JP2002050622A - 金属酸化膜の改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置 - Google Patents
金属酸化膜の改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜質特性を良好に改善することができる金属
酸化膜の改質方法を提供する。 【解決手段】 被処理体Ｗの表面に形成された金属酸化
膜２を、改質ガスを用いて改質処理する改質方法におい
て、前記改質ガスは実質的に純粋な酸素ラジカルよりな
るガスとする。これにより、膜質特性を良好に改善する
ことができる。
酸化膜の改質方法を提供する。 【解決手段】 被処理体Ｗの表面に形成された金属酸化
膜２を、改質ガスを用いて改質処理する改質方法におい
て、前記改質ガスは実質的に純粋な酸素ラジカルよりな
るガスとする。これにより、膜質特性を良好に改善する
ことができる。
Description
【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改質方法、金属酸化
膜の成膜方法及び熱処理装置に関する。
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜の改質方法、金属酸化
膜の成膜方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化、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。
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。
【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。
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。
【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（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ 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（以
下、ＵＶとも言う）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。また、この
改質処理には、上述のようにＵＶオゾンを用いた改質処
理の他に、処理容器内の天井部に高周波によるプラズマ
発生機構を設け、ここで発生させた活性種（ラジカル）
を真空の処理空間に降下させて、これで酸化タンタル膜
を改質するようにした、いわゆるリモートプラズマ改質
処理も知られている。
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（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ 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（以
下、ＵＶとも言う）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。また、この
改質処理には、上述のようにＵＶオゾンを用いた改質処
理の他に、処理容器内の天井部に高周波によるプラズマ
発生機構を設け、ここで発生させた活性種（ラジカル）
を真空の処理空間に降下させて、これで酸化タンタル膜
を改質するようにした、いわゆるリモートプラズマ改質
処理も知られている。
【０００５】そして、このように改質処理された酸化タ
ンタル膜は、次に、必要に応じてデガス対策等を行なう
ために高温状態に晒されて結晶化処理が行なわれる場合
もある。例えば図１３は絶縁膜の金属酸化膜として酸化
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Ｏ２ ガスを供
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（図１３（Ａ）参
照）。この時のプロセス温度は、例えば４００℃程度で
行なう。
ンタル膜は、次に、必要に応じてデガス対策等を行なう
ために高温状態に晒されて結晶化処理が行なわれる場合
もある。例えば図１３は絶縁膜の金属酸化膜として酸化
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Ｏ２ ガスを供
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（図１３（Ａ）参
照）。この時のプロセス温度は、例えば４００℃程度で
行なう。
【０００６】次に、このウエハを改質装置に搬送して図
１３（Ｂ）に示すように、ＵＶオゾン処理の場合にはオ
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。
この改質処理は、前述のように活性種を用いたリモート
プラズマ改質処理により行なう場合もある。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、図１３（Ｃ）に示すように酸素ガスの存在
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℃以上に加熱し、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。
１３（Ｂ）に示すように、ＵＶオゾン処理の場合にはオ
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。
この改質処理は、前述のように活性種を用いたリモート
プラズマ改質処理により行なう場合もある。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、図１３（Ｃ）に示すように酸素ガスの存在
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℃以上に加熱し、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の処理方法では、例えば改質処理を例にとる
と、ＵＶオゾンを用いて酸化タンタル膜を改質した場合
には、絶縁特性を更に向上させるなどの膜質特性を改善
しようと思っても、膜質特性を十分に改善できない場合
があった。また、改質処理としてリモートプラズマ処理
を用いた場合には、発生した活性種のみならず、高エネ
ルギ状態の電子や高エネルギ状態のイオンまでもが処理
空間内に流入するので、これが半導体ウエハ表面にダメ
ージを与える場合があり、問題となっていた。
うな従来の処理方法では、例えば改質処理を例にとる
と、ＵＶオゾンを用いて酸化タンタル膜を改質した場合
には、絶縁特性を更に向上させるなどの膜質特性を改善
しようと思っても、膜質特性を十分に改善できない場合
があった。また、改質処理としてリモートプラズマ処理
を用いた場合には、発生した活性種のみならず、高エネ
ルギ状態の電子や高エネルギ状態のイオンまでもが処理
空間内に流入するので、これが半導体ウエハ表面にダメ
ージを与える場合があり、問題となっていた。
【０００８】更に、上記処理方法では、酸化タンタル層
の層全体を改質するには厚さが大きい程、その処理時間
が例えば厚さの２乗で増加するので、膜厚が厚いと処理
時間も加速度的に増加する、といった問題があった。ま
た、図１３に示すようにここでは成膜、改質及び結晶化
の処理を全て行なうのに３工程必要とし、工程数が多く
なるのみならず、各工程に対応した処理装置も必要なこ
とから、その分、設備コストが高騰する、といった問題
もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、膜質特性を良好に改善することができる金属酸
化膜の改質方法を提供することにある。本発明の他の目
的は、成膜処理と改質処理とを同時に、或いは連続的に
同一処理容器内で行なうことができる金属酸化膜の成膜
方法を提供することにある。
の層全体を改質するには厚さが大きい程、その処理時間
が例えば厚さの２乗で増加するので、膜厚が厚いと処理
時間も加速度的に増加する、といった問題があった。ま
た、図１３に示すようにここでは成膜、改質及び結晶化
の処理を全て行なうのに３工程必要とし、工程数が多く
なるのみならず、各工程に対応した処理装置も必要なこ
とから、その分、設備コストが高騰する、といった問題
もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、膜質特性を良好に改善することができる金属酸
化膜の改質方法を提供することにある。本発明の他の目
的は、成膜処理と改質処理とを同時に、或いは連続的に
同一処理容器内で行なうことができる金属酸化膜の成膜
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、被処理体の表面に形成された金属酸化膜を、改質ガ
スを用いて改質処理する改質方法において、前記改質ガ
スは実質的に純粋な酸素ラジカルよりなるガスである。
このように、改質ガスとして実質的に純粋な酸素ラジカ
ルよりなるガスを用いることにより、低温改質でも例え
ばリーク電流を大幅に抑制できるなど、膜質特性を大幅
に改善することが可能となる。
は、被処理体の表面に形成された金属酸化膜を、改質ガ
スを用いて改質処理する改質方法において、前記改質ガ
スは実質的に純粋な酸素ラジカルよりなるガスである。
このように、改質ガスとして実質的に純粋な酸素ラジカ
ルよりなるガスを用いることにより、低温改質でも例え
ばリーク電流を大幅に抑制できるなど、膜質特性を大幅
に改善することが可能となる。
【００１０】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記改質処理時の前記被処理体の温度は、室温から
前記金属酸化膜の結晶化温度未満の範囲内となるように
設定してもよいし、或いは請求項３に規定するように、
前記改質処理時の前記被処理体の温度は、前記金属酸化
膜の結晶化温度以上であって、改質処理と結晶化処理と
を同時に行なうようにしてもよい。請求項３の場合に
は、改質処理と結晶化処理とを同時に行なうことができ
るので、処理時間が少なくなって、その分、スループッ
トを向上できるのみならず、設備コストも削減すること
が可能となる。この場合、例えば請求項４に規定するよ
うに、前記改質ガスは、Ｏ２ ガスをプラズマにより励
起することにより発生される。また、例えば請求項５に
規定するように、前記Ｏ２ ガス中には、活性化を促進
する触媒ガスが添加されている。これによれば、活性化
を促進する触媒ガスの作用により酸素ラジカルの濃度を
高めることが可能となる。この場合、請求項６に規定す
るように、前記触媒ガスはＮ２ ガスである。また、例
えば請求項７に規定するように、前記改質処理は処理容
器内で行われ、前記処理容器内へ噴射された改質ガスへ
は、この改質ガス中よりイオンと電子を除去するための
Ｏ２ ガスが噴射される。これによれば、Ｏ２ ガスの噴
射により改質ガス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオン
