JP2008311368A - 被処理体の処理方法及び処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】結晶性や配向性が良好な多元系金属酸化物膜を得ることが可能な被処理体の処理方法を提供する。
【解決手段】表面に酸化対象となる金属膜が形成されている被処理体Ｗの表面に、複数の有機金属原料を用いて多元系金属酸化物膜を形成するようにした被処理体の処理方法において、前記金属膜が形成されている前記被処理体に対して第１のチャンバ４ａ内で酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜１００を形成する酸化工程と、前記金属酸化膜が形成された前記被処理体に対して前記第１のチャンバ４ａとは異なる第２のチャンバ４ｂ、４ｃ内で成膜処理を施すことにより前記金属酸化膜上に前記多元系金属酸化物膜を形成する成膜工程と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハ等に形成された例えば下部電極上に多元系金属酸化物膜よりなる薄膜を施すための被処理体の処理方法及び処理システムに関する。

一般に、強誘電体メモリ素子は、主としてＩＣカード向けの次世代不揮発メモリとして注目を集め、活発に研究開発がなされている。この強誘電体メモリ素子は、２つの電極の間に強誘電体膜を介在させた強誘電体キャパシタをメモリセルに用いた半導体素子である。強誘電体は［自発分極］、つまり、一度電圧を加えると、電圧をゼロにしても電荷が残っているという特性（ヒステリシス）を持っており、強誘電体メモリ素子はこれを利用した不揮発性メモリである。このような強誘電体メモリ素子のキャパシタ材料となる強誘電体膜としては、複数の金属元素の酸化物よりなる多元系金属酸化物が知られており、この多元系金属酸化物膜の一例としてＰｂ（Ｚｒ_ｘ ，Ｔｉ_１−ｘ ）Ｏ_３ （以下、「ＰＺＴ」ともいう）膜が広く用いられている。

このＰＺＴ膜は、例えばＰｂ（ｄｉｂｍ）_２ （＝Ｌｅａｄ ｂｉｓ（ｄｉｉｓｏｂｕｔｙｒｙｌｍｅｔｈａｎａｔｅ）：Ｐｂ（Ｃ_９ Ｈ_１５Ｏ_２ ）_２ ）（以下、「Ｐｂ原料」とも称す）、Ｚｒ（ｄｉｂｍ）_４ （＝Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｉｓｏｂｕｔｙｒｙｌｍｅｔａｎａｔｅ）：Ｚｒ（Ｃ_９ Ｈ_１５Ｏ_２ ）_４ （以下、「Ｚｒ原料」とも称す）及びＴｉ（ＯｉＰｒ）_２ （ＤＰＭ）_２ （＝Ｔｉｔａｎｉｕｍ ＤＩ（ｉ―Ｐｒｏｐｏｘｙ）Ｂｉｓ（Ｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎａｔｅ）：Ｔｉ（Ｏｉｐｒ）_２ （ＤＰＭ）_２ ）（以下、「Ｔｉ原料」とも称す）よりなる有機金属原料と、酸化剤として例えばＯ_２ とを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置により、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ Ｔｉ_１−ｘ ）Ｏ_３ のペロブスカイト構造の結晶膜を形成することにより得られる（例えば特許文献１，２，３，４，５参照）。尚、Ｐｂは鉛、Ｚｒはジルコニウム、Ｔｉはチタンをそれぞれ示す。

このＰＺＴ膜を形成する場合には、まず下部電極となる金属膜として、例えばイリジウム（Ｉｒ）膜を予めウエハ上に形成しておき、この上に形成されるＰＺＴ膜との馴染み性を向上させ、且つＰＺＴ膜の配向性を向上させる等の目的で上記金属膜の表面部分のみを処理容器内で酸化して金属酸化膜を表面部分に形成する。次に、上記した各原料ガスと酸化ガスとをシャワーヘッド部により処理容器内へ個別に導入する。これら各原料ガスと酸化ガスとは、シャワーヘッド部内では、個別の拡散室内で拡散されて別々のガス噴射孔より処理容器内に噴射され、この処理容器内にて初めて混合し、処理容器内に置かれた半導体ウエハに供給される。この半導体ウエハは、ＰＺＴ膜の成長に最適な温度になされているので、供給された原料ガスは酸化ガスとＣＶＤ反応を起こし、その結果、半導体ウエハの上記金属酸化膜上にＰＺＴ膜が堆積する。尚、上述したような原料ガスと酸化ガスとを処理容器内にて初めて混合するガス供給方法を、いわゆるポストミックスと称する。

特開平７−２０１９５１号公報 特開平９−１４３６７４号公報 特開平１０−１８９４８８号公報 特開２００２−９０６２号公報 特開２００６−２２２３１８号公報

ところで、上述したように半導体ウエハを処理する場合に、製品の生産性を向上させることを目的としてイリジウム膜よりなる金属膜の表面酸化処理と、この上にＰＺＴ膜を形成する成膜処理とが同一の処理チャンバ内で連続的に行うことが一般的になっている。

しかしながら、上述のように金属膜の表面部分を酸化しているにもかかわらず、この上に形成されるＰＺＴ膜の結晶性や配向性が十分に良好ではなく、膜質特性が良好なＰＺＴ膜を得るのが困難である、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、結晶性や配向性が良好な多元系金属酸化物膜を得ることが可能な被処理体の処理方法及び処理システムを提供することにある。

