JP2004023043A - Method and system for deposition and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and system for deposition and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for depositing a compound film of good quality easily and efficiently when the film is deposited by butch processing using ALD method. <P>SOLUTION: In a processing chamber 11 for depositing a Ta<SB>2</SB>O<SB>2</SB>film 28 collectively on the surface of a plurality of wafers 23 by butch processing using ALD method, the wafers 23 are arranged while spacing apart the surfaces thereof from each other. The processing chamber 11 is then purged by supplying Ar gas, and the inner atmosphere is heated thus holding the indoor pressure at about 0.6 Torr and the indoor temperature at about 280°C. Ar gas is then supplied continuously toward each wafer 23, and H<SB>2</SB>O gas is supplied above the surface of each wafer 23. After H<SB>2</SB>O gas supply is interrupted, Ar gas is supplied continuously toward each wafer 23 and PET gas is supplied above the surface of each wafer 23 thus depositing Ta<SB>2</SB>O<SB>2</SB>film 28 on the surface of each wafer 23. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、化合物薄膜の成膜方法および成膜装置に係り、特にBST,STO,(Ti,Al)N,Ta−Ti−Oなどの化合物の薄膜をAtomic Layer Deposition(ALD)法を用いてバッチ式で成膜可能な成膜方法および成膜装置、ならびにこれらを用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a film forming method and film forming apparatus of the compound thin film, in particular BST, STO, (Ti, Al) N, a thin film of a compound such as Ta-Ti-O using Atomic Layer Deposition (ALD) method batchwise film-formable film formation method and film forming apparatus, and a method of manufacturing a semiconductor device using them.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
近年、電子デバイスのダウンサイジング化に伴い、電子デバイスを構成する各素子の投影面積を縮小しつつ、各素子の特性を低下させないために、各素子の配置を平面的な配置から立体的な配置に変更する必要が増している。 In recent years, with the downsizing of electronic devices, while reducing the projected area of ​​the elements constituting the electronic device, in order not to lower the characteristics of each device, three-dimensional arrangement of the arrangement of the elements from the planar arrangement We need to change has increased to. 特に、キャパシタ素子は、集積回路の最小加工寸法が小さくなっても、そのS/N比を低下させないために、所定のキャパシタ容量を確保する必要がある。 In particular, the capacitor element is also the minimum processing dimension of the integrated circuit becomes smaller, in order not to lower the S / N ratio, it is necessary to secure a predetermined capacitance. 4MDRAM以降の世代では、いわゆるスタックセルまたはトレンチセルなどの立体型のキャパシタ素子が採用されている。 In 4MDRAM subsequent generations, three-dimensional capacitor element such as a so-called stack cell or trench cell is employed. そして、集積度の向上に従って、さらに複雑な立体形状を有するキャパシタ素子の採用が不可避になりつつある。 Then, in accordance with increased density, adoption of the capacitor element is becoming inevitable with a more complex three-dimensional shape.
【0003】 [0003]
また、素子の立体化が進むということは、実質的に、多層構造からなる複数本の配線の各レイヤー間を接続するコンタクトホールのアスペクト比が増大することを意味する。 Moreover, the fact that three-dimensional element progresses substantially, the aspect ratio of the contact hole for connecting the respective layers of the plurality of wires made of multi-layer structure is meant to increase. この場合、プラグ電極膜やバリアメタル膜などを高アスペクト比のコンタクトホール内に均一に形成することが求められる。 In this case, it is required to uniformly form and plug electrode film and the barrier metal film in the contact hole having a high aspect ratio.
【0004】 [0004]
他方、素子の投影面積が小さくなるにつれて、素子に採用される各種の膜の薄膜化も当然厳しく要求される。 On the other hand, as the projected area of ​​the element is reduced, thinning of various films that are employed in the element is also naturally strictly required. 例えば、複数の構成元素からなり、しかも多くの場合、複数の金属元素を構成元素として含む化合物膜の薄膜化が求められている。 For example, a plurality of constituent elements, moreover often thinning compound film containing a plurality of metal elements as constituent elements is required. 具体的には、キャパシタ誘電体膜としては、一般的なNO膜より酸化膜換算膜厚を大幅に薄膜化可能なTa 膜,Ta−Ti−O膜,Ba−Sr−Ti−O(BST)膜,Sr−Ti−O(STO)膜,あるいはPb−Zr−Ti−O(PZT)膜などの高誘電率薄膜である。 Specifically, the capacitor dielectric film, typical NO film more greatly allows thinning the oxide film equivalent thickness of the Ta 2 O 5 film, Ta-Ti-O film, Ba-Sr-Ti-O (BST) film, a high dielectric constant thin film, such as Sr-Ti-O (STO) film or Pb-Zr-Ti-O (PZT) film. また、バリアメタル膜としては、TiN膜、TaN膜、あるいはWN膜などよりも強靭な耐酸化性を示す(Ti,Al)N膜および(Ta,Si)N膜などである。 As the barrier metal film, TiN film, TaN film, or WN film, etc. showing a strong oxidation resistance than (Ti, Al) N film and (Ta, Si) N film like. さらに、高誘電率を発現するゲート絶縁膜としては、Al 膜、Hf−Si−O膜、あるいはZr−Si−O膜などである。 Further, as the gate insulating film which express a high dielectric constant, Al 2 O 3 film, Hf-Si-O film or Zr-Si-O film, and the like.
【0005】 [0005]
しかも、前述したように、素子の立体化が進行する中で、これらの膜は段差被覆性を良好に保持して形成することが求められている。 Moreover, as described above, in the three-dimensional element progresses, these films are required to form with good retention of the step coverage. また、素子のシステムLSI等への混載を考慮すると、LSIのマスクパターンや素子の被覆率に依存しない成膜方法が求められている。 In consideration of mixed to the system LSI or the like of the element, the film forming method which does not depend on the coverage of the LSI mask pattern and elements are required.
【0006】 [0006]
前述したような多元系の化合物膜を段差被覆性良く形成するために、一般に用いられている熱CVD法を用いる場合、以下に述べるような問題がある。 The compound film multi-component as described above for step coverage may form, when using a general thermal CVD method is used, there is the following problem.
【0007】 [0007]
熱CVD法により多元系の化合物膜を段差被覆性良く成膜するためには、表面反応律速条件で成膜を行う必要がある。 To step coverage often deposited a compound film of multi-component by a thermal CVD method, it is necessary to form a film on the surface reaction rate-determining condition. ところが、このような条件下では、得られる膜組成は膜表面での化学反応で決まるため、必ずしも所望の膜質や膜組成が得られるとは限らない。 However, under such conditions, the resulting film composition because determined by the chemical reaction at the membrane surface, not necessarily desired film quality and film composition can be obtained. 特に、深いコンタクトホールの内部などでは、原料によって拡散係数、化学反応速度係数、あるいは表面マイグレーションの速度などが異なるために、穴の上部と底部とで組成が異なってしまうことがある。 In particular, such Inside the deep contact hole, diffusion coefficient depending on the starting material, the chemical reaction rate coefficient or to such different speed of the surface migration, which may become different in composition between the top and bottom of the hole. また、表面反応律速条件では、成膜が成膜温度に強く依存するために、膜の下地の状態、例えば配線や電極、あるいはコンタクトホールの被覆率などによって基板温度が異なってしまう。 Further, in the surface reaction rate-determining conditions, for film formation is strongly dependent on the deposition temperature, the underlying state of the film becomes different substrate temperatures by, for example, a wiring or an electrode or a contact hole coverage. 特に、システムLSI等のように、マスクパターンや素子の被覆率が頻繁に変わる場合、それらの変化に合わせた頻繁な成膜条件出しを余儀なくされるなどの問題もある。 In particular, there is as such system LSI, if the coverage of the mask pattern and element changes frequently, a problem such as being forced to frequent deposition condition finding tailored to those changes.
【0008】 [0008]
このような熱CVD法の問題点を解決する手法として、近年、いわゆるAtomicLayer Deposition(ALD)法が注目されている。 As a method for solving the problems of the thermal CVD method, in recent years, so-called AtomicLayer Deposition (ALD) method has attracted attention. 前述したような複数種類の金属元素を含む化合物膜を成膜する場合でも、ALD法では一元素ごとに成膜を行うために組成制御が容易である。 Even when forming a compound film comprising a plurality of types of metal elements as described above, in the ALD method is easy to control the composition to form a film for each one element. また、通常、熱分解ではないが、ALD法は略完全に表面反応律速条件下で原子層成膜を行うために、段差被覆性も極めて良好である。 Also, usually, but not pyrolysis, ALD method in order to perform atomic layer deposition substantially completely the surface reaction rate conditions, the step coverage is also very good. しかし、ALD法は一般に成膜時間が長いという問題がある。 However, ALD method is generally film-forming time there is a problem that long. ALD法は、通例、H O,NH ,O 等の活性ガスの供給、真空排気によるパージ、AlCl 等の金属原料ガスの供給、真空排気によるパージ、再度H O,NH ,O 等の活性ガスの供給、というシーケンスを複数回繰り返すことにより原子層単位で成膜するため、元来成膜時間が長くなる傾向がある。 ALD method, typically, H 2 O, NH 3, the supply of the active gas O 3 or the like, purging with evacuation, supply of the metal source gas, such as AlCl 3, purging with evacuation, again H 2 O, NH 3, supply of the active gas of O 3 and the like, for forming by atomic layer unit by repeating a plurality of times a sequence that, there is a tendency that the original deposition time becomes long. 特に、複数種類の金属原料ガスを用いる場合、各金属原料ガス間の相互反応を抑止するために多元系で組成制御する必要が生じる。 In particular, when using a plurality of types of metal source gas, it is necessary to control the composition in multi-component in order to prevent the mutual reaction between the metal source gas. この場合、真空排気によるパージ時間が長大になる。 In this case, the purge time is long by the vacuum exhaust.
【0009】 [0009]
そこで、ALD法においても、ウェーハ1枚あたりの正味のプロセス時間(RPT:raw process time)を短縮するために、バッチ処理により成膜可能な装置が検討されている。 Therefore, even in the ALD method, the net processing time per wafer: To reduce (RPT raw process time), capable deposition apparatus has been studied by a batch process.
【0010】 [0010]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
図10に、ALD法を用いてバッチ処理でAl 膜を成膜する装置の一例を示す。 10 shows an example of an apparatus for forming an Al 2 O 3 film in a batch process using ALD. この成膜装置101は、通常のALD装置を大型化し、複数枚のウェーハ(基板)102に対して同時に成膜処理を施すことができるようにしたものである。 The film forming apparatus 101 is a conventional ALD apparatus is large, which make it possible to perform a film forming process at the same time for a plurality of wafers (substrates) 102. Al 膜の各種原料ガスは、それらの処理室(反応容器)103内への供給状態をガス供給系104において制御される。 Various raw material gas of the Al 2 O 3 film, those of the processing chamber a supply condition to the (reaction vessel) 103 is controlled in the gas supply system 104. 各原料ガスは、チャンバー105の一端側(入口側)に設けられている整流板106を通過させられて層流状に処理室103内へ供給される。 Each raw material gas is supplied to and passed through the current plate 106 provided at one end of the chamber 105 (inlet side) laminar flow in the processing chamber 103. 整流板106は、チャンバー105を大型化したため必須である。 Rectifying plate 106 is essential because of the size of the chamber 105. 処理室103内へ供給された各原料ガスは、各ウェーハ102上を通過した後、チャンバー105の他端側(出口側)から排気系107により排気される。 Each raw material gas supplied into the processing chamber 103 after passing through the wafer 102 above, are evacuated by an exhaust system 107 from the other end of the chamber 105 (the outlet side).
【0011】 [0011]
図11に、成膜装置101を用いて行われる成膜工程のシーケンスの一例を示す。 Figure 11 shows an example of a sequence of deposition steps carried out by using the film forming apparatus 101.
【0012】 [0012]
この例では、チャンバー105が大型化されており、また整流板106の上流側での反応を抑制するために、パージ時間が長くなるという問題がある。 In this example, the chamber 105 is large, and in order to suppress the reaction at the upstream side of the rectifier plate 106, there is a problem that the purge time becomes longer. また、チャンバー105が大型化したために、各原料ガスの消費速度が大きくなるという問題がある。 Further, in order to the chamber 105 is enlarged, there is a problem that the consumption rate of each source gas is increased. これは、基板102表面に到達しない各原料ガスは成膜に寄与することなく排気され、また基板102表面で必要とされる各原料ガスの分圧を確保するためには反応容器103内全体で各原料ガスの分圧を高めなければならないためである。 This is the raw material gas does not reach the surface of the substrate 102 is exhausted without contributing to the film formation, and in order to ensure the partial pressure of each source gas is needed in the surface of the substrate 102 as a whole within the reaction vessel 103 This is because the must increase the partial pressure of each source gas. 原料ガスの消費速度が大きくなると、成膜効率が低下して成膜コストが上昇し、ひいては半導体装置の製造コストも上昇する。 When the rate of consumption of the raw material gas is increased, the film forming cost increases deposition efficiency is lowered, also increases the cost of manufacturing therefore semiconductor device. また、通例、ALD法では、各シーケンス間のパージ時間を短くするために、チャンバー105内のデッドスペースをできる限り無くそうとする。 Also typically, in the ALD method, in order to shorten the purge time between each sequence, when you eliminate as much as possible the dead space in the chamber 105. すると、バッチ処理を行い難くなり、バッチ処理とパージ時間の短縮化との両立が困難になる。 Then, it difficult to perform batch processing, compatibility between reduction of batch processing and the purge time is difficult. さらに、ALD法は、通例、ガスの流れの均一性等はあまり重視されない。 Further, ALD method is typically uniformity, etc. of the gas flow will not be less important. ところが、バッチ処理では、各ウェーハ102の表面にできる限り均一にALD反応を起こさせる必要があるために、例えば整流板106のようなガスの流れを均一化させる装備が必要になる。 However, a batch process, since it is necessary to cause uniform ALD reaction as possible to the surface of the wafer 102, it is necessary equipment to uniform the flow of a gas as, for example, the current plate 106. これにより、パージ時間の短縮化がさらに困難になる。 Thus, shortening the purge time is more difficult.
【0013】 [0013]
図12に、成膜装置101と同様に、ALD法を用いてバッチ処理でAl 膜を成膜する装置の他の例を示す。 12, similarly to the film-forming apparatus 101, showing another example of apparatus for forming an Al 2 O 3 film in a batch process using ALD. この成膜装置201では、バッチ処理に伴うパージ時間の増大を抑制するために、時間の掛かる真空パージではなく、短時間化の容易なガスパージが採用されている。 In the film forming apparatus 201, in order to suppress an increase in purge time involved in batch processing, rather than the vacuum purge time-consuming, easy gas purge shorter time is adopted. それとともに、成膜装置201では、複数本のガスインジェクター202が、複数枚のウェーハ102が搭載されているサセプター203上を回転する設定となっている。 At the same time, the film forming apparatus 201, a plurality of gas injector 202 has a set of rotating the susceptor on 203 plurality of wafers 102 are mounted. これらにより、成膜装置201は、RPTの短縮化が図られている。 These film forming apparatus 201, shortening of the RPT is achieved. 成膜装置201の場合、4本のガスインジェクター202はそれぞれ、金属原料ガスとしてのAlCl ガス、パージガスとしてのアルゴン(Ar)ガス、反応ガスとしてのH Oガス、そしてパージガスとしてのArガスの供給に1本ずつ割り当てられている。 For the film forming apparatus 201, four each gas injector 202, AlCl 3 gas as the metal source gas, as purge gas argon (Ar) gas, H 2 O gas as a reaction gas and the Ar gas as the purge gas, It assigned one by one to the feed. そして、各ガスインジェクター202からは、ガスの種類を切り替えること無く、各ウェーハ102の表面に向けて各ガスが順番に常時供給される。 Then, from each gas injector 202, without switching the kind of gas, the gas is always supplied sequentially toward the surface of the wafer 102. すなわち、成膜装置201では、4本のガスインジェクター202を回転させて、各ウェーハ102に向けて供給されるガスの種類を、例えばAlCl ,Ar,H O,Ar,再びAlCl という順番で切り替えることにより、ALD成膜を行う。 Order words, in the film forming apparatus 201, rotate the four gas injector 202, the type of gas supplied toward each wafer 102, for example, as AlCl 3, Ar, H 2 O , Ar, AlCl 3 again by switching in and performs ALD deposition.
【0014】 [0014]
しかし、この例では次に述べるような問題がある。 However, there are problems as described below in this example. 成膜装置201では、チャンバー204内に複数種類のガスが常時、同時供給されているために、チャンバー204内における各ガスの分離が困難である。 In the film forming apparatus 201, a plurality of types of gases at all times in the chamber 204, because they are co-fed, it is difficult to separate the gas in the chamber 204. したがって、チャンバー204内における各ガス同士の気相反応や、あるいはH Oガス用インジェクター202aへのAlの堆積等、ガス系における好ましくない反応を適正な許容範囲内に抑制することが困難である。 Therefore, the gas phase reaction or of each gas between the chamber 204, or such as deposition of Al to the H 2 O gas injectors 202a, it is difficult to suppress in the proper tolerances undesired reaction in a gas system . 特に、BST膜やPZT膜等の多くの構成元素からなる化合物膜を成膜する場合、原料ガスの種類も多くなるので、各原料ガス間の反応抑制が極めて困難になる。 In particular, the case of forming a compound film consisting of a number of constituent elements such as a BST film or PZT film, since the more kinds of the raw material gas, reaction suppression between each source gas becomes extremely difficult. それとともに、装置構成が複雑化するという問題もある。 At the same time, there is a problem that the device configuration becomes complicated. また、このような成膜装置201および成膜方法によれば、化合物膜の膜質が劣化し易く、ひいては半導体装置全体の品質の劣化を招くおそれがある。 Further, according to this film forming apparatus 201 and the film forming method, easily deteriorate the quality of the compound film, which may lead to turn semiconductor device overall deterioration in quality. すると、半導体装置の製造歩留まりが低下して半導体装置の製造効率が低下するとともに、半導体装置の製造コストが上昇するおそれがある。 Then, the manufacturing yield of the semiconductor device decreases the production efficiency of the semiconductor device decreases, there is a possibility that the manufacturing cost of the semiconductor device is increased.
【0015】 [0015]
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ALD法を用いてバッチ式処理により成膜作業を行う際に、パージを短時間で容易に行うことにより成膜作業の長時間化を容易に抑制でき、またガスの使用効率を容易に向上でき、さらには複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制して、良質な化合物膜を効率よく、かつ容易に成膜できる成膜方法および成膜装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems as described above, it is an object in performing the deposition work by batch processing using ALD, in a short period of time the purge easily prolonged film forming work can be easily suppressed by carrying out, also can be easily improved utilization of the gas, more readily suppressed interaction among a plurality of types of gases, high-quality compound film efficiently, and easily it is to provide a film forming method and film forming apparatus can be formed. それとともに、良質な化合物膜を有する良質な半導体装置を効率よく、かつ容易に製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。 At the same time, it is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing a semiconductor device of good quality with a good compound film efficiently and easily.
