an airtight structure, and the two cassette storage chambers 14A and 14B have gate doors G3 that can be opened and closed to and from the atmosphere of an external work chamber so as to be open to the atmosphere. , G4 provided and the gate door G opened
3. The cassette C is carried in / out via G4.
【００１７】共通搬送装置１内の移載用アーム機構１６
は、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりな
り、両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂと各成膜装置４、
６、改質装置８及び結晶化熱処理装置１０との間でウエ
ハを移載するものである。そして、この共通搬送装置１
には、ゲートバルブＧ５，Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８を介してそ
れぞれ成膜装置４、改質装置６、８、結晶化熱処理装置
１０及び成膜装置６が連結されている。以上説明した上
記各装置４、６、８、１０、１２及びカセット収容室１
４Ａ、１４Ｂには、内部に不活性ガス、例えばＮ2 ガス
をパージするＮ2 ガス供給系（図示せず）及び内部の雰
囲気を真空引きするための真空排気系（図示せず）がそ
れぞれ接続されており、独立して制御可能になされてい
る。Transfer arm mechanism 16 in common transfer device 1
Is composed of a multi-joint arm that can be bent and extended, and can rotate. The cassette accommodation chambers 14A and 14B and the film forming devices 4 and
6. A wafer is transferred between the reformer 8 and the crystallization heat treatment apparatus 10. And this common transport device 1
Is connected to the film forming apparatus 4, the reforming apparatuses 6, 8, the crystallization heat treatment apparatus 10, and the film forming apparatus 6 via gate valves G5, G6, G7, G8, respectively. Each of the above-described devices 4, 6, 8, 10, 12 and the cassette accommodating chamber 1 described above.
An N 2 gas supply system (not shown) for purging an inert gas, for example, N 2 gas, and a vacuum exhaust system (not shown) for evacuating the internal atmosphere are connected to 4A and 14B, respectively. And are independently controllable.
【００１８】上記成膜装置４や改質装置８は、本発明者
が先の出願（特開平１０−７９３７７号公報）にて開示
したものを用いればよく、また、結晶化熱処理装置１０
は結晶化処理が改質処理と温度領域が異なるだけなの
で、改質装置と略同じものを用いればよい。上記各成膜
装置４、６は、ウエハ表面に非晶質状態の金属酸化膜と
して、例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）層をＣＶＤに
より成膜するものであり、金属酸化膜原料として有機化
合物である液状の金属アルコキシド、例えばＴａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 を例えばＨｅガスでバブリングして供給し、
この供給ガスと酸化性ガスであるＯ2 等との混合ガス雰
囲気下にてＣＶＤ成膜反応を行なう。尚、同じ構造の成
膜装置を２台設けた理由は、スループットを向上させる
ためである。また、酸化性ガスとしては、Ｏ2 の他に、
Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ、気化状態のアルコール等を用いる
ことができる。As the film forming apparatus 4 and the reforming apparatus 8, those disclosed by the present inventor in the prior application (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-79377) may be used.
Since the crystallization process differs from the reforming process only in the temperature range, it is sufficient to use substantially the same as the reforming apparatus. Each of the film forming apparatuses 4 and 6 is for forming, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer as a metal oxide film in an amorphous state on a wafer surface by CVD. A liquid metal alkoxide such as Ta (OC
2 H 5 ) 5 is supplied by bubbling with, for example, He gas,
A CVD film forming reaction is performed in a mixed gas atmosphere of the supply gas and an oxidizing gas such as O 2 . The reason why two film forming apparatuses having the same structure are provided is to improve the throughput. As the oxidizing gas, in addition to O 2 ,
O 3 , N 2 O, NO, vaporized alcohol and the like can be used.
【００１９】改質装置８は、加熱ヒータ内蔵の載置台上
に設置したウエハ表面を活性酸素原子に晒し、ウエハ表
面に形成されている金属酸化膜を改質する。活性酸素原
子としてはオゾン（Ｏ3 ）を外部より導入したり、内部
で発生させたりすればよいし、また、Ｎ2 Ｏガスを用い
て活性酸素原子を発生させてもよい。この場合、装置の
天井部などに紫外線照射手段１８を設けており、この紫
外線エネルギも利用して金属酸化膜中に存在するＣ−Ｃ
結合やハイドロカーボン等の有機不純物を分解し、これ
を脱離させる。この改質処理は、後述するように、有機
不純物の脱離を完全ならしめるために金属酸化膜の結晶
化温度以下の温度で行なう。The reformer 8 exposes the surface of the wafer, which is provided on a mounting table with a built-in heater, to active oxygen atoms, thereby reforming the metal oxide film formed on the wafer surface. As active oxygen atoms, ozone (O 3 ) may be introduced from the outside or generated internally, or active oxygen atoms may be generated using N 2 O gas. In this case, an ultraviolet irradiating means 18 is provided on a ceiling portion of the apparatus or the like.
It decomposes organic impurities such as bonds and hydrocarbons and desorbs them. This reforming treatment is performed at a temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the metal oxide film in order to completely remove organic impurities as described later.
【００２０】結晶化熱処理装置１０は、上記改質装置８
と類似した構造のものであり、必要に応じて紫外線照射
手段８を設けるようにしてもよく、設けないようにして
もよい。ここでは、活性酸素原子の存在下においてウエ
ハを金属酸化膜の結晶化温度以下から結晶化温度以上ま
で昇温することにより、ウエハの最上層に形成されてい
る金属酸化膜の改質処理とウエハに成膜された全ての金
属酸化膜の結晶化処理とを略同時に行なうものである。
ウエハを結晶化温度以上の高い温度まで昇温するので、
上記改質装置８よりは強力な加熱ヒータを用いるのがよ
い。また、活性酸素原子としてはオゾン（Ｏ3 ）を外部
より導入したり、内部で発生させたりすればよい。The crystallization heat treatment apparatus 10 includes the reforming apparatus 8
It has a structure similar to that described above, and the ultraviolet irradiation means 8 may or may not be provided as necessary. Here, in the presence of active oxygen atoms, the temperature of the wafer is raised from the crystallization temperature of the metal oxide film to the crystallization temperature or higher, so that the metal oxide film formed on the uppermost layer of the wafer is modified and the wafer is reformed. The crystallization process of all the metal oxide films formed on the substrate is performed substantially simultaneously.
Since the temperature of the wafer is raised to a temperature higher than the crystallization temperature,
It is preferable to use a stronger heater than the reformer 8. As the active oxygen atom, ozone (O 3 ) may be introduced from outside or generated inside.
【００２１】次に、以上のように構成されたクラスタツ
ール装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について
説明する。ここでは、絶縁膜として薄い金属酸化膜を２
回（２層）成膜する場合を例にとって説明する。まず、
半導体ウエハＷの全体的な流れについて説明する。ウエ
ハのサイズは、例えば８インチのものを用い、未処理の
ウエハＷを例えば２５枚収容したカセットＣを第１のカ
セット収容室１４Ａ内のカセットステージ（図示せず）
上に載置し、続いてゲートドアＧ３を閉じてこの室内を
Ｎ2 ガスの不活性ガス雰囲気にすると共に、この収容室
１４内を真空引きする。Next, a film forming method of the present invention performed by using the cluster tool device configured as described above will be described. Here, a thin metal oxide film is used as an insulating film.
The case of forming a film twice (two layers) will be described as an example. First,
The overall flow of the semiconductor wafer W will be described. The size of the wafer is, for example, 8 inches, and a cassette C (not shown) in the first cassette accommodating chamber 14A stores a cassette C accommodating, for example, 25 unprocessed wafers W.
Then, the gate door G3 is closed, and the inside of the chamber is set to an inert gas atmosphere of N 2 gas, and the inside of the accommodation chamber 14 is evacuated.
【００２２】次に、ゲートバルブＧ１を開き、カセット
収容室１４Ａ内を予め真空引きされて不活性ガス雰囲気
になされた共通搬送装置１内と連通し、この装置１２内
の移載用アーム機構１６を用いてウエハＷを搬入する。
次に、ゲートバルブＧ５を介して、このウエハＷを予め
真空引きされている一方の成膜装置４内へ搬入し、ここ
で金属酸化膜として例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）
層を成膜する。このように第１の金属酸化膜形成工程を
終了したならば、このウエハＷを真空状態に維持されて
いる共通搬送装置１内に移載用アーム機構１６を用いて
取り出し、次に、開かれたゲートバルブＧ６を介してこ
のウエハＷを予め真空状態になされている改質装置８内
へ搬入し、ここで、紫外線照射手段１８から発せられる
紫外線やオゾンを用いてウエハ表面の上記酸化タンタル
層中に含まれるハイドロカーボンやＣ−Ｃ結合などの有
機不純物を脱離させ、改質処理を行なう。このように改
質処理が終了したならば、このウエハＷを真空状態に維
持されている共通搬送装置１内に移載用アーム機構１６
を用いて取り出し、次に、開かれたゲートバルブＧ８を
介してこのウエハＷを予め真空状態に維持されている第
２の成膜装置６内へ搬入し、ここで先の第１の成膜装置
４内での成膜処理と同じ条件で、第２層目の酸化タンタ
ル層の成膜処理を行なう。Next, the gate valve G1 is opened, and the inside of the cassette accommodating chamber 14A is evacuated in advance and communicates with the common carrier 1 in an inert gas atmosphere. The wafer W is loaded by using.
Next, the wafer W is carried into one of the film forming apparatuses 4 which has been evacuated in advance through the gate valve G5, where the metal oxide film is formed of, for example, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ).
Form a layer. When the first metal oxide film forming step is completed in this way, the wafer W is taken out into the common transfer apparatus 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16 and then opened. The wafer W is carried into the reformer 8 which has been preliminarily evacuated through the gate valve G6, where the tantalum oxide layer on the wafer surface is irradiated with ultraviolet light or ozone emitted from the ultraviolet irradiation means 18. Organic impurities such as hydrocarbons and C—C bonds contained therein are eliminated to carry out a reforming treatment. When the reforming process is completed in this manner, the wafer W is transferred to the common transfer device 1 maintained in a vacuum state by the transfer arm mechanism 16.
Then, the wafer W is loaded into the second film forming apparatus 6 which is maintained in a vacuum state in advance through the opened gate valve G8, where the first film is formed. Under the same conditions as the film forming process in the apparatus 4, the film forming process of the second tantalum oxide layer is performed.
【００２３】このように第２の金属酸化膜成膜工程を終
了したならば、このウエハＷを真空状態に維持されてい
る共通搬送装置１内に移載用アーム機構１６を用いて取
り出し、次に開かれたゲートバルブＧ７を介してこのウ
エハＷを予め真空状態になされている結晶化熱処理装置
１０内へ搬入する。そして、ここでオゾンの雰囲気下に
おいてウエハＷを、金属酸化膜、すなわちここでは酸化
タンタル層の結晶化温度以上まで昇温した後、直ちに降
温させることにより、２層目である最上層の酸化タンタ
ル層の改質処理を行なうと略同時に、１層目及び２層目
の両酸化タンタル層を結晶化する。このように、結晶化
工程を終了したならば、この処理済みのウエハＷを共通
搬送装置１内に取り出し、そして、これを第２のカセッ
ト収容室１４Ｂ内のカセットＣ内に収容することにな
る。After the second metal oxide film forming step is completed, the wafer W is taken out into the common transfer apparatus 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16, and the next step is performed. The wafer W is carried into the crystallization heat treatment apparatus 10 which has been previously evacuated through the gate valve G7 opened at the end of the process. Then, the temperature of the wafer W is raised to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide film, that is, the tantalum oxide layer in this case, and immediately lowered in the atmosphere of ozone, whereby the second highest layer of tantalum oxide is formed. Almost simultaneously with the modification of the layers, both the first and second tantalum oxide layers are crystallized. When the crystallization step is completed as described above, the processed wafer W is taken out into the common transfer device 1, and is stored in the cassette C in the second cassette storage chamber 14B. .
【００２４】次に、上記各工程について図２を参照して
説明する。まず、図２（Ａ）に示すように第１の成膜装
置４内でウエハＷ上に金属酸化膜として第１の酸化タン
タル層２０を所定の厚みで形成する。この時の原料ガス
は液状の金属アルコキシドであるＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5
をＨｅガスでバブリングすることにより供給し、これと
同時にＯ2 などの酸化性ガスを供給する。金属アルコキ
シドの供給量は、成膜レートにもよるが、例えば数ｍｇ
／ｍｉｎ程度でありる。成膜のプロセス圧力は０．２〜
０．３Ｔｏｒｒ程度、プロセス温度は２５０〜４５０℃
の範囲内、例えば４００℃に設定し、例えば厚さｔ１が
４５〜５０Å程度の酸化タンタル層２０を成膜する。こ
の場合、原料として有機物を使用しているので酸化タン
タル層２０中に有機不純物が混入することは避けられ
ず、また、酸化タンタル層２０は、非晶質状態となって
おり、これにより第１の金属酸化膜形成工程を終了す
る。Next, each of the above steps will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a first tantalum oxide layer 20 having a predetermined thickness is formed as a metal oxide film on a wafer W in a first film forming apparatus 4. The source gas at this time is Ta (OC 2 H 5 ) 5 which is a liquid metal alkoxide.