本発明者は、ＰＺＴ膜の成膜処理に関して鋭意研究した結果、下部電極となるイリジウム膜である金属膜の表面酸化処理とＰＺＴ膜の成膜処理とを同一チャンバ内で繰り返し行うと、上記ＰＺＴ膜の成膜時に用いる金属のうちの一種、この場合には例えばＰｂ（鉛）がチャンバ内に残留し、この残留したＰｂが金属膜の表面の酸化を阻害している、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。この場合、チャンバ内をクリーニングガスによりドライクリーニングすることも検討したが、上記したＰｂ等を有効に除去できるクリーニングガスが存在しないのが現状である。

請求項１に係る発明は、表面に酸化対象となる金属膜が形成されている被処理体の表面に、複数の有機金属原料を用いて多元系金属酸化物膜を形成するようにした被処理体の処理方法において、前記金属膜が形成されている前記被処理体に対して第１のチャンバ内で酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する酸化工程と、前記金属酸化膜が形成された前記被処理体に対して前記第１のチャンバとは異なる第２のチャンバ内で成膜処理を施すことにより前記金属酸化膜上に前記多元系金属酸化物膜を形成する成膜工程と、を有することを特徴とする被処理体の処理方法である。

このように、金属膜が形成されている被処理体に対して第１のチャンバ内で酸化処理を施すことにより金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する酸化工程と、金属酸化膜が形成された被処理体に対して第１のチャンバとは異なる第２のチャンバ内で成膜処理を施すことにより金属酸化膜上に多元系金属酸化物膜を形成する成膜工程とを有するようにしたので、第１のチャンバと第２のチャンバとがそれぞれ専用のチャンバとなって金属膜の表面酸化処理時にこの表面酸化処理が多元系金属酸化物膜の成膜時に用いた原料ガスの残留金属により阻害されることがなくなって前記金属膜の表面を十分に酸化することができ、この結果、結晶性や配向性が良好な多元系金属酸化物膜を得ることができる。

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記酸化工程における前記被処理体の温度は、前記被処理体を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ搬送中に低下する低下温度に相当する温度だけ前記成膜工程における温度よりも高く設定されている。
これによれば、多元系金属酸化物膜の成膜時における被処理体に対する温度制御に要する時間がほとんど不要になり、その分、処理時間が短くなってスループットを向上させることができる。

また、例えば請求項３に記載したように、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間は、前記被処理体を大気に晒すことなく搬送される。
また、例えば請求項４に記載したように、前記金属酸化膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、白金酸化膜、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ_３ ）、酸化ランタンニッケル（ＬａＮｉＯ_３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）よりなる群から選択される１の膜である。
また、例えば請求項５に記載したように、前記多元系金属酸化物膜は、ＰｂとＺｒとＴｉとを含むＰＺＴ膜と、ＢａとＳｒとＴｉとを含むＢＳＴ膜と、ＳｒとＢｉとＴａとを含むＳＢＴ膜と、ＢｉとＬａとＴｉとを含むＢＬＴ膜とよりなる群から選択される１の膜よりなる。

請求項６に係る発明は、表面に酸化対象となる金属膜が形成されている被処理体の表面に、複数の有機金属原料を用いて多元系金属酸化物膜を形成するようにした被処理体の処理システムにおいて、前記金属膜が形成されている前記被処理体に対して酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する第１のチャンバと、前記金属酸化膜が形成されている前記被処理体に対して成膜処理を施すことにより前記多元系金属酸化物膜を形成する第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとが連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて前記被処理体を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構と、処理システム全体の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする処理システムである。

この場合、例えば請求項７に記載したように、前記共通搬送室内は、不活性ガスの雰囲気になされている。
また、例えば請求項８に記載したように、前記第１のチャンバの設置台数と前記第２のチャンバの設定台数との比は、前記酸化処理に要する酸化時間と前記成膜処理に要する成膜時間の比に対応するように設定される。

また、例えば請求項９に記載したように、前記金属酸化膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、白金酸化膜、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ_３ ）、酸化ランタンニッケル（ＬａＮｉＯ_３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）よりなる群から選択される１の膜である。
また、例えば請求項１０に記載したように、前記多元系金属酸化物膜は、ＰｂとＺｒとＴｉとを含むＰＺＴ膜と、ＢａとＳｒとＴｉとを含むＢＳＴ膜と、ＳｒとＢｉとＴａとを含むＳＢＴ膜と、ＢｉとＬａとＴｉとを含むＢＬＴ膜とよりなる群から選択される１の膜よりなる。

本発明に係る被処理体の処理方法及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
金属膜が形成されている被処理体の表面に多元系金属酸化物膜を形成するに際して、金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する酸化工程と、金属酸化膜が形成された被処理体に対して第１のチャンバとは異なる第２のチャンバ内で成膜処理を施すことにより金属酸化膜上に多元系金属酸化物膜を形成する成膜工程とを有するようにしたので、第１のチャンバと第２のチャンバとがそれぞれ専用のチャンバとなって金属膜の表面酸化処理時にこの表面酸化処理が多元系金属酸化物膜の成膜時に用いた原料ガスの残留金属により阻害されることがなくなって前記金属膜の表面を十分に酸化することができ、この結果、結晶性や配向性が良好な多元系金属酸化物膜を得ることができる。