【0016】 [0016]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
前記課題を解決するために、本発明に係る成膜方法は、複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を原子層レベルで一括して成膜する成膜方法であって、前記成膜処理が行われる反応容器内に前記各被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って平行に配置する第1の工程と、隣接する前記各被処理基板間に向けて、前記反応容器内に所定のガスを供給する複数本のガス供給治具のうち、成膜反応を活性化させる活性化ガスを供給する活性化ガス供給治具から前記活性化ガスを供給するとともに、他のガス供給治具からパージガスを供給する第2の工程と、前記活性化ガス供給治具から供給するガスを前記活性化ガスから前記パージガスに切り替えるとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第3の工程と、隣接する前記各 In order to solve the above problems, the film forming method according to the present invention is a film formation method for forming collectively a compound film on a plurality of the processed surface of the substrate at the atomic layer level, the film forming a first step of the process is arranged in parallel with the in the reaction vessel is separated each target substrate to each other along the thickness direction to be performed, toward between the respective target substrate adjacent the reaction vessel of the plurality of the gas supply device for supplying a predetermined gas to supplies the activated gas activation gas to activate the deposition reaction from an activated gas supply device for supplying the other gas supply a second step of supplying a purge gas from the jig, along with switches to the purge gas supplied from said activated gas supply device from the activation gas, the third supplying the purge gas from the other gas supply device and step, said each adjacent 処理基板間に向けて、成膜すべき化合物膜の主な原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給治具から前記原料ガスを供給するとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第4の工程と、前記原料ガス供給治具から供給するガスを前記原料ガスから前記パージガスに切り替えるとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第5の工程と、を含み、かつ、前記第2の工程から前記第5の工程を複数回繰り返すことを特徴とするものである。 Toward the space between the processing substrate, and supplying the raw material gas a raw material gas as the main raw material of the compound film to be deposited from the material gas supply device for supplying, supplying the purge gas from the other gas supply device a fourth step includes with switches to the purge gas supplied from the raw material gas from the material gas supply device, and a fifth step of supplying the purge gas from the other gas supply device, a and it is characterized in that the plurality of times the fifth step from the second step.
【0017】 [0017]
この成膜方法においては、成膜処理が行われる反応容器内に複数枚の被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って平行に配置した後、隣接する各被処理基板間に向けて、パージガスを供給しつつ、活性化ガスと原料ガスとを交互に切り替えて供給する工程を複数回繰り返す。 In this film forming method, after the film formation process is disposed in parallel along the thickness direction from each other by separating a plurality of target substrates in a reaction vessel to be performed toward between the target substrate adjacent , while supplying a purge gas is repeated a plurality of times supplying switching between activation gas and the raw material gas alternately. これにより、複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を原子層レベルで一括して成膜する。 Thus, forming collectively a compound film on a plurality of the processed surface of the substrate at the atomic layer level. この成膜方法によれば、反応容器内をパージする際にパージガスを用いるので、パージを短時間で容易に行うことができ、成膜作業の長時間化を容易に抑制できる。 According to this film forming method, since using a purge gas during the purge the reaction vessel, purging can be carried out easily in a short time, it can be easily suppressed for a long time of the deposition work. また、複数枚の被処理基板を、互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて反応容器内に配置し、隣接する各被処理基板間に向けて活性化ガスおよび原料ガスを供給するので、ガスの使用効率を容易に向上できる。 Further, a plurality of target substrates, was placed in a reaction vessel arranged along the thickness direction is spaced from each other, so to supply the activation gas and the raw material gas toward the adjacent respective target substrate, the gas the utilization of easily improved. さらに、活性化ガスの供給と原料ガスの供給とを排他的に行うとともに、活性化ガスおよび原料ガスを供給する際にも、パージガスを隣接する各被処理基板間に向けて供給するので、複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制できる。 Furthermore, it performs the supply of feed and the raw material gas of the activated gas exclusively, even when supplying the activation gas and the raw material gas, since the supplied toward between the target substrate adjacent the purge gas, more the interaction between type of gas can be easily suppressed.
【0018】 [0018]
また、前記課題を解決するために、本発明に係る成膜方法は、複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を一括して形成する成膜方法であって、前記各被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置し、前記各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向から、パージガスを連続的に供給しつつ、成膜反応を活性化させるための活性化ガスと、成膜すべき化合物膜の主な原料となる原料ガスとを、交互に切り替えて供給することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the film forming method according to the present invention, there is provided a film forming method of forming collectively a compound film on the surface of a plurality of the substrate, each of said substrate to be processed arranged side by side along the thickness direction is spaced from each other, wherein a direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate, while continuously feeding a purge gas, for activating the film-forming reaction and activation gas, and a raw material gas as a main raw material of the compound film to be deposited, and is characterized in that the supply is switched alternately.
【0019】 [0019]
この成膜方法においては、複数枚の被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置するとともに、各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向から、パージガスを連続的に供給しつつ、成膜反応を活性化させるための活性化ガスと、成膜すべき化合物膜の主な原料となる原料ガスとを、交互に切り替えて供給する。 In this film formation method, as well as arranged along the thickness direction is separated a plurality of target substrates to each other, from a direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate, continuous purge gas while supplying the activated gas for activating the film-forming reaction, and a raw material gas as a main raw material of the compound film to be deposited is supplied switched alternately. これにより、複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を一括して形成する。 This forms collectively compound film on the surface of a plurality of the substrate. この成膜方法によれば、パージを行う際にパージガスを用いるので、パージを短時間で容易に行うことができ、成膜作業の長時間化を容易に抑制できる。 According to this film forming method, since using a purge gas in performing the purge, the purge can be easily performed in a short time, it can be easily suppressed for a long time of the deposition work. また、複数枚の被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置するとともに、各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向から活性化ガスおよび原料ガスを供給するので、ガスの使用効率を容易に向上できる。 Further, providing a plurality of sheets of together with each other to separate the target substrate arranged side by side along the thickness direction, the activation gas and the raw material gas from a direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate so it can be easily improved utilization of the gas. さらに、各被処理基板に向けてパージガスを連続的に供給しつつ、活性化ガスと原料ガスとを、交互に切り替えて供給するので、複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制できる。 Furthermore, while continuously feeding a purge gas toward the substrate to be processed, and the activation gas and the raw material gas, since the supply is switched alternately, it can be easily suppressed interaction among a plurality of types of gases.
【0020】 [0020]
また、前記課題を解決するために、本発明に係る成膜方法は、複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を一括して成膜する成膜処理が行われる処理室内に、前記各被処理基板を、それらの表面を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置し、前記各被処理基板が配置された前記処理室内にパージガスを供給して前記処理室内をパージした後、パージされた前記処理室内に配置されている前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から、前記パージガスを供給し続けるとともに、成膜反応を活性化させる活性化ガスを前記各被処理基板の表面上に供給し、前記各被処理基板に向けて前記パージガスを供給しつつ、前記活性化ガスの供給を断つとともに、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から、前 In order to solve the above problems, the film forming method according to the present invention, a treatment chamber deposition process for depositing collectively compound film on a plurality of the processed surface of the substrate is carried out, each after the target substrate, is separated their surface mutually arranged side by side along the thickness direction was purging the processing chamber by supplying a purge gas said into the processing chamber to each of the target substrate is placed, the purge toward the respective target substrate disposed in the processing chamber that is, from a direction substantially parallel to their substrate surface, with continuously supplying the purge gas, the activating gas for activating the film-forming reaction wherein supplied onto the surface of each substrate to be processed while supplying the purge gas toward the each substrate to be treated, with cut off the supply of the activated gas, toward the each substrate to be processed, and their substrate surface from a direction substantially parallel to the front 化合物膜の主な原料となる原料ガスを前記各被処理基板の表面上に供給することにより、前記各被処理基板の表面上に前記化合物膜を成膜することを特徴とするものである。 By supplying the major raw material comprising the raw material gas of a compound film on the surface of each substrate to be treated, is characterized in that for forming the compound layer the on the surface of the substrate to be processed.
【0021】 [0021]
この成膜方法においては、成膜処理が行われる処理室内をパージする際にパージガスを用いるので、パージを短時間で容易に行うことができ、成膜作業の長時間化を容易に抑制できる。 In this film formation method, since using a purge gas during the purge processing chamber deposition process is performed, the purge can be easily performed in a short time, it can be easily suppressed for a long time of the deposition work. また、処理室内に、成膜処理が施される複数枚の被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置し、各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向から活性化ガスおよび原料ガスを供給するので、ガスの使用効率を容易に向上できる。 Further, the processing chamber from each other by separating a plurality of target substrates where the film formation process is performed are arranged side by side along the thickness direction, a direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate because supplying the activation gas and the raw material gas can be easily improved utilization of the gas. さらに、活性化ガスの供給と原料ガスの供給とを排他的に行うとともに、活性化ガスおよび原料ガスを供給する際にも、各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向からパージガスを供給するので、複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制できる。 Furthermore, it performs the supply of feed and the raw material gas of the activated gas exclusively, even when supplying the activation gas and the raw material gas, from a direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate since supplying a purge gas, it can be easily suppressed interaction among a plurality of types of gases.
【0022】 [0022]
また、本発明に係る成膜方法を実施するにあたり、その工程などの一部を以下に述べるような設定としても構わない。 Moreover, carrying out the film forming method according to the present invention, it may be part of such the process as set as described below.
【0023】 [0023]
前記活性化ガスの供給と前記原料ガスの供給とを交互に複数回ずつ繰り返す。 Repeated by several times and supply of the raw material gas with the supply of the activated gas alternately.
【0024】 [0024]
前記各被処理基板に向けて、前記活性化ガスを供給している状態と、前記原料ガスとを供給している状態との間に、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と平行な方向から、前記パージガスのみを供給する。 Wherein toward each target substrate, and a state which supplies the activated gas, between the state that supply and the raw material gas, toward the each substrate to be processed, and their substrate surface in a direction parallel to supply only the purge gas.
【0025】 [0025]
前記原料ガスを複数種類用いるとともに、前記活性化ガスの供給と前記原料ガスの供給とを、前記原料ガスの種類ごとに所定の順番で複数回ずつ繰り返す。 With using plural kinds of the raw material gas, and the supply of the source gas and the supply of the activated gas is repeated by a plurality of times in a predetermined order for each type of the raw material gas.
【0026】 [0026]
前記各ガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と平行な方向から供給する際に、互いに隣接する前記各被処理基板同士の間および前記各被処理基板のそれぞれの表面に向けて前記各ガスを供給する。 Wherein each gas, the toward each target substrate, when supplying from their substrate surface in a direction parallel to the respective surfaces and between each of the substrate to be processed for each target substrate adjacent to each other supplying the respective gas toward.
【0027】 [0027]
前記パージガス、前記活性化ガス、および前記原料ガスのうち、少なくとも前記原料ガスを前記処理室内に供給する際の圧力の大きさを、前記処理室内の圧力の大きさの10倍以上に設定する。 The purge gas, the activating gas, and of the raw material gas, the amount of pressure when supplying at least the raw material gas into the processing chamber is set to more than 10 times the magnitude of the pressure in the processing chamber.
【0028】 [0028]
前記パージガス、前記活性化ガス、および前記原料ガスを、前記各被処理基板を間に挟んで、前記各ガスが供給される側の反対側から前記処理室の外へ排気する。 The purge gas, the activating gas, and the raw material gas, in between the respective substrate to be processed, wherein each gas is exhausted from the opposite side of the side to be supplied to the outside of the processing chamber.
【0029】 [0029]
前記活性化ガスに、H O,O ,NH のうちの少なくとも1種類を含ませる。 The activation gas, H 2 O, to include at least one of O 3, NH 3.
【0030】 [0030]
前記原料ガスに、アルカリ土類金属のシクロペンタジエニル化合物とチタンのアルコキシド化合物、または組成式がC 1119で表されるアルコキシル基を含むジピバロイルメタナート錯体を含ませる。 Wherein the raw material gas, to include dipivaloylmethanate complex containing alkoxyl group cyclopentadienyl compound and the alkoxide compound of titanium of an alkaline earth metal, or composition formula of C 11 H 19 O 2.
【0031】 [0031]
前記シクロペンタジエニル化合物として、シクロペンタジエニル環に結合する水素の一部が、アルキル基またはアルコキシル基に置換された物質も含ませる。 Examples cyclopentadienyl compounds, some of hydrogen bonds to the cyclopentadienyl ring, also include substances substituted alkyl group or an alkoxyl group.
【0032】 [0032]
前記パージガスに、O およびN Oの少なくとも一方を含ませる。 The purge gas, to include at least one of O 2 and N 2 O.
【0033】 [0033]
本発明に係る成膜方法を実施するにあたり、その工程などの一部を以上述べたような各種設定とすることにより、成膜作業の長時間化および複数種類のガス同士の相互反応をより容易に抑制できるとともに、ガスの使用効率をより容易に向上できる。 Carrying out the film forming method according to the present invention, by the various settings, such as part described above, such as the process, more easily prolonged and interaction of a plurality of types of gas between the deposition work it is possible to suppress, the more easily improved utilization of the gas. したがって、良質な化合物膜をより効率よく、かつ、より容易に成膜できる。 Thus, more efficiently quality compound film, and can be more easily formed.
【0034】 [0034]
また、前記課題を解決するために、本発明に係る成膜装置は、成膜処理に供される処理室と、この処理室内において、成膜処理が施される複数枚の被処理基板を互いに離間させつつ、厚さ方向に沿って並べて支持可能な基板支持具と、前記各被処理基板の表面上に一括して成膜される化合物膜の主な原料となる原料ガス、および前記処理室内をパージするためのパージガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から供給する原料ガス供給治具と、前記原料ガスを前記原料ガス供給治具に供給する原料ガス供給系と、前記化合物膜が成膜される際の成膜反応を活性化させる活性化ガス、および前記パージガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から供給する活性化ガス供給治具と、前記活 In order to solve the above problems, the film deposition apparatus of the present invention, a processing chamber to be subjected to film forming process, in the process chamber, together a plurality of target substrates where the film formation process is performed while spaced, the raw material gas as a main raw material of the compound film is a supportable substrate support side by side along the thickness direction, all at once onto the surface of the respective target substrate deposition, and the processing chamber a purge gas for purging, towards to the each substrate to be processed, the substrates surface and substantially material gas supply device for supplying in a direction parallel to supply the raw material gas to the raw material gas supply device material a gas supply system, the activated gas compound film to activate the film-forming reaction when being deposited, and the purge gas, the toward each target substrate from a direction substantially parallel to their substrate surface and the activated gas supply device for supplying the active 化ガスを前記活性化ガス供給治具に供給する活性化ガス供給系と、前記パージガスを、前記原料ガスおよび前記活性化ガスと選択的に切り替えて前記原料ガス供給治具および前記活性化ガス供給治具に供給するパージガス供給系と、を具備することを特徴とするものである。 Of a gas activation gas supply system for supplying to the activation gas supply device, wherein the purge gas, the raw material gas supply device and the activation gas supplied selectively switched to the raw material gas and the activated gas it is characterized in that it comprises a purge gas supply system for supplying to the jig.
【0035】 [0035]
この成膜装置においては、成膜処理に供される処理室内をパージガスを用いてパージするので、パージを短時間で容易に行うことができ、成膜作業の長時間化を容易に抑制できる。 In this film forming apparatus, since the processing chamber to be subjected to film formation process to purge with purge gas, the purge can be easily performed in a short time, it can be easily suppressed for a long time of the deposition work. また、成膜処理が施される複数枚の被処理基板を、基板支持具を用いて互いに離間させつつ、厚さ方向に沿って並べて支持した状態で処理室内に配置する。 Further, a plurality of target substrates where the film formation process is performed, while spaced apart from each other with the substrate support, arranged in a treatment chamber while supporting side by side along the thickness direction. そして、原料ガス供給治具および活性化ガス供給治具を用いて、原料ガスおよび活性化ガスを供給する。 Then, the raw material gas supply device and with the activated gas supply device supplies a material gas and activated gas. これにより、ガスの使用効率を容易に向上できる。 Thus, it is possible to easily improve the use efficiency of the gas. さらに、原料ガス供給治具および活性化ガス供給治具は、パージガス供給系により、原料ガスおよび活性化ガスとパージガスとを選択的に切り替えて、各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向からパージガスを供給できる。 Further, the raw material gas supply device and the activated gas supply jig, the purge gas supply system, and a raw material gas and the activated gas and purge gas are switched selectively, substantially with their substrate surfaces toward each target substrate It can be supplied purge gas in a direction parallel. これにより、複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制できる。 This enables easily suppress the mutual reaction between a plurality of types of gases.
【0036】 [0036]
また、本発明に係る成膜装置を実施するにあたり、その構成などの一部を以下に述べるような設定としても構わない。 Moreover, carrying out the film deposition apparatus of this invention, it may be part of such the structure as set as described below.
【0037】 [0037]
前記活性化ガス供給治具および前記活性化ガス供給系は、前記活性化ガスの種類ごとに独立して設けられているとともに、前記活性化ガス供給系は、前記活性化ガスをその種類ごとに独立に前記活性化ガス供給治具に供給可能に設定されている。 The activated gas supply device and the activation gas supply system, together with the independently provided for each type of said activating gas, the activating gas supply system, for each its kind of the activated gas independently are supplied can be set in the activation gas supply device.
【0038】 [0038]
前記パージガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から供給するパージガス供給治具を具備するとともに、前記パージガス供給系は、前記パージガス供給治具に前記パージガスを供給可能に設定されている。 The purge gas, toward the each substrate to be treated, as well as provided with a purge gas supply device for supplying from a direction substantially parallel to their substrate surface, the purge gas supply system, supplying the purge gas to said purge gas supply device It has been able to set.
【0039】 [0039]
前記原料ガス供給治具および前記活性化ガス供給治具には、前記各被処理基板が並べられている方向に沿って、隣接する前記各被処理基板同士の間および前記各被処理基板の基板面の少なくとも一方と略対向する位置に、前記各ガスを前記各被処理基板に向けて供給する吹き出し孔が複数個設けられている。 Wherein the raw material gas supply device and the activation gas supply device, wherein each of the processing along the direction in which the substrate is arranged, between the between the target substrate adjacent and the substrate of the target substrate at least one substantially opposite position of the surface, blowing holes is provided with a plurality supplies toward the respective gas to the respective substrate to be processed.
【0040】 [0040]
前記処理室には、前記基板支持具に支持されて前記処理室内に配置された前記各被処理基板を間に挟んで、前記原料ガス供給治具および前記活性化ガス供給治具が設けられている側と対向する側に、前記各被処理基板が並べられている方向に沿って、隣接する前記各被処理基板同士の間および前記各被処理基板の基板面の少なくとも一方と略対向する位置に、前記原料ガス、前記活性化ガス、および前記パージガスを前記処理室の外に排気する排気孔が複数個設けられているとともに、前記基板支持具には、前記原料ガス供給治具および前記活性化ガス供給治具付近から前記各排気孔付近にかけて、前記各被処理基板をそれらの側方から囲む整流部材が設けられている。 Wherein the processing chamber, wherein disposed in the processing chamber is supported by a substrate support in between each substrate to be processed, and the raw material gas supply device and the activation gas supply device is provided on the side facing the side where there, along said direction in which the target substrate is arranged at least one substantially opposite positions of the substrate surface and between the respective substrate to be processed of the between the target substrate adjacent in the raw material gas, the activating gas, and together with the exhaust hole for exhausting is provided a plurality of said purge gas to the outside of the processing chamber, the substrate support, the raw material gas supply device and the active reduction from around the gas supply device toward the vicinity of the respective exhaust holes, rectifying member is provided to surround the respective target substrate from their side.