と電子を除去することができるので、良好な改質処理を
行うことが可能となる。
に、前記改質処理時の前記被処理体の温度は、室温から
前記金属酸化膜の結晶化温度未満の範囲内となるように
設定してもよいし、或いは請求項３に規定するように、
前記改質処理時の前記被処理体の温度は、前記金属酸化
膜の結晶化温度以上であって、改質処理と結晶化処理と
を同時に行なうようにしてもよい。請求項３の場合に
は、改質処理と結晶化処理とを同時に行なうことができ
るので、処理時間が少なくなって、その分、スループッ
トを向上できるのみならず、設備コストも削減すること
が可能となる。この場合、例えば請求項４に規定するよ
うに、前記改質ガスは、Ｏ２ ガスをプラズマにより励
起することにより発生される。また、例えば請求項５に
規定するように、前記Ｏ２ ガス中には、活性化を促進
する触媒ガスが添加されている。これによれば、活性化
を促進する触媒ガスの作用により酸素ラジカルの濃度を
高めることが可能となる。この場合、請求項６に規定す
るように、前記触媒ガスはＮ２ ガスである。また、例
えば請求項７に規定するように、前記改質処理は処理容
器内で行われ、前記処理容器内へ噴射された改質ガスへ
は、この改質ガス中よりイオンと電子を除去するための
Ｏ２ ガスが噴射される。これによれば、Ｏ２ ガスの噴
射により改質ガス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオン
と電子を除去することができるので、良好な改質処理を
行うことが可能となる。
【００１１】請求項８に規定するように、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とを用いて
金属酸化膜を形成する成膜工程と、前記被処理体に形成
された前記金属酸化膜を、実質的に純粋な酸素ラジカル
よりなる改質ガスを用いて改質する改質工程とを同一処
理容器内で連続的に行なうようにする。このように、２
つの工程を同時に同一処理容器内で行なうようにしたの
で、一方の処理工程から他方の処理工程へ移る時に被処
理体を搬送する必要がなくなり、その分、処理に要する
時間が短くなってスループットを向上させることが可能
となる。また、一方の熱処理装置が不要になるので、そ
の分、設備コストを削減することが可能となる。この場
合、請求項９に規定するように、前記成膜工程と前記改
質工程とを、この順序で２回以上連続して繰り返し行な
うようにしてもよい。これによれば、特に、膜厚の厚い
金属酸化膜を処理する時に、この処理時間を大幅に短く
することが可能となる。
面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガスとを用いて
金属酸化膜を形成する成膜工程と、前記被処理体に形成
された前記金属酸化膜を、実質的に純粋な酸素ラジカル
よりなる改質ガスを用いて改質する改質工程とを同一処
理容器内で連続的に行なうようにする。このように、２
つの工程を同時に同一処理容器内で行なうようにしたの
で、一方の処理工程から他方の処理工程へ移る時に被処
理体を搬送する必要がなくなり、その分、処理に要する
時間が短くなってスループットを向上させることが可能
となる。また、一方の熱処理装置が不要になるので、そ
の分、設備コストを削減することが可能となる。この場
合、請求項９に規定するように、前記成膜工程と前記改
質工程とを、この順序で２回以上連続して繰り返し行な
うようにしてもよい。これによれば、特に、膜厚の厚い
金属酸化膜を処理する時に、この処理時間を大幅に短く
することが可能となる。
【００１２】請求項１０に規定するように、被処理体の
表面に金属酸化膜を形成するに際して、気化状態の金属
酸化膜原料と酸化性ガスと実質的に純粋な酸素ラジカル
よりなる改質ガスとの存在下の雰囲気中にて前記金属酸
化膜を形成することにより成膜処理と改質処理とを同時
に行なうようにする。これにより、上記成膜処理と改質
処理とを同時に行なうようにしたので、処理時間を大幅
に短縮してその分、スループットを向上させることが可
能となるのみならず、設備コストも削減することが可能
となる。例えば請求項１１に規定するように、前記金属
酸化膜原料は、金属アルコキシドである。この場合、例
えば請求項１２に規定するように、前記改質ガスは、Ｏ
２ ガスをプラズマにより励起することにより発生され
る。また、例えば請求項１３に規定するように、前記Ｏ
２ ガス中には、活性化を促進する触媒ガスが添加され
ている。これによれば、活性化を促進する触媒ガスの作
用により酸素ラジカルの濃度を高めることが可能とな
る。この場合、請求項１４に規定するように、前記触媒
ガスはＮ２ ガスである。また、例えば請求項１５に規
定するように、前記改質処理は処理容器内で行われ、前
記処理容器内へ噴射された改質ガスへは、この改質ガス
中よりイオンと電子を除去するためのＯ２ ガスが噴射
される。これによれば、Ｏ２ ガスの噴射により改質ガ
ス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオンと電子を除去す
ることができるので、良好な改質処理を行うことが可能
となる。
表面に金属酸化膜を形成するに際して、気化状態の金属
酸化膜原料と酸化性ガスと実質的に純粋な酸素ラジカル
よりなる改質ガスとの存在下の雰囲気中にて前記金属酸
化膜を形成することにより成膜処理と改質処理とを同時
に行なうようにする。これにより、上記成膜処理と改質
処理とを同時に行なうようにしたので、処理時間を大幅
に短縮してその分、スループットを向上させることが可
能となるのみならず、設備コストも削減することが可能
となる。例えば請求項１１に規定するように、前記金属
酸化膜原料は、金属アルコキシドである。この場合、例
えば請求項１２に規定するように、前記改質ガスは、Ｏ
２ ガスをプラズマにより励起することにより発生され
る。また、例えば請求項１３に規定するように、前記Ｏ
２ ガス中には、活性化を促進する触媒ガスが添加され
ている。これによれば、活性化を促進する触媒ガスの作
用により酸素ラジカルの濃度を高めることが可能とな
る。この場合、請求項１４に規定するように、前記触媒
ガスはＮ２ ガスである。また、例えば請求項１５に規
定するように、前記改質処理は処理容器内で行われ、前
記処理容器内へ噴射された改質ガスへは、この改質ガス
中よりイオンと電子を除去するためのＯ２ ガスが噴射
される。これによれば、Ｏ２ ガスの噴射により改質ガ
ス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオンと電子を除去す
ることができるので、良好な改質処理を行うことが可能
となる。
【００１３】請求項１６に規定する発明は、上記方法発
明の一部を実施するための装置発明であり、真空引き可
能になされた処理容器と、被処理体を支持する載置台
と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器
内へ実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスを供
給する改質ガス供給手段とを備えたことを特徴とする熱
処理装置である。この場合、請求項１７に規定するよう
に、前記処理容器内へ気化状態の金属酸化膜原料と酸化
性ガスとを供給する原料ガス供給手段を備えるようにし
てもよい。この場合、例えば請求項１８に規定するよう
に、前記改質ガス供給手段は、前記処理容器の側壁に設
けた改質ガスノズルを有し、この改質ノズルより前記改
質ガスを供給するようにしている。或いは、例えば請求
項１９に規定するように、前記改質ガス供給手段は、前
記処理容器の天井部に設けたシャワーヘッドを有し、こ
のシャワーヘッドより前記改質ガスを供給するようにし
ている。また、例えば請求項２０に規定するように、前
記改質ガスのノズルに並設させて、前記改質ノズルより
噴射された改質ガス中のイオンと電子を除去するための
Ｏ２ ガスを噴射するＯ２ ガスノズルが設けられている
ようにしてもよい。これによれば、Ｏ２ ガスの噴射に
より改質ガス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオンと電
子を除去することができるので、良好な改質処理を行う
ことが可能となる。また、例えば請求項２１に規定する
ように、前記改質ガス供給手段は、Ｏ２ガスをプラズマ
により励起して酸素ラジカルを発生する改質ガス発生器
を有しており、前記Ｏ２ ガス中には活性化を促進する
触媒ガスが添加されているようにしてもよい。これによ
れば、活性化を促進する触媒ガスの作用により酸素ラジ
カルの濃度を高めることが可能となる。請求項２２に規
定するように、前記触媒ガスはＮ２ ガスである。
明の一部を実施するための装置発明であり、真空引き可
能になされた処理容器と、被処理体を支持する載置台
と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器
内へ実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスを供
給する改質ガス供給手段とを備えたことを特徴とする熱
処理装置である。この場合、請求項１７に規定するよう
に、前記処理容器内へ気化状態の金属酸化膜原料と酸化
性ガスとを供給する原料ガス供給手段を備えるようにし
てもよい。この場合、例えば請求項１８に規定するよう
に、前記改質ガス供給手段は、前記処理容器の側壁に設
けた改質ガスノズルを有し、この改質ノズルより前記改
質ガスを供給するようにしている。或いは、例えば請求
項１９に規定するように、前記改質ガス供給手段は、前
記処理容器の天井部に設けたシャワーヘッドを有し、こ
のシャワーヘッドより前記改質ガスを供給するようにし
ている。また、例えば請求項２０に規定するように、前
記改質ガスのノズルに並設させて、前記改質ノズルより
噴射された改質ガス中のイオンと電子を除去するための
Ｏ２ ガスを噴射するＯ２ ガスノズルが設けられている
ようにしてもよい。これによれば、Ｏ２ ガスの噴射に
より改質ガス中の改質処理に悪影響を及ぼすイオンと電
子を除去することができるので、良好な改質処理を行う
ことが可能となる。また、例えば請求項２１に規定する
ように、前記改質ガス供給手段は、Ｏ２ガスをプラズマ
により励起して酸素ラジカルを発生する改質ガス発生器
を有しており、前記Ｏ２ ガス中には活性化を促進する
触媒ガスが添加されているようにしてもよい。これによ
れば、活性化を促進する触媒ガスの作用により酸素ラジ
カルの濃度を高めることが可能となる。請求項２２に規
定するように、前記触媒ガスはＮ２ ガスである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る金属酸化膜の
改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係
る熱処理装置を含む熱処理システムを示す概略斜視図、
図２は成膜処理と改質処理とを行なう本発明の熱処理装
置を示す概略構成図、図３は図２に示す熱処理装置の変
形例を示す概略構成図、図４は改質処理を行なう本発明
の熱処理装置を示す概略構成図である。図示するよう
に、この熱処理システム４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