特に請求項２に係る発明によれば、酸化工程における前記被処理体の温度は、被処理体を第１のチャンバから第２のチャンバへ搬送中に低下する低下温度に相当する温度だけ成膜工程における温度よりも高く設定しているので、多元系金属酸化物膜の成膜時における被処理体に対する温度制御に要する時間がほとんど不要になり、その分、処理時間が短くなってスループットを向上させることができる。

以下に、本発明に係る被処理体の処理方法及び処理システムの好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る被処理体の処理システムの一例を示す概略構成図、図２は第１のチャンバの一例を示す概略構成図、図３は第２のチャンバの一例を示す概略構成図である。

＜処理システムの説明＞
まず、上記被処理体の処理システムについて説明する。図１に示すように、この処理システム２は、複数、例えば３つのチャンバ４ａ、４ｂ、４ｃと、略六角形状の共通搬送室６と、ロードロック機能を有する第１及び第２ロードロック室８ａ、８ｂと、細長い導入側搬送室１０とを主に有している。

ここでは、上記３つのチャンバ４ａ、４ｂ、４ｃの内、１つのチャンバ４ａが被処理体である半導体ウエハに対して酸化処理を施す第１のチャンバとして構成され、他の２つのチャンバ４ｂ、４ｃが後述する多元系金属酸化物膜、例えばＰＺＴ膜を形成する第２のチャンバとして互いに全く同じように構成されている。これら第１のチャンバ４ａと第２のチャンバ４ｂ、４ｃの設置台数比は、後述するように酸化処理と成膜処理にそれぞれ要する時間比に対応するように設定されている。尚、上記「第１」及び「第２」とは、チャンバーの台数を示すものではなく、チャンバーの種類を示すものである。

具体的には、略六角形状の上記共通搬送室６の３辺に上記各チャンバ４ａ〜４ｃが接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２ロードロック室８ａ、８ｂがそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２ロードロック室８ａ、８ｂに、上記導入側搬送室１０が共通に接続される。尚、上記共通搬送室６の残りの一辺には必要に応じて処理チャンバが連結される。

上記共通搬送室６と上記３つの各チャンバ４ａ、４ｂ、４ｃとの間及び上記共通搬送室６と上記第１及び第２ロードロック室８ａ、８ｂとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室６内と連通可能になされている。ここで、この共通搬送室６内は真空引きされている。また、上記第１及び第２各ロードロック室８ａ、８ｂと上記導入側搬送室１０との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在されている。この第１及び第２のロードロック室８ａ、８ｂは真空引き、及び大気圧復帰がウエハの搬出入に伴って繰り返される。

そして、この共通搬送室６内においては、上記２つの各ロードロック室８ａ、８ｂ及び３つの各チャンバ４ａ〜４ｃにアクセスできる位置に、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる第１の搬送機構１２が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つのピック１４ａ、１４ｂを有しており、一度に２枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記第１の搬送機構１２として１つのみのピックを有しているものも用いることができる。

上記導入側搬送室１０は、横長の箱体により形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの搬入口が設けられ、各搬入口には、開閉可能になされた開閉ドア１６が設けられる。そして、この各搬入口に対応させて、導入ポート１８がそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器２０を載置できるようになっている。各カセット容器２０には、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっている。このカセット容器２０内は、例えば密閉状態になされており、内部にはＮ_２ ガス等の不活性ガスの雰囲気に満たされている。

この導入側搬送室１０内には、ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための導入側搬送機構である第２の搬送機構２２が設けられる。この第２の搬送機構２２は、屈伸及び旋回可能になされた２つのピック２４ａ、２４ｂを有しており、一度に２枚のウエハＷを取り扱い得るようになっている。この第２の搬送機構２２は、導入側搬送室１０内に、その長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール２６上にスライド移動可能に支持されている。

また、導入側搬送室１０の一方の端部には、ウエハの位置合わせを行なうオリエンタ２８が設けられる。上記オリエンタ２８は、駆動モータによって回転される回転台２８ａを有しており、この上にウエハＷを載置した状態で回転するようになっている。この回転台２８ａの外周には、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ２８ｂが設けられ、これによりウエハＷの位置決め切り欠き、例えばノッチやオリエンテーションフラットの位置方向やウエハＷの中心の位置ずれ量を検出できるようになっている。

この処理システム全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなる制御部３０を有している。そして、この処理システム全体の動作制御に必要なプログラムはフロッピやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体３２に記憶されている。具体的には、この制御部３０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度（ウエハ温度）やプロセス圧力（チャンバ内圧力）の制御等が行われる。尚、各チャンバ４ａ〜４ｃ内へは、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスやＮ_２ ガス等の不活性ガスも供給できるようになっている。

このように、構成された処理システム２における概略的な動作について説明する。まず、導入ポート１８に設置されたカセット容器２０からは、未処理の半導体ウエハＷが第２の搬送機構２２により導入側搬送室１０内に取り込まれ、この取り込まれたウエハＷは導入側搬送室１０の一端に設けたオリエンタ２８へ搬送されて、ここで位置決めがなされる。上記ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、この表面には下部電極として例えばイリジウム膜よりなる金属膜が予め形成されている。