【0041】 [0041]
本発明に係る成膜装置を実施するにあたり、その構成などの一部を以上述べたような各種設定とすることにより、成膜作業の長時間化および複数種類のガス同士の相互反応をより容易に抑制できるとともに、ガスの使用効率をより容易に向上できる。 Carrying out the film deposition apparatus of this invention, by the various settings as described above a portion of such the construction, easier to prolonged and interaction of a plurality of types of gas between the deposition work it is possible to suppress, the more easily improved utilization of the gas. したがって、良質な化合物膜をより効率よく、かつ、より容易に成膜できる。 Thus, more efficiently quality compound film, and can be more easily formed.
【0042】 [0042]
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る成膜方法により成膜された化合物膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, characterized in that to form a semiconductor device using a compound film formed by the film forming method according to the present invention is there.
【0043】 [0043]
この半導体装置の製造方法においては、本発明に係る成膜方法により成膜された化合物膜を用いて半導体素子を形成する。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device using a compound film formed by the film forming method according to the present invention. これにより、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い品質で効率よく形成して、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。 Thus, it is possible like to efficiently form a high quality variety of fine semiconductor devices to be incorporated in the semiconductor device, improving the quality and yield of the semiconductor device.
【0044】 [0044]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。 It will be described below with reference to the illustrated embodiments the details of the present invention.
【0045】 [0045]
(第1の実施の形態) (First Embodiment)
先ず、本発明に係る第1実施形態を図1〜図4を参照しつつ説明する。 First, a description will be given of a first embodiment according to the present invention with reference to FIGS. 図1は、第1実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図である。 Figure 1 is a simplified view showing a film deposition apparatus of the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図である。 Figure 2 is a diagram showing a sequence of film deposition method according to the first embodiment. 図3は、基板上にTa 膜が成膜される仕組みを模式的に示す工程断面図である。 Figure 3 is a process sectional view showing how the the Ta 2 O 5 film is deposited on a substrate schematically. 図4は、Ta 膜を成膜する際に発生するパーティクルの成膜サイクルに対する依存性をグラフにして示す図である。 Figure 4 is a diagram showing a dependency on particle deposition cycles that occur when depositing the Ta 2 O 5 film on a graph.
【0046】 [0046]
本実施形態では、具体的には、Atomic Layer Deposition(ALD)法をバッチ処理で実施することにより、化合物膜としてのTa 膜を成膜する際の成膜方法および成膜装置、Ta 膜の成膜条件、そして得られたTa 膜の特性について説明する。 In the present embodiment, specifically, Atomic Layer Deposition (ALD) method by performing batch processing, film forming method and film forming apparatus when forming Ta 2 O 5 film as a compound film, Ta 2 O 5 film deposition conditions, and characteristics of the obtained the Ta 2 O 5 film is described. また、本実施形態の成膜方法および成膜装置を利用する半導体装置の製造方法について説明する。 Further, a method for manufacturing a semiconductor device utilizing a film forming method and film forming apparatus of the present embodiment.
【0047】 [0047]
本実施形態の成膜プロセスでは、化合物膜の主な原料を含む原料ガスとしてペンタエトキシタンタル(PET)ガスを用いる。 The deposition process of the present embodiment, a pentaethoxytantalum (PET) gas as a raw material gas containing a main raw material of the compound film. また、成膜反応を活性化させる活性化ガスとしてH Oガスを用いる。 Further, use of the H 2 O gas as the activating gas to activate the film-forming reaction. さらに、パージガスとして酸素(O )ガスおよびアルゴン(Ar)ガスを用いる。 Further, using oxygen (O 2) gas and argon (Ar) gas as the purge gas.
【0048】 [0048]
先ず、図1(a),(b)を参照しつつ、本実施形態の成膜装置1について説明する。 First, FIG. 1 (a), with reference to (b), it will be described the film forming apparatus 1 of the present embodiment.
【0049】 [0049]
図1(a)は、成膜装置1の概略構成を正面もしくは側面から臨んで示す図である。 1 (a) is a diagram showing facing a schematic configuration of a film forming apparatus 1 from the front or side. 図1(b)は、成膜装置1を図1(a)中実線矢印の向きから臨んで示す平面図である。 Figure 1 (b) is a plan view showing the film forming apparatus 1 from the direction of the medium solid arrows FIG 1 (a). この成膜装置1は、主に原料ガス供給系2および反応系3からなる。 The film forming apparatus 1 is mainly composed of a raw material gas supply system 2 and the reaction system 3. 原料ガス供給系2は、PETガス供給系4、およびH Oガスを供給する活性化ガス供給系(H Oガス供給系)5などからなる。 Source gas supply system 2, PET gas supply system 4, and H 2 O gas supplied activated gas supply system (H 2 O gas supply system) and the like 5. 本実施形態においては、活性化ガス供給系5を原料ガス供給系2の一部として構成したが、それらを互いに独立した個別の系として構成しても構わないのはもちろんである。 In this described embodiment, the activated gas supply system 5 as part of the raw material gas supply system 2, it is of course may be constituted them as mutually independent separate systems.
【0050】 [0050]
PETガス供給系4は、主にPET原料容器6、PETの液体流量制御装置7、およびPET気化器8などからなる。 PET gas supply system 4 is mainly composed of a PET material container 6, PET liquid flow controller 7 and PET vaporizer 8. 気化温度は約180℃である。 Vaporization temperature is about 180 ° C.. PET気化器8で気化されたPETガスは、約200℃に加熱されたPETガス配管9を通り、原料ガス供給治具としての石英製のPETガスインジェクター10に送られる。 PET gas vaporized in PET vaporizer 8 through the PET gas pipe 9 which is heated to about 200 ° C., is fed in a quartz PET gas injector 10 as a raw material gas supply device. PETガスインジェクター10は、成膜処理が行われる処理室(反応容器)11内に設けられており、PETガスはPETガスインジェクター10を経て反応容器11内に供給(導入)される。 PET gas injector 10, the processing chamber to the film forming process is carried out is provided in the (reaction vessel) 11, PET gas is supplied into the reaction chamber 11 through the PET gas injector 10 (introduction). PETガス配管9とPETガスインジェクター10との接続部分付近、すなわちPETガスインジェクター10の根元の部分には、PETガスインジェクター10に通すガスを、PETガスまたはArガスに選択的に切り替えることができるように、原料ガス供給系切り替えバルブ12が設けられている。 Near the connection portion between the PET gas pipe 9 and the PET gas injector 10, that is, the base portion of the PET gas injector 10, the gas passed through the PET gas injector 10, to allow selectively switching the PET gas or Ar gas the raw material gas supply system switching valve 12 is provided.
【0051】 [0051]
Oガス供給系5は、主にH O容器13、このH O容器13を約80℃に加熱するH O加熱装置14、およびH Oガスのガス流量制御装置15などからなる。 The H 2 O gas supply system 5, mainly H 2 O container 13, etc. The H 2 H 2 O the heating device 14 for heating the O vessel 13 to about 80 ° C., and H 2 O gas in the gas flow control device 15 Become. Oガスは約150℃に加熱されたH Oガス配管16を通り、活性化ガス供給治具としての石英製のH Oガスインジェクター17に送られる。 The H 2 O gas passes through the H 2 O gas pipe 16 which is heated to about 0.99 ° C., is sent to the quartz the H 2 O gas injector 17 as the activating gas supply device. Oガスインジェクター17は、反応容器11内に設けられており、H OガスはH Oガスインジェクター17を経て反応容器11内に供給される。 The H 2 O gas injector 17 is provided in the reaction vessel 11, the H 2 O gas is supplied into the reactor 11 via H 2 O gas injector 17. Oガス配管16とH Oガスインジェクター17との接続部分付近、すなわちH Oガスインジェクター17の根元の部分には、H Oガスインジェクター17に通すガスを、H Oガス、Arガス、またはO ガスに選択的に切り替えることができるように、活性化ガス供給系切り替えバルブ18が設けられている。 Near the connection portion between the H 2 O gas pipe 16 and the H 2 O gas injector 17, that is, the base portion of the H 2 O gas injectors 17, the gas passage through the H 2 O gas injector 17, the H 2 O gas, Ar gas or O 2 as can selectively switching the gas, activated gas supply system switching valve 18 is provided.
【0052】 [0052]
また、成膜装置1には、以上説明した2本のガスインジェクター10,17とは別に、反応容器11内にArガスおよびO ガスを選択的に供給可能なパージガス供給治具としてのO ガスインジェクター19が反応容器11内に設けられている。 Further, the film forming apparatus 1, or separately from the two gas injectors 10, 17 described, O 2 of the Ar gas and O 2 gas as selectively deliverable purge supply device into the reaction vessel 11 gas injector 19 is provided in the reaction vessel 11. すなわち、成膜装置1は、合計3系統のガスインジェクター10,17,19を備えている。 That is, the film forming apparatus 1 is provided with a gas injector 10,17,19 total 3 lines. また、成膜装置1には、3本のガスインジェクター10,17,19にArガスまたはO ガスを供給するパージガス供給系20が設けられている。 Further, the film forming apparatus 1, a purge gas supply system 20 for supplying Ar gas or O 2 gas is provided to the three gas injectors 10,17,19. ArガスおよびO ガスは、パージガス供給系20が有するパージガス配管21を通り、各ガスインジェクター10,17,19に送られる。 Ar gas and O 2 gas through the purge gas pipe 21 having purge gas supply system 20, is sent to each gas injector 10,17,19.
【0053】 [0053]
また、パージガス供給系20のうち、O ガスインジェクター19に接続されているO ガス系統は、その一部がオゾナイザー22に接続されている。 Also, of the purge gas supply system 20, O 2 gas system connected to the O 2 gas injector 19, a portion of which is connected to the ozonizer 22. これにより、パージガス供給系20は、オゾナイザー22を通してO /O 混合ガスをO ガスインジェクター19および反応容器11内に供給することが可能である。 Accordingly, a purge gas supply system 20 can supply the O 3 / O 2 mixed gas O 2 gas injector 19 and reaction chamber 11 through the ozonizer 22.
【0054】 [0054]
他方、反応系3は、成膜処理が施される被処理基板(ウェーハ)23を複数枚同時に収容可能である反応容器11、この反応容器11内において各ウェーハ23を一括して支持可能な基板支持具としてのボート24、反応容器11内に供給された原料ガス、活性化ガス、およびパージガスを反応容器11の外に排気する排気系25などからなる。 On the other hand, the reaction system 3, the processed substrate (wafer) 23 a plurality reaction vessel 11 can be simultaneously accommodated, supportable substrate collectively each wafer 23 in the reaction chamber 11 where the film forming process is performed boat 24 as a support member, the raw material gas supplied into the reaction vessel 11, and the like exhaust system 25 for exhausting the activation gas, and a purge gas to the outside of the reaction vessel 11. 本実施形態の反応容器11には、その内部の雰囲気および反応容器11内に収容された複数枚のウェーハ23を略均一に加熱できる容器加熱装置26が設けられた、いわゆるホットウォール式の反応容器11が採用されている。 A reaction vessel 11 of this embodiment, the container heating device 26 can be substantially uniformly heat the plurality of wafers 23 contained within the atmosphere and the reaction vessel 11 therein is provided, the reactor of the so-called hot-wall type 11 has been adopted. また、ボート24は、各ウェーハ23をそれらの表面(基板面)を互いに所定の間隔ずつ離間させつつ、互いに平行に、かつ、厚さ方向に沿って積層するように並べた状態で支持可能な構造となっている。 Further, the boat 24, while each wafer 23 is separated their surface (substrate surface) by a predetermined distance from each other, parallel to each other and which can be supported in a state of arranging so as to laminate in the thickness direction and it has a structure. さらに、ボート24は、ウェーハ23の枚数や、あるいは成膜される膜の種類やその膜厚などに応じて、成膜処理が適正な状態で効率よく行われるように、その形状を選択的できることが好ましい。 Further, the boat 24, and the number of wafers 23, or depending on the type and thickness of the deposited the film, as the film forming process is performed efficiently in a proper state, can be selectively its shape It is preferred.
【0055】 [0055]
また、前述したPETガスインジェクター10、H Oガスインジェクター17、およびO ガスインジェクター19には、反応容器11内に収容された複数枚のウェーハ23に向けて、それらの基板面と略平行な方向からPETガス、H Oガス、O ガス、およびArガスを供給できるように、複数個の吹き出し孔27がそれぞれ設けられている。 In addition, the PET gas injector 10, H 2 O gas injector 17, and O 2 gas injector 19 described above, to a plurality of wafers 23 contained in the reaction vessel 11, substantially parallel to those of the substrate surface PET gas direction, H 2 O gas, O 2 gas, and Ar gas can be supplied to a plurality of blowing holes 27 are provided, respectively. 具体的には、PETガスインジェクター10、H Oガスインジェクター17、およびO ガスインジェクター19には、各ウェーハ23が互いに離間されて積層されている方向に沿って、隣接する各ウェーハ23同士の間および各ウェーハ23の基板面の少なくとも一方と略対向する位置に、前記各ガスを各ウェーハ23に向けて供給する吹き出し孔27が複数個設けられている。 Specifically, the PET gas injector 10, H 2 O gas injector 17 and the O 2 gas injectors 19, along the direction in which each wafer 23 are laminated are spaced apart from each other, for each wafer 23 between the adjacent during and at least one substantially opposite the position of the substrate surface of each wafer 23, blowing holes 27 for supplying toward said each gas to each wafer 23 is provided with a plurality. すなわち、3本のガスインジェクター10,17,19は、それぞれ多孔ガスインジェクターとして形成されている。 That is, three gas injectors 10,17,19 are respectively formed as a porous gas injector. これにより、各ガスインジェクター10,17,19は、複数枚のウェーハ23の表面、もしくは各ウェーハ23同士の間に向けて、各ガスを集中的に効率よく供給できる。 Thus, the gas injector 10,17,19, the surface of the plurality of wafers 23, or toward between the wafer 23 together, concentrate and efficiently supplying the gases. それとともに、各ウェーハ23の表面、もしくは各ウェーハ23同士の間に向けて、O ガスまたはArガスを供給することにより、各ウェーハ23の表面付近、もしくは各ウェーハ23同士の間から、不要なガスを迅速かつ容易に排除できる。 At the same time, toward between the adjacent surface or the wafer 23, each wafer 23, by supplying O 2 gas or Ar gas, from between the adjacent surfaces near or each wafer 23, each wafer 23, unnecessary gas can be quickly and easily removed.
【0056】 [0056]
次に、図2および図3を参照しつつ、本実施形態の成膜方法について説明する。 Next, referring to FIGS. 2 and 3, will be described a film forming method of this embodiment. 本実施形態の成膜方法は、具体的には、成膜装置1を用いて、以下に述べるシーケンスで化合物膜としてのTa 膜28を成膜するものである。 Film-forming method according to the present embodiment, specifically, by using the film forming apparatus 1, in which the formation of the the Ta 2 O 5 film 28 as a compound film in a sequence described below.
【0057】 [0057]
複数枚のウェーハ23を反応容器11内に導入し、反応容器11内に配置されているボート24に支持させる。 A plurality of wafers 23 are introduced into the reaction vessel 11, it is supported by the boat 24 placed in the reaction vessel 11. 続けて、容器加熱装置26を用いて、反応容器11内の雰囲気および各ウェーハ23の温度が約280℃になるように略均一に加熱する。 Subsequently, by using a container heating device 26, substantially uniformly heated to ambient and the temperature of each wafer 23 in the reaction vessel 11 is about 280 ° C.. それとともに、PETガスインジェクター10、H Oガスインジェクター17、およびO ガスインジェクター19からそれぞれ約1SLMずつArガスを反応容器11内に供給して、反応容器11内の圧力を約0.6Torrに保つ。 At the same, PET gas injector 10, H 2 O gas injector 17, and O 2, respectively about 1SLM by Ar gas from the gas injector 19 is supplied into the reaction vessel 11, the pressure in the reaction vessel 11 to about 0.6Torr keep. ヒートリカバリー時間は約10分間とする。 Heat recovery time is set to about 10 minutes. 反応容器11内の温度(炉内温度)が280℃±10℃程度で安定していることを確認した後、容器内圧力を約0.6Torrに保ちつつ、図2に示すシーケンスに基づいて以下に述べる成膜処理を実行する。 After the temperature of the reaction vessel 11 (the furnace temperature) it was confirmed to be stable at 280 ° C. ± 10 ° C. C., while maintaining the vessel pressure at about 0.6 Torr, or less based on the sequence shown in FIG. 2 to perform a film forming process to be described.
【0058】 [0058]
先ず、反応容器11内に、H Oガスインジェクター17からH Oガスを約45秒間、約500sccm導入するとともに、PETガスインジェクター10およびO ガスインジェクター19からArガスをそれぞれ約45秒間、約500sccmずつ供給する。 First, the reaction vessel 11, about 45 seconds of H 2 O gas from the H 2 O gas injector 17, is introduced to about 500 sccm, respectively about 45 seconds Ar gas from the PET gas injector 10 and O 2 gas injector 19, about 500sccm supplies each. 反応容器11内に導入されたH Oガスは、図3(a)に示すように、各ウェーハ23の表面に吸着する。 The H 2 O gas which is introduced into the reaction vessel 11, as shown in FIG. 3 (a), adsorbed on the surface of each wafer 23.
【0059】 [0059]
次に、反応容器11内に、PETガスインジェクター10およびO ガスインジェクター19からArガスを供給しつつ、H Oガスインジェクター17から供給するガスをArガスに切り替える。 Next, the reaction vessel 11, while supplying the Ar gas from the PET gas injector 10 and O 2 gas injector 19, switch the gas supplied from the H 2 O gas injector 17 to Ar gas. そして、反応容器11内に、PETガスインジェクター10、O ガスインジェクター19、およびH Oガスインジェクター17からArガスをそれぞれ約20秒間、約1SLMずつ供給する。 Then, the reaction vessel 11, about 20 seconds PET gas injector 10, O 2 gas injector 19, and the H 2 O gas injector 17 Ar gas, respectively, supplied by about 1 SLM. これにより、隣接する各ウェーハ23間を約20秒間パージする。 Thus, about 20 seconds purge between each wafer 23 adjacent.
【0060】 [0060]
次に、PET原料流量が約3sccmとなる条件で、PETガスを反応容器11内にPETガスインジェクター10より約20秒間導入する。 Then, under a condition where PET material flow of about 3 sccm, introducing about 20 seconds from the PET gas injector 10 to the PET gas reaction chamber 11. この際、PETガスインジェクター10の内圧は、約23Torrである。 At this time, the internal pressure of the PET gas injector 10 is about 23Torr. また、O ガスインジェクター19およびH Oガスインジェクター17からは、Arガスをそれぞれ約20秒間、約500sccmずつ反応容器11内に供給する。 Further, from the O 2 gas injectors 19 and H 2 O gas injector 17, about 20 seconds Ar gas, respectively, supplied into the reaction container 11 by about 500 sccm.
【0061】 [0061]
通常、280℃前後ではPETの分解反応は殆ど起こらないが、各ウェーハ23の表面にはH Oが吸着しているので、図3(b)に示すように、各ウェーハ23の表面に到達したPETガスは吸着しているH Oとの間で加水分解反応を起こす。 Usually hardly occurs decomposition of PET is at around 280 ° C., since H 2 O on the surface of each wafer 23 is adsorbed, as shown in FIG. 3 (b), reaches the surface of the wafer 23 PET gas is undergo hydrolysis reaction between H 2 O adsorbed. これにより、各ウェーハ23の表面上に、膜厚が約0.3nmのTaの酸化物の膜が成膜される。 Thus, on the surface of each wafer 23, the film thickness is the film of the oxide of about 0.3nm of Ta is deposited. なお、図3(a),(b)においては、ウェーハ23の表面にTa 膜28が形成される仕組みを理解し易くするために、H O分子やPET分子などを模式的に描いた。 Incidentally, FIG. 3 (a), in (b), in order to facilitate an understanding of how the the Ta 2 O 5 film 28 is formed on the surface of the wafer 23, such as the schematically H 2 O molecules and PET molecules Painted.