Is supplied by bubbling with He gas, and at the same time, an oxidizing gas such as O 2 is supplied. The supply amount of the metal alkoxide depends on the film formation rate, but is, for example, several mg.
/ Min. Process pressure for film formation is 0.2 ~
About 0.3 Torr, process temperature is 250-450 ° C
Is set to, for example, 400 ° C., and the tantalum oxide layer 20 having a thickness t1 of, for example, about 45 to 50 ° is formed. In this case, since an organic substance is used as a raw material, it is unavoidable that organic impurities are mixed in the tantalum oxide layer 20. Further, the tantalum oxide layer 20 is in an amorphous state, and thus the first tantalum oxide layer 20 is in an amorphous state. The metal oxide film forming step is ended.
【００２５】次に、このウエハＷに対して改質装置８内
にて改質処理を施す。この改質工程においては、図２
（Ｂ）に示すように活性酸素原子として例えばオゾンを
供給し、更に紫外線照射手段１８から多量の紫外線を照
射する。これにより、オゾンは紫外線の照射により励起
されて更に、多量の活性酸素原子を発生し、これがウエ
ハ表面に形成されている第１層目の酸化タンタル層２０
中の有機不純物を酸化し、これと同時に、紫外線のエネ
ルギにより有機不純物のＣ−Ｃ結合等を切断して分解さ
せ、この結果、有機不純物を略完全に脱離させることが
できる。この時、紫外線としては波長が１８５ｎｍ、２
５４ｎｍを主体とする紫外線を多量に照射し、プロセス
圧力は１〜６００Ｔｏｒｒ程度の範囲内、プロセス温度
は酸化タンタル層２０の結晶化温度である６００℃以下
とし、例えば３２０〜６００℃の範囲内の４２５℃程度
に設定する。プロセス温度が３２０℃より小さな場合
は、絶縁耐圧が十分でなく、６００℃を越えると結晶化
が始まって十分な改質を行なうことができない。また、
改質時間は膜厚にもよるが、１０分以上行なうのが好ま
しい。Next, a reforming process is performed on the wafer W in the reformer 8. In this reforming step, FIG.
As shown in (B), for example, ozone is supplied as active oxygen atoms, and a large amount of ultraviolet light is irradiated from the ultraviolet irradiation means 18. As a result, the ozone is excited by the irradiation of ultraviolet rays, and further generates a large amount of active oxygen atoms, which are generated on the first tantalum oxide layer 20 formed on the wafer surface.
The organic impurities therein are oxidized, and at the same time, the C-C bonds and the like of the organic impurities are cut and decomposed by the energy of the ultraviolet light. As a result, the organic impurities can be almost completely eliminated. At this time, the wavelength of the ultraviolet light is 185 nm, 2
A large amount of ultraviolet light having a wavelength of 54 nm is irradiated, the process pressure is in the range of about 1 to 600 Torr, and the process temperature is 600 ° C. or less, which is the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 20, for example, in the range of 320 to 600 ° C. Set to about 425 ° C. If the process temperature is lower than 320 ° C., the withstand voltage is not sufficient. If the process temperature exceeds 600 ° C., crystallization starts and sufficient reforming cannot be performed. Also,
The reforming time depends on the film thickness, but is preferably performed for 10 minutes or more.
【００２６】尚、酸化タンタル層２０の厚さｔ１が上記
した厚みよりも薄い場合には、紫外線照射を行なうこと
なくオゾンのみの供給で改質処理を行なってもよい。こ
のようにして改質工程が終了したならば、第２の金属酸
化膜形成工程へ移行し、第２の成膜装置６内にてこのウ
エハＷに対して第２の成膜処理を施す。この成膜工程に
おいては、図２（Ｃ）に示すように金属酸化膜として非
晶質状態の第２層目の酸化タンタル層２２を成膜する。
この時の成膜条件は、先に行われた第１の金属酸化膜形
成工程の場合と、原料ガス、その流量、プロセス圧力、
プロセス温度等は全く同じに設定し、また、膜厚ｔ２も
ｔ１と同じ、例えば３５〜５０Å程度に設定する。この
ようにして第２の金属酸化膜工程が終了したならば、ウ
エハＷを結晶化熱処理装置１０へ搬入し、結晶化工程へ
移行する。When the thickness t1 of the tantalum oxide layer 20 is smaller than the above-described thickness, the reforming process may be performed by supplying only ozone without performing ultraviolet irradiation. When the reforming step is completed in this way, the process proceeds to a second metal oxide film forming step, and a second film forming process is performed on the wafer W in the second film forming apparatus 6. In this film formation step, as shown in FIG. 2C, a second tantalum oxide layer 22 in an amorphous state is formed as a metal oxide film.
The film forming conditions at this time are the same as those of the first metal oxide film forming step performed previously, the raw material gas, its flow rate, process pressure,
The process temperature and the like are set exactly the same, and the film thickness t2 is set to the same as t1, for example, about 35 to 50 °. When the second metal oxide film process is completed in this way, the wafer W is carried into the crystallization heat treatment apparatus 10 and the process proceeds to the crystallization process.
【００２７】この結晶化工程においては、図２（Ｄ）に
示すように活性酸素原子として先の改質工程と同様に例
えばオゾンを供給し、プロセス圧力を１〜６００Ｔｏｒ
ｒ程度の範囲内に設定する。また、最終的なプロセス温
度は金属酸化膜である酸化タンタル層の結晶化温度以
上、すなわち７００℃以上になるように設定する。すな
わち、ウエハＷの搬入時には、装置１０内の温度を酸化
タンタル層の結晶化温度（６００℃）以下の改質温度に
設定しておき、ウエハ搬入後、所定の時間だけこの改質
温度を維持し、その後、これを急速に昇温して結晶化温
度である７００℃以上まで昇温する。In this crystallization step, as shown in FIG. 2D, for example, ozone is supplied as active oxygen atoms in the same manner as in the previous reforming step, and the process pressure is 1 to 600 Torr.
Set within a range of about r. The final process temperature is set so as to be equal to or higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer which is the metal oxide film, that is, equal to or higher than 700 ° C. That is, when the wafer W is loaded, the temperature in the apparatus 10 is set to a reforming temperature equal to or lower than the crystallization temperature (600 ° C.) of the tantalum oxide layer, and the reforming temperature is maintained for a predetermined time after the wafer is loaded. Thereafter, the temperature is rapidly raised to 700 ° C. or higher, which is the crystallization temperature.
【００２８】これにより、最上層の金属酸化膜である第
２の酸化タンタル層２２は結晶化温度まで達する間に改
質処理され、結晶化温度である７００℃以上に達すると
全ての酸化タンタル層、すなわち第１及び第２の酸化タ
ンタル層２０、２２が共に結晶化されることになる。す
なわち、この工程では、同一チャンバ内で最上層の金属
酸化膜２０の改質処理と全ての金属酸化膜２０、２２の
結晶化処理を連続的に行うことが可能となる。この時の
プロセス温度を図３を参照して更に詳しく説明すると、
ウエハＷの温度及び結晶化熱処理装置１０内の温度が共
に４５０℃程度の状態でウエハＷをこの処理装置１０内
へ搬入すると、この温度状態を所定の時間、例えば２分
程度維持して改質処理を行い、その後、直ちにこの装置
内の加熱ヒータへの供給電力を増加してウエハＷの温度
を急激に上昇して、７００℃以上、例えば７５０℃まで
昇温する。この時、昇温速度は、例えば１００℃／ｓｅ
ｃである。As a result, the second tantalum oxide layer 22, which is the uppermost metal oxide film, is reformed while reaching the crystallization temperature, and when the crystallization temperature reaches 700 ° C. or higher, all the tantalum oxide layers 22 are removed. That is, the first and second tantalum oxide layers 20, 22 are both crystallized. That is, in this step, the reforming process of the uppermost metal oxide film 20 and the crystallization process of all the metal oxide films 20 and 22 can be continuously performed in the same chamber. The process temperature at this time will be described in more detail with reference to FIG.
When the wafer W is loaded into the processing apparatus 10 while both the temperature of the wafer W and the temperature in the crystallization heat treatment apparatus 10 are about 450 ° C., the temperature is maintained for a predetermined time, for example, about 2 minutes, and the reforming is performed. The processing is performed, and thereafter, immediately, the power supplied to the heater in the apparatus is increased, and the temperature of the wafer W is rapidly increased to 700 ° C. or more, for example, 750 ° C. At this time, the heating rate is, for example, 100 ° C./sec.
c.
【００２９】この時、６００℃程度までの昇温の間は最
上層の酸化タンタル層２２に対して改質処理が施される
ことになる。そして、７００℃を越えた温度領域では、
全ての酸化タンタル層２０、２２の結晶化処理が行なわ
れることになる。尚、酸化タンタル層の改質温度の上限
６００℃と結晶化温度の７００℃の間には１００℃程度
の幅が存在するが、この理由は結晶化はある一定の温度
を境として瞬時に生ずるのではなく、一定の温度幅を持
って徐々に進行して行くからである。従って、この６０
０〜７００℃の間は、酸化タンタル層２２の改質も行な
われると同時に、結晶化も徐々に開始されて、両処理が
同時並行で進んで行くことになる。この場合、酸化タン
タル層２２の改質の時間Ｔ１は、この層の厚さにもよる
が、例えば厚みが４５Å程度の時には１２０ｓｅｃ程度
に設定する。これに対して、結晶化現象は略瞬時に生ず
るので、温度７００℃以上の時間Ｔ２の長さは例えば６
０ｓｅｃ程度に設定すればよい。また、結晶化温度は７
００〜８００℃の範囲が好ましく、８００℃よりも高い
と、酸化タンタル層の下地がより酸化されて、実効的な
膜厚が増加しやすい。また、半導体デバイスへの熱的な
影響が大きく、特性が劣化する、という不都合が生ず
る。処理後のウエハは、結晶化装置１０内にＮ2 ガスパ
ージを行うと同時に、４２５℃程度まで降温し、圧力調
整した後にこの装置１０から搬出される。At this time, the reforming process is performed on the uppermost tantalum oxide layer 22 while the temperature is raised to about 600 ° C. And, in the temperature range over 700 ° C,
The crystallization of all the tantalum oxide layers 20 and 22 is performed. Note that there is a width of about 100 ° C. between the upper limit of the reforming temperature of the tantalum oxide layer, 600 ° C., and the crystallization temperature of 700 ° C., because the crystallization occurs instantaneously after a certain temperature. Rather, it proceeds gradually with a certain temperature range. Therefore, this 60
While the temperature is in the range of 0 to 700 ° C., the tantalum oxide layer 22 is reformed, and at the same time, crystallization is started gradually, so that both processes proceed in parallel. In this case, the modification time T1 of the tantalum oxide layer 22 depends on the thickness of the layer, but is set to about 120 sec when the thickness is about 45 °, for example. On the other hand, since the crystallization phenomenon occurs almost instantaneously, the length of the time T2 at the temperature of 700 ° C. or more is, for example, 6
It may be set to about 0 sec. The crystallization temperature is 7
The temperature is preferably in the range of 00 to 800 ° C. If the temperature is higher than 800 ° C., the underlying layer of the tantalum oxide layer is more oxidized, and the effective film thickness tends to increase. In addition, there is an inconvenience that the thermal effect on the semiconductor device is large and the characteristics are deteriorated. After processing, the wafer is purged with N 2 gas into the crystallization apparatus 10, and at the same time, is cooled down to about 425 ° C., adjusted in pressure, and unloaded from the apparatus 10.
【００３０】上記実施例では、図２（Ｄ）に示す結晶化
工程においては、オゾンのみを用いて紫外線を照射しな
かったが、この場合には、図２（Ｂ）に示す工程と同様
に紫外線ＵＶを照射するようにして改質処理を促進させ
るようにしてもよい。紫外線ＵＶの照射を加えれば、最
上層の酸化タンタル層２２の改質処理を一層促進させる
ことができるので、図３中の改質時間Ｔ１を短くでき
る。また、この図２（Ｄ）にて示した結晶化処理は、図
１にて示した結晶化熱処理装置１０ではなく、改質装置
８内でも行なうことができ、この時には紫外線照射手段
１８のオン・オフを適宜に切り換えて使用すればよい。
従って、図２に示すような一連の処理は、スループット
等の作業性をあまり重視しなければ、成膜装置４と改質
装置８とで行なうことも可能である。図４は、上記した
ような本発明方法で作製した酸化タンタル層２０、２２
の絶縁膜と従来方法で作製した酸化タンタル層の絶縁膜
の絶縁性を評価したグラフである。図中、直線Ａは従来
方法で作製した絶縁膜の特性を示し、直線Ｂは結晶化熱
処理装置１０内で紫外線なしでオゾンのみによって行っ
た本発明方法で作製した絶縁膜の特性を示し、直線Ｃは
結晶化熱処理装置１０内で紫外線とオゾンを用いて行っ
た本発明方法の変形例で作製した絶縁膜の特性を示す。
これによれば、従来方法の絶縁膜も本発明方法の絶縁膜
も略同じ絶縁耐圧特性を有しており、この結果、本発明
方法のように従来方法に対して工程数を１つ減少させて
も従来と同様の特性を示すことが判明した。また、直線
Ｃで示す本発明の変形例のように、オゾンと紫外線の双
方を用いることにより、絶縁耐圧特性を一層向上させる
ことができることが判明した。In the above embodiment, in the crystallization step shown in FIG. 2 (D), no ultraviolet light was irradiated using only ozone. In this case, however, as in the step shown in FIG. 2 (B). The modification treatment may be promoted by irradiating ultraviolet rays UV. If the irradiation of the ultraviolet rays UV is applied, the reforming process of the uppermost tantalum oxide layer 22 can be further promoted, so that the reforming time T1 in FIG. 3 can be shortened. The crystallization treatment shown in FIG. 2D can be performed not in the crystallization heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 but also in the reforming apparatus 8. -It is only necessary to switch off properly.