を形成する成膜装置６と、この金属酸化膜を真空雰囲気
下において実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガ
スに晒すことによって改質する改質処理と、上記したよ
うな実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスの雰
囲気下においてウエハを上記金属酸化膜の結晶化温度以
上に加熱することによってこれを結晶化させる結晶化処
理とを同時に、或いは選択的に行なうことができる改質
結晶化用の熱処理装置８と、気化状態の金属酸化膜原料
と酸化性ガスと実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改
質ガスとを選択的に用いて成膜処理を行なったり、改質
処理を行なったり、或いは上記各ガスを同時に用いて成
膜処理と改質処理とを同時に行なうことができる成膜改
質用の熱処理装置１０と、金属酸化膜を結晶化する結晶
化専用の熱処理装置１２と、これらの各装置６、８、１
０、１２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選択的に移載する共通搬送装置
１４とにより主に構成されている。
改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係
る熱処理装置を含む熱処理システムを示す概略斜視図、
図２は成膜処理と改質処理とを行なう本発明の熱処理装
置を示す概略構成図、図３は図２に示す熱処理装置の変
形例を示す概略構成図、図４は改質処理を行なう本発明
の熱処理装置を示す概略構成図である。図示するよう
に、この熱処理システム４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
を形成する成膜装置６と、この金属酸化膜を真空雰囲気
下において実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガ
スに晒すことによって改質する改質処理と、上記したよ
うな実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスの雰
囲気下においてウエハを上記金属酸化膜の結晶化温度以
上に加熱することによってこれを結晶化させる結晶化処
理とを同時に、或いは選択的に行なうことができる改質
結晶化用の熱処理装置８と、気化状態の金属酸化膜原料
と酸化性ガスと実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改
質ガスとを選択的に用いて成膜処理を行なったり、改質
処理を行なったり、或いは上記各ガスを同時に用いて成
膜処理と改質処理とを同時に行なうことができる成膜改
質用の熱処理装置１０と、金属酸化膜を結晶化する結晶
化専用の熱処理装置１２と、これらの各装置６、８、１
０、１２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選択的に移載する共通搬送装置
１４とにより主に構成されている。
【００１５】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１４に連結されたカセット収容室１６Ａ，１６
Ｂを有しており、いわゆるクラスタツール化されてい
る。尚、必要ならば、更に処理前のウエハを予備加熱す
る予備加熱室や処理後のウエハを冷却する冷却室等を設
けてもよい。共通搬送装置１４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１
６Ａ及び第２のカセット収容室１６Ｂがそれぞれ接続さ
れている。これらの両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂ
は、この装置システム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１４
及び両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ気密
構造に構成され、両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂ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Ｇ３、Ｇ４を介してカセットＣが搬出入さ
れる。
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１４に連結されたカセット収容室１６Ａ，１６
Ｂを有しており、いわゆるクラスタツール化されてい
る。尚、必要ならば、更に処理前のウエハを予備加熱す
る予備加熱室や処理後のウエハを冷却する冷却室等を設
けてもよい。共通搬送装置１４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１
６Ａ及び第２のカセット収容室１６Ｂがそれぞれ接続さ
れている。これらの両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂ
は、この装置システム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１４
及び両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ気密
構造に構成され、両カセット収容室１６Ａ，１６Ｂ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Ｇ３、Ｇ４を介してカセットＣが搬出入さ
れる。
【００１６】共通搬送装置１４内の移載用アーム機構１
８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１６Ａ，１６Ｂと各装置６、８、
１０、１２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１４には、各ゲートバルブＧ５，
Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８を介してそれぞれ上記各装置６、８、
１０、１２が連結されている。以上説明した上記各装置
６、８、１０、１２、１４及びカセット収容室１６Ａ、
１６Ｂ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。
８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１６Ａ，１６Ｂと各装置６、８、
１０、１２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１４には、各ゲートバルブＧ５，
Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８を介してそれぞれ上記各装置６、８、
１０、１２が連結されている。以上説明した上記各装置
６、８、１０、１２、１４及びカセット収容室１６Ａ、
１６Ｂ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。
【００１７】上記成膜装置６は、本出願人が先の出願
（特開平１０−７９３７７号公報）にて開示したものを
用いればよい。上記成膜装置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（ＯＣ２ Ｈ５ ） ５［ＰＥＴ：ペントエ
トキシタンタル］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。また、酸
化性ガスとしては、Ｏ２ の他に、Ｏ３ 、Ｎ２ Ｏ、Ｎ
Ｏ、ＮＯ２ 、気化状態のアルコール等を用いることが
できる。
（特開平１０−７９３７７号公報）にて開示したものを
用いればよい。上記成膜装置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（ＯＣ２ Ｈ５ ） ５［ＰＥＴ：ペントエ
トキシタンタル］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。また、酸
化性ガスとしては、Ｏ２ の他に、Ｏ３ 、Ｎ２ Ｏ、Ｎ
Ｏ、ＮＯ２ 、気化状態のアルコール等を用いることが
できる。
【００１８】また、結晶化専用の熱処理装置１２は、周
知のように真空引き可能になされた処理容器に加熱ヒー
タ内蔵の載置台を設け、この載置台上に設置したウエハ
表面の金属酸化膜を、例えばＯ２ 雰囲気中にて金属酸
化膜の結晶化温度以上に加熱して結晶化するものであ
る。ここでは、成膜改質用の熱処理装置１０と改質結晶
化用の熱処理装置８について説明する。また、金属酸化
膜として酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）をＣＶＤにより成
膜する場合について説明する。図２に示すように、この
成膜改質用の熱処理装置１０は、装置本体２０と、これ
に酸化性ガスと成膜ガスとして金属酸化膜原料とを気化
状態で供給する原料ガス供給手段２２と、実質的に純粋
な酸素ラジカルよりなる改質ガスを供給する改質ガス供
給手段２３とにより主に構成される。
知のように真空引き可能になされた処理容器に加熱ヒー
タ内蔵の載置台を設け、この載置台上に設置したウエハ
表面の金属酸化膜を、例えばＯ２ 雰囲気中にて金属酸
化膜の結晶化温度以上に加熱して結晶化するものであ
る。ここでは、成膜改質用の熱処理装置１０と改質結晶
化用の熱処理装置８について説明する。また、金属酸化
膜として酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）をＣＶＤにより成
膜する場合について説明する。図２に示すように、この
成膜改質用の熱処理装置１０は、装置本体２０と、これ
に酸化性ガスと成膜ガスとして金属酸化膜原料とを気化
状態で供給する原料ガス供給手段２２と、実質的に純粋
な酸素ラジカルよりなる改質ガスを供給する改質ガス供
給手段２３とにより主に構成される。
【００１９】この原料ガス供給手段２２は、金属酸化膜
の原料として金属酸化膜原料２４、例えば（Ｔａ（ＯＣ
２Ｈ５）５）よりなる金属アルコキシドを貯留する密閉
状態の原料タンク２６を有しており、このタンク２６に
は加熱ヒータ２８を設けてこの原料２４を流れ易い温
度、例え２０〜５０℃程度に加熱している。また、この
原料２４中には、反応促進剤として例えば適量のアルコ
ールが添加されている。この原料タンク２６の気相部に
は、加圧管３０の先端が上部より導入されており、この
加圧管３０には開閉弁３１が介設されて、加圧気体とし
て例えばＨｅガスを原料タンク２６内の気相部へ導入し
得るようになっている。
の原料として金属酸化膜原料２４、例えば（Ｔａ（ＯＣ
２Ｈ５）５）よりなる金属アルコキシドを貯留する密閉
状態の原料タンク２６を有しており、このタンク２６に
は加熱ヒータ２８を設けてこの原料２４を流れ易い温
度、例え２０〜５０℃程度に加熱している。また、この
原料２４中には、反応促進剤として例えば適量のアルコ
ールが添加されている。この原料タンク２６の気相部に
は、加圧管３０の先端が上部より導入されており、この
加圧管３０には開閉弁３１が介設されて、加圧気体とし