【0062】 [0062]
次に、O ガスインジェクター19およびH Oガスインジェクター17からArガスを反応容器11内に供給しつつ、PETガスインジェクター10から供給するガスをArガスに切り替える。 Then, while supplying Ar gas into the reaction vessel 11 from the O 2 gas injectors 19 and H 2 O gas injector 17, switch the gas supplied from the PET gas injector 10 to Ar gas. そして、反応容器11内に、PETガスインジェクター10、O ガスインジェクター19、およびH Oガスインジェクター17からArガスをそれぞれ約10秒間、約1SLMずつ供給する。 Then, the reaction vessel 11, respectively about 10 seconds Ar gas from the PET gas injector 10, O 2 gas injectors 19, and H 2 O gas injector 17, and supplies by about 1 SLM. これにより、隣接する各ウェーハ23間を約10秒間パージする。 Thus, approximately purge 10 seconds between each wafer 23 adjacent.
【0063】 [0063]
次に、反応容器11内に、PETガスインジェクター10からArガスを供給しつつ、O ガスインジェクター19およびH Oガスインジェクター17から供給するガスをO ガスに切り替える。 Next, the reaction vessel 11, while supplying the Ar gas from the PET gas injector 10, switch the gas supplied from the O 2 gas injectors 19 and H 2 O gas injector 17 to the O 2 gas. そして、反応容器11内に、PETガスインジェクター10からArガスを供給するとともに、O ガスインジェクター19およびH Oガスインジェクター17からはO ガスをそれぞれ約20秒間、約1SLMずつ供給する。 Then, the reaction vessel 11 is supplied from the PET gas injector 10 supplies Ar gas, respectively about 20 seconds O 2 gas from the O 2 gas injectors 19 and H 2 O gas injector 17, by about 1 SLM. これにより、隣接する各ウェーハ23間を、ArガスおよびO ガスを用いてさらに約20秒間パージする。 Thus, between each wafer 23 adjacent to further purged for about 20 seconds using Ar gas and O 2 gas.
【0064】 [0064]
次に、反応容器11内に、PETガスインジェクター10からArガスを供給しつつ、O ガスインジェクター19およびH Oガスインジェクター17から供給するガスをArガスに切り替える。 Next, the reaction vessel 11, while supplying the Ar gas from the PET gas injector 10, switch the gas supplied from the O 2 gas injectors 19 and H 2 O gas injector 17 to Ar gas. そして、反応容器11内に、PETガスインジェクター10、O ガスインジェクター19、およびH Oガスインジェクター17からArガスをそれぞれ約5秒間、約1SLMずつ供給する。 Then, the reaction vessel 11, about 5 seconds PET gas injector 10, O 2 gas injector 19, and the H 2 O gas injector 17 Ar gas, respectively, supplied by about 1 SLM. これにより、隣接する各ウェーハ23間を約5秒間パージする。 Thus, for about 5 seconds purge between each wafer 23 adjacent.
【0065】 [0065]
以上説明した一連のシーケンス(手順)により、約120秒で各ウェーハ23の表面上に約0.3nmの膜厚を有するTaO膜28を略均一に成膜することができる。 Thus-described series of sequences (steps), can be approximately uniformly forming the TaO film 28 having a thickness of about 0.3nm on the surface of each wafer 23 at about 120 seconds. この約120秒のシーケンスを1サイクルとし、これを30回繰り返すことにより、各ウェーハ23の表面上にTa 膜28を約9nm堆積させる。 This for about 120 seconds of the sequence of one cycle, and by repeating this 30 times, about to 9nm depositing the Ta 2 O 5 film 28 on the surface of each wafer 23. その後、O ガスインジェクター19からO /O 混合ガスを反応容器11内に導入して、Ta 膜28に所定の処理を施すことにより、本実施形態の成膜プロセスを終了とする。 Then, by introducing the O 2 gas injector 19 O 3 / O 2 gas mixture into the reaction chamber 11, by performing a predetermined processing on the Ta 2 O 5 film 28, and ends the film formation process of this embodiment to. なお、この成膜プロセスが実施されている間、反応容器11に供給され、不要となった各ガスは、反応容器11内の圧力、温度、および雰囲気の成分などが適正な状態に保持されるように適宜、排気系25から反応容器11の外へ排気される。 Incidentally, while the deposition process is performed, is supplied to the reaction vessel 11, the gas no longer needed, the pressure in the reaction vessel 11, the temperature, and the like components of the atmosphere is maintained in a proper state appropriate manner, is exhausted from the exhaust system 25 to the outside of the reaction vessel 11.
【0066】 [0066]
図4に、PETガスインジェクター10に設けられている各吹き出し孔27の断面積(開口面積)を試験的に変えて、成膜回数とTa 膜28のパーティクルとの相関関係をモニタリングした結果を示す。 4, by changing the cross-sectional area of the blowout each provided in the PET gas injector 10 holes 27 (opening area) on a trial basis, was monitored the correlation between the particle deposition times and the Ta 2 O 5 film 28 the results show a. 図4中の表に示すように、各吹き出し孔27断面積を変えることにより、Ta 膜28の成膜時におけるPETガスインジェクター10の内部圧力が変化することが分かる。 As shown in the table in FIG. 4, by changing the respective blow openings 27 cross sectional area, it can be seen that the internal pressure of the PET gas injector 10 at the time of forming the the Ta 2 O 5 film 28 changes. それとともに、PETガスインジェクター10の内圧が役5Torr以下になると、成膜回数の増加とともにパーティクルが増大することが分かる。 At the same time, the internal pressure of the PET gas injector 10 becomes less useful 5 Torr, it is seen that the particles increases with increasing number of times of film formation.
【0067】 [0067]
本発明者らが行った調査によれば、パーティクルが増大した場合のPETガスインジェクター10の内部をHF洗浄してICP分光分析を行ったところ、PETガスインジェクター10の内部にTa 膜28が堆積していたことが判明した。 According to a survey conducted by the present inventors, was subjected to ICP spectrometry internal PET gas injector 10 when the particles are increased in HF cleaning, Ta inside the PET gas injector 10 2 O 5 film 28 it was found that but had been deposited. これは、PETガスインジェクター10の内圧が低下すると、インジェクター10の内部に侵入したH Oガスがインジェクター10の内部表面に吸着し、インジェクター10の内部でもALD反応が起こることを意味する。 This is because when the internal pressure of the PET gas injector 10 decreases, H 2 O gas which has entered the interior of the injector 10 is adsorbed on the inner surface of the injector 10, which means that even ALD reactions inside the injector 10 occurs. この結果によれば、ALD法に基づく成膜処理を適正な状態で実施するためには、多孔ガスインジェクターとしてのPETガスインジェクター10、H Oガスインジェクター17、およびO ガスインジェクター19のうち、少なくとも原料ガスインジェクターとしてのPETガスインジェクター10は、成膜時におけるインジェクターの内部圧力が反応容器11の内部圧力の約10倍以上となる形状に形成されることが好ましいことが分かる。 According to this result, in order to implement the film formation process based on the ALD method in the proper state, PET gas injector 10, H 2 O gas injector 17 as a porous gas injector, and of the O 2 gas injectors 19, at least material gas PET gas injector 10 as the injector, it is understood the internal pressure of the injector is preferably formed in the shape which is about 10 times more than the internal pressure of the reaction vessel 11 at the time of film formation.
【0068】 [0068]
以上説明したように、この第1実施形態においては、ALD成膜を採用することにより、複雑な立体形状からなる化合物膜28を成膜する場合においても、成膜時における膜組成の精密な制御が可能である。 As described above, in this first embodiment, by employing the ALD deposition, in the case of forming a compound film 28 made of a complex three-dimensional shapes, precise control of the film composition at the time of film formation it is possible. また、ALD成膜を採用することにより、化合物膜28による良好な段差被覆性の実現が可能である。 Further, by adopting the ALD deposition, it is possible to realize a good step coverage by the compound film 28. また、原料ガスおよび活性化ガスを各ウェーハ23の表面もしくは各ウェーハ23の間に集中的に供給できるので、原料ガスおよび活性化ガスの濃度を、各ウェーハ23の間のみ選択的に高めることが可能である。 Further, since the raw material gas and the activated gas can intensively supplied between the surface or the wafer 23 of each wafer 23, the concentration of the raw material gas and the activated gas, can be enhanced only selectively between each wafer 23 possible it is. これにより、原料ガスおよび活性化ガスの量が少ない場合でも、適正な状態で十分なALD成膜反応を実現できるので、各ガスの使用(利用)効率を向上できる。 Accordingly, even when the amount of raw material gas and the activated gas, it is possible to achieve sufficient ALD deposition reaction in an appropriate state, thereby improving the use (utilization) efficiency of each gas. また、原料ガスの消費速度が増大することに伴う成膜コストの上昇、ひいては半導体装置の製造コストの上昇を抑制することができる。 Also, increase in film costs associated with the consumption rate of the raw material gas is increased, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost of the thus semiconductor device.
【0069】 [0069]
また、複数枚のウェーハ23をバッチ処理により一括して処理することができるので、成膜処理に掛かる正味のプロセス時間(RPT:raw process time)を短縮することができる。 Further, since a plurality of wafers 23 can be processed collectively by batch processing, the net processing time for the film forming process: it is possible to shorten the (RPT raw process time). さらに、一般に時間の掛かる真空パージではなく、パージが短時間で済むガスパージを採用することにより、RPTの短縮が可能である。 Further, instead of the generally time-consuming vacuum purge by employing a gas purge purge less time, it is possible to shorten the RPT. 特に、隣接するウェーハ23同士が互いに整流板の働きをするので、ガスパージを効果的に行うことができる。 In particular, since between the adjacent wafers 23 to the action of each other rectifying plate, it is possible to purge effectively. この各ウェーハ23の整流板としての働きは、各ウェーハ23に原料ガスおよび活性化ガス供給する際にも、それら各ガスの使用効率を高める上で効果的であるのはもちろんである。 Acts as the rectifying plates of each wafer 23, even when the respective wafer 23 to the raw material gas and the activated gas supply, it's of course effective in efficient use of their respective gases.
【0070】 [0070]
また、成膜中は、各ウェーハ23間およびそれらの周囲に常時パージガスを供給しつつ、原料ガスまたは活性化ガスを選択的に切り替えて供給する。 Further, during the film formation, while always supplied purge gas around between each wafer 23 and their supplies raw material gas or the activated gas selectively switches. これにより、好ましくない雰囲気下において成膜プロセスが進行して、成膜される化合物膜28の膜質が劣化するおそれを殆どなくすことができる。 This makes it possible to progress the film forming process under unfavorable atmosphere, substantially eliminated the risk of quality of the formed compound layer 28 is deteriorated.
【0071】 [0071]
また、各ウェーハ23に原料ガスを供給するのに先立って、各ウェーハ23の表面に活性化ガスを付着させておくので、通常では不可能な低温でALD反応を起こさせることができる。 Also, prior to supplying the raw material gas to each wafer 23, so keep the surface to adhere the activated gas to each wafer 23, it is usually able to cause the ALD reaction in non low temperature. それとともに、成膜時における原料ガスインジェクター10の内部圧力を、反応容器11内の圧力に比べて10倍以上高く設定することで、成膜処理に酸化性のガスを用いても反応容器11内の残留原料ガスとの間で気相反応が起こるおそれが殆ど無い。 At the same time, the internal pressure of the raw material gas injector 10 at the time of film formation, the reaction as compared to the pressure in the vessel 11 is set to be high more than 10 times, the reaction vessel 11 even with the oxidizing gas to the film forming process there is almost no risk of the gas phase reaction occurs between the remaining source gas. しかも、成膜される化合物膜28中の配位子等の有機物の効率的な脱離が可能となる。 Moreover, efficient elimination of organic substances ligands such in the compound film 28 is deposited is possible.
【0072】 [0072]
さらに、ホットウォール式の加熱方式を採用することで、複数枚のウェーハ23を略均一に一括して加熱することが容易である。 Furthermore, by adopting a heating method of a hot-wall, it is easy to heat collectively a plurality of wafers 23 substantially uniformly. ホットウォール式を採用することにより、薄膜を形成する場合、ウェーハ23の下地構造やマスクパターンに依存することなく、成膜温度を略一定に保持することができる。 By employing the hot wall type, when forming a thin film, without depending on the underlying structure and the mask pattern of the wafer 23, it is possible to hold the film formation temperature substantially constant. 通常、ホットウォール型の加熱方式では、ヒートリカバリー時間を長くとる必要があるが、ALD法では精密な温度制御は要求されない。 Normally, in the hot wall type heating system, it is necessary to take a longer heat recovery time, precise temperature control is by ALD is not required. したがって、本実施形態の成膜プロセスでは、長大なヒートリカバリー時間は不要であり、これはRPTの短縮する上で極めて効果的である。 Therefore, in the film forming process of the present embodiment, long heat-recovery time is required, which is very effective in reducing the RPT. また、本実施形態の成膜装置1の装置構成は比較的簡素であるため、成膜する化合物膜の種類などに応じた装置構成の変更が容易である。 The device structure of the film forming apparatus 1 of this embodiment because it is relatively simple, it is easy to change the system configuration according to the type of the compound film to be formed.
【0073】 [0073]
このように、この第1実施形態によれば、ALD法を用いてバッチ式処理により成膜作業を行って、良質な化合物膜を効率よく、かつ容易に成膜できる。 Thus, according to the first embodiment, by performing the deposition work by batch processing using ALD can deposit a high-quality compound film efficiently and easily.
【0074】 [0074]
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡潔に説明する。 A method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention briefly described. 本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した本実施形態に係る成膜方法および成膜装置1により成膜された化合物膜(Ta 膜)28を用いて、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを形成する工程を含むものである。 The method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment uses a compound film (Ta 2 O 5 film) 28 which is formed by a film forming method and film forming apparatus 1 according to the present embodiment described above, in the semiconductor device various fine semiconductor devices to be incorporated is intended to include a step of forming a like. 前述した成膜方法および成膜装置1によれば、良質な化合物膜を効率よく、かつ容易に成膜できる。 According to the film forming method and film forming apparatus 1 described above, it can be formed a high-quality compound film efficiently and easily. したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い品質で効率よく、かつ容易に形成して、半導体装置の品質および歩留まりを容易に向上させることができる。 Therefore, according to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, and various fine semiconductor devices to be incorporated in the semiconductor device with high quality efficiently and readily form, the quality and yield of the semiconductor device it can be easily improved. したがって、この第1実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、良質な化合物膜を有する良質な半導体装置を効率よく、かつ容易に製造できる。 Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment can manufacture a semiconductor device of good quality with a good compound film efficiently and easily.
【0075】 [0075]
(第2の実施の形態) (Second Embodiment)
次に、本発明に係る第2実施形態を図5〜図7を参照しつつ説明する。 Next, a description will be given of a second embodiment according to the present invention with reference to FIGS. 図5は、第2実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図である。 Figure 5 is a simplified view showing a film forming apparatus according to the second embodiment. 図6は、第2実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図である。 Figure 6 is a diagram showing a sequence of film deposition method according to the second embodiment. 図7は、第2実施形態に係る成膜方法により穴の内部および周囲に成膜されたSTO膜を簡略化して示す断面図である。 Figure 7 is a cross-sectional view schematically showing a STO film formed on and around the hole by a film forming method according to the second embodiment. なお、図1と同一部分は同一符号を付してその詳しい説明を省略する。 Incidentally, FIG. 1 and the same parts will be omitted and the detailed description are denoted by the same reference numerals.
【0076】 [0076]
本実施形態では、具体的には、Atomic Layer Deposition(ALD)法をバッチ処理で実施することにより、化合物膜としてのSTO膜およびBST膜を成膜する際の成膜方法および成膜装置、STO膜およびBST膜の成膜条件、そして得られたSTO膜およびBST膜の特性について説明する。 In the present embodiment, specifically, Atomic Layer Deposition (ALD) method by performing batch processing, film forming method and film forming apparatus when forming the STO film and BST film as compound film, STO conditions for forming the film and BST films, and characteristics of the obtained STO film and BST film will be described.
【0077】 [0077]
本実施形態の成膜プロセスでは、原料ガスとして、ストロンチウムビストリイソプロピルシクロペンタジエニル(Sr(C −i−Pr )、バリウムビスペンタメチルシクロペンタジエニル(Ba(C Me )のテトラヒドロフラン(THF:C O)溶液(溶液濃度は0.15モル/リットル)、およびテトライソプロポキシドチタン(TTIP)のそれぞれのガスを用いる。 The deposition process of the present embodiment, as the material gas, strontium bis triisopropyl-cyclopentadienyl (Sr (C 5 -i-Pr 3 H 2) 2), barium bis pentamethylcyclopentadienyl (Ba (C 5 Me 5) 2) in tetrahydrofuran (THF: C 4 H 8 O ) solution (solution concentration used 0.15 mol / liter), and the respective gas tetraisopropoxide titanium (TTIP). また、活性化ガスとしてH Oガスを用いる。 Further, use of the H 2 O gas as the activating gas. さらに、パージガスとして酸素(O )ガスおよびアルゴン(Ar)ガスを用いる。 Further, using oxygen (O 2) gas and argon (Ar) gas as the purge gas.
【0078】 [0078]
先ず、図5(a),(b)を参照しつつ、本実施形態の成膜装置31について説明する。 First, FIG. 5 (a), the with reference to (b), it will be described the film forming apparatus 31 of the present embodiment.
【0079】 [0079]
図5(a)は、成膜装置31の概略構成を正面もしくは側面から臨んで示す図である。 5 (a) is a diagram illustrating facing a schematic configuration of a film forming apparatus 31 from the front or side. 図5(b)は、成膜装置31を図5(a)中実線矢印の向きから臨んで示す平面図である。 5 (b) is a plan view showing the film forming apparatus 31 from the direction of FIGS. 5 (a) Medium solid arrow. この成膜装置31は、前述した第1実施形態と同様に、主に原料ガス供給系32および反応系33からなる。 The film forming apparatus 31, similarly to the first embodiment described above, consists primarily source gas supply system 32 and the reaction system 33. 原料ガス供給系2は、Baガス供給系34、Srガス供給系35、TTIPガス供給系36、およびH Oガス供給系5などからなる。 Source gas supply system 2 is composed of Ba gas supply system 34, Sr gas supply system 35, TTIP gas supply system 36, and like the H 2 O gas supply system 5. なお、BaガスおよびSrガスの成膜条件は略等しいので、以下の説明においては、煩雑を避けるためにSrガスおよびその供給系35のみ、すなわちSTO膜を成膜する場合についてのみ説明する。 Since film formation conditions of Ba gas and Sr gas are substantially equal, in the following description, only the Sr gas and its supply system 35 in order to avoid complication, i.e. only described the case of forming the STO film. また、前述したSrを含む原料には適当な略名が存在せず、正式名称を用いると記述が煩雑になるので、これを避けるために以下の説明では単にSr原料またはSrガスと略称することとする。 Further, there is no suitable short name for raw materials containing Sr as described above, since the use and describe the official name becomes complicated, simply abbreviated as the Sr material or Sr gas in the following description to avoid this to.