Therefore, a series of processes as shown in FIG. 2 can be performed by the film forming apparatus 4 and the reforming apparatus 8 if the workability such as the throughput is not so important. FIG. 4 shows the tantalum oxide layers 20, 22 produced by the method of the present invention as described above.
4 is a graph showing an evaluation of the insulating properties of the insulating film of FIG. 1 and a tantalum oxide layer manufactured by a conventional method. In the figure, a straight line A indicates the characteristics of the insulating film manufactured by the conventional method, and a straight line B indicates the characteristics of the insulating film manufactured by the method of the present invention performed only by ozone without using ultraviolet light in the crystallization heat treatment apparatus 10. C shows the characteristics of the insulating film formed by a modification of the method of the present invention, which was performed in the crystallization heat treatment apparatus 10 using ultraviolet light and ozone.
According to this, both the insulating film of the conventional method and the insulating film of the present invention have substantially the same withstand voltage characteristics. As a result, the number of steps is reduced by one compared to the conventional method as in the method of the present invention. It was also found that the same characteristics as those of the prior art were exhibited. Also, as in the modification of the present invention indicated by the straight line C, it has been found that the use of both ozone and ultraviolet light can further improve the dielectric strength characteristics.
【００３１】また、図２に示す実施例では、両酸化タン
タル層２０、２２の厚みを共に略４５〜５０Å程度の同
じ膜厚に設定した場合を例にとって説明したが、図５に
示すように下層の第１の酸化タンタル層２０の厚みｔ１
を少し厚く、例えば５５〜６０Å程度に設定し、逆に上
層の第２の酸化タンタル層２２の厚みｔ２を少し薄く、
例えば２５〜４０Å程度に設定するようにしてもよい。
この場合には、第２の酸化タンタル層２２の膜厚が少し
薄くなった分だけ改質が迅速に行なうことができるの
で、図５（Ｄ）に示す結晶化工程においては、特に紫外
線を用いることなくオゾンのみの処理により薄い最上層
の酸化タンタル層２２を十分に、且つ短時間で改質する
ことが可能となる。すなわち、図３中の改質時間Ｔ１を
より短くすることができる。In the embodiment shown in FIG. 2, the case where both the tantalum oxide layers 20, 22 are set to the same thickness of about 45 to 50 ° has been described as an example, but as shown in FIG. Thickness t1 of lower first tantalum oxide layer 20
Is set slightly thicker, for example, about 55-60 °, and conversely, the thickness t2 of the upper second tantalum oxide layer 22 is slightly thinner,
For example, it may be set to about 25 to 40 degrees.
In this case, since the reforming can be performed promptly by an amount corresponding to the slightly reduced thickness of the second tantalum oxide layer 22, in the crystallization step shown in FIG. The thin uppermost tantalum oxide layer 22 can be reformed sufficiently and in a short time by the treatment with only ozone without any treatment. That is, the reforming time T1 in FIG. 3 can be made shorter.
【００３２】また、ここでは酸化タンタル層が２層構造
の場合を例にとって説明したが、図６に示すように酸化
タンタル層２４を一層構造としてもよい。この場合に
は、図６（Ａ）に示すような所定の厚みの酸化タンタル
層２４の成膜後、図６（Ｂ）に示すように結晶化工程に
移行して、図２（Ｄ）にて説明したように酸化タンタル
層２４の改質処理と結晶化処理を略同時に行なう。この
場合にも、酸化タンタル層２４の厚みに依存して、オゾ
ンのみを利用して処理を行なうか、或いはオゾンに紫外
線照射を加えて処理を行なうかを選択すればよい。この
場合にも、図７の従来方法と比較して、絶縁耐圧特性を
同等に維持しつつ、工程数を３工程から２工程へ減少さ
せることができる。尚、上記実施例では、金属酸化膜と
して酸化タンタル層を成膜する場合を例にとって説明し
たが、これに限定されず、酸化チタン層、酸化ジルコニ
ウム層、酸化バリウム層、酸化ストロンチウム層を成膜
する場合にも適用し得るのは勿論である。Although the case where the tantalum oxide layer has a two-layer structure has been described as an example, the tantalum oxide layer 24 may have a single-layer structure as shown in FIG. In this case, after forming the tantalum oxide layer 24 having a predetermined thickness as shown in FIG. 6A, the process proceeds to the crystallization step as shown in FIG. As described above, the modification process and the crystallization process of the tantalum oxide layer 24 are performed substantially simultaneously. Also in this case, depending on the thickness of the tantalum oxide layer 24, whether to perform the treatment using only ozone or to perform the treatment by applying ultraviolet irradiation to ozone may be selected. Also in this case, the number of steps can be reduced from three to two while maintaining the same withstand voltage characteristics as compared with the conventional method of FIG. In the above embodiment, the case where a tantalum oxide layer is formed as the metal oxide film has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and a titanium oxide layer, a zirconium oxide layer, a barium oxide layer, and a strontium oxide layer may be formed. Needless to say, the present invention can be applied to such a case.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属酸化
膜の形成方法及びクラスタツール装置によれば、次のよ
うに優れた作用効果を発揮することができる。形成すべ
き金属酸化膜が１層構造の場合には、結晶化工程を行な
う時に改質処理と結晶化処理とを同一チャンバ内で連続
的に行なうようにしたので、絶縁特性を高く維持したま
ま全体の工程数を削減することができる。また、形成す
べき金属酸化膜が２層構造の場合には、最上層の金属酸
化膜の改質処理と、第１層目及び第２層目の全ての金属
酸化膜の結晶化処理を同一チャンバ内で連続的に行なう
ようにしたので、絶縁特性を高くしたまま全体の工程数
を削減することができる。特に、改質処理時や結晶化処
理時に紫外線を照射することにより、表面の金属酸化膜
の改質を迅速に行なうことができる。以上の結果、製品
コストを削除でき、スループットも向上させることがで
きる。As described above, according to the method for forming a metal oxide film and the cluster tool device of the present invention, the following excellent operational effects can be obtained. When the metal oxide film to be formed has a one-layer structure, the reforming process and the crystallization process are continuously performed in the same chamber when performing the crystallization process, so that the insulation characteristics are kept high. The total number of steps can be reduced. When the metal oxide film to be formed has a two-layer structure, the reforming process of the uppermost metal oxide film and the crystallization process of all the first and second metal oxide films are the same. Since the process is performed continuously in the chamber, it is possible to reduce the total number of steps while keeping the insulation characteristics high. In particular, by irradiating ultraviolet rays during the modification process or the crystallization process, the surface metal oxide film can be quickly modified. As a result, the product cost can be eliminated and the throughput can be improved.
【図１】本発明に係るクラスタツール装置を示す概略斜
視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a cluster tool device according to the present invention.
【図２】本発明方法を説明するための工程図である。FIG. 2 is a process chart for explaining the method of the present invention.
【図３】金属酸化膜の結晶化工程における温度変化を示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a temperature change in a crystallization process of a metal oxide film.
【図４】酸化タンタル層の絶縁耐圧特性を示すグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing a withstand voltage characteristic of a tantalum oxide layer.
【図５】本発明方法の他の実施例を説明するための工程
図である。FIG. 5 is a process chart for explaining another embodiment of the method of the present invention.
【図６】本発明方法の更に他の実施例を説明するための
工程図である。FIG. 6 is a process chart for explaining still another embodiment of the method of the present invention.
【図７】絶縁膜の金属酸化膜として金属タンタルを成膜
する従来方法の一例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film.
【図８】絶縁膜の金属酸化膜として金属タンタルを成膜
する従来方法の他の一例を示す図である。FIG. 8 is a view showing another example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film.
１ 共通搬送装置 ３ クラスターツール装置 ４，６ 成膜装置 ８ 改質装置 １０ 結晶化熱処理装置 １４Ａ，１４Ｂ カセット収容室 ２０，２２，２４ 酸化タンタル層（金属酸化膜） Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Common conveyance apparatus 3 Cluster tool apparatus 4,6 Film-forming apparatus 8 Reforming apparatus 10 Crystallization heat treatment apparatus 14A, 14B Cassette storage chamber 20,22,24 Tantalum oxide layer (metal oxide film) W Semiconductor wafer (workpiece)
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１０月８日（１９９９．１０．
８）[Submission date] October 8, 1999 (1999.10.
8)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 金属酸化膜の形成方法及び成膜処理シ
ステム Patent application title: Method for forming metal oxide film and film forming process
Stem
【特許請求の範囲】[Claims]
【特許請求の範囲】[Claims]
【請求項６】 前記第１熱処理工程或いは／及び前記第
２熱処理工程では前記被処理体の表面に紫外線を照射す
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
金属酸化膜の形成方法。 Wherein said first heat treatment step or / and the second
Method of forming a metal oxide film according to any one of claims 1 to 5, wherein applying ultraviolet light to the surface of the workpiece is 2 heat treatment step.
【請求項８】 前記金属酸化膜の原料は、金属アルコキ
シドであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
に記載の金属酸化膜の形成方法。Material according to claim 8 wherein said metal oxide film, method for forming the metal oxide film according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a metal alkoxide.
【請求項９】 前記金属酸化膜は、酸化タンタルよりな
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
金属酸化膜の形成方法。 Wherein said metal oxide film, method for forming the metal oxide film according to any one of claims 1 to 8, characterized in that consists of tantalum oxide.
【請求項１０】 前記第２熱処理工程では、活性酸素原
子が用いられ、該活性酸素原子は、オゾンによって形成
されることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記
載の金属酸化膜の形成方法。 The method according to claim 10, wherein the second heat treatment step, the active oxygen source
Child is used, the active oxygen atom The method for forming a metal oxide film according to any one of claims 2 to 9, characterized in that it is formed by the ozone.
【請求項１１】 前記第１熱処理工程のプロセス温度
は、６００℃以下であり、前記第２熱処理工程の最終プ
ロセス温度は７００℃以上であることを特徴とする請求
項２乃至１０のいずれかに記載の金属酸化膜の形成方
法。Process temperature wherein said first heat treatment step is 600 ° C. or less, in any one of claims 2 to 10 final process temperature of the second heat treatment step, characterized in that at 700 ° C. or higher The method for forming a metal oxide film according to the above.
【請求項１２】 前記成膜工程では、酸化性ガスが用い
られ、該酸化性ガスは、Ｏ2 、Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ及び
気化状態のアルコールの内、少なくともいずれか１つを
含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記
載の金属酸化膜の形成方法。 The method according to claim 12, wherein said film forming step, an oxidizing gas is used
Is, the oxidizing gas, O 2, O 3, N 2 O, among the alcohols NO and vaporization state, according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises at least any one A method for forming a metal oxide film.
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜の形成方法及び成膜処
理システムに関する。The present invention relates to a method and a process for forming a metal oxide film suitable for an insulating film such as tantalum oxide.
Related to physical systems .
【０００２】[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、多層化及び高
集積化するに伴ってその仕様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。2. Description of the Related Art In general, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing a film forming process and a pattern etching process on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. The specifications are becoming stricter year by year as the integration and integration increase,
For example, a very thin oxide film such as an insulating film or a gate insulating film of a capacitor in a device is required to be further thinned, and at the same time, a higher insulating property is required.
【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、例えば酸化タンタル（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するが、この金属酸化膜の成膜後
に、この表面の改質処理を施すことにより、更に絶縁性
を向上させることができることが発見され、特開平２−
２８３０２２号公報にその技術が開示されている。As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like can be used.
Recently, a metal oxide film such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) has tended to be used as a material having better insulating properties. Although this metal oxide film exhibits a highly reliable insulating property even if it is thin, it is possible to further improve the insulating property by performing a surface modification treatment after forming the metal oxide film. Discovered,
Japanese Patent No. 283022 discloses the technique.
【０００４】この金属酸化膜を形成するには、例えば酸
化タンタルを形成する場合を例にとって説明すると、上
記公報に開示されているように成膜用の原料として、タ
ンタルの有機化合物である金属アルコキシド（Ｔａ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）5 ）を用い、これを窒素ガス等でバブリング
しながら供給して半導体ウエハを例えば４００℃程度の
プロセス温度に維持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によ
り酸化タンタル膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）を積層させている。そ
して、必要に応じて更なる絶縁特性の向上を図る場合に
は、この半導体ウエハを、オゾンを含む雰囲気中に搬入
し、大気圧下でこれに水銀ランプから紫外線を照射する
ことにより活性酸素原子を発生させ、この活性酸素原子
を用いて上記金属酸化膜中に含まれるＣ−Ｃ結合等の有
機不純物を分解して脱離することによって上記酸化タン
タル膜を改質し、これにより一層、特性の良好な絶縁膜
を得ている。In order to form this metal oxide film, for example, a case of forming tantalum oxide will be described. As disclosed in the above-mentioned publication, a metal alkoxide which is an organic compound of tantalum is used as a raw material for film formation. (Ta (O
C 2 H 5 ) 5 ) is supplied while bubbling with nitrogen gas or the like to maintain the semiconductor wafer at a process temperature of, for example, about 400 ° C., and to perform CVD (Che) under a vacuum atmosphere.