位置決めがなされたウエハＷは、上記第２の搬送機構２２により再度搬送され、第１或いは第２のロードロック室８ａ、８ｂの内のいずれか一方のロードロック室内へ搬入される。このロードロック室内が真空引きされた後に、予め真空引きされた共通搬送室６内の第１の搬送機構１２を用いて、上記ロードロック室内のウエハＷが共通搬送室６内に取り込まれる。

そして、この共通搬送室６内へ取り込まれた未処理のウエハは、次に第１のチャンバ４ａ内へ搬入されて金属膜の表面を酸化して金属膜の表面に薄く金属酸化膜を形成する。この酸化処理が完了したならば、次にこのウエハＷは共通搬送室６内の第１の搬送機構１２により２つの第２のチャンバ４ｂ、４ｃの内のいずれか一方の第２のチャンバ、例えば第２のチャンバ４ｂ内へ搬入されて多元系金属酸化物膜として例えばＰＺＴ膜を形成する。ここで第２のチャンバ４ｂに代えて他方の第２のチャンバ４ｃを用いてもよい。

このように、上記各チャンバ４ａ、４ｂ或いは４ａ、４ｃ内にて順次行われる酸化処理及びＰＺＴ膜の成膜処理が完了したならば、この処理済みのウエハＷは、いずれか一方のロードロック室８ａ又は８ｂ、導入側搬送室１０を経由して導入ポート１８の処理済みウエハ用のカセット容器２０内へ収容されることになる。尚、共通搬送室６内は、ＡｒやＨｅ等の希ガスやドライＮ_２ 等の不活性ガスの雰囲気で減圧状態になされている。

＜第１のチャンバの説明＞
次に、上記第１のチャンバ４ａについて図２を参照して説明する。図２は第１のチャンバ４ａを示す概略構成図である。図２に示すように、この第１のチャンバ４ａは、例えばアルミニウム合金等により筒体状に成形された処理容器４０を有している。この処理容器４０の底部には、円筒体状の支柱４２が設けられており、この支柱４２の上端部に複数本の支持ロッド４３を介して薄い例えば窒化アルミ等のセラミックよりなる載置台４４が設けられており、この上面側にウエハＷを載置できるようになっている。

また処理容器４０の底部には大口径の開口が形成されると共に、この開口にはＯリング等のシール部材４５を介して例えば石英ガラスよりなる透過窓４７が気密に設けられる。そして、この透過窓４７の下方に例えば加熱ランプよりなる加熱手段４６が、反射板を兼ねる回転台４９に取り付けられており、上記加熱ランプよりなる加熱手段４６から放射される熱線が透過窓４７を透過して上記載置台４４の裏面に当たり、これによりウエハＷを加熱するようになっている。尚、上記加熱手段４６としては、加熱ランプに代えて、厚く成形した載置台４４内に例えばカーボンワイヤを設けるようにしてもよい。またこの載置台４４の下方には、ウエハＷを搬出入する際に昇降してウエハＷを下側より突き上げて支持するリフタピン（図示せず）が設けられる。

そして、この処理容器４０の底部には排気口４８が形成されると共に、この排気口４８には真空ポンプや圧力調整弁等を含む排気系５０が接続されており、上記処理容器４０内を真空引きして所定の圧力に維持できるようになっている。

また処理容器４０の側壁には、ウエハＷを搬出入できる大きさの開口５２が形成されており、この開口５２に前述したゲートバルブＧが設けられている。更に、処理容器４０の天井部は開口されており、この開口部分にシール部材５４を介してガス導入手段として例えばシャワーヘッド５６が気密に設けられている。このシャワーヘッド５６は、例えばアルミニウム合金等よりなっている。このシャワーヘッド５６内には、拡散室５８が形成される。またシャワーヘッド５６の下面には、上記拡散室５８に連通された多数のガス噴射孔６０が形成されており、処理容器４０内へ所望のガスを導入できるようになっている。

またシャワーヘッド５６の上部にはガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２から所望のガス、ここでは例えばＯ_２ などの酸化ガスを流量制御しつつ導入できるようになっている。従って、この酸化ガスは、シャワーヘッド５６内の拡散室５８内を順次拡散されて、ガス噴射孔６０からウエハＷの上方の空間に面内方向に均一な状態で噴射供給されることになる。これにより、ウエハＷを加熱手段４６により所定の温度に加熱し、ウエハＷの表面に形成されている金属膜の表面を酸化できるようになっている。

＜第２のチャンバの説明＞
次に、上記第２のチャンバ４ｂについて図３を参照して説明する。尚、他方の第２のチャンバ４ｃは、この第２のチャンバ４ｂと同様に構成されているので、ここではその説明を省略する。図３は第２のチャンバ４ｂを示す概略構成図である。図３に示すように、この第２のチャンバ４ｂは、例えばアルミニウム合金等により筒体状に成形された処理容器７０を有している。この処理容器７０の底部には、円筒体状の支柱７２が設けられており、この支柱７２の上端部に複数本の支持ロッド７３を介して薄い例えば窒化アルミ等のセラミックよりなる載置台７４が設けられており、この上面側にウエハＷを載置できるようになっている。