て例えばＨｅガスを原料タンク２６内の気相部へ導入し
得るようになっている。
【００２０】また、この原料タンク２６と気化手段とし
ての気化器３２の入口との間は例えばステンレス管より
なる原料供給通路３４により連絡され、この気化器３２
の出口と上記装置本体２０の天井部を連絡するようにし
て例えばステンレス管よりなる原料ガス通路３６が設け
られている。上記供給通路３４の原料導入口はタンク２
６内の液体状の金属酸化膜原料２４中に浸漬させて底部
近傍に位置されて、原料２４を通路３４内に加圧搬送し
得るようになっている。この原料供給通路３４は、その
途中に開閉弁３８及び液体マスフロー制御器４０を介設
して、気化器３２への液体状の原料２４の供給量を制御
できるようになっている。
ての気化器３２の入口との間は例えばステンレス管より
なる原料供給通路３４により連絡され、この気化器３２
の出口と上記装置本体２０の天井部を連絡するようにし
て例えばステンレス管よりなる原料ガス通路３６が設け
られている。上記供給通路３４の原料導入口はタンク２
６内の液体状の金属酸化膜原料２４中に浸漬させて底部
近傍に位置されて、原料２４を通路３４内に加圧搬送し
得るようになっている。この原料供給通路３４は、その
途中に開閉弁３８及び液体マスフロー制御器４０を介設
して、気化器３２への液体状の原料２４の供給量を制御
できるようになっている。
【００２１】また、気化器３２の直ぐ下流側の原料ガス
通路３６には、成膜ガスの供給を遮断する開閉弁４２が
設けられる。そして、この気化器３２よりも下流側の原
料ガス通路３６には、上記開閉弁４２も含めて例えばテ
ープヒータよりなる保温用ヒータ４１が巻回されてお
り、成膜ガスの液化温度よりも高く、且つ分解温度より
も低い温度、例えば１５０℃〜１８０℃の範囲内で保温
するようになっている。また、上記気化器３２には、気
化用ガス導入管４３が接続されており、気化用ガスとし
て例えばＨｅガスを流量制御器４４により流量制御しつ
つ供給するようになってる。また、この気化用ガス導入
管４３にも途中に開閉弁４６が介設されている。また、
原料ガス供給手段２２の一部として、上記装置本体２０
の天井部には、酸化性ガス供給通路５０が接続されてお
り、これには例えばマスフローコントローラのような流
量制御器５２が介設されて、酸化性ガスとしてここでは
Ｏ２ ガスを流量制御しつつ供給できるようになってい
る。
通路３６には、成膜ガスの供給を遮断する開閉弁４２が
設けられる。そして、この気化器３２よりも下流側の原
料ガス通路３６には、上記開閉弁４２も含めて例えばテ
ープヒータよりなる保温用ヒータ４１が巻回されてお
り、成膜ガスの液化温度よりも高く、且つ分解温度より
も低い温度、例えば１５０℃〜１８０℃の範囲内で保温
するようになっている。また、上記気化器３２には、気
化用ガス導入管４３が接続されており、気化用ガスとし
て例えばＨｅガスを流量制御器４４により流量制御しつ
つ供給するようになってる。また、この気化用ガス導入
管４３にも途中に開閉弁４６が介設されている。また、
原料ガス供給手段２２の一部として、上記装置本体２０
の天井部には、酸化性ガス供給通路５０が接続されてお
り、これには例えばマスフローコントローラのような流
量制御器５２が介設されて、酸化性ガスとしてここでは
Ｏ２ ガスを流量制御しつつ供給できるようになってい
る。
【００２２】一方、上記装置本体２０は、例えばアルミ
ニウムにより筒体状に成形された処理容器５４を有して
いる。この処理容器５４の底部５４Ａの中心周辺部に
は、排気口５６が設けられており、この排気口５６には
途中に開閉弁５８と真空ポンプ６０が介設された真空排
気系６２が接続されており、容器内部を真空引き可能と
している。この処理容器５４内には、非導電性材料、例
えばアルミナ製の円板状の載置台６４が設けられ、この
載置台６４上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを
載置して支持するようになっている。
ニウムにより筒体状に成形された処理容器５４を有して
いる。この処理容器５４の底部５４Ａの中心周辺部に
は、排気口５６が設けられており、この排気口５６には
途中に開閉弁５８と真空ポンプ６０が介設された真空排
気系６２が接続されており、容器内部を真空引き可能と
している。この処理容器５４内には、非導電性材料、例
えばアルミナ製の円板状の載置台６４が設けられ、この
載置台６４上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを
載置して支持するようになっている。
【００２３】上記載置台６４には、加熱手段として例え
ば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン製の抵抗
発熱体６６が埋め込まれており、この上面側に載置され
る半導体ウエハを所望の温度に加熱し得るようになって
いる。尚、ウエハを加熱する加熱手段として上記抵抗発
熱体６６に替え、ハロゲンランプ等の加熱ランプを用い
て加熱するようにしてもよい。この載置台６４の上部
は、例えばセラミックス製の静電チャック（図示せず）
として構成されており、この静電チャックが発生するク
ーロン力により、この上面にウエハを吸着保持するよう
になっている。また、この静電チャックに代えてメカニ
カルクランプを用いるようにしてもよい。また、処理容
器５４の天井部には、シャワーヘッド６８が気密に取り
付けられており、上記シャワーヘッド６８は載置台６４
の上面の略全面を覆うように対向させて設けられてい
る。このシャワーヘッド６８の導入口には、上記原料ガ
ス通路３６と酸化性ガス供給通路５０の先端が接合され
ており、処理容器５４内に成膜ガスと酸化性ガスとをシ
ャワー状に選択的に、或いは同時に導入するようになっ
ている。この場合、シャワーヘッド６８の内部構造は、
原料ガスとＯ２ ガスとが分離した状態で流れる構造と
する。そして、この処理容器５４には、ゲートバルブＧ
７を介して真空引き可能になされた共通搬送装置１４が
接合されている。
ば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン製の抵抗
発熱体６６が埋め込まれており、この上面側に載置され
る半導体ウエハを所望の温度に加熱し得るようになって
いる。尚、ウエハを加熱する加熱手段として上記抵抗発
熱体６６に替え、ハロゲンランプ等の加熱ランプを用い
て加熱するようにしてもよい。この載置台６４の上部
は、例えばセラミックス製の静電チャック（図示せず）
として構成されており、この静電チャックが発生するク
ーロン力により、この上面にウエハを吸着保持するよう
になっている。また、この静電チャックに代えてメカニ
カルクランプを用いるようにしてもよい。また、処理容
器５４の天井部には、シャワーヘッド６８が気密に取り
付けられており、上記シャワーヘッド６８は載置台６４
の上面の略全面を覆うように対向させて設けられてい
る。このシャワーヘッド６８の導入口には、上記原料ガ
ス通路３６と酸化性ガス供給通路５０の先端が接合され
ており、処理容器５４内に成膜ガスと酸化性ガスとをシ
ャワー状に選択的に、或いは同時に導入するようになっ
ている。この場合、シャワーヘッド６８の内部構造は、
原料ガスとＯ２ ガスとが分離した状態で流れる構造と
する。そして、この処理容器５４には、ゲートバルブＧ
７を介して真空引き可能になされた共通搬送装置１４が
接合されている。
【００２４】また、上記改質ガス供給手段２３の一部と
して、上記処理容器５４の側壁には、改質ガスノズル７
０が設けられており、これには、改質ガス通路７２が接
続されている。この改質ガス通路７２は、改質ガス発生
器７４に接続される。この改質ガス発生器７４には、例
えば４００ＫＨｚの高周波源７６が設けられると共に、
この装置には、例えばマスフローコントローラのような
流量制御器７８により流量制御された酸素（Ｏ２ ガ
ス）を導入するようになっており、内部にて上記高周波
源７６からの高周波によってプラズマを立て、ここでＯ
２ ガスを励起して酸素ラジカル（Ｏ＊）を形成し得る
ようになっている。ここで必要に応じて例えばＡｒガス
をキャリアガスとして用いたり、或いはＮ２ ガスを活
性化を促進する触媒ガスとして用いてもよい。そして、
ここでは酸素ラジカルの他にエネルギの高い電子やイオ
ンも発生するが、改質ガス発生器７４の内に、またこれ
を改質ガス通路７２を介して処理容器５４まで搬送する
際に、改質ガス通路７２内にて上記電子やイオンがトラ
ップされ、最終的に実質的に純粋な酸素ラジカルよりな
る改質ガスを改質ガスノズル７０より処理容器５４内へ
導入し得るようになっている。
して、上記処理容器５４の側壁には、改質ガスノズル７
０が設けられており、これには、改質ガス通路７２が接
続されている。この改質ガス通路７２は、改質ガス発生
器７４に接続される。この改質ガス発生器７４には、例
えば４００ＫＨｚの高周波源７６が設けられると共に、
この装置には、例えばマスフローコントローラのような
流量制御器７８により流量制御された酸素（Ｏ２ ガ
ス）を導入するようになっており、内部にて上記高周波
源７６からの高周波によってプラズマを立て、ここでＯ
２ ガスを励起して酸素ラジカル（Ｏ＊）を形成し得る
ようになっている。ここで必要に応じて例えばＡｒガス
をキャリアガスとして用いたり、或いはＮ２ ガスを活
性化を促進する触媒ガスとして用いてもよい。そして、
ここでは酸素ラジカルの他にエネルギの高い電子やイオ
ンも発生するが、改質ガス発生器７４の内に、またこれ
を改質ガス通路７２を介して処理容器５４まで搬送する
際に、改質ガス通路７２内にて上記電子やイオンがトラ
ップされ、最終的に実質的に純粋な酸素ラジカルよりな
る改質ガスを改質ガスノズル７０より処理容器５４内へ
導入し得るようになっている。
【００２５】すなわち、改質ガス発生器７４の内に、ま
たは改質ガス発生器７４の出口から改質ガスノズル７０
までの改質ガス通路７２の長さは、上記電子やイオンを
十分にトラップできるような長さに設定している。ま
た、この通路７２に上記電子やイオンを捕獲するトラッ
プ機構を介設してもよく、これによれば、この通路７２
の長さを短くできる。また、ここで載置台６４を回転可
能な構造としてもよく、これによれば、改質ガスがウエ
ハ表面に略均等に当たるようになるので、改質処理のウ
エハ面内均一性を向上させることができる。尚、上記改
質ガスノズル７０に替えて、図３に示すように上記改質
ガス通路７２をシャワーヘッド６８に接続し、この改質
ガスをシャワーヘッド６８から供給するようにしてもよ
い。この場合にも、シャワーヘッド６８内では他のガス
と分離された状態で流れるような構造とし、処理空間Ｓ
内で初めてガスが混合される、いわゆるポストミックス
状態で供給する。改質ガスをシャワーヘッド６８から供
給するように構成すれば、載置台６４を回転させなくて
も、改質処理のウエハ面内均一性を向上させることがで
きる。上記したような改質ガス発生器７４と高周波源７
６としては、例えばこれらを一体化したユニットＡＳＴ
ＲＯＮ（商品名）を用いることができる。一方、改質結
晶化用の熱処理装置８は図４に示すように構成される
が、これは図２に示す成膜改質用の熱処理装置１０から
酸化性ガス供給系を除く原料ガス供給手段２２を除いた
構成と同様になっている。すなわち、図２中の原料ガス