A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by a physical vapor deposition. In order to further improve the insulation properties as necessary, the semiconductor wafer is carried into an atmosphere containing ozone, and the semiconductor wafer is irradiated with ultraviolet rays from a mercury lamp under atmospheric pressure to activate the active oxygen atoms. Is generated, and the active oxygen atoms are used to decompose and desorb organic impurities such as C—C bonds contained in the metal oxide film, thereby modifying the tantalum oxide film. Good insulating film is obtained.
【０００５】例えば図７は絶縁膜の金属酸化膜として金
属タンタルを成膜する従来方法の一例を示しており、ま
ず、成膜装置内において金属酸化膜原料として有機化合
物である気化状態の金属アルコキシドと気化状態のアル
コールを供給してこの真空雰囲気中にて半導体ウエハＷ
を成膜処理することにより金属酸化膜として所定の厚み
の酸化タンタル層（Ｔａ2 Ｏ5 ）２を成膜する。この時
のプロセス温度は、例えば４００℃程度で行なう。For example, FIG. 7 shows an example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film. First, a vaporized metal alkoxide, which is an organic compound, is used as a metal oxide film material in a film forming apparatus. And the alcohol in a vaporized state is supplied to the semiconductor wafer W in this vacuum atmosphere.
To form a tantalum oxide layer (Ta 2 O 5 ) 2 having a predetermined thickness as a metal oxide film. The process temperature at this time is, for example, about 400 ° C.
【０００６】次に、このウエハを改質装置に搬送して図
７（Ｂ）に示すように、オゾン（Ｏ3 ）の雰囲気下にお
いて紫外線ランプによりウエハ表面に紫外線ＵＶを照射
することにより、酸化タンタル層２中に含まれる有機不
純物のＣ−Ｃ結合やハイドロカーボン等を紫外線のエネ
ルギや活性酸素原子により切断してこれを脱離させ、酸
化タンタル層の改質を行なう。この改質処理のプロセス
温度は、酸化タンタルの非晶質状態（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４２５℃程度で行なう。このように改質処理が終了し
たならば、次にこのウエハを熱処理装置に搬送し、酸素
ガスの存在下において酸化タンタル層２の結晶化温度以
上、例えば７００℃に加熱し、この酸化タンタル層２を
結晶化させる。この結晶化アニールにより、酸化タンタ
ル層２は分子レベルで緻密化されて、且つ面内膜厚も均
一化させることができ、絶縁特性の良好な絶縁膜を得る
ことが可能となる。[0006] Next, conveying the this wafer to the reformer as shown in FIG. 7 (B), by irradiating ultraviolet rays UV to the wafer surface by the ultraviolet lamp in an atmosphere of ozone (O 3), The CC bond of organic impurities contained in the tantalum oxide layer 2 and hydrocarbons are cut off by the energy of ultraviolet rays or active oxygen atoms and desorbed to modify the tantalum oxide layer. The reforming process is performed at a temperature lower than the crystallization temperature, for example, about 425 ° C. so as to maintain the amorphous state of tantalum oxide (amorphous state). After the modification process is completed, the wafer is transferred to a heat treatment apparatus and heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 2, for example, 700 ° C. in the presence of oxygen gas. 2 is crystallized. By this crystallization annealing, the tantalum oxide layer 2 can be densified at the molecular level and the in-plane film thickness can be made uniform, so that an insulating film having good insulating properties can be obtained.
【０００７】ところで、上記改質処理時における有機不
純物の脱離は、紫外線の金属酸化膜の厚さ方向への透過
量やオゾンの浸入の程度を考慮すると、金属酸化膜が薄
い程、効果的に改質を行なうことができるので、成膜処
理と改質処理を２回繰り返し行なって、最後に結晶化処
理を行うことによって、個々の改質処理を効果的に行な
い、これにより更に絶縁性を向上させるようにした技術
が、例えば特開平９−１２１０３５号公報に開示されて
いる。図８はこの時の従来の成膜方法の一例を示してい
る。まず、図８（Ａ）に示すように成膜温度を略４００
℃とし、金属アルコキシドとアルコール雰囲気の存在下
にて図７（Ａ）で示したと同様に酸化タンタル２Ａを成
膜し、次に、図８（Ｂ）に示すようにオゾンの存在下に
て紫外線ＵＶを照射することにより酸化タンタル層２Ａ
の改質を行なう。次に、図８（Ｃ）に示すように図８
（Ａ）と同様なプロセス条件で２層目の酸化タンタル層
２Ｂを成膜し、次に、図８（Ｄ）に示すように図８
（Ｂ）と同様なプロセス条件で２層目の酸化タンタル層
２Ｂの改質を行なう。By the way, in consideration of the amount of ultraviolet rays permeated in the thickness direction of the metal oxide film and the degree of penetration of ozone, the thinner the metal oxide film is, the more effective the desorption of organic impurities during the above-mentioned reforming treatment is. Since the film formation process and the reforming process are repeated twice, and finally the crystallization process is performed, the individual reforming processes can be effectively performed, thereby further improving the insulating property. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-121035 discloses a technique for improving the image quality. FIG. 8 shows an example of a conventional film forming method at this time. First, as shown in FIG.
C., a tantalum oxide 2A was formed in the same manner as shown in FIG. 7A in the presence of a metal alkoxide and an alcohol atmosphere, and then, as shown in FIG. Tantalum oxide layer 2A by irradiating UV
Is reformed. Next, as shown in FIG.
A second tantalum oxide layer 2B is formed under the same process conditions as (A), and then, as shown in FIG.
The second tantalum oxide layer 2B is reformed under the same process conditions as (B).
【０００８】この時、１層目と２層目の酸化タンタル層
２Ａ、２Ｂの厚みの合計が図７中の酸化タンタル層２の
略厚みと同じになるようにそれぞれの膜厚が設定される
ので、各酸化タンタル層２Ａ、２Ｂの厚みは、図７に示
す酸化タンタル層２の厚みよりも薄くなる。その結果、
膜厚が薄くなった分だけ個々の改質処理時において効果
的に有機不純物を脱離させることができるので、酸化タ
ンタル層２Ａ、２Ｂの絶縁性を一層、向上させることが
可能となる。そして、改質処理されたウエハは、図８
（Ｅ）に示すように、先の図７（Ｃ）にて説明したと同
様なプロセス条件で熱処理を行ない、ここで１層目と２
層目の酸化タンタル層２Ａ、２Ｂを同時に結晶化処理す
る。At this time, the thicknesses of the first and second tantalum oxide layers 2A and 2B are set so that the total thickness of the tantalum oxide layers 2A and 2B is substantially equal to the thickness of the tantalum oxide layer 2 in FIG. Therefore, the thickness of each tantalum oxide layer 2A, 2B is smaller than the thickness of tantalum oxide layer 2 shown in FIG. as a result,
Since the organic impurities can be effectively desorbed at the time of the individual reforming process by the reduced thickness, the insulating properties of the tantalum oxide layers 2A and 2B can be further improved. Then, the wafer subjected to the reforming process is shown in FIG.
As shown in FIG. 7E, heat treatment is performed under the same process conditions as described with reference to FIG.
The second tantalum oxide layers 2A, 2B are simultaneously crystallized.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に所
定の一連のプロセスを行なって一定の結果物を得る場合
には、当然のこととして工程数が少ない方が製品コスト
も削除できるし、また、工程が少なくなった分だけ設備
コストを削除したり、スループットも向上させることが
可能となる。しかるに、上述したような従来の成膜方法
にあっては、図７（Ｂ）と図７（Ｃ）の各工程及び図８
（Ｄ）と図８（Ｅ）の各工程のようにかなり類似する工
程同士でも別の熱処理装置で行なうようにしていること
から、全体の工程数が多くなり、製品コストの上昇やス
ループットの低下をもたらす結果となっていた。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。本発明の目的は、改質処理
と結晶化処理を同一チャンバ内で連続的に行なうことが
できる金属酸化膜の形成方法及び成膜処理システムを提
供することにある。In general, when a predetermined result is obtained by performing a predetermined series of processes, naturally, the smaller the number of steps, the lower the product cost. In addition, it is possible to reduce equipment costs and to improve the throughput by reducing the number of processes. However, in the conventional film forming method as described above, each step shown in FIGS. 7B and 7C and FIG.
Since substantially similar processes such as those shown in FIG. 8D and those in FIG. 8E are performed by different heat treatment apparatuses, the total number of processes increases, so that the product cost increases and the throughput decreases. Was the result. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a metal oxide film forming method and a film forming system capable of continuously performing a modification process and a crystallization process in the same chamber.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、少なくとも一つの成膜装置と、熱処理装置と、この
成膜装置と熱処理装置との間で被処理体を真空雰囲気下
で搬送可能に構成された搬送装置とを備えた処理システ
ムにおいて、被処理体に金属酸化膜を形成する方法であ
って、所定の真空雰囲気下の前記成膜装置内で被処理体
上に金属酸化膜を成膜する工程と、所定の真空雰囲気下
の前記熱処理装置内で前記成膜された金属酸化膜に熱処
理する工程と、を備えたことを特徴とする金属酸化膜の
形成方法である。According to the present invention, at least one film forming apparatus, a heat treatment apparatus,
The object to be processed is placed in a vacuum atmosphere between the film forming device and the heat treatment device.
Processing system comprising a transport device configured to be transported by
A method of forming a metal oxide film on an object to be processed
Therefore, the object to be processed is set in the film forming apparatus under a predetermined vacuum atmosphere.
A process of forming a metal oxide film on the substrate and under a predetermined vacuum atmosphere
Heat treatment is performed on the formed metal oxide film in the heat treatment apparatus.
And forming a metal oxide film.
【００１１】これにより、成膜装置内で金属酸化膜の成
膜後に、熱処理装置内で上記金属酸化膜を熱処理する工
程として、直接、活性酸素雰囲気下にて結晶化工程を行
なうようにしたので、例えばここで最上層に形成されて
いる金属酸化膜の改質処理を行ないつつ、金属酸化膜全
体の結晶化処理を同一チャンバ内で連続的に行なうこと
ができる。従って、従来方法の工程数と比較して１工程
だけ少なくすることが可能となる。例えば請求項２に規
定するように、前記熱処理工程は、第１の温度で熱処理
する第１熱処理工程と、更に第１の温度よりも高い第２
の温度で熱処理する第２熱処理工程と、を備えている。
請求項３に規定する発明は、少なくとも一つの成膜装置
と、第１の熱処理装置と、第２の熱処理装置と、被処理
体を真空雰囲気下で、前記いずれかの装置間を搬送可能
に構成された搬送装置と、を備えた処理システムにおい
て、被処理体に金属酸化膜を形成する方法であって、所
定の真空雰囲気下の前記成膜装置内で被処理体上に金属
酸化膜を成膜する工程と、所定の真空雰囲気下の前記第
１の熱処理装置内で前記成膜された金属酸化膜に第１の
温度で熱処理する第１熱処理工程と、前記第２の熱処理
装置内で前記成膜された金属酸化膜に第１の温度よりも
高い第２の温度で熱処理する第２熱処理工程と、を備え
たことを特徴とする金属酸化膜の形成方法である。請求
項４に規定する発明は、少なくとも一つの成膜装置と、
この成膜装置と熱処理装置との間で被処理体を真空雰囲
気下で搬送可能に構成された搬送装置とを備えた処理シ
ステムにおいて、被処理体に金属酸化膜を形成する方法
であって、所定の真空雰囲気下の前記成膜装置内で被処
理体上に第１の金属酸化膜を成膜する工程と、所定の真
空雰囲気下の前記熱処理装置内で前記成膜された第１の
金属酸化膜に熱処理する第１熱処理工程と、所定の真空
雰囲気下の前記成膜装置内で前記第１の金属酸化膜上に
第２の金属酸化膜を成膜する工程と、所定の真空雰囲気
下の前記熱処理装置内で前記成膜された第１及び／又は
第２の金属酸化膜に熱処理する第２熱処理工程と、を備
えたことを特徴とする金属酸化膜の形成方法である。Thus, after the metal oxide film is formed in the film forming apparatus, the metal oxide film is heat-treated in the heat treatment apparatus.
As extent, directly, since to carry out the crystallization process under active oxygen atmosphere, for example where while performing reforming treatment of the metal oxide film formed on the uppermost layer, the entire metal oxide film crystallization process Can be performed continuously in the same chamber. Therefore, it is possible to reduce the number of steps by one in comparison with the number of steps in the conventional method. For example, claim 2
The heat treatment step may include heat treatment at a first temperature.
A first heat treatment step, and a second heat treatment step that is higher than the first temperature.