また処理容器７０の底部には大口径の開口が形成されると共に、この開口にはＯリング等のシール部材７５を介して例えば石英ガラスよりなる透過窓７７が気密に設けられる。そして、この透過窓７７の下方に例えば加熱ランプよりなる加熱手段７６が、反射板を兼ねる回転台７９に取り付けられており、上記加熱ランプよりなる加熱手段７６から放射される熱線が透過窓７７を透過して上記載置台７４の裏面に当たり、これによりウエハＷを加熱するようになっている。尚、上記加熱手段７６としては、加熱ランプに代えて、厚く成形した載置台７４内に例えばカーボンワイヤを設けるようにしてもよい。またこの載置台７４の下方には、ウエハＷを搬出入する際に昇降してウエハＷを下側より突き上げて支持するリフタピン（図示せず）が設けられる。

この処理容器７０の底部には排気口７８が形成されると共に、この排気口７８には真空ポンプや圧力調整弁等を含む排気系８０が接続されており、上記処理容器７０内を真空引きして所定の圧力に維持できるようになっている。

また処理容器７０の側壁には、ウエハＷを搬出入できる大きさの開口８２が形成されており、この開口８２に前述したゲートバルブＧが設けられている。更に、処理容器７０の天井部は開口されており、この開口部分にシール部材８３を介してガス導入手段として例えばシャワーヘッド８４が気密に設けられている。このシャワーヘッド８４は、例えばアルミニウム合金等により形成されている。

具体的には、このシャワーヘッド８４の上部には、第１のガス導入口８６と第２のガス導入口８８が設けられると共に、このシャワーヘッド８４内には、上記第１のガス導入口８６に連通される第１の拡散室９０と上記第２のガス導入口８８に連通される第２の拡散室９２とがそれぞれ区画分離されて設けられている。そして、上記シャワーヘッド８４の下面のガス噴射面には、上記第１の拡散室９０に連通された複数の第１のガス噴射孔９４と、上記第２の拡散室９２に連通された複数の第２のガス噴射孔９６とがそれぞれ設けられており、上記第１及び第２のガス噴射孔９４、９６から噴射された各ガスを、処理容器７０内で初めて混合できるようになっている。

このようなガスの混合方式を、いわゆるポストミックスと称す。ここで上記第１のガス導入口８６にはＯ_２ 等の酸化ガスを流量制御しつつ供給できるようになっており、また第２のガス導入口８８には多元系金属酸化物膜の有機金属原料ガスをキャリアガスと共に流量制御しつつ供給できるようになっている。ここでは原料ガスとして、液状の有機金属原料よりなるＰｂ原料とＺｒ原料とＴｉ原料とを気化器にて気化しつつＡｒやＨｅ等のキャリアガスで搬送するようになっている。尚、上記３種の原料をそれぞれ個別に用いてもよいし、これらの混合原料を用いてもよい。

従って、この処理容器７０内の処理空間では、上記原料ガスと酸化ガスとが面内方向に均一に供給されて、ウエハＷを加熱手段７６により所定の温度に加熱し、これにより熱ＣＶＤによりウエハＷの表面にＰＺＴ膜を成膜できるようになっている。

＜半導体ウエハの処理＞
次に、上述のように形成された処理システム２を用いて行われる半導体ウエハの処理方法について図４及び図５も参照して説明する。図４は半導体ウエハの表面に形成される薄膜の形成行程を示す断面図、図５は半導体ウエハの処理方法を示すフローチャートである。

まず、前述したように、導入ポート１８からこの処理システム２内へ取り込んだ処理すべき半導体ウエハＷをオリエンタ２８、いずれか一方のロードロック室８ａ或いは８ｂ及び共通搬送室６を介して第１のチャンバ４ａ内に搬入する。この時の半導体ウエハＷは、図４（Ａ）に示すようにウエハ表面に下部電極となる金属膜１００が所定の厚さで予め形成されている。この金属膜１００としては、例えばＩｒ膜を用いることができる。尚、この金属膜１００を形成するための第２のチャンバを、図１に示す六角形の共通搬送室６の一辺に、一点鎖線で示すように第２のチャンバ４ｄとして設けるようにしてもよく、この場合には、この第２のチャンバ４ｄで上記金属膜１００を形成した後に、このウエハＷを上記第１のチャンバ４ａに搬入することになる。

上述のように、第１のチャンバ４ａ内へウエハＷを搬入したならば、この第１のチャンバ４ａの処理容器４０内へ酸化ガス、例えばＯ_２ ガスを導入すると共に、ウエハＷを加熱手段４６で所定の温度に加熱し、これに酸化処理を所定の時間施すことになる（Ｓ１）。これにより、図４（Ｂ）に示すように上記金属膜１００の表面部分が僅かに酸化されて金属酸化膜１００ａ、すなわちイリジウム酸化膜が形成されることになる。

このようにして、酸化処理が終了したならば、このウエハＷを、共通搬送室６内の第１の搬送機構１２を用いてこの第１のチャンバ４ａから搬出して共通搬送室６内を経由して２つの第２のチャンバ４ｂ、４ｃの内のいずれか一方の第２のチャンバ、例えば第２のチャンバ４ｂ内へ搬送する（Ｓ２）。

このように、ウエハＷを第２のチャンバ４ｂ内へ搬入したならば、この第２のチャンバ４ｂのシャワーヘッド８４から処理容器７０内へ原料ガス、すなわちＰｂ原料ガスとＺｒ原料ガスとＴａ原料ガスとをキャリアガスと共に導入し、同時に酸化ガス、例えばＯ_２ ガスも処理容器７０内へ導入し、それと共に加熱手段７６によりウエハＷを所定の温度に維持し、ＣＶＤにより所定の時間の成膜処理を施す（Ｓ３）。これにより、図４（Ｃ）に示すようにウエハＷの表面に多元系金属酸化物膜１０２、すなわちＰＺＴ膜１０２が形成されることになる。