【0080】 [0080]
Srガス供給系35は、主にSr原料容器37、Srの液体流量制御装置38、およびSr気化器39などからなる。 Sr gas supply system 35 is mainly composed of a Sr source container 37, Sr of the liquid flow controller 38 and Sr vaporizer 39. 気化温度は約200℃である。 Vaporization temperature is about 200 ° C.. Sr気化器39で気化されたSrガスは、キャリアガスとしてのArガスと混合されて約250℃に加熱されたSrガス配管40を通り、原料ガス供給治具としての石英製のSrガスインジェクター(Sr−Moガスインジェクター)41に送られる。 Sr gas vaporized by Sr vaporizer 39 passes through the Sr gas pipe 40 which is heated to approximately 250 ° C. is mixed with Ar gas as a carrier gas, quartz Sr gas injector as a raw material gas supply device ( sent to sr-Mo gas injector) 41. Srガスインジェクター41は反応容器11内に設けられており、SrガスはSrガスインジェクター41を経て反応容器11内に供給される。 Sr gas injector 41 is provided in the reaction vessel 11, Sr gas is supplied into the reaction chamber 11 through the Sr gas injector 41. Srガス配管40とSrガスインジェクター41との接続部分付近、すなわちSrガスインジェクター41の根元の部分には、Srガスインジェクター41に通すガスを、Srガスと、ArガスまたはO ガスとに選択的に切り替えることができるように、原料ガス供給系切り替えバルブ12aが設けられている。 Near the connection portion between the Sr gas pipe 40 and Sr gas injector 41, that is, the base portion of the Sr gas injector 41, selective gas through the Sr gas injector 41, and Sr gas, the Ar gas or O 2 gas as can be switched on, the raw material gas supply system switching valve 12a is provided.
【0081】 [0081]
また、TTIPガス供給系36は、主にTTIP容器42、このTTIP容器42を約60℃に加熱するTTIP加熱装置43、およびTTIPのガス流量制御装置44などからなる。 Further, TTIP gas supply system 36 is mainly TTIP container 42, made of TTIP heating device 43, and TTIP gas flow rate control device 44 for heating the TTIP container 42 to about 60 ° C.. TTIPガスは、約100℃に加熱されたTTIPガス配管45を通り、原料ガス供給治具としての石英製のTTIPガスインジェクター46に送られる。 TTIP gas passes through the TTIP gas pipe 45 which is heated to about 100 ° C., is fed in a quartz TTIP gas injector 46 as a raw material gas supply device. TTIPガスインジェクター46は反応容器11内に設けられており、TTIPガスはTTIPガスインジェクター46を経て反応容器11内に供給される。 TTIP gas injector 46 is provided in the reaction vessel 11, TTIP gas is supplied into the reaction chamber 11 through the TTIP gas injector 46. TTIPガス配管45とTTIPガスインジェクター46との接続部分付近、すなわちTTIPガスインジェクター46の根元の部分には、TTIPガスインジェクター46に通すガスを、TTIPガスと、ArガスまたはO ガスとに選択的に切り替えることができるように、原料ガス供給系切り替えバルブ12bが設けられている。 Near the connection portion between the TTIP gas pipe 45 and TTIP gas injector 46, that is, the base portion of TTIP gas injector 46, selective gas through the TTIP gas injector 46, and TTIP gas, the Ar gas or O 2 gas as can be switched on, the raw material gas supply system switching valve 12b.
【0082】 [0082]
Oガス供給系5は、主にH O容器13、このH O容器13を約80℃に加熱するH O加熱装置14、およびH Oガスのガス流量制御装置15などからなる。 The H 2 O gas supply system 5, mainly H 2 O container 13, etc. The H 2 H 2 O the heating device 14 for heating the O vessel 13 to about 80 ° C., and H 2 O gas in the gas flow control device 15 Become. Oガスは約150℃に加熱されたH Oガス配管16を通り、活性化ガス供給治具としての石英製のH Oガスインジェクター17に送られる。 The H 2 O gas passes through the H 2 O gas pipe 16 which is heated to about 0.99 ° C., is sent to the quartz the H 2 O gas injector 17 as the activating gas supply device. Oガスインジェクター17は、反応容器11内に設けられており、H OガスはH Oガスインジェクター17を経て反応容器11内に供給される。 The H 2 O gas injector 17 is provided in the reaction vessel 11, the H 2 O gas is supplied into the reactor 11 via H 2 O gas injector 17. Oガス配管16とH Oガスインジェクター17との接続部分付近、すなわちH Oガスインジェクター17の根元の部分には、H Oガスインジェクター17に通すガスを、H Oガス、Arガス、またはO ガスに選択的に切り替えることができるように、活性化ガス供給系切り替えバルブ18が設けられている。 Near the connection portion between the H 2 O gas pipe 16 and the H 2 O gas injector 17, that is, the base portion of the H 2 O gas injectors 17, the gas passage through the H 2 O gas injector 17, the H 2 O gas, Ar gas or O 2 as can selectively switching the gas, activated gas supply system switching valve 18 is provided.
【0083】 [0083]
また、成膜装置31には、以上説明した3本(実際には、図示しないBaガスインジェクターも含めて4本)のガスインジェクター41,46,17とは別に、反応容器11内にArガスおよびO ガスを選択的に供給可能なパージガス供給治具としてのO ガスインジェクター19が反応容器11内に設けられている。 Further, the film forming apparatus 31, explained above three were (in fact, four, including Ba gas injector not shown) separately from the gas injector 41,46,17 of, Ar gas and the reaction vessel 11 O 2 O 2 gas injector 19 of the gas as selectively deliverable purge supply device is provided in the reaction vessel 11. すなわち、成膜装置31は、合計4系統(実際には、図示しないBaガスインジェクターも含めて5系統)のガスインジェクター41,46,17,19を備えている。 That is, the film forming device 31, a total of four systems (in fact, five systems, including Ba gas injector not shown) and a gas injector 41,46,17,19 of. また、成膜装置31には、3本のガスインジェクター41,46,17,19にArガスおよびO ガスの少なくとも一方を供給するパージガス供給系20が設けられている。 Further, the film forming apparatus 31, a purge gas supply system 20 for supplying at least one of Ar gas and O 2 gas is provided to the three gas injectors 41,46,17,19. ArガスまたはO ガスは、パージガス供給系20が有するパージガス配管21を通り、各ガスインジェクター41,46,17,19に送られる。 Ar gas or O 2 gas through the purge gas pipe 21 having purge gas supply system 20, is sent to each gas injector 41,46,17,19.
【0084】 [0084]
また、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、H Oガスインジェクター17、およびO ガスインジェクター19は、それぞれ第1実施形態と同様に、多孔ガスインジェクターとして形成されている。 Further, Sr gas injector 41, TTIP gas injector 46, H 2 O gas injector 17, and O 2 gas injector 19, like the first embodiment, respectively, is formed as a porous gas injector.
【0085】 [0085]
他方、反応系33は、第1実施形態と同様に、成膜処理が施される被処理基板(ウェーハ)23を複数枚同時に収容可能であるとともに、それら各ウェーハ23を略均一に加熱できるように容器加熱装置26が設けられたホットウォール式の反応容器11、この反応容器11内において各ウェーハ23をそれらの表面を互いに所定の間隔離間させて支持可能な基板支持具としてのボート24、反応容器11内に供給された原料ガス、活性化ガス、およびパージガスを反応容器11の外に排気する排気系25などからなる。 On the other hand, the reaction system 33, like the first embodiment, the film forming process can accommodate a target substrate (wafer) 23 plurality simultaneously applied, to be able to substantially uniformly heat them each wafer 23 a reaction vessel 11 of a hot wall type container heating device 26 is provided, the boat 24 of each wafer 23 in the reaction vessel 11 as supportable substrate support by spaced apart predetermined intervals their surface, reactive raw material gas supplied into the container 11, and the like exhaust system 25 for exhausting the activation gas, and a purge gas to the outside of the reaction vessel 11.
【0086】 [0086]
次に、図6を参照しつつ、本実施形態の成膜方法について説明する。 Next, referring to FIG. 6, it will be described a film forming method of this embodiment. 本実施形態の成膜方法は、具体的には、成膜装置31を用いて、以下に述べるシーケンスで化合物膜としてのSTO膜47を成膜するものである。 Film-forming method according to the present embodiment, specifically, by using the film forming apparatus 31 is for forming the STO film 47 as compound film in a sequence described below.
【0087】 [0087]
複数枚のウェーハ23を反応容器11内に導入し、反応容器11内に配置されているボート24に支持させる。 A plurality of wafers 23 are introduced into the reaction vessel 11, it is supported by the boat 24 placed in the reaction vessel 11. 続けて、容器加熱装置26を用いて、反応容器11内の雰囲気および各ウェーハ23の温度が約300℃になるように略均一に加熱する。 Subsequently, by using a container heating device 26, substantially uniformly heated to ambient and the temperature of each wafer 23 in the reaction vessel 11 is about 300 ° C.. それとともに、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、O ガスインジェクター19、およびH Oガスインジェクター17からそれぞれ約1SLMずつArガスを反応容器11内に供給して、反応容器11内の圧力を約1.5Torrに保つ。 At the same time, by supplying the Sr gas injector 41, TTIP gas injector 46, O 2 gas injectors 19, and H 2 O gas injector 17 respectively in the reaction vessel 11 the Ar gas by about 1SLM from the pressure in the reaction vessel 11 keep to about 1.5Torr. 反応容器11内の温度(炉内温度)が300℃±10℃程度で安定していることを確認した後、容器内圧力を約1.5Torrに保ちつつ、図6に示すシーケンスに基づいて以下に述べる成膜処理を実行する。 After the temperature of the reaction vessel 11 (the furnace temperature) it was confirmed to be stable at 300 ° C. ± 10 ° C. C., while maintaining the vessel pressure at about 1.5 Torr, or less based on the sequence shown in FIG. 6 to perform a film forming process to be described.
【0088】 [0088]
先ず、反応容器11内に、H Oガスインジェクター17からH Oガスを約20秒間、約500sccm導入するとともに、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、およびO ガスインジェクター19からはO ガスをそれぞれ約20秒間、約500sccmずつ供給する。 First, the reaction vessel 11, H 2 O from the gas injector 17 H 2 O gas to about 20 seconds, is introduced approximately 500 sccm, Sr gas injector 41, TTIP gas injector 46, and from the O 2 gas injector 19 O 2 about 20 seconds gas, respectively, supplied by about 500 sccm. 反応容器11内に導入されたH Oガスは、各ウェーハ23の表面に吸着する。 The H 2 O gas which is introduced into the reaction vessel 11 is adsorbed on the surface of each wafer 23.
【0089】 [0089]
次に、H Oガスインジェクター17、TTIPガスインジェクター46、およびO ガスインジェクター19から供給するガスをArガスに切り替える。 Then, switching from the H 2 O gas injector 17, TTIP gas injector 46, and O 2 gas injectors 19 of gas supplied to the Ar gas. それとともに、Srガスインジェクター41から供給するガスをSrガスに切り替えて、Sr原料ガスをそのTHF溶液流量が約3sccmとなる条件でSrガスインジェクター41から約10秒間、反応容器11内に導入する。 At the same time, by switching the gas supplied from the Sr gas injector 41 to Sr gas, about 10 seconds from Sr gas injector 41 Sr material gas under the conditions that THF solution flow rate of about 3 sccm, into the reaction vessel 11. キャリアガスとしてのArガスの流量は、約250sccmである。 The flow rate of Ar gas as the carrier gas is about 250 sccm. この際、Srガスインジェクター41の内圧は約35Torrであった。 At this time, the internal pressure of the Sr gas injector 41 was about 35 Torr. また、TTIPガスインジェクター46、O ガスインジェクター19、およびH Oガスインジェクター17からは、Arガスをそれぞれ約10秒間、約500sccmずつ反応容器11内に供給する。 Further, from the TTIP gas injector 46, O 2 gas injectors 19, and H 2 O gas injector 17, about 10 seconds Ar gas, respectively, supplied into the reaction container 11 by about 500 sccm.
【0090】 [0090]
通常、280℃前後ではSr原料の分解反応は殆ど起こらないが、各ウェーハ23の表面にはH Oが吸着しているので、各ウェーハ23の表面に到達したSr原料は吸着しているH Oとの間で加水分解反応を起こす。 Usually, 280 ° C. but hardly the decomposition reaction of Sr raw material before and after, since H 2 O on the surface of each wafer 23 is adsorbed, Sr material that reaches the surface of the wafer 23 is adsorbed H undergo hydrolysis reaction with the 2 O. これにより、各ウェーハ23の表面上に、図示しないSrの酸化物の膜が成膜される。 Thus, on the surface of each wafer 23, the film of the oxide not shown Sr is deposited.
【0091】 [0091]
次に、反応容器11内に、再びH Oガスインジェクター17からH Oガスを約20秒間、約500sccm導入するとともに、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、およびO ガスインジェクター19からはO ガスをそれぞれ約20秒間、約500sccmずつ供給する。 Next, the reaction vessel 11, again the H 2 O gas injector 17 from the H 2 O gas for about 20 seconds, is introduced to about 500 sccm, Sr, gas injector 41, TTIP gas injector 46, and O 2 gas injectors 19 about 20 seconds O 2 gas, respectively, supplied by about 500 sccm. これにより、各ウェーハ23の表面上に成膜されたSr酸化物膜中の炭素不純物が減少するとともに、導入されたH OガスがSr酸化物膜の表面に吸着する。 Thus, together with the carbon impurities in the formed Sr oxide film is decreased on the surface of each wafer 23, H 2 O gas introduced is adsorbed on the surface of the Sr oxide film.
【0092】 [0092]
以上説明したH Oガスの供給およびSrガスの供給を交互に4回ずつ繰り返すことにより、約120秒で各ウェーハ23の表面上に約0.3nmの膜厚を有するSr酸化物膜を略均一に成膜することができる。 By repeating four times alternately supply and supply of Sr gas the H 2 O gas as described above, substantially the Sr oxide film having a film thickness of about 0.3nm to about 120 seconds on the surface of each wafer 23 it can be deposited uniformly.
【0093】 [0093]
次に、H Oガスインジェクター17から供給するガスをH Oガスに切り替えて、反応容器11内にH Oガスを約20秒間、約500sccm導入する。 Then, by switching the gas supplied from the H 2 O gas injector 17 in H 2 O gas, about 20 seconds of H 2 O gas into the reaction chamber 11, it is introduced approximately 500 sccm. それとともに、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、およびO ガスインジェクター19から供給するガスをO ガスに切り替え、O ガスをそれぞれ約20秒間、約500sccmずつ反応容器11内に供給する。 At the same time, it switches the gas supplied to the O 2 gas from Sr gas injector 41, TTIP gas injector 46, and O 2 gas injector 19, about 20 seconds O 2 gas, respectively, supplied to the reaction vessel 11 by about 500 sccm.
【0094】 [0094]
次に、TTIPガスインジェクター46から供給するガスをTTIPガスに切り替えて、反応容器11内にTTIPガスを約10秒間、約150sccm導入する。 Then, by switching the gas supplied from the TTIP gas injector 46 to TTIP gas, about 10 seconds TTIP gas into the reaction chamber 11, it is introduced approximately 150 sccm. それとともに、H Oガスインジェクター17、Srガスインジェクター41、およびO ガスインジェクター19から供給するガスをArガスに切り替え、Arガスをそれぞれ約10秒間、約500sccmずつ反応容器11内に供給する。 At the same time, it switches the gas supplied from the H 2 O gas injector 17, Sr gas injector 41, and O 2 gas injector 19 to Ar gas, about 10 seconds Ar gas, respectively, supplied into the reaction container 11 by about 500 sccm.
【0095】 [0095]
通常、280℃前後で酸素が存在しない条件下では、TTIPの分解反応は殆ど起こらないが、各ウェーハ23の表面に成膜されたSr酸化物膜の表面にはH Oが吸着しているので、Sr酸化物膜の表面に到達したTTIPガスのエトキシ基は吸着しているH Oとの間で加水分解反応を起こす。 Normally, under the conditions oxygen is not present at about 280 ° C., but the decomposition reaction of TTIP hardly occurs, H 2 O on the surface of the Sr oxide film formed on the surface of each wafer 23 is adsorbed since, ethoxy group TTIP gas that has reached the surface of the Sr oxide film causes a hydrolysis reaction between H 2 O adsorbed. これにより、各ウェーハ23の表面上に、図示しないTiの酸化物の膜が成膜され、さらにSr酸化物膜と反応する。 Thus, on the surface of each wafer 23, the film of the oxide of not shown Ti is deposited, further reacted with Sr oxide film.
【0096】 [0096]
次に、反応容器11内に、再びH Oガスインジェクター17からH Oガスを約20秒間、約500sccm導入するとともに、Srガスインジェクター41、TTIPガスインジェクター46、およびO ガスインジェクター19からはO ガスをそれぞれ約20秒間、約500sccmずつ供給する。 Next, the reaction vessel 11, again the H 2 O gas injector 17 from the H 2 O gas for about 20 seconds, is introduced to about 500 sccm, Sr, gas injector 41, TTIP gas injector 46, and O 2 gas injectors 19 about 20 seconds O 2 gas, respectively, supplied by about 500 sccm. すると、O により、Ti酸化物膜中の炭素不純物が減少するとともに、導入されたH OガスがTi−Sr酸化物膜の表面に吸着する。 Then, the O 2, together with the carbon impurities in the Ti oxide film is decreased, H 2 O gas introduced is adsorbed on the surface of the Ti-Sr oxide film.
【0097】 [0097]
以上説明したH Oガスの供給およびTTIPガスの供給を交互に3回ずつ繰り返す。 Repeated three times alternately supplying the supply and TTIP gas the H 2 O gas as described above. これにより、各ウェーハ23の表面上に堆積したTi−Sr酸化物膜に含まれるTiとSrとのモル比が略等しくなり、ペロブスカイト型結晶構造(SrTiO )を有するSTO膜47を、各ウェーハ23の表面上に約90秒で、約0.4nmの略均一な膜厚で成膜することができる。 Thus, the molar ratio is substantially equal to the Ti and Sr contained in the Ti-Sr oxide film deposited on the surface of each wafer 23, the STO film 47 having a perovskite crystal structure (SrTiO 3), each wafer in about 90 seconds on the surface of 23, it can be deposited at a substantially uniform thickness of approximately 0.4 nm.
【0098】 [0098]
すなわち、前述したように、H Oガスの供給およびSrガスの供給を交互に4回ずつ繰り返す一連のシーケンスを行った後、H Oガスの供給およびTTIPガスの供給を交互に3回ずつ繰り返す一連のシーケンスを行うことにより、合計約210秒で各ウェーハ23の表面上に約0.4nmの膜厚を有するSTO膜47を略均一に成膜することができる。 That is, as described above, after a series of sequences is repeated four times the supply of feed and Sr gas the H 2 O gas are alternately, three times the supply of feed and TTIP gas the H 2 O gas are alternately repeated by performing a series of sequences, it may be approximately uniformly forming the STO film 47 having a thickness of about 0.4nm in total approximately 210 seconds on the surface of each wafer 23. これら2種類のシーケンスからなる合計約210秒のシーケンスを1サイクルとし、これを30回繰り返すことにより、各ウェーハ23の表面上にSTO膜47を約12nm堆積させる。 These two types of a total of about 210 seconds sequences of sequence as one cycle, and by repeating this 30 times, the STO film 47 is approximately 12nm deposited on the surface of each wafer 23. その後、N ガスを反応容器11内に導入して、STO膜47に約400℃で加熱処理を施すことにより、本実施形態の成膜プロセスを終了とする。 Then, N 2 gas was introduced into the reaction vessel 11, by heat treatment at about 400 ° C. to STO film 47, and ends the film formation process of the present embodiment.