A second heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature of
The invention defined in claim 3 provides at least one film forming apparatus
And a first heat treatment apparatus, a second heat treatment apparatus,
The body can be transported between any of the above devices in a vacuum atmosphere
And a transfer device configured as described above.
And forming a metal oxide film on the object to be processed,
Metal on the object to be processed in the film forming apparatus under a constant vacuum atmosphere
Forming an oxide film; and forming the oxide film under a predetermined vacuum atmosphere.
In the heat treatment apparatus, a first metal oxide film is formed.
A first heat treatment step of heat treatment at a temperature, and the second heat treatment step
In the apparatus, the formed metal oxide film is heated to a temperature lower than the first temperature.
A second heat treatment step of performing a heat treatment at a high second temperature.
A method for forming a metal oxide film. The invention defined in claim 4 includes at least one film forming apparatus,
The object to be processed is placed in a vacuum atmosphere between the film forming apparatus and the heat treatment apparatus.
Processing system comprising a transfer device configured to be able to be transferred under air.
Method of forming a metal oxide film on an object to be processed in a stem
The processing in the film forming apparatus under a predetermined vacuum atmosphere.
A step of forming a first metal oxide film on a physical body, predetermined true
The first film formed in the heat treatment apparatus under an air atmosphere
A first heat treatment step of heat-treating the metal oxide film, and a predetermined vacuum
On the first metal oxide film in the film forming apparatus under an atmosphere
A step of forming a second metal oxide film and a predetermined vacuum atmosphere
The first and / or the deposited film in the heat treatment apparatus below
A second heat treatment step of heat-treating the second metal oxide film.
A method for forming a metal oxide film, characterized in that
【００１２】これによれば、全体で第１の金属酸化膜と
第２の金属酸化膜の２層の金属酸化膜が形成されること
になり、第２熱処理工程としての最後の結晶化工程にお
いて、例えば最上層の金属酸化膜の改質処理と２層全体
の金属酸化膜の結晶化処理が連続的に行なわれることに
なり、この場合にも、従来方法の工程数と比較して１工
程だけ少なくすることが可能となる。また、例えば請求
項５に規定するように、前記第１の金属酸化膜の厚みｔ
１と、前記第２の金属酸化膜ｔ２との関係が、ｔ１＞ｔ
２である。請求項６に規定する発明は、前記第１熱処理
工程或いは／及び第２熱処理工程では前記被処理体の表
面に紫外線を照射するものである。これによれば、紫外
線によるエネルギも加わるので、金属酸化膜からの有機
不純物の脱離を促進させることができ、効率的に処理を
行なうことができる。According to this, the first metal oxide film as a whole is
As a result, two metal oxide films of the second metal oxide film are formed. In the last crystallization step as the second heat treatment step , for example, the uppermost metal oxide film is modified and the entire two layers are reformed. The crystallization treatment of the metal oxide film is performed continuously. In this case as well, it is possible to reduce the number of steps by one in comparison with the number of steps in the conventional method. Also, for example, billing
As defined in item 5, the thickness t of the first metal oxide film
1 and the second metal oxide film t2 are such that t1> t
2. The invention defined in claim 6 is the first heat treatment.
In the step or / and the second heat treatment step, the surface of the object to be processed is irradiated with ultraviolet rays. According to this, since energy due to ultraviolet rays is also applied, desorption of organic impurities from the metal oxide film can be promoted, and processing can be performed efficiently.
【００１３】請求項７に規定する発明は、前記第２熱処
理工程は、前記第１熱処理工程と略同じ温度で所定時間
熱処理した後、更に高い温度で所定時間熱処理を行なう
ようにしたものである。これによれば、結晶化温度以上
に加熱されている熱処理装置内へ被処理体を導入する場
合と異なり、金属酸化膜が結晶化温度に達するまでにあ
る程度の時間を要して、この間に有機不純物の脱離を効
果的に行なうことができる。金属酸化膜原料としては、
金属アルコキシドが用いられ、金属酸化膜としては例え
ば酸化タンタル層を形成する。また、活性酸素原子とし
ては、オゾンを用いることができる。更に、金属酸化膜
として酸化タンタルを適用する場合には、改質工程のプ
ロセス温度は、例えば６００℃以下であり、結晶化工程
の最終プロセス温度は７００℃以上である。[0013] The invention defined in claim 7 is the second heat treatment.
The treatment step is performed at substantially the same temperature as the first heat treatment step for a predetermined time.
After the heat treatment, the heat treatment is performed at a higher temperature for a predetermined time . According to this, unlike the case where the object to be processed is introduced into the heat treatment apparatus heated to a temperature higher than the crystallization temperature, it takes a certain time for the metal oxide film to reach the crystallization temperature, during which the organic oxide Impurities can be effectively eliminated. As metal oxide film raw materials,
A metal alkoxide is used, and a tantalum oxide layer is formed as a metal oxide film, for example. In addition, ozone can be used as an active oxygen atom. Further, when tantalum oxide is used as the metal oxide film, the process temperature of the reforming step is, for example, 600 ° C. or less, and the final process temperature of the crystallization step is 700 ° C. or more.
【００１４】また、上記成膜方法を実施するためには、
被処理体に所定の真空雰囲気下で金属酸化膜を成膜可能
に構成された、少なくとも一つの成膜装置と、前記成膜
装置で成膜された金属酸化膜に対し、所定の真空雰囲気
下で、第１の温度にて熱処理可能に構成された第１の熱
処理装置と、更に、前記金属酸化膜に対し、所定の真空
雰囲気下で、第１の温度よりも高い第２の温度にて熱処
理可能に構成された第２の熱処理装置と、前記いずれか
の装置間において、前記被処理体を所定の真空雰囲気下
で搬送可能に構成された搬送装置と、を備えたことを特
徴とする金属酸化膜の成膜処理システムを用いることが
できる。Further, in order to carry out the film forming method,
Metal oxide film can be formed on the workpiece under a predetermined vacuum atmosphere
At least one film forming apparatus, and the film forming apparatus
A predetermined vacuum atmosphere is applied to the metal oxide film formed by the equipment.
A first heat configured to be heat-treatable at a first temperature;
Processing apparatus, and further, a predetermined vacuum is applied to the metal oxide film.
Heat treatment at a second temperature higher than the first temperature in an atmosphere.
A second heat treatment apparatus configured to be
Between the apparatuses, the object to be processed is placed in a predetermined vacuum atmosphere.
And a transport device configured to be transportable by
A characteristic metal oxide film formation processing system can be used.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る金属酸化膜の
成膜方法及び成膜処理システムの一実施例を添付図面に
基づいて詳述する。図１は本発明に係る成膜処理システ
ムを示す概略斜視図である。図示するように、本発明の
成膜処理システムとしてのこのクラスタツール装置３
は、被処理体、例えば半導体ウエハＷに対して気化状態
の金属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の真空雰囲気中
にて非晶質状態の金属酸化膜を形成する２台の成膜装置
４、６と、この金属酸化膜を真空雰囲気下において活性
酸素原子に晒すことによって改質する第１の熱処理装置
としての改質装置８と、活性酸素雰囲気下においてウエ
ハを上記金属酸化膜の結晶温度以上に加熱することによ
って、これを結晶化させる第２の熱処理装置としての結
晶化熱処理装置１０と、これらの各装置４、６、８、１
０間と共通に連結されて、真空状態を維持しつつ、各装
置間にウエハを移載する搬送装置としての共通搬送装置
１とにより主に構成されている。更に、ここでは、ウエ
ハの搬入・搬出効率を向上させるために、複数の半導体
ウエハを収容可能なカセットＣを収容して真空引き可能
になされて上記共通搬送装置１に連結されたカセット収
容室１４Ａ，１４Ｂを有しており、いわゆるクラスタツ
ール化されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The metal oxide film according to the present invention will be described below .
An embodiment of a film forming method and a film forming system will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a film forming system according to the present invention.
It is a schematic perspective view which shows a system. As shown in FIG.
This cluster tool device 3 as a film forming processing system
Are two film forming apparatuses for forming an amorphous metal oxide film on a workpiece, for example, a semiconductor wafer W in a vacuum atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film material and an oxidizing gas. 4, 6 and a first heat treatment apparatus for modifying this metal oxide film by exposing it to active oxygen atoms in a vacuum atmosphere
The reformer 8 as, by heating the wafer to a more crystalline temperature of the metal oxide film under active oxygen atmosphere, forming <br/> crystalliser heat treatment apparatus as a second heat treatment apparatus for crystallized 10 and each of these devices 4, 6, 8, 1
It is mainly connected to a common transfer device 1 serving as a transfer device for transferring a wafer between the respective devices while maintaining a vacuum state while being connected in common with the interval 0. Further, here, in order to improve the efficiency of loading and unloading wafers, a cassette C which can accommodate a plurality of semiconductor wafers and is evacuated and evacuated and connected to the common transfer device 1 in the cassette accommodation chamber 14A , 14B, and is a so-called cluster tool.
【００１６】共通搬送装置１の一側には、それぞれゲー
トバルブＧ１，Ｇ２を介して第１のカセット収容室１４
Ａ及び第２のカセット収容室１４Ｂがそれぞれ接続され
ている。これらの両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂは、
この装置全体のウエハ搬出入ポートを構成するものであ
り、それぞれ昇降及び旋回自在なカセットステージ（図
示せず）を備えている。共通搬送装置１及び両カセット
収容室１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ気密構造に構成さ
れ、両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂには、外部の作業
室雰囲気との間を開閉して大気開放可能にそれぞれゲー
トドアＧ３，Ｇ４が設けられ、開放されたゲートドアＧ
３、Ｇ４を介してカセットＣが搬出入される。One side of the common transfer device 1 is connected to the first cassette accommodating chamber 14 via gate valves G1 and G2, respectively.
A and the second cassette storage chamber 14B are connected to each other. These two cassette storage chambers 14A and 14B
It constitutes a wafer loading / unloading port of the entire apparatus, and includes a cassette stage (not shown) which can be moved up and down and swivel. The common transfer device 1 and the two cassette storage chambers 14A and 14B are each configured in an airtight structure, and the two cassette storage chambers 14A and 14B have gate doors G3 that can be opened and closed to and from the atmosphere of an external work chamber so as to be open to the atmosphere. , G4 provided and the gate door G opened
3. The cassette C is carried in / out via G4.
【００１７】共通搬送装置１内の移載用アーム機構１６
は、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりな
り、両カセット収容室１４Ａ，１４Ｂと各成膜装置４、
６、改質装置８及び結晶化熱処理装置１０との間でウエ
ハを移載するものである。そして、この共通搬送装置１
には、ゲートバルブＧ５，Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８を介してそ
れぞれ成膜装置４、改質装置８、結晶化熱処理装置１０
及び成膜装置６が連結されている。以上説明した上記各
装置４、６、８、１０、１２及びカセット収容室１４
Ａ、１４Ｂには、内部に不活性ガス、例えばＮ2 ガスを
パージするＮ2 ガス供給系（図示せず）及び内部の雰囲
気を真空引きするための真空排気系（図示せず）がそれ
ぞれ接続されており、独立して制御可能になされてい
る。Transfer arm mechanism 16 in common transfer device 1
Is composed of a multi-joint arm that can be bent and extended, and can rotate. The cassette accommodation chambers 14A and 14B and the film forming devices 4 and
6. A wafer is transferred between the reformer 8 and the crystallization heat treatment apparatus 10. And this common transport device 1
The gate valve G5, G6, G7, respectively through G8 deposition device 4, the reforming equipment 8, the crystallization heat treatment apparatus 10
And the film forming apparatus 6 are connected. Each of the above-described devices 4, 6, 8, 10, 12 and the cassette accommodating chamber 14 described above.
A and 14B are respectively connected to an N 2 gas supply system (not shown) for purging an inert gas, for example, N 2 gas, and a vacuum exhaust system (not shown) for evacuating the inside atmosphere. And are independently controllable.
【００１８】上記成膜装置４や改質装置８は、本発明者
が先の出願（特開平１０−７９３７７号公報）にて開示
したものを用いればよく、また、結晶化熱処理装置１０
は結晶化処理が改質処理と温度領域が異なるだけなの
で、改質装置と略同じものを用いればよい。上記各成膜
装置４、６は、ウエハ表面に非晶質状態の金属酸化膜と
して、例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）層をＣＶＤに
より成膜するものであり、金属酸化膜原料として有機化
合物である液状の金属アルコキシド、例えばＴａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 を例えばＨｅガスでバブリングして供給し、
この供給ガスと酸化性ガスであるＯ2 等との混合ガス雰
囲気下にてＣＶＤ成膜反応を行なう。尚、同じ構造の成
膜装置を２台設けた理由は、スループットを向上させる
ためである。また、酸化性ガスとしては、Ｏ2 の他に、
Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ、気化状態のアルコール等を用いる
ことができる。As the film forming apparatus 4 and the reforming apparatus 8, those disclosed by the present inventor in the prior application (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-79377) may be used.