ここでのプロセス条件は、例えば以下の通りである。半導体ウエハＷの直径サイズが例えば２００ｍｍの場合には、上記酸化処理では、酸化ガスの流量は、例えば５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、プロセス圧力は例えば１３３〜１３３０Ｐａの範囲内、プロセス温度（ウエハ温度）は例えば５００〜７００℃の範囲内であり、プロセス時間は形成する金属酸化膜１００ａの厚さにもよるが、例えば３０〜３００ｓｅｃの範囲内、例えば３６０ｓｅｃである。

また上記成膜処理では、Ｐｂ原料が０．１５〜０．５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内、例えば０．８ｓｃｃｍ程度、Ｚｒ原料が０．１５〜０．５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内、例えば０．６ｍｌ／ｍｉｎ程度、Ｔｉ原料が０．１〜０．５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内、例えば１．２ｍｌ／ｍｉｎ程度である。これらの各原料液は前述したように個別に供給してもよいし、或いは３原料の混合液として供給してもよい。また、プロセス圧力は例えば２６７〜１０６７Ｐａの範囲内、プロセス温度（ウエハ温度）は例えば６００〜７００℃の範囲内であり、プロセス時間は形成する多元系金属酸化物膜１０２の厚さにもよるが、例えば４５０〜１２００ｓｅｃの範囲内、例えば５４０ｓｅｃである。

このように、成膜処理を行っている間において、この成膜処理に要する時間に対して酸化処理に要する時間は短くて例えば上述のように１／２程度なので酸化処理は迅速に行われ、他方の第２のチャンバ４ｃでも成膜処理が行われることになり、結果的に、各チャンバ４ａ〜４ｃにおける待ち時間（アイドル時間）がほとんどなくなって効率的に処理を行うことができ、スループットを向上させることができる。

換言すれば、上記第１のチャンバ４ａの設置台数と上記第２のチャンバ４ｂ、４ｃの設定台数との比は、上記酸化処理に要する酸化時間と上記成膜処理に要する成膜時間の比に対応するように設定されているので、各チャンバ４ａ〜４ｃにおける待ち時間（アイドル時間）がほとんどなくなって効率的に処理を行うことができ、スループットを向上させることができる。尚、上記数値例は単に一例を示したに過ぎないのは勿論である。

そして、従来装置のように１台のチャンバで酸化処理と成膜処理との両方の処理を行った処理チャンバと異なって、酸化用の第１のチャンバ４ａと成膜用の第２のチャンバ４ｂ、４ｃとを区別して専用チャンバとして用いているので、第１のチャンバ４ａ内に、酸化処理を阻害する要因となるＰＺＴ膜の原料ガス成分の金属、例えばＰｂが侵入することがなく、上記酸化処理を確実に行うことができる。従って、この金属酸化膜（Ｉｒ酸化膜）１００ａ上に形成されることになる多元系金属酸化物膜（ＰＺＴ膜）１０２は結晶性が良好となり、且つその結晶の配向性も向上させることが可能となる。

このように、金属膜１００が形成されている半導体ウエハＷよりなる被処理体に対して第１のチャンバ４ａ内で酸化処理を施すことにより金属膜１００を酸化して金属酸化膜１００ａを形成する酸化工程と、金属酸化膜１００ａが形成された被処理体に対して第１のチャンバ４ａとは異なる第２のチャンバ４ｂ又は４ｃ内で成膜処理を施すことにより金属酸化膜１００ａ上に多元系金属酸化物膜１０２を形成する成膜工程とを有するようにしたので、第１のチャンバ４ａと第２のチャンバ４ｂ、４ｃとがそれぞれ専用のチャンバとなって金属膜１００の表面酸化処理時にこの表面酸化処理が多元系金属酸化物膜１０２の成膜時に用いた原料ガスの残留金属により阻害されることがなくなって上記金属膜１００の表面を十分に酸化することができ、この結果、結晶性や配向性が良好な多元系金属酸化物膜１０２を得ることができる。

また、上記酸化工程における上記被処理体Ｗの温度は、上記被処理体Ｗを上記第１のチャンバ４ａから上記第２のチャンバ４ｂ又は４ｃへ搬送中に低下する低下温度に相当する温度だけ上記成膜工程における温度よりも高く設定されているので、多元系金属酸化物膜１０２の成膜時における被処理体Ｗに対する温度制御に要する時間がほとんど不要になり、その分、処理時間が短くなってスループットを向上させることができる。

すなわち、例えば第２のチャンバ４ｂにおける成膜処理のプロセス温度を最適な６２０℃に設定し、第１のチャンバ４ａから第２のチャンバ４ｂへウエハＷへの搬送中における低下温度を８０℃程度と仮定すると、上記第１のチャンバ４ａにおける酸化処理のプロセス温度を７００℃（＝６２０℃＋８０℃）に設定することにより、ウエハＷを第２のチャンバ４ｂへ搬入した時に、ウエハＷの温度調整をほとんど行うことなく直ちに成膜処理を実行することができ、その分、スループットを向上させることができる。