【0099】 [0099]
次に、図7に示すように、開口径Wが約70nm、深さDが約420nmで、アスペクト比が約6の穴48の内側および周辺にSTO膜を成膜する。 Next, as shown in FIG. 7, the opening diameter W is approximately 70 nm, a depth D of about 420 nm, forming an STO film on the inside and surrounding an aspect ratio of about 6 holes 48. この際、本実施形態の成膜方法および通常の熱CVD法のそれぞれに基づいてSTO膜を成膜する。 In this case, forming the STO film on the basis of the respective film forming method and a conventional thermal CVD process of the present embodiment. そして、本実施形態によるSTO膜47、および通常の熱CVD法による図示しないSTO膜のそれぞれの膜厚および膜組成の均一性を、図7中▲1▼〜▲5▼の5箇所において評価する。 Then, the uniformity of the film thickness and film composition of STO film (not shown) by STO film 47, and conventional thermal CVD method according to the present embodiment will be evaluated in in FIG 7 ▲ 1 ▼ ~ ▲ 5 ▼ 5 places . この評価の結果を表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1. なお、膜厚は断面TEMにより、また膜組成はTEM−EDXにより評価を行った。 The film thickness by cross sectional TEM, and the film composition was evaluated by TEM-EDX.
【0100】 [0100]
熱CVD法の実施条件を次に示す。 Following the implementation conditions of the thermal CVD method.
【0101】 [0101]
成膜温度を約400℃に、成膜圧力を約1Torrに設定する。 The deposition temperature of about 400 ° C., to set the film forming pressure of about 1 Torr. それとともに、原料としてのSr(METHD) 、およびTi(MPD)(THD) のnブチル酢酸溶液(約0.15モル/リットル)を総原料流量が約0.3sccmとなるように設定する。 At the same time, set to Sr (METHD) 2, and Ti (MPD) (THD) 2 n-butyl acetate solution (about 0.15 mol / l) of total feed flow rate of the raw material is about 0.3sccm . 併せて約50%/50%のO とN Oとの混合ガスを用いる。 In addition use of about 50% / 50% of a gas mixture of O 2 and N 2 O. このような実施条件下において、熱CVD法により非晶質のSTO膜を成膜した後、STO膜にN を用いて約650℃でRTA(Rapid Thermal Anneal)を施して結晶化させる。 In such an conditions, after forming an amorphous STO film by the thermal CVD method, it is crystallized by performing a RTA (Rapid Thermal Anneal) at about 650 ° C. with N 2 to STO film. この熱CVD法の実施条件は、通常、図示しない約150nm径のコンタクトホール内で略一様な膜厚と組成比とが得られるとされているものである。 Implementation conditions of the thermal CVD method is what is usually a substantially uniform thickness in the contact hole of about 150nm diameter (not shown) and the composition ratio is obtained.
【0102】 [0102]
【表1】 [Table 1]
【0103】 [0103]
表1より、従来の熱CVD法では、STO膜の膜厚の均一性を保持することはできても、穴48のようなアスペクト比が大きい、細くて深い穴内での膜組成の均一性までは保持でき無いことが分かる。 From Table 1, in the conventional thermal CVD method, even if the can to hold the film thickness uniformity of the STO film, the aspect ratio, such as a hole 48 is large, until the uniformity of the film composition at narrow and deep hole it can be seen that is not be retained. この表1によれば、穴48の底では、殆どTiの酸化物膜しか成膜されないことを示す。 According to Table 1, show that in the bottom of the hole 48, not only deposited almost Ti oxide film. すなわち、従来の熱CVD法では、現在そして将来に向けたLSIの微細化への追随が非常に困難であることが容易に予想される。 That is, in the conventional thermal CVD method, is that the current and follow to miniaturization of an LSI in the future is very difficult is easily expected.
【0104】 [0104]
また、図示しないキャパシタが有する平面形状のRu電極上に、本実施形態に基づいて成膜したSTO膜47、および従来の熱CVD法に基づいて成膜したSTO膜の、それぞれの電気的特性を評価した結果を表2に示す。 Further, on the Ru electrode of flat shape having a capacitor (not shown), STO film 47 was formed on the basis of the present embodiment, and the STO film formed on the basis of the conventional thermal CVD method, the respective electrical characteristics the results of the evaluation are shown in Table 2. この表2によれば、従来の熱CVD法に基づいて成膜したSTO膜に比べて、本実施形態に基づいて成膜したSTO膜47の方が、より高い比誘電率およびより低いリーク電流値を示している。 According to Table 2, in comparison with the STO film formed on the basis of the conventional thermal CVD method, towards the STO film 47 was formed on the basis of the present embodiment, a higher dielectric constant and a lower leak current It shows the value. これは従来の熱CVD法よりも、本実施形態のALD成膜法の方が、より良好な結晶性を有する化合物膜を成膜するのにより適しているためと考えられる。 This than conventional thermal CVD method, towards the ALD film formation method of the present embodiment is considered because it is more suitable for forming a compound film having a better crystallinity.
【0105】 [0105]
【表2】 [Table 2]
【0106】 [0106]
また、本実施形態の成膜プロセスにおける成膜温度の最高値は約400℃であるが、これは本プロセスを用いて形成したキャパシタを、例えば熱に弱い図示しないアルミニウム多層配線上に形成することが十分可能であることを示している。 It highest deposition temperature in the film forming process in the present embodiment is about 400 ° C., which is a capacitor formed by using the present process, it is formed on the aluminum multi-layer wiring which is not vulnerable shown in, for example, thermal indicating that it is sufficiently possible. これにより、キャパシタ、ひいてはこのキャパシタを備える半導体装置を製造する際に、汚染管理が容易になることを意味する。 Thus, the capacitor, and thus in manufacturing a semiconductor device comprising the capacitor, which means that it is easy contamination control. また、例えば多層配線構造を有するLSI内の任意の層にキャパシタを混載しても、キャパシタよりも下層の配線、ひいてはLSI内の殆ど全ての層の配線間におけるコンタクトホールのアスペクト比増大等の問題を招かない等の利点を有することを意味する。 Further, for example, multi-layer be mixed a capacitor any layer in LSI having a wiring structure, the lower wiring than the capacitor, and thus the aspect ratio increasing like the contact hole between most all layers wiring in LSI problems means having advantages such that it does not cause.
【0107】 [0107]
以上説明したように、この第2実施形態においては、前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, in the second embodiment can obtain the same effects as in the first embodiment described above. また、Sr原料としてシクロペンタジエニル系の化合物を用い、Ti原料としてアルコキシド、またはアルコキシドを含むDPM錯体を用いることで、H Oとの加水分解反応による配位子の一括除去が可能になり、低温での結晶化が容易になる。 Further, using a cyclopentadienyl system compound as the Sr material, by using a DPM complexes containing alkoxide or alkoxides, as Ti material enables collective removal of the ligand due to hydrolysis reaction with H 2 O facilitates the crystallization at low temperatures. 例えば、STO膜の場合、300℃程度での結晶化が可能である。 For example, when the STO film, it is possible to crystallize at about 300 ° C.. さらに、Sr原料ガスやTi原料ガスは、約400℃以下においてそれぞれ単独では酸素(O )や亜酸化窒素(N O)と殆ど反応しないので、パージガスとしてO やN Oの使用が可能である。 Furthermore, Sr raw material gas and Ti source gas, because alone respectively below about 400 ° C. hardly reacts with oxygen (O 2) and nitrous oxide (N 2 O), the use of O 2 and N 2 O as a purge gas possible it is. これは、配位子等に起因するSTO膜中の有機不純物の効率的な除去できる点で有効である。 This is effective in that it can efficiently remove the organic impurities in the STO film derived from a ligand, and the like.
【0108】 [0108]
なお、前述したように、これら本実施形態に基づいて成膜したSTO膜47についての特性は、本実施形態に基づいて成膜するBST膜についても略同様に当てはまる。 As described above, these characteristics of the STO film 47 was formed on the basis of the present embodiment applies substantially also applies BST film formed in accordance with the present embodiment.
【0109】 [0109]
(第3の実施の形態) (Third Embodiment)
次に、本発明に係る第3実施形態を図8および図9を参照しつつ説明する。 Next, a third embodiment according to the present invention with reference to FIGS. 図8は、第3実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図である。 Figure 8 is a simplified view showing a film forming apparatus according to a third embodiment. 図9は、第3実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図である。 Figure 9 is a diagram showing a sequence of film deposition method according to the third embodiment. なお、図1と同一部分は同一符号を付してその詳しい説明を省略する。 Incidentally, FIG. 1 and the same parts will be omitted and the detailed description are denoted by the same reference numerals.
【0110】 [0110]
本実施形態では、具体的には、Atomic Layer Deposition(ALD)法をバッチ処理で実施することにより、化合物膜としてのTi−Al−N膜を成膜する際の成膜方法および成膜装置、Ti−Al−N膜の成膜条件、そして得られたTi−Al−N膜の特性について説明する。 In the present embodiment, specifically, Atomic Layer Deposition by implementing (ALD) method in a batch process, a film forming method and film forming apparatus when forming a Ti-Al-N film as a compound film, conditions for forming the Ti-Al-N film, and properties of the resulting Ti-Al-N film will be described.
【0111】 [0111]
本実施形態の成膜プロセスでは、原料ガスとして、チタンクロライド(TiCl )、およびアルミニウムクロライド(AlCl )のそれぞれのガスを用いる。 The deposition process of the present embodiment, as a material gas, a respective gas of titanium chloride (TiCl 4), and aluminum chloride (AlCl 3). また、活性化ガスとしてNH ガスを用いる。 Further, using the NH 3 gas as the activating gas. さらに、パージガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いる。 Furthermore, use of argon (Ar) gas as the purge gas.
【0112】 [0112]
先ず、図8(a),(b)を参照しつつ、本実施形態の成膜装置51について説明する。 First, FIG. 8 (a), the with reference to (b), described film forming apparatus 51 of the present embodiment.
【0113】 [0113]
図8(a)は、成膜装置51の概略構成を正面もしくは側面から臨んで示す図である。 8 (a) is a diagram illustrating facing a schematic configuration of a film forming apparatus 51 from the front or side. 図8(b)は、成膜装置51を図5(a)中実線矢印の向きから臨んで示す平面図である。 8 (b) is a plan view showing the film forming apparatus 51 from the direction of FIGS. 5 (a) Medium solid arrow. この成膜装置51は、前述した第1実施形態および第2実施形態と同様に、主に原料ガス供給系52および反応系53からなる。 The film forming apparatus 51, similarly to the first embodiment and the second embodiment described above, consists primarily source gas supply system 52 and the reaction system 53. 原料ガス供給系52は、TiCl ガス供給系54、AlCl ガス供給系55、およびNH ガス供給系56などからなる。 Raw material gas supply system 52 is made of TiCl 4 gas supply system 54, AlCl 3 gas supply system 55, and NH 3 gas supply system 56.
【0114】 [0114]
TiCl ガス供給系54は、主にTiCl ガスボンベ56、このボンベ56を加熱するTiCl 加熱装置57、および高温仕様TiCl ガス流量制御装置58などからなる。 TiCl 4 gas supply system 54 is mainly composed of a TiCl 4 gas cylinder 56, TiCl 4 heating device 57 for heating the cylinder 56 and the high temperature specification TiCl 4 gas flow rate control device 58,. 同様に、AlCl ガス供給系55は、主にAlCl ガスボンベ59、このボンベ59を加熱するAlCl 加熱装置60、および高温仕様AlCl ガス流量制御装置61などからなる。 Similarly, AlCl 3 gas supply system 55 is mainly made of AlCl 3 gas cylinder 59, AlCl 3 heating device 60 for heating the cylinder 59 and the high temperature specification AlCl 3 gas flow rate control device 61,. TiCl ガスボンベ56およびAlCl ガスボンベ59の温度は、それぞれ約60℃である。 Temperature of TiCl 4 gas cylinder 56 and AlCl 3 gas cylinder 59 are each about 60 ° C.. TiCl ガスよびAlCl ガスは、それぞれ約80℃に加熱されたTiCl ガス配管62およびAlCl ガス配管63を通り、原料ガス供給治具としての石英製のTiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65に互いに独立に送られる。 TiCl 4 gas and AlCl 3 gas, through the TiCl 4 gas pipe 62 and AlCl 3 gas pipe 63 which is heated to about 80 ° C., respectively, quartz TiCl 4 gas injector 64 and AlCl 3 gas as the raw material gas supply device It sent independently of one another in the injector 65. TiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65は互いに独立に反応容器11内に設けられており、TiCl ガスよびAlCl ガスはそれぞれTiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65を経て反応容器11内に供給される。 TiCl 4 gas injector 64 and AlCl 3 gas injector 65 is provided in the reaction vessel 11 independently of one another, TiCl 4 gas and AlCl 3 each gas TiCl 4 gas injector 64 and AlCl 3 reaction via gas injector 65 container 11 It is supplied to the inside.
【0115】 [0115]
TiCl ガス配管62とTiCl ガスインジェクター64との接続部分付近、すなわちTiCl ガスインジェクター64の根元の部分には、TiCl ガスインジェクター64に通すガスを、TiCl ガスまたはArガスに選択的に切り替えることができるように、原料ガス供給系切り替えバルブ12cが設けられている。 Near the connection portion between the TiCl 4 gas pipe 62 and the TiCl 4 gas injector 64, that is, the base portion of the TiCl 4 gas injector 64, the gas passed through the TiCl 4 gas injector 64, selectively to the TiCl 4 gas or Ar gas as can be switched, the raw material gas supply system switching valve 12c is provided. 同様に、AlCl ガス配管63とAlCl ガスインジェクター65との接続部分付近、すなわちAlCl ガスインジェクター65の根元の部分には、AlCl ガスインジェクター65に通すガスを、AlCl ガスまたはArガスに選択的に切り替えることができるように、原料ガス供給系切り替えバルブ12dが設けられている。 Similarly, near the connection portion between the AlCl 3 gas pipe 63 and the AlCl 3 gas injector 65, that is, the base portion of the AlCl 3 gas injector 65, the gas passed through AlCl 3 gas injector 65, the AlCl 3 gas or Ar gas as can be selectively switched, the raw material gas supply system switching valve 12d are provided.
【0116】 [0116]
Oガス供給系56は、主にNH ガスボンベ66およびNH ガスのガス流量制御装置67などからなる。 The H 2 O gas supply system 56 is mainly composed of a NH 3 gas cylinder 66 and the NH 3 gas in the gas flow control device 67. NH ガスは約60℃に加熱されたNH ガス配管68を通り、活性化ガス供給治具としての石英製のNH ガスインジェクター69に送られる。 NH 3 gas passes through the NH 3 gas pipe 68 which is heated to about 60 ° C., is fed in a quartz NH 3 gas injector 69 as the activating gas supply device. NH ガスインジェクター69は、反応容器11内に設けられており、NH ガスはNH ガスインジェクター69を経て反応容器11内に供給される。 NH 3 gas injector 69 is provided in the reaction chamber 11, the NH 3 gas is supplied into the reaction chamber 11 through the NH 3 gas injector 69. NH ガス配管68とNH ガスインジェクター69との接続部分付近、すなわちNH ガスインジェクター69の根元の部分には、NH ガスインジェクター69に通すガスを、NH ガスまたはArガスに選択的に切り替えることができるように、活性化ガス供給系切り替えバルブ18aが設けられている。 Near the connection portion between the NH 3 gas pipe 68 and the NH 3 gas injector 69, that is, the base portion of the NH 3 gas injector 69, the gas passed through a NH 3 gas injector 69, selectively to the NH 3 gas or Ar gas as can be switched, the activation gas supply system switching valve 18a is provided.
【0117】 [0117]
このように、成膜装置31は、3系統のガスインジェクター64,65,69を備えている。 Thus, the film forming apparatus 31 is provided with a gas injector 64,65,69 three systems. また、TiCl ガスインジェクター64、AlCl ガスインジェクター65、およびNH ガスインジェクター69は、それぞれ第1実施形態および第2実施形態と同様に、多孔ガスインジェクターとして形成されている。 Further, TiCl 4 gas injector 64, AlCl 3 gas injector 65, and NH 3 gas injector 69, like the first and second embodiments respectively, is formed as a porous gas injector.
【0118】 [0118]
他方、反応系53は、第1実施形態および第2実施形態と同様に、成膜処理が施される被処理基板(ウェーハ)23を複数枚同時に収容可能であるとともに、それら各ウェーハ23を略均一に加熱できるように容器加熱装置26が設けられたホットウォール式の反応容器11、この反応容器11内において各ウェーハ23をそれらの表面を互いに所定の間隔離間させて支持可能な基板支持具としてのボート24、反応容器11内に供給された原料ガス、活性化ガス、およびパージガスを反応容器11の外に排気する排気系25などからなる。 Approximately the other hand, the reaction system 53, as in the first embodiment and the second embodiment, the substrate to be processed (a wafer) 23 is a plurality simultaneously accommodate the film forming process is performed, they each wafer 23 uniformly hot-wall type reaction chamber 11 in which the container heating device 26 is provided so as to be heated, as supportable substrate support by spaced apart predetermined intervals their surfaces each wafer 23 in the reaction vessel 11 boat 24, the raw material gas supplied into the reaction vessel 11, and the like exhaust system 25 for exhausting the activation gas, and a purge gas to the outside of the reaction vessel 11. それとともに、反応容器(チャンバー)11の内部をクリーニングするためのClF ガスを反応容器11内に供給する、ClF ガス供給系70を備えている。 At the same time, supplies ClF 3 gas for cleaning the inside of the reaction vessel (chamber) 11 into the reaction chamber 11, and a ClF 3 gas supply system 70.
【0119】 [0119]
また、図8(a),(b)に示すように、本実施形態の反応容器11には、その内部に収容される各ウェーハ23を間に挟んで、3本のガスインジェクター64,65,69と対向する側(位置)に、反応容器11内の不要なガスを反応容器11の外に排気するためのスリット状の排気孔71が、各ウェーハ23の枚数に応じて複数個設けられている。 Further, as shown in FIG. 8 (a), (b), the reaction vessel 11 of the present embodiment, in between the respective wafers 23 to be accommodated therein, three gas injectors 64 and 65, 69 the side facing the (position), the slit-like vent holes 71 for discharging to the outside of the reaction vessel 11 the unnecessary gas in the reaction chamber 11, provided with a plurality according to the number of each wafer 23 there. それとともに、ボート24には、各排気孔71付近から3本のガスインジェクター64,65,69付近にかけて、各ウェーハ23をそれらの両側方から囲む整流部材としての遮蔽板(整流板)72が設けられている。 At the same time, the boat 24, toward the vicinity of three gas injectors 64,65,69 from near the exhaust hole 71, the shielding plate (rectifying plate) 72 as rectifying members surrounding each wafer 23 from their both sides is provided It is. これにより、3本のガスインジェクター64,65,69を通して反応容器11に供給された各ガスは、遮蔽板72の外側に殆ど流れ出すこと無く、ボート24に支持された各ウェーハ23を集中的に包むように、各ガスインジェクター64,65,69の吹き出し孔27から各排気孔71に向けて流れる。 Thus, three of each gas supplied to the reaction vessel 11 through a gas injector 64,65,69, without flowing almost outside of the shielding plate 72, centrally follicles each wafer 23 supported by the boat 24 unnecessarily, it flows toward the exhaust holes 71 from the blowing holes 27 of the gas injector 64,65,69.