Since the crystallization process differs from the reforming process only in the temperature range, it is sufficient to use substantially the same as the reforming apparatus. Each of the film forming apparatuses 4 and 6 is for forming, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer as a metal oxide film in an amorphous state on a wafer surface by CVD. A liquid metal alkoxide such as Ta (OC
2 H 5 ) 5 is supplied by bubbling with, for example, He gas,
A CVD film forming reaction is performed in a mixed gas atmosphere of the supply gas and an oxidizing gas such as O 2 . The reason why two film forming apparatuses having the same structure are provided is to improve the throughput. As the oxidizing gas, in addition to O 2 ,
O 3 , N 2 O, NO, vaporized alcohol and the like can be used.
【００１９】改質装置８は、加熱ヒータ内蔵の載置台上
に設置したウエハ表面を活性酸素原子に晒し、ウエハ表
面に形成されている金属酸化膜を改質する第１熱処理工
程を行なう。活性酸素原子としてはオゾン（Ｏ3 ）を外
部より導入したり、内部で発生させたりすればよいし、
また、Ｎ2 Ｏガスを用いて活性酸素原子を発生させても
よい。この場合、装置の天井部などに紫外線照射手段１
８を設けており、この紫外線エネルギも利用して金属酸
化膜中に存在するＣ−Ｃ結合やハイドロカーボン等の有
機不純物を分解し、これを脱離させる。この改質処理
は、後述するように、有機不純物の脱離を完全ならしめ
るために金属酸化膜の結晶化温度以下の温度で行なう。The reformer 8 is exposed installation the wafer surface to the heater built-in mounting on table in the active oxygen atom, the first heat treatment Engineering of modifying the metal oxide film formed on the wafer surface
Perform the process . As the active oxygen atom, ozone (O 3 ) may be introduced from the outside or generated inside,
Further, active oxygen atoms may be generated using N 2 O gas. In this case, the ultraviolet irradiation means 1
The ultraviolet energy is used to decompose organic impurities such as C—C bonds and hydrocarbons existing in the metal oxide film and desorb them. This reforming treatment is performed at a temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the metal oxide film in order to completely remove organic impurities as described later.
【００２０】結晶化熱処理装置１０は、上記改質装置８
と類似した構造のものであり、必要に応じて紫外線照射
手段８を設けるようにしてもよく、設けないようにして
もよい。ここでは、活性酸素原子の存在下においてウエ
ハを金属酸化膜の結晶化温度以下から結晶化温度以上ま
で昇温することにより、ウエハの最上層に形成されてい
る金属酸化膜の改質処理とウエハに成膜された全ての金
属酸化膜の結晶化処理とを略同時に行なう第２熱処理工
程を実施するものである。ウエハを結晶化温度以上の高
い温度まで昇温するので、上記改質装置８よりは強力な
加熱ヒータを用いるのがよい。また、活性酸素原子とし
てはオゾン（Ｏ3 ）を外部より導入したり、内部で発生
させたりすればよい。The crystallization heat treatment apparatus 10 includes the reforming apparatus 8
It has a structure similar to that described above, and the ultraviolet irradiation means 8 may or may not be provided as necessary. Here, in the presence of active oxygen atoms, the temperature of the wafer is raised from the crystallization temperature of the metal oxide film to the crystallization temperature or higher, so that the metal oxide film formed on the uppermost layer of the wafer is modified and the wafer is reformed. Heat treatment for substantially simultaneously performing crystallization of all metal oxide films formed on the substrate
The process is implemented . Since the temperature of the wafer is raised to a temperature higher than the crystallization temperature, it is preferable to use a heater that is stronger than the reformer 8. As the active oxygen atom, ozone (O 3 ) may be introduced from outside or generated inside.
【００２１】次に、以上のように構成されたクラスタツ
ール装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について
説明する。ここでは、絶縁膜として薄い金属酸化膜を２
回（２層）成膜する場合を例にとって説明する。まず、
半導体ウエハＷの全体的な流れについて説明する。ウエ
ハのサイズは、例えば８インチのものを用い、未処理の
ウエハＷを例えば２５枚収容したカセットＣを第１のカ
セット収容室１４Ａ内のカセットステージ（図示せず）
上に載置し、続いてゲートドアＧ３を閉じてこの室内を
Ｎ2 ガスの不活性ガス雰囲気にすると共に、この収容室
１４内を真空引きする。Next, a film forming method of the present invention performed by using the cluster tool device configured as described above will be described. Here, a thin metal oxide film is used as an insulating film.
The case of forming a film twice (two layers) will be described as an example. First,
The overall flow of the semiconductor wafer W will be described. The size of the wafer is, for example, 8 inches, and a cassette C (not shown) in the first cassette accommodating chamber 14A stores a cassette C accommodating, for example, 25 unprocessed wafers W.
Then, the gate door G3 is closed, and the inside of the chamber is set to an inert gas atmosphere of N 2 gas, and the inside of the accommodation chamber 14 is evacuated.
【００２２】次に、ゲートバルブＧ１を開き、カセット
収容室１４Ａ内を予め真空引きされて不活性ガス雰囲気
になされた共通搬送装置１内と連通し、この装置１内の
移載用アーム機構１６を用いてウエハＷを搬入する。次
に、ゲートバルブＧ５を介して、このウエハＷを予め真
空引きされている一方の成膜装置４内へ搬入し、ここで
金属酸化膜として例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）層
を成膜する。このように第１の金属酸化膜形成工程を終
了したならば、このウエハＷを真空状態に維持されてい
る共通搬送装置１内に移載用アーム機構１６を用いて取
り出し、次に、開かれたゲートバルブＧ６を介してこの
ウエハＷを予め真空状態になされている改質装置８内へ
搬入し、ここで、紫外線照射手段１８から発せられる紫
外線やオゾンを用いてウエハ表面の上記酸化タンタル層
中に含まれるハイドロカーボンやＣ−Ｃ結合などの有機
不純物を脱離させ、改質処理（第１熱処理工程）を行な
う。このように改質処理が終了したならば、このウエハ
Ｗを真空状態に維持されている共通搬送装置１内に移載
用アーム機構１６を用いて取り出し、次に、開かれたゲ
ートバルブＧ８を介してこのウエハＷを予め真空状態に
維持されている第２の成膜装置６内へ搬入し、ここで先
の第１の成膜装置４内での成膜処理と同じ条件で、第２
層目の酸化タンタル層の成膜処理を行なう。Next, the gate valve to open the G1, the cassette receiving chamber 14A is previously evacuated communicated with the common transfer apparatus 1 has been made in an inert gas atmosphere, transfer arm mechanism in the device 1 16 The wafer W is loaded by using. Next, the wafer W is carried into one of the film forming apparatuses 4 which has been evacuated in advance through the gate valve G5, where a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer is formed as a metal oxide film. I do. When the first metal oxide film forming step is completed in this way, the wafer W is taken out into the common transfer apparatus 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16 and then opened. The wafer W is carried into the reformer 8 which has been preliminarily evacuated through the gate valve G6, where the tantalum oxide layer on the wafer surface is irradiated with ultraviolet light or ozone emitted from the ultraviolet irradiation means 18. Organic impurities such as hydrocarbons and CC bonds contained therein are desorbed, and a reforming process (first heat treatment step) is performed. When the reforming process is completed in this manner, the wafer W is taken out into the common transfer device 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16, and then the opened gate valve G8 is opened. This wafer W is carried into the second film forming apparatus 6 which is maintained in a vacuum state in advance, and the second film forming step is performed under the same conditions as the film forming process in the first film forming apparatus 4.
A tantalum oxide layer is formed as a layer.
【００２３】このように第２の金属酸化膜成膜工程を終
了したならば、このウエハＷを真空状態に維持されてい
る共通搬送装置１内に移載用アーム機構１６を用いて取
り出し、次に開かれたゲートバルブＧ７を介してこのウ
エハＷを予め真空状態になされている結晶化熱処理装置
１０内へ搬入する。そして、ここでオゾンの雰囲気下に
おいてウエハＷを、金属酸化膜、すなわちここでは酸化
タンタル層の結晶化温度以上まで昇温した後、直ちに降
温させることにより、２層目である最上層の酸化タンタ
ル層の改質処理を行なうと略同時に、１層目及び２層目
の両酸化タンタル層を結晶化する（第２熱処理工程）。
このように、結晶化工程を終了したならば、この処理済
みのウエハＷを共通搬送装置１内に取り出し、そして、
これを第２のカセット収容室１４Ｂ内のカセットＣ内に
収容することになる。After the second metal oxide film forming step is completed, the wafer W is taken out into the common transfer apparatus 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16, and the next step is performed. The wafer W is carried into the crystallization heat treatment apparatus 10 which has been previously evacuated through the gate valve G7 opened at the end of the process. Then, the temperature of the wafer W is raised to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide film, that is, the tantalum oxide layer in this case, and immediately lowered in the atmosphere of ozone, whereby the second highest layer of tantalum oxide is formed. Almost simultaneously with the modification of the layer, both the first and second tantalum oxide layers are crystallized (second heat treatment step) .
As described above, after the crystallization process is completed, the processed wafer W is taken out into the common transfer device 1, and
This is housed in the cassette C in the second cassette housing chamber 14B.
【００２４】次に、上記各工程について図２を参照して
説明する。まず、図２（Ａ）に示すように第１の成膜装
置４内でウエハＷ上に金属酸化膜として第１の酸化タン
タル層２０を所定の厚みで形成する。この時の原料ガス
は液状の金属アルコキシドであるＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5
をＨｅガスでバブリングすることにより供給し、これと
同時にＯ2 などの酸化性ガスを供給する。金属アルコキ
シドの供給量は、成膜レートにもよるが、例えば数ｍｇ
／ｍｉｎ程度である。成膜のプロセス圧力は０．２〜
０．３Ｔｏｒｒ程度、プロセス温度は２５０〜４５０℃
の範囲内、例えば４００℃に設定し、例えば厚さｔ１が
４５〜５０Å程度の酸化タンタル層２０を成膜する。こ
の場合、原料として有機物を使用しているので酸化タン
タル層２０中に有機不純物が混入することは避けられ
ず、また、酸化タンタル層２０は、非晶質状態となって
おり、これにより第１の金属酸化膜形成工程を終了す
る。Next, each of the above steps will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a first tantalum oxide layer 20 having a predetermined thickness is formed as a metal oxide film on a wafer W in a first film forming apparatus 4. The source gas at this time is Ta (OC 2 H 5 ) 5 which is a liquid metal alkoxide.
Is supplied by bubbling with He gas, and at the same time, an oxidizing gas such as O 2 is supplied. The supply amount of the metal alkoxide depends on the film formation rate, but is, for example, several mg.
/ Is about min. Process pressure for film formation is 0.2 ~
About 0.3 Torr, process temperature is 250-450 ° C
Is set to, for example, 400 ° C., and the tantalum oxide layer 20 having a thickness t1 of, for example, about 45 to 50 ° is formed. In this case, since an organic substance is used as a raw material, it is unavoidable that organic impurities are mixed in the tantalum oxide layer 20. Further, the tantalum oxide layer 20 is in an amorphous state, and thus the first tantalum oxide layer 20 is in an amorphous state. The metal oxide film forming step is ended.
【００２５】次に、このウエハＷに対して改質装置８内
にて改質処理を施す。この改質工程においては、図２
（Ｂ）に示すように活性酸素原子として例えばオゾンを
供給し、更に紫外線照射手段１８から多量の紫外線を照
射する。これにより、オゾンは紫外線の照射により励起
されて更に、多量の活性酸素原子を発生し、これがウエ
ハ表面に形成されている第１層目の酸化タンタル層２０
中の有機不純物を酸化し、これと同時に、紫外線のエネ
ルギにより有機不純物のＣ−Ｃ結合等を切断して分解さ
せ、この結果、有機不純物を略完全に脱離させることが
できる。この時、紫外線としては波長が１８５ｎｍ、２
５４ｎｍを主体とする紫外線を多量に照射し、プロセス
圧力は１〜６００Ｔｏｒｒ程度の範囲内、プロセス温度
は酸化タンタル層２０の結晶化温度である６００℃以下
とし、例えば３２０〜６００℃の範囲内の４２５℃程度
に設定する。プロセス温度が３２０℃より小さな場合
は、絶縁耐圧が十分でなく、６００℃を越えると結晶化
が始まって十分な改質を行なうことができない。また、
改質時間は膜厚にもよるが、１０分以上行なうのが好ま
しい。Next, a reforming process is performed on the wafer W in the reformer 8. In this reforming step, FIG.
As shown in (B), for example, ozone is supplied as active oxygen atoms, and a large amount of ultraviolet light is irradiated from the ultraviolet irradiation means 18. As a result, the ozone is excited by the irradiation of ultraviolet rays, and further generates a large amount of active oxygen atoms, which are generated on the first tantalum oxide layer 20 formed on the wafer surface.
The organic impurities therein are oxidized, and at the same time, the C-C bonds and the like of the organic impurities are cut and decomposed by the energy of the ultraviolet light. As a result, the organic impurities can be almost completely eliminated. At this time, the wavelength of the ultraviolet light is 185 nm, 2
A large amount of ultraviolet light having a wavelength of 54 nm is irradiated, the process pressure is in the range of about 1 to 600 Torr, and the process temperature is 600 ° C. or less, which is the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 20, for example, in the range of 320 to 600 ° C. Set to about 425 ° C. If the process temperature is lower than 320 ° C., the withstand voltage is not sufficient. If the process temperature exceeds 600 ° C., crystallization starts and sufficient reforming cannot be performed. Also,
The reforming time depends on the film thickness, but is preferably performed for 10 minutes or more.