通路３６よりも上流側の構成部材を除いた構造と同様に
構成されているので、ここでは同一部材に同一参照符号
を付してその説明を省略する。また、図５は図４に示す
装置における改質ガスノズル７０に替えて、改質ガス通
路７２をシャワーヘッド６８に接続し、この改質ガスを
シャワーヘッド６８から供給するようにした場合を示し
ている。
たは改質ガス発生器７４の出口から改質ガスノズル７０
までの改質ガス通路７２の長さは、上記電子やイオンを
十分にトラップできるような長さに設定している。ま
た、この通路７２に上記電子やイオンを捕獲するトラッ
プ機構を介設してもよく、これによれば、この通路７２
の長さを短くできる。また、ここで載置台６４を回転可
能な構造としてもよく、これによれば、改質ガスがウエ
ハ表面に略均等に当たるようになるので、改質処理のウ
エハ面内均一性を向上させることができる。尚、上記改
質ガスノズル７０に替えて、図３に示すように上記改質
ガス通路７２をシャワーヘッド６８に接続し、この改質
ガスをシャワーヘッド６８から供給するようにしてもよ
い。この場合にも、シャワーヘッド６８内では他のガス
と分離された状態で流れるような構造とし、処理空間Ｓ
内で初めてガスが混合される、いわゆるポストミックス
状態で供給する。改質ガスをシャワーヘッド６８から供
給するように構成すれば、載置台６４を回転させなくて
も、改質処理のウエハ面内均一性を向上させることがで
きる。上記したような改質ガス発生器７４と高周波源７
６としては、例えばこれらを一体化したユニットＡＳＴ
ＲＯＮ（商品名）を用いることができる。一方、改質結
晶化用の熱処理装置８は図４に示すように構成される
が、これは図２に示す成膜改質用の熱処理装置１０から
酸化性ガス供給系を除く原料ガス供給手段２２を除いた
構成と同様になっている。すなわち、図２中の原料ガス
通路３６よりも上流側の構成部材を除いた構造と同様に
構成されているので、ここでは同一部材に同一参照符号
を付してその説明を省略する。また、図５は図４に示す
装置における改質ガスノズル７０に替えて、改質ガス通
路７２をシャワーヘッド６８に接続し、この改質ガスを
シャワーヘッド６８から供給するようにした場合を示し
ている。
【００２６】次に、以上のように構成された熱処理シス
テム４を用いて行なわれる本発明方法について説明す
る。ここでは、金属酸化膜の成膜からこの結晶化に至る
までの経路は、種々の態様を取ることができる。第１の
方法としては、金属酸化膜を成膜した後に、次にこの金
属酸化膜を改質処理し、更に、必要な場合にはこの金属
酸化膜を結晶化する。この場合、半導体ウエハの移動経
路としては成膜装置６から改質結晶化用の熱処理装置８
へ移行する第１経路Ｒ１（図１参照）と、成膜改質用の
熱処理装置１０から結晶化専用の熱処理装置１２へ移行
する第２経路Ｒ２とがある。そして、上記成膜改質用の
熱処理装置１０を用いる場合には、ここで成膜処理と改
質処理とを所望する回数だけ繰り返し行なう。
テム４を用いて行なわれる本発明方法について説明す
る。ここでは、金属酸化膜の成膜からこの結晶化に至る
までの経路は、種々の態様を取ることができる。第１の
方法としては、金属酸化膜を成膜した後に、次にこの金
属酸化膜を改質処理し、更に、必要な場合にはこの金属
酸化膜を結晶化する。この場合、半導体ウエハの移動経
路としては成膜装置６から改質結晶化用の熱処理装置８
へ移行する第１経路Ｒ１（図１参照）と、成膜改質用の
熱処理装置１０から結晶化専用の熱処理装置１２へ移行
する第２経路Ｒ２とがある。そして、上記成膜改質用の
熱処理装置１０を用いる場合には、ここで成膜処理と改
質処理とを所望する回数だけ繰り返し行なう。
【００２７】第２の方法としては、金属酸化膜の成膜処
理と改質処理とを同時に行ない、更に必要な場合にはこ
の金属酸化膜を結晶化する。この場合、半導体ウエハの
移動経路としては、成膜改質用の熱処理装置１０から結
晶化専用の熱処理装置１２へ移行する第３経路Ｒ３とが
ある。尚、上記第２経路Ｒ２と第３経路Ｒ３とは同じ経
路である。まず、図１に基づいて半導体ウエハＷの流れ
の一例について簡単に説明すると、未処理の半導体ウエ
ハＷは、一方のカセット収容室１６Ａ内に収容され、こ
れに対して処理済みの半導体ウエハＷは他方のカセット
収容室１６Ｂ内に収容される。この半導体ウエハＷの移
載は、共通搬送装置１４内の移載用アーム機構１８を適
宜屈伸及び旋回させることによって行なう。
理と改質処理とを同時に行ない、更に必要な場合にはこ
の金属酸化膜を結晶化する。この場合、半導体ウエハの
移動経路としては、成膜改質用の熱処理装置１０から結
晶化専用の熱処理装置１２へ移行する第３経路Ｒ３とが
ある。尚、上記第２経路Ｒ２と第３経路Ｒ３とは同じ経
路である。まず、図１に基づいて半導体ウエハＷの流れ
の一例について簡単に説明すると、未処理の半導体ウエ
ハＷは、一方のカセット収容室１６Ａ内に収容され、こ
れに対して処理済みの半導体ウエハＷは他方のカセット
収容室１６Ｂ内に収容される。この半導体ウエハＷの移
載は、共通搬送装置１４内の移載用アーム機構１８を適
宜屈伸及び旋回させることによって行なう。
【００２８】＜第１の方法の第１経路Ｒ１＞まず、金属
酸化膜の成膜処理と改質処理とを別々に行なう第１の方
法の第１経路Ｒ１の場合について図６及び図７も参照し
て説明する。図６は成膜、改質及び結晶化の各工程を別
々に行なう時（改質と結晶化を同一熱処理装置で行な
う）のフローを示す図、図７は改質と結晶化の工程を同
時に行なう時のフローを示す図である。まず、図６に示
すように各工程を別々に行なう場合には、図６（Ａ）に
示すような未処理の半導体ウエハＷを成膜装置６内へ収
容し、ここで図６（Ｂ）に示すように、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ
５）５とＯ２ とを流す周知の方法を用いて金属酸化膜
として酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）層２を堆積させ
る。尚、この成膜装置６の構造は、図２に示す成膜改質
用の熱処理装置１０から改質ガス供給手段２３を取り除
いた構造と同じ構造である。
酸化膜の成膜処理と改質処理とを別々に行なう第１の方
法の第１経路Ｒ１の場合について図６及び図７も参照し
て説明する。図６は成膜、改質及び結晶化の各工程を別
々に行なう時（改質と結晶化を同一熱処理装置で行な
う）のフローを示す図、図７は改質と結晶化の工程を同
時に行なう時のフローを示す図である。まず、図６に示
すように各工程を別々に行なう場合には、図６（Ａ）に
示すような未処理の半導体ウエハＷを成膜装置６内へ収
容し、ここで図６（Ｂ）に示すように、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ
５）５とＯ２ とを流す周知の方法を用いて金属酸化膜
として酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）層２を堆積させ
る。尚、この成膜装置６の構造は、図２に示す成膜改質
用の熱処理装置１０から改質ガス供給手段２３を取り除
いた構造と同じ構造である。
【００２９】この時の成膜方法は後で成膜改質用の熱処
理装置１０を用いて成膜処理のみ行なう時に説明する。
この所定の厚さの酸化タンタル層２が堆積されたウエハ
Ｗは次に、改質結晶化用の熱処理装置８へ搬送され、こ
こで図６（Ｃ）に示すような改質処理と、図６（Ｄ）に
示すような結晶化処理とを順次連続して行なう。まず、
改質処理の場合には、図４に示すように、処理容器５４
内の載置台６４上に載置した半導体ウエハＷを、室温か
ら酸化タンタル層の結晶化温度未満の範囲内、例えば７
００℃未満、好ましくは５００℃以下に設定しておき、
改質ガス供給手段２３の改質ガスノズル７０から改質ガ
スを流量制御しつつ供給し、処理容器５４内を所定の圧
力、例えば１３３〜７９８００Ｐａ（１〜６００Ｔｏｒ
ｒ）に真空引きして維持する。これにより、所定の時間
だけ改質処理を行なう。そのとき、シャワーヘッド６８
からＯ２ を流してもよい。
理装置１０を用いて成膜処理のみ行なう時に説明する。
この所定の厚さの酸化タンタル層２が堆積されたウエハ
Ｗは次に、改質結晶化用の熱処理装置８へ搬送され、こ
こで図６（Ｃ）に示すような改質処理と、図６（Ｄ）に
示すような結晶化処理とを順次連続して行なう。まず、
改質処理の場合には、図４に示すように、処理容器５４
内の載置台６４上に載置した半導体ウエハＷを、室温か
ら酸化タンタル層の結晶化温度未満の範囲内、例えば７
００℃未満、好ましくは５００℃以下に設定しておき、
改質ガス供給手段２３の改質ガスノズル７０から改質ガ
スを流量制御しつつ供給し、処理容器５４内を所定の圧
力、例えば１３３〜７９８００Ｐａ（１〜６００Ｔｏｒ
ｒ）に真空引きして維持する。これにより、所定の時間
だけ改質処理を行なう。そのとき、シャワーヘッド６８
からＯ２ を流してもよい。
【００３０】この時、改質ガス発生器７４では、活性化
された酸素ラジカルの他に高いエネルギの電子やイオン
等も発生するが、この電子やイオン等は、改質ガス発生
器７４内、またはこの改質ガスが改質ガス通路７２を流
れる間に通路壁等にてトラップされてしまい、結果的
に、改質ガスノズル７０からは、実質的に純粋な酸素ラ
ジカルよりなる改質ガスが処理容器５４内へ導入される
ことになる。このため、半導体ウエハＷは、高いエネル
ギの電子やイオンに起因するダメージを受けることがな
く、高い膜質特性の酸化タンタル層を形成することが可
能となる。このように、改質処理が完了したならば、Ｏ
２ ガスと改質ガスとを流した状態で、或いは改質ガス
の供給を停止してＯ２ ガスを流した状態で、図６
（Ｄ）に示すようにウエハ温度を、酸化タンタル層の結
晶化温度以上、すなわち７００℃以上、好ましくは８５
０℃程度まで昇温し、所定の時間だけ結晶化処理を行な
う。このようにして結晶化処理が完了したならば、この
半導体ウエハＷをカセット収容容器１６Ｂへ搬送する。
ここで、上記した本発明方法と従来のＵＶオゾン方法を
用いて酸化タンタル層を実際に改質した時の膜質特性に
ついて評価を行なったので、その評価結果について説明
する。下記の表１に上記評価結果の一例を示している。
された酸素ラジカルの他に高いエネルギの電子やイオン
等も発生するが、この電子やイオン等は、改質ガス発生
器７４内、またはこの改質ガスが改質ガス通路７２を流
れる間に通路壁等にてトラップされてしまい、結果的
に、改質ガスノズル７０からは、実質的に純粋な酸素ラ
ジカルよりなる改質ガスが処理容器５４内へ導入される
ことになる。このため、半導体ウエハＷは、高いエネル
ギの電子やイオンに起因するダメージを受けることがな
く、高い膜質特性の酸化タンタル層を形成することが可
能となる。このように、改質処理が完了したならば、Ｏ
２ ガスと改質ガスとを流した状態で、或いは改質ガス
の供給を停止してＯ２ ガスを流した状態で、図６
（Ｄ）に示すようにウエハ温度を、酸化タンタル層の結
晶化温度以上、すなわち７００℃以上、好ましくは８５
０℃程度まで昇温し、所定の時間だけ結晶化処理を行な
う。このようにして結晶化処理が完了したならば、この
半導体ウエハＷをカセット収容容器１６Ｂへ搬送する。
ここで、上記した本発明方法と従来のＵＶオゾン方法を
用いて酸化タンタル層を実際に改質した時の膜質特性に