【0120】 [0120]
このような構造を採用することにより、第1に、反応容器11の内壁自体に金属膜が堆積(付着)することを抑制して、各ウェーハ23の温度を精密に制御することが可能になる。 By adopting such a structure, the first, to suppress that the metal film is deposited on the inner wall itself of the reaction vessel 11 (adhesion), it is possible to precisely control the temperature of each wafer 23 . 一般に、反応容器11の内壁を覆う金属膜が多くなる程、例えば容器加熱装置26などの外部熱源からの輻射熱が各ウェーハ23に到達し難くなるためである。 In general, as the metal film covering the inner wall of the reaction vessel 11 increases, for example, radiant heat from an external heat source such as a container heating device 26 is to become difficult to reach each wafer 23. ところが、本実施形態の反応容器11では、前述した構造により反応容器11の内壁に金属膜が堆積することを抑制できるので、容器加熱装置26により、反応容器11内に収容された各ウェーハ23の温度を精密に制御することができる。 However, the reaction vessel 11 of the present embodiment, it is possible to suppress the deposition of metal film on the inner wall of the reaction vessel 11 by the structure described above, the container heating device 26, each wafer 23 contained in the reaction vessel 11 it can be precisely controlled temperature. 第2に、前述した構造により、原料ガス、活性化ガス、およびパージガスを、各ウェーハ23の表面付近や、各ウェーハ23同士の間など、各ウェーハ23の周りに実質的にガスを閉じ込めつつ流すことができる。 Second, it flows by the structure described above, the raw material gas, activated gas, and the purge gas, and near the surface of each wafer 23, such as between each wafer 23 between, while substantially confine the gas around each wafer 23 be able to. これにより、成膜反応の反応速度を高めることができるとともに、各ガスの利用効率をより向上させることができる。 Thus, it is possible to increase the reaction rate of the film-forming reaction, it is possible to improve the utilization efficiency of each gas. さらに、反応容器11内、特に各ウェーハ23の周りのパージを容易かつ迅速に行うことができるという利点も生まれる。 Furthermore, inside the reaction vessel 11, also born particular advantage that a purge can be a easily and quickly around each wafer 23.
【0121】 [0121]
さらに、際膜プロセスを複数回繰り返す場合には、各プロセス間に反応容器11内にClF ガスを供給することにより、反応容器11内をClF クリーニングすることができる。 Furthermore, in the case of repeating a plurality of times Saimaku process, by supplying ClF 3 gas into the reaction chamber 11 between each process, the reaction vessel 11 can be ClF 3 cleaning. これにより、成膜処理を行うのに先立って、反応容器11の内壁に堆積した金属膜を略完全に除去することが可能である。 Thus, prior to performing the film forming process, it is possible to almost completely remove the metal film deposited on the inner wall of the reaction vessel 11. このように、本実施形態の成膜装置51によれば、より適正な状態で化合物膜を成膜できる。 Thus, according to the film forming apparatus 51 of the present embodiment, it can be formed of the compound film in a more proper state.
【0122】 [0122]
次に、図9を参照しつつ、本実施形態の成膜方法について説明する。 Next, referring to FIG. 9 will be described a film forming method of this embodiment. 本実施形態の成膜方法は、具体的には、成膜装置51を用いて、以下に述べるシーケンスで化合物膜としての図示しないTi 0.7 Al 0.3 N膜を成膜するものである。 Film-forming method according to the present embodiment, specifically, by using the film forming apparatus 51 is intended for forming a Ti 0.7 Al 0.3 N film (not shown) as a compound film in a sequence described below .
【0123】 [0123]
成膜処理が施される複数枚のウェーハ23には、Ti 0.7 Al 0.3 N膜が埋め込まれる開口径約130nmの図示しないコンタクトホールが予め形成されている。 The plurality of wafers 23 which deposition process is subjected, Ti 0.7 Al 0.3 N film contact hole (not shown) having an opening diameter of about 130nm is formed beforehand to be embedded. そして、各ウェーハ23の表面には、コンタクト抵抗を低減するために、予めロングスロースパッタ(LTS)により図示しないTi膜を約10nm形成しておく。 Each on the surface of the wafer 23, in order to reduce the contact resistance, advance the long throw sputtering (LTS) Ti film (not shown) by about 10nm formed. それとともに、各ウェーハ23に対して、約600℃のRTAによりシリサイデーションを完了させておく。 At the same time, for each wafer 23 and allowed to complete silicidation by about 600 ° C. of RTA.
【0124】 [0124]
以上説明した処理が予め施された複数枚のウェーハ23を反応容器11内に導入し、反応容器11内に配置されているボート24に支持させる。 Or a plurality of wafers 23 and which is labeled with pre explained introduced into the reaction vessel 11, it is supported by the boat 24 placed in the reaction vessel 11. 続けて、容器加熱装置26を用いて、反応容器11内の雰囲気および各ウェーハ23の温度が約500℃になるように略均一に加熱する。 Subsequently, by using a container heating device 26, the atmosphere and the temperature of each wafer 23 in the reaction chamber 11 is substantially uniformly heated to be approximately 500 ° C.. それとともに、TiCl ガスインジェクター64、AlCl ガスインジェクター65、およびNH ガスインジェクター69からそれぞれ約1SLMずつArガスを反応容器11内に供給して、反応容器11内の圧力を約1.0Torrに保つ。 At the same, TiCl 4 gas injector 64, AlCl 3 gas injector 65, and NH 3 are supplied respectively from about 1SLM by Ar gas from the gas injector 69 into the reaction vessel 11, the pressure in the reaction vessel 11 to about 1.0Torr keep. 反応容器11内の温度(炉内温度)が500℃±20℃程度で安定していることを確認した後、容器内圧力を約1.0Torrに保ちつつ、図6に示すシーケンスに基づいて以下に述べる成膜処理を実行する。 After the temperature of the reaction vessel 11 (the furnace temperature) it was confirmed to be stable at 500 ° C. ± 20 ° C. C., while maintaining the vessel pressure at about 1.0 Torr, or less based on the sequence shown in FIG. 6 to perform a film forming process to be described.
【0125】 [0125]
先ず、反応容器11内に、NH ガスインジェクター69からNH ガスを約10秒間、約1SLM導入するとともに、TiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65からはArガスをそれぞれ約10秒間、約500sccmずつ供給する。 First, the reaction vessel 11, NH 3 NH 3 gas for about 10 seconds from the gas injector 69, is introduced to about 1 SLM, respectively about 10 seconds Ar gas from the TiCl 4 gas injectors 64 and AlCl 3 gas injector 65, about 500sccm supplies each. 反応容器11内に導入されたNH ガスは、各ウェーハ23の表面に吸着する。 NH 3 gas introduced into the reaction vessel 11 is adsorbed on the surface of each wafer 23.
【0126】 [0126]
次に、AlCl ガスインジェクター65から反応容器11内にArガスを供給しつつ、NH ガスインジェクター69から供給するガスをArガスに切り替える。 Then, while supplying Ar gas from AlCl 3 gas injector 65 into the reaction vessel 11, it switches the gas supplied from the NH 3 gas injector 69 to Ar gas. それとともに、TiCl ガスインジェクター64から供給するガスをTiCl ガスに切り替えて、反応容器11内にTiCl ガスを約5秒間、約1SLM導入する。 At the same time, by switching the gas supplied from the TiCl 4 gas injector 64 to the TiCl 4 gas, about 5 seconds TiCl 4 gas into the reaction chamber 11 is introduced about 1 SLM. AlCl ガスインジェクター65およびNH ガスインジェクター69から、Arガスをそれぞれ約5秒間、約500sccmずつ反応容器11内に供給する。 From AlCl 3 gas injector 65 and the NH 3 gas injector 69, about 5 seconds Ar gas, respectively, supplied into the reaction container 11 by about 500 sccm.
【0127】 [0127]
通常、500℃前後ではTiCl の分解反応は殆ど起こらないが、各ウェーハ23の表面にはNH が吸着しているので、各ウェーハ23の表面に到達したTiCl ガスは吸着しているNH との間で分解反応を起こす。 Usually, in the front and rear 500 ° C. hardly decomposition reaction of TiCl 4, since NH 3 on the surface of each wafer 23 is adsorbed, TiCl 4 gas reaches the surface of the wafer 23 is adsorbed NH cause a decomposition reaction between the 3. これにより、各ウェーハ23の表面上に、図示しないTiの窒化物の膜が成膜される。 Thus, on the surface of each wafer 23, the film of the nitride of not shown Ti is deposited.
【0128】 [0128]
次に、反応容器11内に、再びNH ガスインジェクター69からNH ガスを約10秒間、約1SLM導入するとともに、TiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65からはArガスをそれぞれ約10秒間、約1SLMずつ供給する。 Next, the reaction vessel 11, again NH 3 NH 3 gas for about 10 seconds from the gas injector 69, about 1SLM is introduced, respectively about 10 seconds Ar gas from the TiCl 4 gas injectors 64 and AlCl 3 gas injector 65 and supplies by about 1SLM. これにより、各ウェーハ23の表面上に堆積されたTiが略完全に窒化されるとともに、このTiの窒化物の膜中に残留していたTi原料中の塩素が塩化アンモニウムとなって離脱する。 Thus, the Ti deposited onto the surface of each wafer 23 is almost completely nitrided, chlorine Ti in the feed remaining in the film of the nitride of the Ti leaves become ammonium chloride. さらには、導入されたNH ガスがTi窒化物膜の表面に吸着する。 Furthermore, NH 3 gas introduced is adsorbed on the surface of the Ti nitride film.
【0129】 [0129]
以上説明したNH ガスの供給およびTiCl ガスの供給を交互に5回ずつ、約75秒間かけて繰り返す。 Five times alternately supplying the feed and the TiCl 4 gas of the NH 3 gas as described above is repeated over a period of about 75 seconds.
【0130】 [0130]
次に、NH ガスインジェクター69からから供給するガスをNH ガスに切り替えて、反応容器11内にNH ガスを約10秒間、約1SLM導入する。 Next, switch to NH 3 gas, NH 3 gas injector 69 Karakara supplying gas, about 10 seconds NH 3 gas into the reaction chamber 11 is introduced about 1 SLM. また、AlCl ガスインジェクター65からArガスを反応容器11内に供給しつつ、TiCl ガスインジェクター64から供給するガスをArガスに切り替える。 Also, while supplying the AlCl 3 gas injector 65 to Ar gas into the reaction vessel 11, it switches the gas supplied from the TiCl 4 gas injector 64 to Ar gas. AlCl ガスインジェクター65およびTiCl ガスインジェクター64からは、Arガスをそれぞれ約10秒間、約1SLMずつ反応容器11内に供給する。 AlCl 3 from the gas injector 65 and TiCl 4 gas injector 64, about 10 seconds Ar gas, respectively, supplied to the reaction vessel 11 by about 1 SLM.
【0131】 [0131]
次に、TiCl ガスインジェクター64から反応容器11内にArガスを供給しつつ、AlCl ガスインジェクター65から供給するガスをAlCl ガスに切り替える。 Then, while supplying Ar gas from TiCl 4 gas injector 64 into the reaction vessel 11, it switches the gas supplied from the AlCl 3 gas injector 65 to the AlCl 3 gas. それとともに、NH ガスインジェクター69から供給するガスをArガスに切り替える。 At the same time, it switches the gas supplied from the NH 3 gas injector 69 to Ar gas. AlCl ガスインジェクター65から、反応容器11内にAlCl ガスを約5秒間、約1SLM供給する。 From AlCl 3 gas injector 65, about 5 seconds AlCl 3 gas into the reaction vessel 11, about 1SLM supplies. また、TiCl ガスインジェクター64およびNH ガスインジェクター69から、反応容器11内にArガスを約5秒間、それぞれ約1SLMずつ供給する。 Also, supplied from the TiCl 4 gas injectors 64 and the NH 3 gas injector 69, about 5 seconds Ar gas into the reaction chamber 11, by respectively about 1 SLM.
【0132】 [0132]
通常、500℃前後では、AlCl の分解反応は殆ど起こらないが、各ウェーハ23の表面に成膜されたTi窒化物膜の表面にはNH が吸着しているので、Ti窒化物膜の表面に到達したAlCl ガスは吸着しているNH との間で加水分解反応を起こす。 Usually, 500 ° C. before and after, although the decomposition reaction of AlCl 3 hardly, since the surface of the Ti nitride film formed on the surface of each wafer 23 NH 3 is adsorbed, the Ti nitride film AlCl 3 gas reaches the surface undergoes a hydrolysis reaction with the NH 3 adsorbed. これにより、各ウェーハ23の表面上に、図示しないAlの窒化物の膜が成膜される。 Thus, on the surface of each wafer 23, the film of the nitride of not shown Al is deposited.
【0133】 [0133]
次に、反応容器11内に、再びNH ガスインジェクター69からNH ガスを約10秒間、約1SLM導入するとともに、TiCl ガスインジェクター64およびAlCl ガスインジェクター65からはArガスをそれぞれ約10秒間、約1SLMずつ供給する。 Next, the reaction vessel 11, again NH 3 NH 3 gas for about 10 seconds from the gas injector 69, about 1SLM is introduced, respectively about 10 seconds Ar gas from the TiCl 4 gas injectors 64 and AlCl 3 gas injector 65 and supplies by about 1SLM. これにより、各ウェーハ23の表面上に堆積されたAlが略完全に窒化されるとともに、このAlの窒化物の膜中に残留していたAl原料中の塩素が塩化アンモニウムとなって離脱する。 Thus, the Al deposited on the surface of each wafer 23 is almost completely nitrided, chlorine Al in the raw material which remains in the film of the nitride of the Al leaves become ammonium chloride. さらには、導入されたNH ガスがAl窒化物膜の表面に吸着する。 Furthermore, NH 3 gas introduced is adsorbed on the surface of the Al nitride film.
【0134】 [0134]
以上説明したNH ガスの供給およびAlCl ガスの供給を交互に2回ずつ繰り返す。 Repeated twice alternately feed supply and AlCl 3 gas of the NH 3 gas as described above. これにより、各ウェーハ23の表面上に約30秒で、Ti 0.7 Al 0.3 Nの組成を有する化合物膜を約2.5nmの略均一な膜厚で成膜することができる。 Thus, in about 30 seconds on the surface of each wafer 23, Ti 0.7 Al compound film having a composition of 0.3 N can be substantially uniform film deposited at a thickness of approximately 2.5 nm.
【0135】 [0135]
すなわち、前述したように、NH ガスの供給およびTiCl ガスの供給を交互に5回ずつ繰り返す一連のシーケンスを行った後、NH ガスの供給およびAlCl ガスの供給を交互に2回ずつ繰り返す一連のシーケンスを行うことにより、合計約105秒で各ウェーハ23の表面上に約2.5nmの膜厚を有するTi 0.7 Al 0.3 N膜を略均一に成膜することができる。 That is, as described above, after a series of sequence repeating the supply of feed and TiCl 4 gas of the NH 3 gas five times alternately, twice the supply of feed and AlCl 3 gas of the NH 3 gas are alternately by performing a series of sequences are repeated, it can be approximately uniformly forming a Ti 0.7 Al 0.3 N film having a thickness of about 2.5nm in total approximately 105 seconds on the surface of each wafer 23 . これら2種類のシーケンスからなる合計約105秒のシーケンスを1サイクルとし、これを30回繰り返すことにより、各ウェーハ23の表面上にTi−Al−N膜を約75nm堆積させる。 These two total sequence of about 105 seconds consisting of the sequence as one cycle, and by repeating this 30 times, about 75nm depositing Ti-Al-N film on the surface of each wafer 23. これにより、本実施形態の成膜プロセスを終了とする。 Thus, the the film formation process is completed in this embodiment.
【0136】 [0136]
本発明者らによれば、以上説明した成膜プロセスにより、各ウェーハ23に予め形成されていたコンタクトホールを、ボイド等が殆ど生じない状態で略完全に埋め込むことができることが確認された。 According to the present inventors, higher by a deposition process described, the contact hole which has been previously formed on the wafer 23, that can be embedded substantially completely in a state in which voids or the like hardly occurs is confirmed. また、これらのコンタクトホールを用いて形成された図示しないコンタクトプラグの表面は、約540℃の酸化性雰囲気下における熱処理でも殆ど酸化されず、コンタクト抵抗が十分に低いことが確認された。 The surface of the contact plug (not shown) formed with the contact holes are hardly oxidized even in heat treatment in an oxidizing atmosphere of about 540 ° C., it was confirmed contact resistance is sufficiently low.
【0137】 [0137]
以上説明したように、この第3実施形態においては、前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment can achieve the same effects as in the first embodiment described above. また、前述したように、各ウェーハ23を間に挟んで、反応容器11の各ガスインジェクター64,65,69が設けられている側と対向する側に複数個の排気孔11を設ける。 Further, as described above, in between the respective wafers 23, provided with a plurality of exhaust holes 11 on the side facing the side where the gas injector 64,65,69 are provided in the reaction vessel 11. これにより、原料ガス、活性化ガス、およびパージガスを、それらの流れを略一定の向きに制御して流すことができる。 Thus, the raw material gas, activated gas, and the purge gas may be flowed by controlling their flow at a substantially constant orientation. この結果、各ガスの利用効率および排気効率をより高めることができるとともに、パージ時間をより短縮することが可能である。 As a result, it is possible to enhance the use efficiency and the exhaust efficiency of each gas, it is possible to further reduce the purge time. このような効果は、各ガスインジェクター64,65,69から各排気孔11にかけてボート24に取り付けられた遮蔽板72の遮蔽効果および整流効果、ならびに互いに離間されてボート24に支持された各ウェーハ23自体の整流効果と相乗効果を及ぼし合うことにより、一層高められる。 Such effects, shielding effect and rectification effect, and each wafer 23 supported on the boat 24 are spaced apart from each other in the shielding plate 72 attached to the boat 24 toward the exhaust holes 11 from the gas injector 64,65,69 by mutually-rectification effect and synergy itself, it is further improved. 各ガスインジェクター64,65,69に設けられた複数個の吹き出し孔27から各ウェーハ23に向けて供給された原料ガス、活性化ガス、およびパージガスは、各ウェーハ23および遮蔽板72に案内されて各排気孔11に向けて各ウェーハ23を包むように流れる。 A plurality of balloon material gas from the holes 27 is fed toward the respective wafer 23 provided on each gas injector 64,65,69, activated gas, and purge gas is guided to each wafer 23 and shield plate 72 It flows to wrap each wafer 23 toward each exhaust hole 11. したがって、この第3実施形態によれば、良質な化合物膜を極めて効率よく、かつ極めて容易に成膜できる。 Therefore, according to the third embodiment, it can be formed a high-quality compound film very efficiently and very easily.
【0138】 [0138]
なお、本発明に係る成膜方法、成膜装置、および半導体装置の製造方法は、前述した第1〜第3の各実施形態には制約されない。 The manufacturing method of the film formation method, the film forming apparatus, and a semiconductor device according to the present invention are not limited to the first to third embodiments described previously. 本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。 Without departing from the scope of the present invention, their structure, or or modified in various different set some such processes, or other settings can be appropriately carried out or using a suitable combination.
【0139】 [0139]
例えば、第1実施形態の成膜装置1を、その装置構成を変更することなく、原料としてテトライソプロポキシドチタン(TTIP)を用いることにより、TiO 膜やTa−Ti−O膜を成膜することも可能である。 For example, the film formation device 1 of the first embodiment, without changing the device configuration, by using titanium tetraisopropoxide (TTIP) as a starting material, forming the TiO 2 film or a Ta-TiO film it is also possible to. 同様に、原料としてAlCl を用いることで、Al 膜を成膜することも可能である。 Similarly, by using AlCl 3 as a starting material, it can be deposited an Al 2 O 3 film.