【００２６】尚、酸化タンタル層２０の厚さｔ１が上記
した厚みよりも薄い場合には、紫外線照射を行なうこと
なくオゾンのみの供給で改質処理を行なってもよい。こ
のようにして改質工程が終了したならば、第２の金属酸
化膜形成工程へ移行し、第２の成膜装置６内にてこのウ
エハＷに対して第２の成膜処理を施す。この成膜工程に
おいては、図２（Ｃ）に示すように金属酸化膜として非
晶質状態の第２層目の酸化タンタル層２２を成膜する。
この時の成膜条件は、先に行われた第１の金属酸化膜形
成工程の場合と、原料ガス、その流量、プロセス圧力、
プロセス温度等は全く同じに設定し、また、膜厚ｔ２も
ｔ１と同じ、例えば３５〜５０Å程度に設定する。この
ようにして第２の金属酸化膜工程が終了したならば、ウ
エハＷを結晶化熱処理装置１０へ搬入し、結晶化工程へ
移行する。When the thickness t1 of the tantalum oxide layer 20 is smaller than the above-described thickness, the reforming process may be performed by supplying only ozone without performing ultraviolet irradiation. When the reforming step is completed in this way, the process proceeds to a second metal oxide film forming step, and a second film forming process is performed on the wafer W in the second film forming apparatus 6. In this film formation step, as shown in FIG. 2C, a second tantalum oxide layer 22 in an amorphous state is formed as a metal oxide film.
The film forming conditions at this time are the same as those of the first metal oxide film forming step performed previously, the raw material gas, its flow rate, process pressure,
The process temperature and the like are set exactly the same, and the film thickness t2 is set to the same as t1, for example, about 35 to 50 °. When the second metal oxide film process is completed in this way, the wafer W is carried into the crystallization heat treatment apparatus 10 and the process proceeds to the crystallization process.
【００２７】この結晶化工程においては、図２（Ｄ）に
示すように活性酸素原子として先の改質工程と同様に例
えばオゾンを供給し、プロセス圧力を１〜６００Ｔｏｒ
ｒ程度の範囲内に設定する。また、最終的なプロセス温
度は金属酸化膜である酸化タンタル層の結晶化温度以
上、すなわち７００℃以上になるように設定する。すな
わち、ウエハＷの搬入時には、装置１０内の温度を酸化
タンタル層の結晶化温度（６００℃）以下の改質温度に
設定しておき、ウエハ搬入後、所定の時間だけこの改質
温度を維持し、その後、これを急速に昇温して結晶化温
度である７００℃以上まで昇温する。In this crystallization step, as shown in FIG. 2D, for example, ozone is supplied as active oxygen atoms in the same manner as in the previous reforming step, and the process pressure is 1 to 600 Torr.
Set within a range of about r. The final process temperature is set so as to be equal to or higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer which is the metal oxide film, that is, equal to or higher than 700 ° C. That is, when the wafer W is loaded, the temperature in the apparatus 10 is set to a reforming temperature equal to or lower than the crystallization temperature (600 ° C.) of the tantalum oxide layer, and the reforming temperature is maintained for a predetermined time after the wafer is loaded. Thereafter, the temperature is rapidly raised to 700 ° C. or higher, which is the crystallization temperature.
【００２８】これにより、最上層の金属酸化膜である第
２の酸化タンタル層２２は結晶化温度まで達する間に改
質処理され、結晶化温度である７００℃以上に達すると
全ての酸化タンタル層、すなわち第１及び第２の酸化タ
ンタル層２０、２２が共に結晶化されることになる。す
なわち、この工程では、同一チャンバ内で最上層の金属
酸化膜２２の改質処理と全ての金属酸化膜２０、２２の
結晶化処理を連続的に行うことが可能となる。この時の
プロセス温度を図３を参照して更に詳しく説明すると、
ウエハＷの温度及び結晶化熱処理装置１０内の温度が共
に４５０℃程度の状態でウエハＷをこの処理装置１０内
へ搬入すると、この温度状態を所定の時間、例えば２分
程度維持して改質処理を行い、その後、直ちにこの装置
内の加熱ヒータへの供給電力を増加してウエハＷの温度
を急激に上昇して、７００℃以上、例えば７５０℃まで
昇温する。この時、昇温速度は、例えば１００℃／ｓｅ
ｃである。As a result, the second tantalum oxide layer 22, which is the uppermost metal oxide film, is reformed while reaching the crystallization temperature, and when the crystallization temperature reaches 700 ° C. or higher, all the tantalum oxide layers 22 are removed. That is, the first and second tantalum oxide layers 20, 22 are both crystallized. That is, in this step, it is possible to continuously carry out the crystallization process of the uppermost metal oxide film 2 2 reforming process and all of the metal oxide films 20 and 22 in the same chamber. The process temperature at this time will be described in more detail with reference to FIG.
When the wafer W is loaded into the processing apparatus 10 while both the temperature of the wafer W and the temperature in the crystallization heat treatment apparatus 10 are about 450 ° C., the temperature is maintained for a predetermined time, for example, about 2 minutes, and the reforming is performed. The processing is performed, and thereafter, immediately, the power supplied to the heater in the apparatus is increased, and the temperature of the wafer W is rapidly increased to 700 ° C. or more, for example, 750 ° C. At this time, the heating rate is, for example, 100 ° C./sec.
c.
【００２９】この時、６００℃程度までの昇温の間は最
上層の酸化タンタル層２２に対して改質処理が施される
ことになる。そして、７００℃を越えた温度領域では、
全ての酸化タンタル層２０、２２の結晶化処理が行なわ
れることになる。尚、酸化タンタル層の改質温度の上限
６００℃と結晶化温度の７００℃の間には１００℃程度
の幅が存在するが、この理由は結晶化はある一定の温度
を境として瞬時に生ずるのではなく、一定の温度幅を持
って徐々に進行して行くからである。従って、この６０
０〜７００℃の間は、酸化タンタル層２２の改質も行な
われると同時に、結晶化も徐々に開始されて、両処理が
同時並行で進んで行くことになる。この場合、酸化タン
タル層２２の改質の時間Ｔ１は、この層の厚さにもよる
が、例えば厚みが４５Å程度の時には１２０ｓｅｃ程度
に設定する。これに対して、結晶化現象は略瞬時に生ず
るので、温度７００℃以上の時間Ｔ２の長さは例えば６
０ｓｅｃ程度に設定すればよい。また、結晶化温度は７
００〜８００℃の範囲が好ましく、８００℃よりも高い
と、酸化タンタル層の下地がより酸化されて、実効的な
膜厚が増加しやすい。また、半導体デバイスへの熱的な
影響が大きく、特性が劣化する、という不都合が生ず
る。処理後のウエハは、結晶化装置１０内にＮ2 ガスパ
ージを行うと同時に、４２５℃程度まで降温し、圧力調
整した後にこの装置１０から搬出される。At this time, the reforming process is performed on the uppermost tantalum oxide layer 22 while the temperature is raised to about 600 ° C. And, in the temperature range over 700 ° C,
The crystallization of all the tantalum oxide layers 20 and 22 is performed. Note that there is a width of about 100 ° C. between the upper limit of the reforming temperature of the tantalum oxide layer, 600 ° C., and the crystallization temperature of 700 ° C., because the crystallization occurs instantaneously after a certain temperature. Rather, it proceeds gradually with a certain temperature range. Therefore, this 60
While the temperature is in the range of 0 to 700 ° C., the tantalum oxide layer 22 is reformed, and at the same time, crystallization is started gradually, so that both processes proceed in parallel. In this case, the modification time T1 of the tantalum oxide layer 22 depends on the thickness of the layer, but is set to about 120 sec when the thickness is about 45 °, for example. On the other hand, since the crystallization phenomenon occurs almost instantaneously, the length of the time T2 at the temperature of 700 ° C. or more is, for example, 6
It may be set to about 0 sec. The crystallization temperature is 7
The temperature is preferably in the range of 00 to 800 ° C. If the temperature is higher than 800 ° C., the underlying layer of the tantalum oxide layer is more oxidized, and the effective film thickness tends to increase. In addition, there is an inconvenience that the thermal effect on the semiconductor device is large and the characteristics are deteriorated. After processing, the wafer is purged with N 2 gas into the crystallization apparatus 10, and at the same time, is cooled down to about 425 ° C., adjusted in pressure, and unloaded from the apparatus 10.
【００３０】上記実施例では、図２（Ｄ）に示す結晶化
工程においては、オゾンのみを用いて紫外線を照射しな
かったが、この場合には、図２（Ｂ）に示す工程と同様
に紫外線ＵＶを照射するようにして改質処理を促進させ
るようにしてもよい。紫外線ＵＶの照射を加えれば、最
上層の酸化タンタル層２２の改質処理を一層促進させる
ことができるので、図３中の改質時間Ｔ１を短くでき
る。また、この図２（Ｄ）にて示した結晶化処理は、図
１にて示した結晶化熱処理装置１０ではなく、改質装置
８内でも行なうことができ、この時には紫外線照射手段
１８のオン・オフを適宜に切り換えて使用すればよい。
従って、図２に示すような一連の処理は、スループット
等の作業性をあまり重視しなければ、成膜装置４と改質
装置８とで行なうことも可能である。図４は、上記した
ような本発明方法で作製した酸化タンタル層２０、２２
の絶縁膜と従来方法で作製した酸化タンタル層の絶縁膜
の絶縁性を評価したグラフである。図中、直線Ａは従来
方法で作製した絶縁膜の特性を示し、直線Ｂは結晶化熱
処理装置１０内で紫外線なしでオゾンのみによって行っ
た本発明方法で作製した絶縁膜の特性を示し、直線Ｃは
結晶化熱処理装置１０内で紫外線とオゾンを用いて行っ
た本発明方法の変形例で作製した絶縁膜の特性を示す。
これによれば、従来方法の絶縁膜も本発明方法の絶縁膜
も略同じ絶縁耐圧特性を有しており、この結果、本発明
方法のように従来方法に対して工程数を１つ減少させて
も従来と同様の特性を示すことが判明した。また、直線
Ｃで示す本発明の変形例のように、オゾンと紫外線の双
方を用いることにより、絶縁耐圧特性を一層向上させる
ことができることが判明した。In the above embodiment, in the crystallization step shown in FIG. 2 (D), no ultraviolet light was irradiated using only ozone. In this case, however, as in the step shown in FIG. 2 (B). The modification treatment may be promoted by irradiating ultraviolet rays UV. If the irradiation of the ultraviolet rays UV is applied, the reforming process of the uppermost tantalum oxide layer 22 can be further promoted, so that the reforming time T1 in FIG. 3 can be shortened. The crystallization treatment shown in FIG. 2D can be performed not in the crystallization heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 but also in the reforming apparatus 8. -It is only necessary to switch off properly.
Therefore, a series of processes as shown in FIG. 2 can be performed by the film forming apparatus 4 and the reforming apparatus 8 if the workability such as the throughput is not so important. FIG. 4 shows the tantalum oxide layers 20, 22 produced by the method of the present invention as described above.
4 is a graph showing an evaluation of the insulating properties of the insulating film of FIG. 1 and a tantalum oxide layer manufactured by a conventional method. In the figure, a straight line A indicates the characteristics of the insulating film manufactured by the conventional method, and a straight line B indicates the characteristics of the insulating film manufactured by the method of the present invention performed only by ozone without using ultraviolet light in the crystallization heat treatment apparatus 10. C shows the characteristics of the insulating film formed by a modification of the method of the present invention, which was performed in the crystallization heat treatment apparatus 10 using ultraviolet light and ozone.
According to this, both the insulating film of the conventional method and the insulating film of the present invention have substantially the same withstand voltage characteristics. As a result, the number of steps is reduced by one compared to the conventional method as in the method of the present invention. It was also found that the same characteristics as those of the prior art were exhibited. Also, as in the modification of the present invention indicated by the straight line C, it has been found that the use of both ozone and ultraviolet light can further improve the dielectric strength characteristics.
【００３１】また、図２に示す実施例では、両酸化タン
タル層２０、２２の厚みを共に略４５〜５０Å程度の同
じ膜厚に設定した場合を例にとって説明したが、図５に
示すように下層の第１の酸化タンタル層２０の厚みｔ１
を少し厚く、例えば５５〜６０Å程度に設定し、逆に上
層の第２の酸化タンタル層２２の厚みｔ２を少し薄く、
例えば２５〜４０Å程度に設定するようにしてもよい。
この場合には、第２の酸化タンタル層２２の膜厚が少し
薄くなった分だけ改質が迅速に行なうことができるの
で、図５（Ｄ）に示す結晶化工程においては、特に紫外
線を用いることなくオゾンのみの処理により薄い最上層
の酸化タンタル層２２を十分に、且つ短時間で改質する
ことが可能となる。すなわち、図３中の改質時間Ｔ１を
より短くすることができる。In the embodiment shown in FIG. 2, the case where both the tantalum oxide layers 20, 22 are set to the same thickness of about 45 to 50 ° has been described as an example, but as shown in FIG. Thickness t1 of lower first tantalum oxide layer 20
Is set slightly thicker, for example, about 55-60 °, and conversely, the thickness t2 of the upper second tantalum oxide layer 22 is slightly thinner,
For example, it may be set to about 25 to 40 degrees.