ついて評価を行なったので、その評価結果について説明
する。下記の表１に上記評価結果の一例を示している。
【００３１】
【表１】
【００３２】ここでは、本発明方法と従来方法とでそれ
ぞれ２枚ずつのウエハを処理している。この表１に示す
ように、本発明方法の場合には、従来方法の場合よりも
膜厚が僅かに薄いにもかかわらず、リーク電流が低くな
っており、本発明方法による改質処理の方が、膜質特性
が良好であることが判明した。尚、上記方法では、図６
（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示すように改質処理と結晶化処
理を同一の処理容器内で時間的に連続的に行なっている
が、これに限定されず、図７に示すように上記両処理を
同時に行なってもよい。図７（Ａ）、（Ｂ）は、図６
（Ａ）、（Ｂ）とそれぞれ同じである。ここでは、改質
結晶化用の熱処理装置８内で、Ｏ２ ガスと実質的に純
粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスを流しつつ改質処理
と結晶化処理とを同時に行なう。この時のプロセス圧力
は１３３〜７９８００Ｐａの範囲内であり、また、ウエ
ハ温度は図６（Ｄ）に示す場合と同じように７００℃以
上、好ましくは８５０℃程度に維持する。この場合に
は、改質処理が不十分になる恐れがあることから、酸化
タンタル層２の膜厚はできるだけ薄い方がよく、例えば
８ｎｍ以下が好ましい。この図７に示す方法の場合に
は、改質処理と結晶化処理とを同時に行なうようにして
いるので、１工程分の時間を省略でき、その分、スルー
プットを向上させることが可能となる。
ぞれ２枚ずつのウエハを処理している。この表１に示す
ように、本発明方法の場合には、従来方法の場合よりも
膜厚が僅かに薄いにもかかわらず、リーク電流が低くな
っており、本発明方法による改質処理の方が、膜質特性
が良好であることが判明した。尚、上記方法では、図６
（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示すように改質処理と結晶化処
理を同一の処理容器内で時間的に連続的に行なっている
が、これに限定されず、図７に示すように上記両処理を
同時に行なってもよい。図７（Ａ）、（Ｂ）は、図６
（Ａ）、（Ｂ）とそれぞれ同じである。ここでは、改質
結晶化用の熱処理装置８内で、Ｏ２ ガスと実質的に純
粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスを流しつつ改質処理
と結晶化処理とを同時に行なう。この時のプロセス圧力
は１３３〜７９８００Ｐａの範囲内であり、また、ウエ
ハ温度は図６（Ｄ）に示す場合と同じように７００℃以
上、好ましくは８５０℃程度に維持する。この場合に
は、改質処理が不十分になる恐れがあることから、酸化
タンタル層２の膜厚はできるだけ薄い方がよく、例えば
８ｎｍ以下が好ましい。この図７に示す方法の場合に
は、改質処理と結晶化処理とを同時に行なうようにして
いるので、１工程分の時間を省略でき、その分、スルー
プットを向上させることが可能となる。
【００３３】＜第１の方法の第２経路Ｒ２＞次に、金属
酸化膜の成膜処理と改質処理とを別々に行なう第１の方
法の第２経路Ｒ２の場合について図８及び図９も参照し
て説明する。図８は成膜、改質及び結晶化の各工程を別
々に行なう時（成膜と改質を同一熱処理装置で行なう）
のフローを示す図、図９は成膜と改質の各工程を繰り返
し行なう時のフローを示す図である。
酸化膜の成膜処理と改質処理とを別々に行なう第１の方
法の第２経路Ｒ２の場合について図８及び図９も参照し
て説明する。図８は成膜、改質及び結晶化の各工程を別
々に行なう時（成膜と改質を同一熱処理装置で行なう）
のフローを示す図、図９は成膜と改質の各工程を繰り返
し行なう時のフローを示す図である。
【００３４】まず、図８（Ａ）に示すような未処理の半
導体ウエハＷをカセット収容室１６Ａから成膜改質用の
熱処理装置１０へ移載し、ここで、図８（Ｂ）に示すよ
うな成膜処理と図８（Ｃ）に示すような改質処理とを時
間的に連続的に行なう。まず、成膜処理を行なうには、
図２に示す装置において、ガス供給系に関しては改質ガ
ス供給手段２３の動作を停止して改質ガスを流さないよ
うにし、この状態で原料ガス供給手段２２のみを稼働状
態とする。すなわち、図２において原料タンク２６内
に、流量制御されたＨｅガス等の加圧気体を導入するこ
とにより、この圧力で液状のＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５より
なる原料２４が液体マスフロー制御器４０により流量制
御されつつ原料供給通路３４内を圧送される。この時の
原料２４の供給量は、例えば数ｍｇ／ｍｉｎ程度であ
る。また、原料タンク２６内の原料２４は加熱ヒータ２
８により暖められて粘性が低下しているので、比較的ス
ムーズに原料供給通路３４内を圧送することができる。
圧送された原料は、気化器３２にて例えば２００〜５０
０ｓｃｃｍ程度に流量制御された、Ｈｅガス等の気化用
ガスにより気化されて成膜ガスになって、更に原料ガス
通路３６を下流側に流れて行き、処理容器５４のシャワ
ーヘッド６８に導入される。また、これと同時に酸化性
ガスとしてＯ２ ガスも例えば１５００ｓｃｃｍ程度導
入される。この時、プロセス温度は、例えば２５０〜５
００℃程度の範囲内に設定しておく。また、処理容器５
４内のプロセス圧力は、例えば１３．３〜数１００Ｐａ
（０．１〜数Ｔｏｒｒ）、例えば４００Ｐａ（３．０Ｔ
ｏｒｒ）程度の範囲内に設定しておく。
導体ウエハＷをカセット収容室１６Ａから成膜改質用の
熱処理装置１０へ移載し、ここで、図８（Ｂ）に示すよ
うな成膜処理と図８（Ｃ）に示すような改質処理とを時
間的に連続的に行なう。まず、成膜処理を行なうには、
図２に示す装置において、ガス供給系に関しては改質ガ
ス供給手段２３の動作を停止して改質ガスを流さないよ
うにし、この状態で原料ガス供給手段２２のみを稼働状
態とする。すなわち、図２において原料タンク２６内
に、流量制御されたＨｅガス等の加圧気体を導入するこ
とにより、この圧力で液状のＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５より
なる原料２４が液体マスフロー制御器４０により流量制
御されつつ原料供給通路３４内を圧送される。この時の
原料２４の供給量は、例えば数ｍｇ／ｍｉｎ程度であ
る。また、原料タンク２６内の原料２４は加熱ヒータ２
８により暖められて粘性が低下しているので、比較的ス
ムーズに原料供給通路３４内を圧送することができる。
圧送された原料は、気化器３２にて例えば２００〜５０
０ｓｃｃｍ程度に流量制御された、Ｈｅガス等の気化用
ガスにより気化されて成膜ガスになって、更に原料ガス
通路３６を下流側に流れて行き、処理容器５４のシャワ
ーヘッド６８に導入される。また、これと同時に酸化性
ガスとしてＯ２ ガスも例えば１５００ｓｃｃｍ程度導
入される。この時、プロセス温度は、例えば２５０〜５
００℃程度の範囲内に設定しておく。また、処理容器５
４内のプロセス圧力は、例えば１３．３〜数１００Ｐａ
（０．１〜数Ｔｏｒｒ）、例えば４００Ｐａ（３．０Ｔ
ｏｒｒ）程度の範囲内に設定しておく。
【００３５】このようにして、所定の時間の成膜処理を
行なって例えば８ｎｍ程度の酸化タンタル層２を形成す
る。そして、このような成膜処理が完了したならば、図
８（Ｃ）に示すように、上記原料ガスであるＴａ（ＯＣ
２ Ｈ５ ）５ の供給を停止し、これに代えて改質ガス
供給手段２３を稼働してこの改質ノズル７０から、先に
図６（Ｃ）を参照して説明したと同様に実質的に純粋な
酸素ラジカルよりなる改質ガスを処理容器５４内へ導入
し、所定の時間だけ改質処理を行なう。この際、シャワ
ーヘッド６８からＯ２ ガスを供給してもよい。この改
質時のプロセス温度は、前述したと同様に室温〜７００
℃未満である。このように、改質処理が完了したなら
ば、次に、半導体ウエハＷを結晶化専用の熱処理装置１
２（図１参照）へ移載し、ここで図８（Ｄ）に示すよう
に酸化タンタル層２の結晶化を行なう。この時のプロセ
ス条件は、図６（Ｄ）を参照して説明したと同様であ
り、プロセス温度は７００℃以上である。
行なって例えば８ｎｍ程度の酸化タンタル層２を形成す
る。そして、このような成膜処理が完了したならば、図
８（Ｃ）に示すように、上記原料ガスであるＴａ（ＯＣ
２ Ｈ５ ）５ の供給を停止し、これに代えて改質ガス
供給手段２３を稼働してこの改質ノズル７０から、先に
図６（Ｃ）を参照して説明したと同様に実質的に純粋な
酸素ラジカルよりなる改質ガスを処理容器５４内へ導入
し、所定の時間だけ改質処理を行なう。この際、シャワ
ーヘッド６８からＯ２ ガスを供給してもよい。この改
質時のプロセス温度は、前述したと同様に室温〜７００
℃未満である。このように、改質処理が完了したなら
ば、次に、半導体ウエハＷを結晶化専用の熱処理装置１
２（図１参照）へ移載し、ここで図８（Ｄ）に示すよう
に酸化タンタル層２の結晶化を行なう。この時のプロセ
ス条件は、図６（Ｄ）を参照して説明したと同様であ
り、プロセス温度は７００℃以上である。
【００３６】そして、結晶化処理の完了した半導体ウエ
ハＷはこの熱処理装置１２からカセット収容室１６Ｂへ
搬送されることになる。この方法の場合には、成膜改質
用の熱処理装置１０内で成膜処理と改質処理とを行なう
ようにしたので、両処理を別装置で行なった場合と比較
してウエハ搬送に要する時間を省略できるので、その
分、スループットを向上させることができ、しかも、装
置も一台で済むので、その分、設備コストを削減するこ
とが可能となる。また、上記方法では、図８（Ｂ）に示
す成膜処理と図８（Ｃ）に示す改質処理とをそれぞれ一
回しか行なっていないが、この２つの工程を、図９に示
すように成膜→改質→成膜→改質のように２回以上繰り
返し行なって、薄い酸化タンタル層２を改質しつつ複数
層積層させるようにしてもよい。これによれば、一回の
成膜処理で形成した一層の厚い酸化タンタル層を改質す
る場合と比較して最終的に厚い酸化タンタル層を短時間
で改質処理することが可能となり、その分、スループッ
トを向上させることが可能となる。ここで、上記第１の
方法の第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２と従来方法による処
理を実際に行ったので、この評価結果について説明す
る。従来方法の場合には、オゾン（Ｏ３ ）雰囲気下に
て紫外線を照射して改質を行った。上記第１経路Ｒ１の
場合には、純粋の酸素ラジカルの雰囲気下（紫外線な
し）にて改質処理を行った（Ｔａ膜の成膜処理と改質処
理とは互いに異なる処理装置で行う）。第２経路Ｒ２の
場合には、Ｔａ膜の成膜処理と改質処理は同一処理装置
内で行い、且つ純粋の酸素ラジカル雰囲気下にて改質処
理を行った。評価試験は、１２０℃の温度下にて３．８
Ｖの電圧を印加して素子が破壊するまでの時間を求める
ことによって行った。破壊時間は、従来方法が６４秒、
本発明の第１経路Ｒ１が１８４秒、本発明の第２経路Ｒ
２が９７６６秒であった。この結果、本発明方法によれ
ば、破壊時間が格段に延び、特に第２経路Ｒ２の場合に
は、１００倍以上も寿命を延ばすことができ、非常に優
れていることが判明した。このように第２経路Ｒ２の場