【0140】 [0140]
また、第1〜第3の各実施形態においては、各ウェーハ23を、それらの表面(基板面)を互いに離間させた状態で、上下(縦)方向に積層するように反応容器11内に配置したが、各ウェーハ23の配置状態はこれに限るものではない。 Further, in the first to third embodiments, the arrangement of each wafer 23, while being spaced their surface (substrate surface) to each other, up and down (vertical) in the reaction vessel 11 so as to stack in a direction Although the arrangement state of each wafer 23 is not limited thereto. 例えば、各ウェーハ23を、それらの表面(基板面)を互いに離間させた状態で、左右(横)方向に並べるように反応容器11内に配置しても構わない。 For example, each wafer 23, while being spaced their surface (substrate surface) to each other, right and left (lateral) or may be disposed in the reaction vessel 11 as arranged in a direction. また、各ウェーハ23は、全て互いに平行となる姿勢で配置される必要は無い。 Further, each wafer 23 need not be arranged in a posture to be all parallel to each other. それとともに、各ウェーハ23は、隣接する各ウェーハ23の間隔を全て均等な大きさに設定されて配置される必要は無い。 Therewith, the wafer 23 is not required to be disposed is set the interval between each adjacent wafers 23 all equal size. 各ウェーハ23の配置方向、姿勢、間隔などは、反応容器11内に導入されるガスの種類、重さ、性質、流れの方向、および各ガスが供給される順番などに応じて、各ウェーハ23の表面上に化合物膜が略均一に適正な状態で成膜されるように適宜、適正な状態に設定して構わない。 Orientation of each wafer 23, the attitude, etc. interval, the type of gas introduced into the reaction vessel 11, weight, nature, depending on the order flow direction and that each gas is supplied, each wafer 23 appropriately on the surface of such compound film is deposited substantially uniformly proper state, it may be set to a proper state. この場合、ボート24を、各ウェーハ23の配置方向、姿勢、間隔などを適宜、適正な状態に設定できる構成とするとよい。 In this case, the boat 24, the orientation of each wafer 23, posture, etc. intervals appropriate, may be configured to be set to a proper state.
【0141】 [0141]
また、原料ガスインジェクター、活性化ガスインジェクター、およびパージガスインジェクターから供給される各ガスの供給圧力や吹き出し量などは、一律に等しい大きさに設定する必要は無い。 Further, the raw material gas injector, the activated gas injector, and the supply pressure and exhaust-of the gas supplied from the purge gas injector, etc., need not be set to equal size uniform. 各ガスのガスの種類、重さ、性質、流れの方向、および各ガスが供給される順番などに応じて、各ウェーハ23の表面上に化合物膜が略均一に適正な状態で成膜されるように、各ガスインジェクターごとに適宜、適正な状態に設定して構わない。 Type of gas in each gas, weight, nature, depending on the order flow direction and that each gas is supplied, a compound film on the surface of each wafer 23 is deposited substantially uniformly appropriate state as appropriate for each gas injector, it may be set to a proper state. また、各ガスインジェクターに設けられた複数個の吹き出し孔27からのガス供給圧力や吹き出し量などは、各孔27の位置、すなわち各ウェーハ23の配置位置に応じて適宜、適正な大きさに設定して構わない。 Also, such a gas supply pressure and exhaust-from the plurality of blowing holes 27 provided on each gas injector, the position of the holes 27, i.e. set appropriately, the proper size according to the arrangement position of each wafer 23 it may be. 例えば、各ウェーハ23を、第1〜第3実施形態のように上下方向に積層するように配置した場合、各吹き出し孔27からのガス供給圧力や吹き出し量などを、最上層のウェーハ23から最下層のウェーハ23にかけて、各ガスが略均等に供給されるように、各孔27の高さごとに適正な大きさに設定するとよい。 For example, each wafer 23, when placed so as to vertically stacked as in the first to third embodiments, and the gas supply pressure and exhaust-from the blow openings 27, from the uppermost layer of the wafer 23 top over the lower layer of the wafer 23, may each gas to be substantially be uniformly supplied, set to a proper size for each height of each hole 27. これにより、各ウェーハ23の表面上に、化合物膜をより均一に、より適正な状態で成膜できる。 Thus, on the surface of each wafer 23, compound film more uniformly, can be deposited in a more proper state.
【0142】 [0142]
また、第3実施形態においては、遮蔽板(整流板)72を各ウェーハ23の両側方に設けたが、これに限るものではない。 Further, in the third embodiment is provided with the shielding plate (rectifying plate) 72 on both sides of each wafer 23, not limited to this. 例えば、遮蔽板72を、各ガスインジェクターから各排気孔71にかけて、各ウェーハ23を支持しているボート24の上方に設けても構わない。 For example, the shielding plate 72, over the respective exhaust holes 71 from the gas injector, may be provided above the boat 24 supporting the respective wafers 23. これにより、各ウェーハ23に向けて供給される各ガスの遮蔽効果、整流効果をより向上させて、各ガスの利用効率、ひいては成膜効率を大幅に向上できる。 Thus, the shielding effect of the gas supplied toward each wafer 23, and further improve the rectification effect, utilization efficiency of each gas can be significantly improved and thus the deposition efficiency. あるいは、各ウェーハ23を支持しているボート24の上下両端部を、遮蔽効果および整流効果を発揮できる形状に形成するとよい。 Alternatively, the upper and lower ends of the boat 24 supporting the respective wafers 23, may be formed in a shape capable of exhibiting a shielding effect and the rectification effect. これにより、第1および第2実施形態のように、ボート24に遮蔽板72を、設けない場合でも、各ガスの利用効率および成膜効率を向上できる。 Thus, as in the first and second embodiments, the shielding plate 72 on the boat 24, even if not provided, it is possible to improve the use efficiency and deposition efficiency of each gas. また、そのような形状からなるボート24を遮蔽板72と併用すれば、各ガスの利用効率および成膜効率を極めて向上できるのはもちろんである。 Further, when combined boat 24 made of such a shape and the shielding plate 72, it is of course possible extremely improve the use efficiency and deposition efficiency of each gas.
【0143】 [0143]
また、各ガスインジェクターから各ガスを供給している間は、反応容器11内の不要なガスを排気系25により反応容器11の外へ積極的に排気する設定とするとよい。 Also, while supplying the gases from the gas injector, the unnecessary gas in the reaction chamber 11 may be a set to actively exhaust out of the reaction vessel 11 by the exhaust system 25. これにより、複数種類のガスを用いる場合でも、不要な気相間反応を大幅に低減させて、より良質な化合物膜を成膜できる。 Thus, even when using a plurality of kinds of gases, greatly reducing the inter unwanted gas phase reactions, it can be formed more quality compound film.
【0144】 [0144]
さらに、本発明に係る成膜方法、成膜装置、および半導体装置の製造方法を用いて製造可能な半導体装置は、DRAM等、現在、一般に普及している半導体装置には限られない。 Further, the film forming method according to the present invention, the film forming apparatus, and manufacturing a semiconductor device capable of using a method of manufacturing a semiconductor device, DRAM, etc., currently not limited to a semiconductor device generally widespread. 本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えばFeRAMなど、将来において発展が期待される各種の微細な半導体装置を製造する際にも十分適用可能なのはもちろんである。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, such as FeRAM, of course development of sufficient applicable to the manufacture of various types of fine semiconductor device that are expected in the future.
【0145】 [0145]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、処理室内のパージを短時間で容易に行うことができるので成膜作業の長時間化を容易に抑制できるとともに、ガスの使用効率を容易に向上でき、かつ、複数種類のガス同士の相互反応を容易に抑制できる。 According to the film forming method and film forming apparatus according to the present invention, together with a prolongation of the deposition work can be easily suppressed because it is possible to easily perform the purge process chamber in a short time, it facilitates the use efficiency of the gas It is improved, and can be easily suppressed interaction among a plurality of types of gases. したがって、本発明に係る成膜方法によれば、ALD法を用いてバッチ式処理により成膜作業を行う際に、良質な化合物膜を効率よく、かつ容易に成膜できる。 Therefore, according to the film forming method according to the present invention, when performing the deposition work by batch processing using ALD can deposit a high-quality compound film efficiently and easily.
【0146】 [0146]
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、本発明に係る成膜方法により成膜された化合物膜を用いることにより、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い品質で効率よく、かつ容易に形成して、半導体装置の品質および歩留まりを容易に向上させることができる。 Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, by using a compound film formed by the film forming method according to the present invention, high and various fine semiconductor devices to be incorporated in the semiconductor device quality efficiently and readily form, the quality and yield of the semiconductor device can be easily improved. したがって、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、良質な化合物膜を有する良質な半導体装置を効率よく、かつ容易に製造できる。 Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can manufacture a semiconductor device of good quality with a good compound film efficiently and easily.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】第1実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図。 FIG. 1 shows a simplified film deposition apparatus of the first embodiment.
【図2】第1実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図。 FIG. 2 shows a sequence of film deposition method according to the first embodiment.
【図3】基板上にTa 膜が成膜される仕組みを模式的に示す工程断面図。 [3] cross-sectional views how the the Ta 2 O 5 film on the substrate is deposited illustrated schematically.
【図4】Ta 膜を成膜する際に発生するパーティクルの成膜サイクルに対する依存性をグラフにして示す図。 Figure 4 is a graph showing the dependency graph for particles deposited cycles that occur when depositing the Ta 2 O 5 film.
【図5】第2実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図。 5 is a diagram showing a simplified film forming apparatus according to the second embodiment.
【図6】第2実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図。 6 shows a sequence of film deposition method according to the second embodiment.
【図7】第2実施形態に係る成膜方法により穴の内部および周囲に成膜されたSTO膜を簡略化して示す断面図。 7 is a cross-sectional view showing a simplified STO film formed inside and around the hole by a film forming method according to the second embodiment.
【図8】第3実施形態に係る成膜装置を簡略化して示す図。 8 shows a simplified film forming apparatus according to a third embodiment.
【図9】第3実施形態に係る成膜方法のシーケンスを示す図。 9 is a diagram showing a sequence of film deposition method according to the third embodiment.
【図10】従来の技術に係る成膜装置を簡略化して示す斜視図。 Figure 10 is a perspective view schematically showing a film forming apparatus according to the prior art.
【図11】従来の技術に係る成膜方法のシーケンスを示す図。 11 is a diagram showing a sequence of film formation method according to the prior art.
【図12】従来の技術に係る他の成膜装置を簡略化して示す斜視図。 Figure 12 is a perspective view schematically illustrating another film-forming apparatus according to the prior art.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1,31,51…成膜装置2,32,52…原料ガス供給系5,56…活性化ガス供給系10…PETガスインジェクター(原料ガス供給治具) 1,31,51 ... deposition apparatus 2,32,52 ... raw material gas supply system 5,56 ... activated gas supply system 10 ... PET gas injector (raw material gas supply device)
11…反応容器(処理室) 11 ... reaction vessel (processing chamber)
17…H Oガスインジェクター(活性化ガス供給治具) 17 ... H 2 O gas injector (activated gas supply device)
19…O ガスインジェクター(パージガス供給治具) 19 ... O 2 gas injectors (purge gas supply jig)
20…パージガス供給系23…ウェーハ(被処理基板) 20 ... a purge gas supply system 23 ... wafer (substrate to be processed)
24…ボート(基板支持具) 24 ... boat (substrate support)
27…吹き出し孔28…Ta 膜(化合物膜) 27 ... blowing holes 28 ... Ta 2 O 2 film (compound film)
41…Srガスインジェクター(原料ガス供給治具) 41 ... Sr gas injector (raw material gas supply device)
46…TTIPガスインジェクター(原料ガス供給治具) 46 ... TTIP gas injector (raw material gas supply device)
47…SrTiO 膜(化合物膜) 47 ... SrTiO 3 film (compound film)
64…TiCl ガスインジェクター(原料ガス供給治具) 64 ... TiCl 4 gas injector (raw material gas supply device)
65…AlCl ガスインジェクター(原料ガス供給治具) 65 ... AlCl 3 gas injector (raw material gas supply device)
69…NH ガスインジェクター(活性化ガス供給治具) 69 ... NH 3 gas injector (activated gas supply device)
71…排気孔72…遮蔽板(整流板、整流部材) 71 ... exhaust port 72 ... shield (rectifying plates, the rectifying member)

Claims (6)

  1. 複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を原子層レベルで一括して成膜する成膜方法であって、 A film forming method of forming a film of the compound film on a plurality of the processed surface of the substrate collectively atomic layer level,
    前記成膜処理が行われる反応容器内に前記各被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って平行に配置する第1の工程と、 A first step of parallel arranged along the thickness direction and is separated each target substrate to each other in a reaction vessel in which the deposition process is performed,
    隣接する前記各被処理基板間に向けて、前記反応容器内に所定のガスを供給する複数本のガス供給治具のうち、成膜反応を活性化させる活性化ガスを供給する活性化ガス供給治具から前記活性化ガスを供給するとともに、他のガス供給治具からパージガスを供給する第2の工程と、 Towards between adjacent each target substrate, wherein the reaction among the plurality of gas supply device for supplying a predetermined gas into the container, the activation gas supply for supplying an activation gas for activating the film-forming reaction supplies the activated gas from the jig, and a second step of supplying a purge gas from another gas supply device,
    前記活性化ガス供給治具から供給するガスを前記活性化ガスから前記パージガスに切り替えるとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第3の工程と、 Switches the gas supplied from the activated gas supply device to the purge gas from the activated gas, and a third step of supplying the purge gas from the other gas supply device,
    隣接する前記各被処理基板間に向けて、成膜すべき化合物膜の主な原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給治具から前記原料ガスを供給するとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第4の工程と、 Towards between adjacent each target substrate, while supplying the material gas to the raw material gas as a main raw material of the compound film to be deposited from the material gas supply device for supplying, from other gases supply device a fourth step of supplying the purge gas,
    前記原料ガス供給治具から供給するガスを前記原料ガスから前記パージガスに切り替えるとともに、他のガス供給治具から前記パージガスを供給する第5の工程と、 With switching to the purge gas supplied from the raw material gas from the material gas supply device, and a fifth step of supplying the purge gas from the other gas supply device,
    を含み、かつ、前記第2の工程から前記第5の工程を複数回繰り返すことを特徴とする成膜方法。 It includes and film forming method, wherein a plurality of times said fifth step from said second step.
  2. 複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を一括して形成する成膜方法であって、 A plurality of film forming method of forming collectively a compound film on the surface of the substrate,
    前記各被処理基板を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置し、 Wherein arranged side by side along the thickness direction is separated each target substrate to each other,
    前記各被処理基板に向けてそれらの基板面と略平行な方向から、パージガスを連続的に供給しつつ、成膜反応を活性化させるための活性化ガスと、成膜すべき化合物膜の主な原料となる原料ガスとを、交互に切り替えて供給することを特徴とする成膜方法。 From said direction substantially parallel to their substrate surfaces toward each target substrate, while continuously feeding a purge gas, and the activation gas for activating the film-forming reaction, mainly of the compound film to be deposited film forming method is characterized in that a raw material comprising a raw material gas, is supplied alternately switched.
  3. 複数枚の被処理基板の表面上に化合物膜を一括して成膜する成膜処理が行われる処理室内に、前記各被処理基板を、それらの表面を互いに離間させて厚さ方向に沿って並べて配置し、 A treatment chamber deposition process for depositing collectively compound film on a plurality of the processed surface of the substrate is carried out, the respective target substrate, along the thickness direction is separated their surfaces together side-by-side arranged,
    前記各被処理基板が配置された前記処理室内にパージガスを供給して前記処理室内をパージした後、 After purging the processing chamber by supplying a purge gas said into the processing chamber to each of the target substrate is placed,
    パージされた前記処理室内に配置されている前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から、前記パージガスを供給し続けるとともに、成膜反応を活性化させる活性化ガスを前記各被処理基板の表面上に供給し、 Wherein it is arranged purged the processing chamber toward the substrate to be processed, from a direction substantially parallel to their substrate surface, with continuously supplying the purge gas, the activating gas for activating the film-forming reaction the supplied onto the surface of each substrate to be processed,
    前記各被処理基板に向けて前記パージガスを供給しつつ、前記活性化ガスの供給を断つとともに、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から、前記化合物膜の主な原料となる原料ガスを前記各被処理基板の表面上に供給することにより、前記各被処理基板の表面上に前記化合物膜を成膜することを特徴とする成膜方法。 While supplying the purge gas toward the each substrate to be treated, with cut off the supply of the activated gas, it said toward each target substrate from a direction substantially parallel to their substrate surface, mainly of the compound film such by raw material comprising the raw material gas is supplied onto the surface of each substrate to be processed, the film forming method characterized by forming the compound layer the on the surface of the substrate to be processed.
  4. 成膜処理に供される処理室と、 A processing chamber which is subjected to the film forming process,
    この処理室内において、成膜処理が施される複数枚の被処理基板を互いに離間させつつ、厚さ方向に沿って並べて支持可能な基板支持具と、 In this processing chamber, a plurality of while mutually moved away a substrate to be processed, along the thickness direction side by side supportable substrate support film formation process is performed,
    前記各被処理基板の表面上に一括して成膜される化合物膜の主な原料となる原料ガス、および前記処理室内をパージするためのパージガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から供給する原料ガス供給治具と、 The raw material gas as a main raw material of the compound film to be formed collectively on the surface of the substrate to be processed, and a purge gas for purging the process chamber, toward said each target substrate, their a material gas supply device for supplying from a direction substantially parallel to the substrate surface,
    前記原料ガスを前記原料ガス供給治具に供給する原料ガス供給系と、 A source gas supply system for supplying the raw material gas to the raw material gas supply device,
    前記化合物膜が成膜される際の成膜反応を活性化させる活性化ガス、および前記パージガスを、前記各被処理基板に向けて、それらの基板面と略平行な方向から供給する活性化ガス供給治具と、 Activated gas to activate the deposition reaction in the compound film is formed, and the purge gas, toward the each substrate to be treated, the activated gas is supplied from a direction substantially parallel to their substrate surface and supply jig,
    前記活性化ガスを前記活性化ガス供給治具に供給する活性化ガス供給系と、 And the activated gas supply system for supplying to the activation gas supply device of the activation gas,
    前記パージガスを、前記原料ガスおよび前記活性化ガスと選択的に切り替えて前記原料ガス供給治具および前記活性化ガス供給治具に供給するパージガス供給系と、 The purge gas, the purge gas supply system for supplying the selectively switching the material gas supply device and the activation gas supply device and the raw material gas and the activated gas,
    を具備することを特徴とする成膜装置。 Film forming apparatus characterized by comprising a.
  5. 前記原料ガス供給治具および前記原料ガス供給系は、前記原料ガスの種類ごとに独立して設けられているとともに、前記原料ガス供給系は、前記原料ガスをその種類ごとに独立に前記原料ガス供給治具に供給可能に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。 The material gas supply device and the raw material gas supply system, together with the independently provided for each type of the raw material gas, the raw material gas supply system, the raw material gas independently the raw material gas per the type deposition apparatus according to claim 4, characterized in that it is supplied can be set in the supply device.
  6. 請求項1〜3のうちのいずれかの成膜方法により成膜された化合物膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Method of manufacturing a semiconductor device, and forming a semiconductor device using a compound film formed by any of the deposition methods of claims 1-3.
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