JP2008053683A - 絶縁膜形成方法、半導体装置、および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁膜形成方法において、基板に小流量のO3を供給し、非平衡状態で基板上のHfと反応させハフニウム酸化膜を形成するサイクルAをM回(M≧1)行った後、基板に大流量のO3を供給し、平衡状態で基板上のHfと反応させハフニウム酸化膜を形成するサイクルBをN回(N≧1)行う絶縁膜形成サイクルを1シーケンスとする。所望の膜厚までシーケンスを繰り返し、目的の絶縁膜を形成する。
【選択図】図2
Description
以下、本発明の第1の実施形態に係る絶縁膜形成方法について、ハフニウム酸化膜からなるキャパシタ絶縁膜を形成する例を挙げて、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第2の実施形態に係る絶縁膜形成方法および基板処理装置について、ハフニウム酸化膜からなるキャパシタ絶縁膜を形成する例を挙げて、図面を参照しながら説明する。図5は、本発明の第2の実施形態に係る基板処理装置(以下、第2の縦型ALDバッチ装置と称す)の構成を示す断面図である。
以下、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の基板処理装置(以下、第3の縦型ALDバッチ装置と称す)は、第1のノズルに設けられた孔が第1の実施形態における第1の縦型ALDバッチ装置とは異なる位置に備えられた構成となっている。図9は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の構成の一部を示す上面図である。
102 第1のノズル
103 シールキャップ
104 基板
201 第2のノズル
301 第1の孔
Claims (20)
- 基板処理装置の処理室内に垂直方向に互いに間隔を空けて並べられた複数の基板に第1の原料ガスを供給し、前記複数の基板の各々の上に原子層を形成する工程(a)と、
前記工程(a)の後、前記複数の基板に第2の原料ガスを第1の供給量で供給し、前記各基板上で前記原子層と前記第2の原料ガスとを非平衡状態で反応させて絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記工程(a)の後、前記複数の基板に前記第2の原料ガスを第2の供給量で供給し、前記原子層と前記第2のガスとを平衡状態で反応させて絶縁膜を形成する工程(c)とを備え、
前記工程(a)と前記工程(b)とを交互にM(1≦M)回行った後、前記工程(a)と前記工程(c)とを交互にN(1≦N)回行う絶縁膜形成サイクルを反復することを特徴とする絶縁膜形成方法。 - 前記第1の供給量は、前記第2の供給量よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記工程(b)は、前記第2の原料ガスを供給する前に、不活性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に残留する前記第1のガスを排出する工程と、前記絶縁膜を形成した後、不活性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に残留する前記第2の原料ガスを排出する工程とをさらに含んでおり、
前記工程(c)は、前記第2の原料ガスを供給する前に、不活性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に残留する前記第1のガスを排出する工程と、前記絶縁膜を形成した後、不活性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に残留する前記第2の原料ガスを排出する工程とをさらに含んでいることを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁膜形成方法。 - 前記絶縁膜は金属の酸化物から構成されており、前記金属は3族元素、4族元素、および5族元素から選ばれるいずれかを含んでいることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の絶縁膜形成方法。
- 前記第1の原料ガスは、ランタノイド、アクチノイド、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタルのいずれかを含んでおり、前記第2の原料ガスはオゾンを含んでいることを特徴とする請求項4に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記絶縁膜は、シリコン窒化物からなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の絶縁膜形成方法。
- 前記第1の原料ガスは、塩化シリコン系材料または有機塩化シリコン系材料を含んでおり、前記第2の原料ガスは、アンモニアを含んでいることを特徴とする請求項6に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記塩化シリコン系材料は、ジクロロシランまたはヘキサクロロジシランであることを特徴とする請求項7に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記有機シリコン系材料は、BTBAS、TRIES、およびTDMASのから選ばれる1つであることを特徴とする請求項7に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記絶縁膜は、シリコン酸化物からなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の絶縁膜形成方法。
- 前記第1の原料ガスは、塩化シリコン系材料または有機塩化シリコン系材料を含んでおり、前記第2の原料ガスは、オゾンを含んでいることを特徴とする請求項10に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記塩化シリコン系材料は、ジクロロシランまたはヘキサクロロジシランであることを特徴とする請求項11に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記有機シリコン系材料は、BTBAS、TRIES、およびTDMASから選ばれた1つであることを特徴とする請求項11に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記基板処理装置は、前記処理室の上部に供給口が形成された直管型の第1のノズルと、縦方向の複数の位置に孔が形成された第2のノズルとを有しており、
前記工程(a)では、前記第1の原料ガスを前記第1のノズルから供給し、
前記工程(b)と前記工程(c)では、前記第2の原料ガスを前記第2のノズルから供給することを特徴とする請求項1〜13に記載の絶縁膜形成方法。 - 前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性の高いガスであることを特徴とする請求項14に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記第2の原料ガスの分子量は、前記第1の原料ガスの分子量よりも小さいことを特徴とする請求項14または15に記載の絶縁膜形成方法。
- 前記工程(b)および前記工程(c)では、前記各基板の中心を通る垂直方向の軸を回転軸として前記各基板を回転させながら絶縁膜を形成しており、
前記各基板の主面と平行な切断面における前記第2のノズルの中心軸と前記各基板の中心軸とを結ぶ直線と、前記第2のノズルの中心軸と前記各孔の中心とを結ぶ直線とが作る角度が前記各基板の回転方向と同じ方向に設定され、前記角度が5°以上且つ90°以下の範囲となるように前記第2の原料ガスを前記各基板へ供給することを特徴とする請求項14〜16のうちいずれか1つに記載の絶縁膜形成方法。 - 請求項1または2に記載の絶縁膜形成方法により形成したハフニウム酸化膜を備えており、前記ハフニウム酸化膜中における酸素/ハフニウム組成比は2.1以上であることを特徴とする半導体装置。
- 第1の原料ガスと第2の原料ガスとを用いて複数の基板上にそれぞれ絶縁膜を形成させるための処理室と、
前記処理室内に垂直方向に互いに間隔を空けて前記複数の基板を設置するためのウェハボートと、
前記処理室の内壁に沿って下方から上方に向かって延び、前記複数の基板に前記第1の原料ガスを供給するための供給口が前記処理室の上部において形成された第1のノズルと、
前記処理室の内壁に沿って下方から上方に向かって延び、前記複数の基板に前記第2の原料ガスを供給するための孔が縦方向に複数個形成された第2のノズルとを備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記ウェハボートは、前記ウェハボートの中心を通る垂直方向の軸を回転軸として回転するための回転機構を有しており、前記複数の孔の各々は、前記基板の主面と平行な切断面における前記第2のノズルの中心軸と前記基板の中心軸とを結ぶ直線と、前記第2のノズルの中心軸と前記各孔の中心とを結ぶ直線とが作る角度が5°以上且つ90°以下の範囲となるように、前記各ウェハボートの回転方向と同じ方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項19に記載の基板処理装置。
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