In this case, since the reforming can be performed promptly by an amount corresponding to the slightly reduced thickness of the second tantalum oxide layer 22, in the crystallization step shown in FIG. The thin uppermost tantalum oxide layer 22 can be reformed sufficiently and in a short time by the treatment with only ozone without any treatment. That is, the reforming time T1 in FIG. 3 can be made shorter.
【００３２】また、ここでは酸化タンタル層が２層構造
の場合を例にとって説明したが、図６に示すように酸化
タンタル層２４を一層構造としてもよい。この場合に
は、図６（Ａ）に示すような所定の厚みの酸化タンタル
層２４の成膜後、図６（Ｂ）に示すように結晶化工程に
移行して、図２（Ｄ）にて説明したように酸化タンタル
層２４の改質処理と結晶化処理を略同時に行なう。この
場合にも、酸化タンタル層２４の厚みに依存して、オゾ
ンのみを利用して処理を行なうか、或いはオゾンに紫外
線照射を加えて処理を行なうかを選択すればよい。この
場合にも、図７の従来方法と比較して、絶縁耐圧特性を
同等に維持しつつ、工程数を３工程から２工程へ減少さ
せることができる。尚、上記実施例では、金属酸化膜と
して酸化タンタル層を成膜する場合を例にとって説明し
たが、これに限定されず、酸化チタン層、酸化ジルコニ
ウム層、酸化バリウム層、酸化ストロンチウム層を成膜
する場合にも適用し得るのは勿論である。Although the case where the tantalum oxide layer has a two-layer structure has been described as an example, the tantalum oxide layer 24 may have a single-layer structure as shown in FIG. In this case, after forming the tantalum oxide layer 24 having a predetermined thickness as shown in FIG. 6A, the process proceeds to the crystallization step as shown in FIG. As described above, the modification process and the crystallization process of the tantalum oxide layer 24 are performed substantially simultaneously. Also in this case, depending on the thickness of the tantalum oxide layer 24, whether to perform the treatment using only ozone or to perform the treatment by applying ultraviolet irradiation to ozone may be selected. Also in this case, the number of steps can be reduced from three to two while maintaining the same withstand voltage characteristics as compared with the conventional method of FIG. In the above embodiment, a case where a tantalum oxide layer is formed as a metal oxide film is described as an example, but the present invention is not limited to this. A titanium oxide layer, a zirconium oxide layer, a barium oxide layer, and a strontium oxide layer are formed. Needless to say, the present invention can be applied to such a case.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属酸化
膜の形成方法及び成膜処理システムによれば、次のよう
に優れた作用効果を発揮することができる。形成すべき
金属酸化膜が１層構造の場合には、結晶化工程を行なう
時に改質処理と結晶化処理とを同一チャンバ内で連続的
に行なうようにしたので、絶縁特性を高く維持したまま
全体の工程数を削減することができる。また、形成すべ
き金属酸化膜が２層構造の場合には、最上層の金属酸化
膜の改質処理と、第１層目及び第２層目の全ての金属酸
化膜の結晶化処理を同一チャンバ内で連続的に行なうよ
うにしたので、絶縁特性を高くしたまま全体の工程数を
削減することができる。特に、改質処理時や結晶化処理
時に紫外線を照射することにより、表面の金属酸化膜の
改質を迅速に行なうことができる。以上の結果、製品コ
ストを削除でき、スループットも向上させることができ
る。As described above, according to the method and the system for forming a metal oxide film of the present invention, the following excellent operational effects can be obtained. When the metal oxide film to be formed has a one-layer structure, the reforming process and the crystallization process are continuously performed in the same chamber when performing the crystallization process, so that the insulation characteristics are kept high. The total number of steps can be reduced. When the metal oxide film to be formed has a two-layer structure, the reforming process of the uppermost metal oxide film and the crystallization process of all the first and second metal oxide films are the same. Since the process is performed continuously in the chamber, it is possible to reduce the total number of steps while keeping the insulation characteristics high. In particular, by irradiating ultraviolet rays during the modification process or the crystallization process, the surface metal oxide film can be quickly modified. As a result, the product cost can be eliminated and the throughput can be improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係るクラスタツール装置を示す概略斜
視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a cluster tool device according to the present invention.
【図２】本発明方法を説明するための工程図である。FIG. 2 is a process chart for explaining the method of the present invention.
【図３】金属酸化膜の結晶化工程における温度変化を示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a temperature change in a crystallization process of a metal oxide film.
【図４】酸化タンタル層の絶縁耐圧特性を示すグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing a withstand voltage characteristic of a tantalum oxide layer.
【図５】本発明方法の他の実施例を説明するための工程
図である。FIG. 5 is a process chart for explaining another embodiment of the method of the present invention.
【図６】本発明方法の更に他の実施例を説明するための
工程図である。FIG. 6 is a process chart for explaining still another embodiment of the method of the present invention.
【図７】絶縁膜の金属酸化膜として金属タンタルを成膜
する従来方法の一例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film.
【図８】絶縁膜の金属酸化膜として金属タンタルを成膜
する従来方法の他の一例を示す図である。FIG. 8 is a view showing another example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film.
【符号の説明】 １ 共通搬送装置 ３ クラスターツール装置（成膜処理システム） ４，６ 成膜装置 ８ 改質装置（第１の熱処理装置） １０ 結晶化熱処理装置（第２の熱処理装置） １４Ａ，１４Ｂ カセット収容室 ２０，２２，２４ 酸化タンタル層（金属酸化膜） Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）[Description of Signs] 1 Common transfer device 3 Cluster tool device (film formation processing system) 4, 6 Film formation device 8 Reformer (first heat treatment device) 10 Crystallization heat treatment device (second heat treatment device) 14A, 14B Cassette storage chamber 20, 22, 24 Tantalum oxide layer (metal oxide film) W Semiconductor wafer (workpiece)
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA14 BA01 BA17 BA42 BB05 CA04 CA12 5F045 AA06 AB31 AC07 AD06 AD07 AD08 AE19 AF07 BB08 CA05 DQ10 DQ17 EN04 HA16 HA25 5F058 BA11 BC03 BF04 BH01 BH02 BH03 BH07 BH17 Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA11 AA14 BA01 BA17 BA42 BB05 CA04 CA12 5F045 AA06 AB31 AC07 AD06 AD07 AD08 AE19 AF07 BB08 CA05 DQ10 DQ17 EN04 HA16 HA25 5F058 BA11 BC03 BF04 BH01 BH02 BH03 BH07 B17
Claims (11)
原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて非晶質状態の
金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、前記金属
酸化膜が形成された被処理体を活性酸素雰囲気下にて前
記金属酸化膜の結晶化温度以下の状態に所定の時間維持
して改質を行った後に結晶化温度以上に昇温することに
より前記金属酸化膜中に含まれる有機不純物を脱離させ
つつ前記金属酸化膜を結晶化させる結晶化工程とを有す
ることを特徴とする金属酸化膜の形成方法。A metal oxide film forming step of forming an amorphous metal oxide film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide material and an oxidizing gas on the surface of the object; The object on which the oxide film is formed is reformed while maintaining the state below the crystallization temperature of the metal oxide film for a predetermined time under an active oxygen atmosphere, and then raising the temperature above the crystallization temperature. A crystallization step of crystallizing the metal oxide film while desorbing organic impurities contained in the metal oxide film.
原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて非晶質状態の
第１層目の金属酸化膜を形成する第１の金属酸化膜形成
工程と、前記金属酸化膜が形成された被処理体を活性酸
素雰囲気に晒すことによって前記金属酸化膜を改質する
改質工程と、改質処理後の前記被処理体の表面に気化状
態の金属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中に
て非晶質状態の第２層目の金属酸化膜を形成する第２の
金属酸化膜形成工程と、前記第２層目の金属酸化膜が形
成された被処理体を活性酸素雰囲気下にて前記金属酸化
膜の結晶化温度以下の状態に所定の時間維持して改質を
行った後に結晶化温度以上に昇温することにより前記第
２層目の金属酸化膜中に含まれる有機不純物を脱離させ
つつ前記各金属酸化膜を結晶化させる結晶化工程とを有
することを特徴とする金属酸化膜の形成方法。2. A first metal forming an amorphous first metal oxide film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film raw material and an oxidizing gas on the surface of an object to be processed. An oxide film forming step, a modifying step of modifying the metal oxide film by exposing the workpiece on which the metal oxide film is formed to an active oxygen atmosphere, A second metal oxide film forming step of forming an amorphous second metal oxide film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film raw material and an oxidizing gas; The object on which the metal oxide film is formed is reformed while maintaining the state below the crystallization temperature of the metal oxide film for a predetermined time under an active oxygen atmosphere, and then the temperature is raised to the temperature above the crystallization temperature. This removes the organic impurities contained in the second metal oxide film while removing each of the metal oxide films. A crystallization step of crystallizing the film.
時には前記被処理体の表面に紫外線を照射することを特
徴とする請求項２記載の金属酸化膜の形成方法。3. The method for forming a metal oxide film according to claim 2, wherein the surface of the object to be processed is irradiated with ultraviolet light during the modification process and / or the crystallization process.
金属酸化膜の結晶化温度以下に維持した状態で前記被処
理体を導入し、所定の時間だけ前記結晶化温度以下の状
態を維持して改質を行って、その後、前記熱処理装置内
を急速に結晶化温度以上に昇温することにより行なうこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属
酸化膜の形成方法。4. In the crystallization step, the object to be processed is introduced in a state where the inside of the heat treatment apparatus is maintained at a temperature lower than the crystallization temperature of the metal oxide film, and the state is maintained at a temperature lower than the crystallization temperature for a predetermined time. 4. The method according to claim 1, wherein the reforming is performed, and thereafter, the temperature in the heat treatment apparatus is rapidly raised to a crystallization temperature or higher. .
ドであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の金属酸化膜の形成方法。5. The method for forming a metal oxide film according to claim 1, wherein said metal oxide film raw material is a metal alkoxide.
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
金属酸化膜の形成方法。6. The method according to claim 1, wherein the metal oxide film is made of tantalum oxide.
成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載の金属酸化膜の形成方法。7. The method according to claim 1, wherein the active oxygen atoms are formed by ozone.
℃以下であり、前記結晶化工程の最終プロセス温度は７
００℃以上であることを特徴とする請求項６または７記
載の金属酸化膜の形成方法。8. The process temperature of the reforming step is 600
° C or lower and the final process temperature of the crystallization step is 7
The method for forming a metal oxide film according to claim 6, wherein the temperature is not lower than 00 ° C. 9.
Ｏ、ＮＯ及び気化状態のアルコールの内、少なくともい
ずれか１つを含むことを特徴とする請求項１乃至８のい
ずれかに記載の金属酸化膜の形成方法。9. The oxidizing gas comprises O 2 , O 3 , N 2
9. The method for forming a metal oxide film according to claim 1, comprising at least one of O, NO, and alcohol in a vaporized state.
膜原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて非晶質状態
の金属酸化膜を形成する少なくとも１つの成膜装置と、
前記成膜後の被処理体に活性酸素原子を晒すことによっ
て前記金属酸化膜を改質する改質装置と、前記金属酸化
膜が形成された被処理体を活性酸素雰囲気下にて前記金
属酸化膜の結晶化温度以下に所定の時間だけ維持して改
質を行った後に結晶化温度以上に昇温することにより前
記被処理体に形成されている金属酸化膜に含まれる有機
不純物を脱離させつつ前記被処理体に形成されている全
ての金属酸化膜を結晶化させる結晶化熱処理装置と、前
記被処理体を移載するために前記成膜装置と前記改質装
置と前記結晶化熱処理装置とに共通に連結されて真空引
き可能になされた共通搬送装置とを備えたことを特徴と
するクラスタツール装置。10. At least one film forming apparatus for forming a metal oxide film in an amorphous state in an atmosphere in the presence of a metal oxide film raw material in a vaporized state and an oxidizing gas with respect to an object to be processed,
A reforming apparatus for reforming the metal oxide film by exposing active oxygen atoms to the object after the film formation, and subjecting the object on which the metal oxide film is formed to the metal oxidation under an active oxygen atmosphere. After performing reforming while maintaining the temperature below the crystallization temperature of the film for a predetermined time, the temperature is raised to the temperature above the crystallization temperature to remove organic impurities contained in the metal oxide film formed on the object to be processed. A crystallization heat treatment apparatus for crystallizing all the metal oxide films formed on the object to be processed, and the film forming apparatus, the reforming apparatus, and the crystallization heat treatment for transferring the object to be processed. A cluster tool device, comprising: a common transport device commonly connected to the device and capable of being evacuated.
Ｏ、ＮＯ及び気化状態のアルコールの内、少なくともい
ずれか１つを含むことを特徴とする請求項１０記載のク
ラスタツール装置。11. The oxidizing gas comprises O 2 , O 3 , N 2
The cluster tool device according to claim 10, wherein the cluster tool device includes at least one of O, NO, and alcohol in a vaporized state.
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