また、上記共通搬送室６内は常にＡｒやＨｅ等の希ガスやドライ窒素等の不活性ガスにより減圧雰囲気になされているので、この共通搬送室６内にウエハＷが通過する際、これに自然酸化膜等が付着することを防止することができる。
また、ウエハＷをチャンバ間に亘って搬送する場合には、共通搬送室６内の圧力を開放されるチャンバ内の圧力よりも僅かに例えば７０Ｐａ程度だけ陽圧状態にしており、この結果、各チャンバ４ａ〜４ｃ内から共通搬送室６内へ気体が流れ込むことを防止して共通搬送室６内が金属汚染等されることを阻止することができる。

尚、上記ＰＺＴ膜を堆積させる原料として、Ｐｂ原料としてはＰｂ（ＤＰＭ）_２ 、Ｐｂ（ｄｉｂｍ）_２ 等を用いることができる。またＺｒ原料としてはＺｒ（ｔ−ＯＣ_４ Ｈ_９ ）_４ 、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ_３ Ｈ_７ ）_２ （ＤＰＭ）_２ 、Ｚｒ（ＤＰＭ）_４ 、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ_３ Ｈ_７ ）_４ 、Ｚｒ（Ｃ_５ Ｈ_７ Ｏ_２ ）_４ 、Ｚｒ（Ｃ_５ ＨＦ_６ Ｏ_２ ）_４ 、Ｚｒ（ｄｉｂｍ）_４ 、Ｚｒ（ＩＢＰＭ）_４ 、Ｚｒ（ｄｍｈｄ）_４ 等のＺｒ原料群より選択される１または２以上の原料を用いることができる。また、Ｔｉ原料としてはＴｉ（ｉ−ＯＣ_３ Ｈ_７ ）_４ またはＴｉ（ｉ−ＯＣ_３ Ｈ_７ ）_２ （ＤＰＭ）_２ 等を用いることができる。

＜本発明方法の評価結果＞
次に、上述したような本発明の処理方法を実際に行って、形成されたＰＺＴ膜薄の膜質について検討したので、その評価結果について図６を参照して説明する。
図６は本発明の処理方法を評価するためにＰＺＴ膜の積分反射強度とＰＺＴ膜の配向率とを示すグラフである。

ここでは、先に説明したように、本発明方法ではＩｒ膜よりなる金属膜の酸化処理とＰＺＴ膜の成膜処理とをそれぞれ異なるチャンバで行っている。そして、本発明方法と比べるために比較例を併せて行っている。
比較例１は従来方法で説明したように、金属膜の酸化処理とＰＺＴ膜の成膜処理とを同一のチャンバで行っており、比較例２は金属膜の酸化処理とＰＺＴ膜の成膜処理とを同一のチャンバで行うと共に、金属膜の酸化処理後にウエハを一旦大気（清浄空気）に晒しており、比較例３は金属膜の酸化処理を行わないで高温アニール処理を行った後に別チャンバでＰＺＴ膜の成膜処理を行っている。

グラフ中において、白抜きの棒グラフはウエハ中心部の状態を示し、斜線の棒グラフはウエハ周辺部の状態を示している。測定にはＸ線回析装置を用いて結晶面”１１１”の状態を調べた。

まず、積分反射強度（結晶性）に関しては、図６（Ａ）に示すように、従来方法である比較例１は、中心部の積分反射強度は２４０ｃｐｓ程度で大きいのに対して周辺部は１５０ｃｐｓ程度でかなり低くなっており、ウエハ周辺部における結晶性（結晶化）がかなり低い。この結晶性が低い理由は、前述したように、チャンバ内にＰＺＴ成膜時の残留Ｐｂ成分が存在するためであると考えられる。また比較例２では、ウエハ中心部では２３０ｃｐｓ程度であるのに対してウエハ周辺部では５０ｃｐｓ程度まで極端に低くなっている。この理由は、金属酸化膜の酸化処理後にウエハを一旦大気に晒しているためにウエハ表面に水分等の不純物が付着するからであると考えられる。また比較例３では、ウエハ中心部ではほとんど結晶化しておらず、また、ウエハ周辺部における結晶性も非常に低い。

これに対して、本発明方法の場合には、積分反射強度に関してウエハ中心部は２４０ｃｐｓ程度であって従来方法である比較例１と略同じであり、ウエハ周辺部は１９０ｃｐｓ程度であって比較例１の１５０ｃｐｓよりも結晶性がかなり改善しており、良好な結果を示していることを確認することができた。

また結晶の配向性に関しては、図６（Ｂ）に示すように、従来方法である比較例１は、中心部の配向率は９５％程度で大きいのに対して周辺部は４０％程度でかなり低くなっており、ウエハ周辺部における配向率がかなり低い。この結晶性が低い理由は、前述したように、チャンバ内にＰＺＴ成膜時の残留Ｐｂ成分が存在するためであると考えられる。また比較例２では、ウエハ中心部では９５％程度であるのに対してウエハ周辺部では４０％程度まで極端に低くなっている。この理由は、金属酸化膜の酸化処理後にウエハを一旦大気に晒しているためにウエハ表面に水分等の不純物が付着するからである考えられる。また比較例３では、ウエハ中心部では配向率は２〜３％程であって非常に低く、また、ウエハ周辺部では配向率は略ゼロである。