合に格段に素子寿命を延ばすことができる理由は、ウエ
ハを２ステップで改質処理するため膜中の炭素（Ｃ）抜
きなどが特に行われて膜の改質を十分に行なうことがで
きたこと、及びいわゆるインチャンバ（ｉｎ−ｃｈａｍ
ｂｅｒ）で改質するのでウエハを他のチャンバへ搬出す
ることがなく、汚染の可能性が少なくなったこと、等に
よるものであると考えられる。また、本発明の第１経路
Ｒ１の方法が、従来方法よりも寿命を延ばすことができ
た理由も、純粋の酸素ラジカルによる改質が膜中の炭素
抜きなどの膜の改質を十分に行なうことができたこと、
等によるものと考えられる。
ハＷはこの熱処理装置１２からカセット収容室１６Ｂへ
搬送されることになる。この方法の場合には、成膜改質
用の熱処理装置１０内で成膜処理と改質処理とを行なう
ようにしたので、両処理を別装置で行なった場合と比較
してウエハ搬送に要する時間を省略できるので、その
分、スループットを向上させることができ、しかも、装
置も一台で済むので、その分、設備コストを削減するこ
とが可能となる。また、上記方法では、図８（Ｂ）に示
す成膜処理と図８（Ｃ）に示す改質処理とをそれぞれ一
回しか行なっていないが、この２つの工程を、図９に示
すように成膜→改質→成膜→改質のように２回以上繰り
返し行なって、薄い酸化タンタル層２を改質しつつ複数
層積層させるようにしてもよい。これによれば、一回の
成膜処理で形成した一層の厚い酸化タンタル層を改質す
る場合と比較して最終的に厚い酸化タンタル層を短時間
で改質処理することが可能となり、その分、スループッ
トを向上させることが可能となる。ここで、上記第１の
方法の第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２と従来方法による処
理を実際に行ったので、この評価結果について説明す
る。従来方法の場合には、オゾン（Ｏ３ ）雰囲気下に
て紫外線を照射して改質を行った。上記第１経路Ｒ１の
場合には、純粋の酸素ラジカルの雰囲気下（紫外線な
し）にて改質処理を行った（Ｔａ膜の成膜処理と改質処
理とは互いに異なる処理装置で行う）。第２経路Ｒ２の
場合には、Ｔａ膜の成膜処理と改質処理は同一処理装置
内で行い、且つ純粋の酸素ラジカル雰囲気下にて改質処
理を行った。評価試験は、１２０℃の温度下にて３．８
Ｖの電圧を印加して素子が破壊するまでの時間を求める
ことによって行った。破壊時間は、従来方法が６４秒、
本発明の第１経路Ｒ１が１８４秒、本発明の第２経路Ｒ
２が９７６６秒であった。この結果、本発明方法によれ
ば、破壊時間が格段に延び、特に第２経路Ｒ２の場合に
は、１００倍以上も寿命を延ばすことができ、非常に優
れていることが判明した。このように第２経路Ｒ２の場
合に格段に素子寿命を延ばすことができる理由は、ウエ
ハを２ステップで改質処理するため膜中の炭素（Ｃ）抜
きなどが特に行われて膜の改質を十分に行なうことがで
きたこと、及びいわゆるインチャンバ（ｉｎ−ｃｈａｍ
ｂｅｒ）で改質するのでウエハを他のチャンバへ搬出す
ることがなく、汚染の可能性が少なくなったこと、等に
よるものであると考えられる。また、本発明の第１経路
Ｒ１の方法が、従来方法よりも寿命を延ばすことができ
た理由も、純粋の酸素ラジカルによる改質が膜中の炭素
抜きなどの膜の改質を十分に行なうことができたこと、
等によるものと考えられる。
【００３７】＜第２の方法の第３経路Ｒ３＞次に、金属
酸化膜の成膜処理と改質処理とを同時に行なう第２の方
法の第３経路Ｒ３の場合について図１０も参照して説明
する。ここで半導体ウエハの流れに関して、この第３経
路Ｒ３は第２経路Ｒ２と同じである。まず、ここでは図
１０（Ａ）に示すような未処理の半導体ウエハＷをカセ
ット収容室１６Ａから成膜改質用の熱処理装置１０内へ
移載し、ここで図１０（Ｂ）に示すように成膜処理と改
質処理とを時間的に同時に行なう。すなわち、成膜処理
しつつ改質処理も同時に行なう。この場合には、図２に
おいて、原料ガス供給手段２２と改質ガス供給手段２３
とを共に稼働状態とし、処理容器５４内へ、原料ガスで
あるＴａ（ＯＣ２ Ｈ５ ）５ ガス、Ｏ２ ガス及び実質
的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスをそれぞれ同
時に供給する。この時の原料ガスの供給量及び温度、圧
力などのプロセス条件は、図８（Ｂ）に示した成膜処理
時と同じであり、また、改質ガスの供給量は図８（Ｃ）
に示した改質処理時と同じである。そして、このような
成膜と改質の同時処理が終了したならば、図１０（Ｃ）
に示すように、結晶化専用の熱処理装置１２にて結晶化
処理を行なうようにする。
酸化膜の成膜処理と改質処理とを同時に行なう第２の方
法の第３経路Ｒ３の場合について図１０も参照して説明
する。ここで半導体ウエハの流れに関して、この第３経
路Ｒ３は第２経路Ｒ２と同じである。まず、ここでは図
１０（Ａ）に示すような未処理の半導体ウエハＷをカセ
ット収容室１６Ａから成膜改質用の熱処理装置１０内へ
移載し、ここで図１０（Ｂ）に示すように成膜処理と改
質処理とを時間的に同時に行なう。すなわち、成膜処理
しつつ改質処理も同時に行なう。この場合には、図２に
おいて、原料ガス供給手段２２と改質ガス供給手段２３
とを共に稼働状態とし、処理容器５４内へ、原料ガスで
あるＴａ（ＯＣ２ Ｈ５ ）５ ガス、Ｏ２ ガス及び実質
的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスをそれぞれ同
時に供給する。この時の原料ガスの供給量及び温度、圧
力などのプロセス条件は、図８（Ｂ）に示した成膜処理
時と同じであり、また、改質ガスの供給量は図８（Ｃ）
に示した改質処理時と同じである。そして、このような
成膜と改質の同時処理が終了したならば、図１０（Ｃ）
に示すように、結晶化専用の熱処理装置１２にて結晶化
処理を行なうようにする。
【００３８】このように、成膜処理と改質処理とを同時
に行なうことにより、処理工程が１工程省略することが
できるので、その分、スループットを向上できるのみな
らず、装置も一台で済むので設備コストも削減すること
が可能となる。また、改質ガス供給手段２３から処理容
器５４内へ噴射される改質ガス中には、酸素ラジカルの
他に、改質処理に悪影響を与えるイオンや電子が含まれ
ている場合、この改質ガス中のイオンと電子を取り除く
ために、噴射された改質ガス中にＯ２ ガスを噴射混入
させるようにしてもよい。図１１及び図１２はこのよう
な装置例を示す図である。図１１は図２に示す装置の変
形例を示し、図１２は図３に示す装置の変形例を示して
いる。両装置共に、処理容器７０に設けた改質ガスノズ
ル７０に並ぶようにして、Ｏ２ ガスノズル９０を設け
ている。そして、このＯ２ ガスノズル９０の噴出方向
を上記改質ガスノズル７０の噴出方向に対して交差する
ように設定しており、処理容器７０内に噴射された改質
ガスに対して直ちにＯ２ ガスを接触させて混合し得る
ようにしている。そして、このＯ２ ガスノズル９０に
は、上記酸化性ガス供給通路５０に介設した流量制御器
５２の出口側から分岐路９２を設け、この分岐路９２と
上記分岐点より下流側の酸化性ガス供給通路５０にそれ
ぞれ開閉弁９４、９６を設けている。これにより、少な
くとも改質処理時には、このＯ２ ガスノズル９０から
Ｏ２ ガスを噴射して、改質ガス中の電子やイオンを吸
着排除し、改質処理の特性を向上させることが可能とな
る。尚、ここでは金属酸化膜として酸化タンタルを形成
する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、
バリウムストロンチウムチタン酸塩、すなわち簡単にＢ
ＳＴ（Ｂａ１−ｘ ＳｒｘＴｉＯ３ ）、ストロンチウム
チタン酸塩（ＳｒＴｉＯ３ ）、ストロンチウムビスマ
スタンタル酸塩、すなわち簡単にＳＢＴ、鉛ジルコンチ
タン酸塩、すなわち簡単にＰＺＴ（Ｐｂ１−ｘ Ｚｒｘ
ＴｉＯ３ ）、ＳｒＴｉＯ３ 、ＮＯ、ＯＮＯ、またはそ
の他の誘電物質にも適用できるのは勿論である。また、
ここでは本発明方法の各態様を説明するために、図１に
示すような装置構成を例にとって説明したが、必要に応
じてこれらの各装置は同種のものが適宜、単数、或いは
複数組み合わされるのは勿論である。
に行なうことにより、処理工程が１工程省略することが
できるので、その分、スループットを向上できるのみな
らず、装置も一台で済むので設備コストも削減すること
が可能となる。また、改質ガス供給手段２３から処理容
器５４内へ噴射される改質ガス中には、酸素ラジカルの
他に、改質処理に悪影響を与えるイオンや電子が含まれ
ている場合、この改質ガス中のイオンと電子を取り除く
ために、噴射された改質ガス中にＯ２ ガスを噴射混入
させるようにしてもよい。図１１及び図１２はこのよう
な装置例を示す図である。図１１は図２に示す装置の変
形例を示し、図１２は図３に示す装置の変形例を示して
いる。両装置共に、処理容器７０に設けた改質ガスノズ
ル７０に並ぶようにして、Ｏ２ ガスノズル９０を設け
ている。そして、このＯ２ ガスノズル９０の噴出方向
を上記改質ガスノズル７０の噴出方向に対して交差する
ように設定しており、処理容器７０内に噴射された改質
ガスに対して直ちにＯ２ ガスを接触させて混合し得る
ようにしている。そして、このＯ２ ガスノズル９０に
は、上記酸化性ガス供給通路５０に介設した流量制御器
５２の出口側から分岐路９２を設け、この分岐路９２と
上記分岐点より下流側の酸化性ガス供給通路５０にそれ
ぞれ開閉弁９４、９６を設けている。これにより、少な
くとも改質処理時には、このＯ２ ガスノズル９０から
Ｏ２ ガスを噴射して、改質ガス中の電子やイオンを吸
着排除し、改質処理の特性を向上させることが可能とな
る。尚、ここでは金属酸化膜として酸化タンタルを形成
する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、
バリウムストロンチウムチタン酸塩、すなわち簡単にＢ
ＳＴ（Ｂａ１−ｘ ＳｒｘＴｉＯ３ ）、ストロンチウム
チタン酸塩（ＳｒＴｉＯ３ ）、ストロンチウムビスマ
スタンタル酸塩、すなわち簡単にＳＢＴ、鉛ジルコンチ
タン酸塩、すなわち簡単にＰＺＴ（Ｐｂ１−ｘ Ｚｒｘ
ＴｉＯ３ ）、ＳｒＴｉＯ３ 、ＮＯ、ＯＮＯ、またはそ
の他の誘電物質にも適用できるのは勿論である。また、
ここでは本発明方法の各態様を説明するために、図１に
示すような装置構成を例にとって説明したが、必要に応
じてこれらの各装置は同種のものが適宜、単数、或いは
複数組み合わされるのは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属酸化
膜の改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置に
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。請求項１及び２に係る発明によれば、改質ガスと
して実質的に純粋な酸素ラジカルよりなるガスを用いる
ことにより、例えばリーク電流を大幅に抑制できるな
ど、膜質特性を大幅に改善することができる。請求項３
に係る発明によれば、改質処理と結晶化処理とを同時に
行なうことができるので、処理時間が少なくなって、そ
の分、スループットを向上できるのみならず、設備コス
トも削減することができる。請求項８に係る発明によれ
ば、２つの工程を同時に同一処理容器内で行なうように
したので、一方の処理工程から他方の処理工程へ移る時
に被処理体を搬送する必要がなくなり、その分、処理に
要する時間が短くなってスループットを向上させること
ができる。また、一方の熱処理装置が不要になるので、
その分、設備コストを削減することができる。請求項９
に係る発明によれば、膜厚の厚い金属酸化膜を処理する
時に、この処理時間を大幅に短くすることができる。請
求項１０に係る発明によれば、成膜処理と改質処理とを
同時に行なうようにしたので、処理時間を大幅に短縮し
てその分、スループットを向上させることが可能となる
のみならず、設備コストも削減することができる。
膜の改質方法、金属酸化膜の成膜方法及び熱処理装置に
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。請求項１及び２に係る発明によれば、改質ガスと
して実質的に純粋な酸素ラジカルよりなるガスを用いる
ことにより、例えばリーク電流を大幅に抑制できるな
ど、膜質特性を大幅に改善することができる。請求項３
に係る発明によれば、改質処理と結晶化処理とを同時に
行なうことができるので、処理時間が少なくなって、そ
の分、スループットを向上できるのみならず、設備コス
トも削減することができる。請求項８に係る発明によれ
ば、２つの工程を同時に同一処理容器内で行なうように
したので、一方の処理工程から他方の処理工程へ移る時
に被処理体を搬送する必要がなくなり、その分、処理に
要する時間が短くなってスループットを向上させること
ができる。また、一方の熱処理装置が不要になるので、
その分、設備コストを削減することができる。請求項９
に係る発明によれば、膜厚の厚い金属酸化膜を処理する
時に、この処理時間を大幅に短くすることができる。請
求項１０に係る発明によれば、成膜処理と改質処理とを
同時に行なうようにしたので、処理時間を大幅に短縮し
てその分、スループットを向上させることが可能となる
のみならず、設備コストも削減することができる。
【図１】本発明に係る熱処理装置を含む熱処理システム
を示す概略斜視図である。
を示す概略斜視図である。
【図２】成膜処理と改質処理とを行なう本発明の熱処理
装置を示す概略構成図である。
装置を示す概略構成図である。
【図３】図２に示す熱処理装置の変形例を示す概略構成
図である。
図である。
【図４】改質処理を行なう本発明の熱処理装置を示す概
略構成図である。
略構成図である。
【図５】図４に示す熱処理装置の変形例を示す概略構成
図である。
図である。
【図６】本発明の第１の方法の経路Ｒ１（改質と結晶化
を別々）を示すフローである。
を別々）を示すフローである。
【図７】本発明の第１の方法の経路Ｒ１（改質と結晶化
を同時）を示すフローである。
を同時）を示すフローである。
【図８】本発明の第１の方法の経路Ｒ２を示すフローで
ある。
ある。
【図９】本発明の第１の方法の経路Ｒ２（成膜・改質の
繰り返し）を示すフローである。
繰り返し）を示すフローである。
【図１０】本発明の第２の方法の経路Ｒ３を示すフロー
である。
である。
【図１１】図２に示す装置の他の変形例を示す図であ
る。
る。
【図１２】図３に示す装置の他の変形例を示す図であ
る。
る。
【図１３】絶縁膜の金属酸化膜として酸化タンタルを成
膜する従来方法の一例を示す図である。
膜する従来方法の一例を示す図である。
２ 酸化タンタル層（金属酸化膜） ４ 熱処理システム ６ 成膜装置 ８ 改質結晶化用の熱処理装置 １０ 成膜改質用の熱処理装置 １２ 結晶化専用の熱処理装置 ２０ 装置本体 ２２ 原料ガス供給手段 ２３ 改質ガス供給手段 ２４ 金属酸化膜原料 ２６ 原料タンク ５０ 酸化性ガス供給通路 ５４ 処理容器 ６２ 真空排気系 ６６ 抵抗発熱体（加熱手段） ６８ シャワーヘッド ７０ 改質ガスノズル ７４ 改質ガス発生器 ７６ 高周波源 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ 21/822 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA14 BA42 CA04 DA08 DA09 EA06 FA10 LA15 5F038 AC15 AC18 EZ14 EZ16 EZ17 EZ20 5F045 AB31 AC09 AC11 AC16 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD12 AE21 AE23 AE25 AF03 BB08 BB16 DC63 DP04 EB02 EE02 EE04 EE06 EF05 EK07 HA16 HA23 5F058 BA11 BA20 BC03 BC20 BF27 BF29 BF37 BH16 BJ01
Claims (22)
- 【請求項１】 被処理体の表面に形成された金属酸化膜
を、改質ガスを用いて改質処理する改質方法において、
前記改質ガスは実質的に純粋な酸素ラジカルよりなるガ
スであることを特徴とする金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項２】 前記改質処理時の前記被処理体の温度
は、室温から前記金属酸化膜の結晶化温度未満の範囲内
であることを特徴とする請求項１記載の金属酸化膜の改
質方法。 - 【請求項３】 前記改質処理時の前記被処理体の温度
は、前記金属酸化膜の結晶化温度以上であって、改質処
理と結晶化処理とを同時に行なうようにしたことを特徴
とする請求項１記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項４】 前記改質ガスは、Ｏ２ ガスをプラズマ
により励起することにより発生されることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の金属酸化膜の改質方
法。 - 【請求項５】 前記Ｏ２ ガス中には、活性化を促進す
る触媒ガスが添加されていることを特徴とする請求項４
記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項６】 前記触媒ガスはＮ２ ガスであることを
特徴とする請求項５記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項７】 前記改質処理は処理容器内で行われ、前
記処理容器内へ噴射された改質ガスへは、この改質ガス
中よりイオンと電子を除去するためのＯ２ ガスが噴射
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
載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項８】 被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜
原料と酸化性ガスとを用いて金属酸化膜を形成する成膜
工程と、前記被処理体に形成された前記金属酸化膜を、
実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスを用いて
改質する改質工程とを同一処理容器内で連続的に行なう
ようにしたことを特徴とする金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項９】 前記成膜工程と前記改質工程とを、この
順序で２回以上連続して繰り返し行なうようにしたこと
を特徴とする請求項８記載の金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項１０】 被処理体の表面に金属酸化膜を形成す
るに際して、気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガスと
実質的に純粋な酸素ラジカルよりなる改質ガスとの存在
下の雰囲気中にて前記金属酸化膜を形成することにより
成膜処理と改質処理とを同時に行なうようにしたことを
特徴とする金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項１１】 前記金属酸化膜原料は、金属アルコキ
シドであることを特徴とする請求項９または１０記載の
金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項１２】 前記改質ガスは、Ｏ２ ガスをプラズ
マにより励起することにより発生されることを特徴とす
る請求項８乃至１１のいずれかに記載の金属酸化膜の改
質方法。 - 【請求項１３】 前記Ｏ２ ガス中には、活性化を促進
する触媒ガスが添加されていることを特徴とする請求項
１２記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項１４】 前記触媒ガスはＮ２ ガスであること
を特徴とする請求項１３記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項１５】 前記改質処理は処理容器内で行われ、
前記処理容器内へ噴射された改質ガスへは、この改質ガ
ス中よりイオンと電子を除去するためのＯ２ ガスが噴
射されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか
に記載の金属酸化膜の改質方法。 - 【請求項１６】 真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を支持する載置台と、前記被処理体を加熱する
加熱手段と、前記処理容器内へ実質的に純粋な酸素ラジ
カルよりなる改質ガスを供給する改質ガス供給手段とを
備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項１７】 前記処理容器内へ気化状態の金属酸化
膜原料と酸化性ガスとを供給する原料ガス供給手段を備
えたことを特徴とする請求項１６記載の熱処理装置。 - 【請求項１８】 前記改質ガス供給手段は、前記処理容
器の側壁に設けた改質ガスノズルを有し、この改質ノズ
ルより前記改質ガスを供給するようにしたことを特徴と
する請求項１６または１７記載の熱処理装置。 - 【請求項１９】 前記改質ガス供給手段は、前記処理容
器の天井部に設けたシャワーヘッドを有し、このシャワ
ーヘッドより前記改質ガスを供給するようにしたことを
特徴とする請求項１６または１７記載の熱処理装置。 - 【請求項２０】 前記改質ガスのノズルに並設させて、
前記改質ノズルより噴射された改質ガス中のイオンと電
子を除去するためのＯ２ ガスを噴射するＯ２ ガスノズ
ルが設けられていることを特徴とする請求項１８記載の
熱処理装置。 - 【請求項２１】 前記改質ガス供給手段は、Ｏ２ ガス
をプラズマにより励起して酸素ラジカルを発生する改質
ガス発生器を有しており、前記Ｏ２ ガス中には活性化
を促進する触媒ガスが添加されていることを特徴とする
請求項１６乃至２０のいずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項２２】 前記触媒ガスはＮ２ ガスであること
を特徴とする請求項２１記載の熱処理方法。
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