これに対して、本発明方法の場合には、結晶の配向性に関してウエハ中心部は９５％程度であって従来方法である比較例１と略同じであり、ウエハ周辺部は８０％程度であって比較例１の４０％よりも結晶性がかなり改善しており、良好な結果を示していることを確認することができた。

尚、以上の各実施例では、酸化処理や成膜処理における酸化ガスとしてＯ_２ ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｏ_３ ガス、Ｎ_２ Ｏガス、ＮＯ_２ ガス等を用いてもよい。

更に、上記各実施例では金属酸化膜としてイリジウム酸化膜を形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、白金酸化膜、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ_３ ）、酸化ランタンニッケル（ＬａＮｉＯ_３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）よりなる群から選択される１の膜を用いることができる。
また更に、ここでは多元系金属酸化物膜としてＰＺＴ膜を例にとって説明したが、これに限定されず、上記多元系金属酸化物膜は、ＰｂとＺｒとＴｉとを含むＰＺＴ膜と、ＢａとＳｒとＴｉとを含むＢＳＴ膜と、ＳｒとＢｉとＴａとを含むＳＢＴ膜と、ＢｉとＬａとＴｉとを含むＢＬＴ膜とよりなる群から選択される１の膜よりなる膜を用いることができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明に係る被処理体の処理システムの一例を示す概略構成図である。 第１のチャンバの一例を示す概略構成図である。 第２のチャンバの一例を示す概略構成図である。 半導体ウエハの表面に形成される薄膜の形成行程を示す断面図である。 半導体ウエハの処理方法を示すフローチャートである。 本発明の処理方法を評価するためにＰＺＴ膜の積分反射強度とＰＺＴ膜の配向率とを示すグラフである。

符号の説明

２ 処理システム
４ａ 第１のチャンバ
４ｂ，４ｃ 第２のチャンバ
６ 共通搬送室
１０ 導入側搬送室
１２ 第１の搬送機構
２２ 第２の搬送機構
３０ 制御部
４０ 処理容器
４４ 載置台
４６ 加熱手段
５６ シャワーヘッド
７０ 処理容器
７４ 載置台
７６ 加熱手段
８０ 排気系
８４ シャワーヘッド
１００ 金属膜（イリジウム膜）
１００ａ 金属酸化膜（イリジウム酸化膜）
１０２ 多元系金属酸化物膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

1. 表面に酸化対象となる金属膜が形成されている被処理体の表面に、複数の有機金属原料を用いて多元系金属酸化物膜を形成するようにした被処理体の処理方法において、
   前記金属膜が形成されている前記被処理体に対して第１のチャンバ内で酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する酸化工程と、
   前記金属酸化膜が形成された前記被処理体に対して前記第１のチャンバとは異なる第２のチャンバ内で成膜処理を施すことにより前記金属酸化膜上に前記多元系金属酸化物膜を形成する成膜工程と、
   を有することを特徴とする被処理体の処理方法。
2. 前記酸化工程における前記被処理体の温度は、前記被処理体を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ搬送中に低下する低下温度に相当する温度だけ前記成膜工程における温度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の被処理体の処理方法。
3. 前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間は、前記被処理体を大気に晒すことなく搬送されることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の処理方法。
4. 前記金属酸化膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、白金酸化膜、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ_３ ）、酸化ランタンニッケル（ＬａＮｉＯ_３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）よりなる群から選択される１の膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被処理体の処理方法。
5. 前記多元系金属酸化物膜は、ＰｂとＺｒとＴｉとを含むＰＺＴ膜と、ＢａとＳｒとＴｉとを含むＢＳＴ膜と、ＳｒとＢｉとＴａとを含むＳＢＴ膜と、ＢｉとＬａとＴｉとを含むＢＬＴ膜とよりなる群から選択される１の膜よりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の被処理体の処理方法。
6. 表面に酸化対象となる金属膜が形成されている被処理体の表面に、複数の有機金属原料を用いて多元系金属酸化物膜を形成するようにした被処理体の処理システムにおいて、
   前記金属膜が形成されている前記被処理体に対して酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する第１のチャンバと、
   前記金属酸化膜が形成されている前記被処理体に対して成膜処理を施すことにより前記多元系金属酸化物膜を形成する第２のチャンバと、
   前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとが連結された共通搬送室と、
   前記共通搬送室内に設けられて前記被処理体を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構と、
   処理システム全体の動作を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする処理システム。
7. 前記共通搬送室内は、不活性ガスの雰囲気になされていることを特徴とする請求項６記載の処理システム。
8. 前記第１のチャンバの設置台数と前記第２のチャンバの設定台数との比は、前記酸化処理に要する酸化時間と前記成膜処理に要する成膜時間の比に対応するように設定されることを特徴とする請求項６又は７記載の処理システム。
9. 前記金属酸化膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、白金酸化膜、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ_３ ）、酸化ランタンニッケル（ＬａＮｉＯ_３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）よりなる群から選択される１の膜であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の処理システム。
10. 前記多元系金属酸化物膜は、ＰｂとＺｒとＴｉとを含むＰＺＴ膜と、ＢａとＳｒとＴｉとを含むＢＳＴ膜と、ＳｒとＢｉとＴａとを含むＳＢＴ膜と、ＢｉとＬａとＴｉとを含むＢＬＴ膜とよりなる群から選択される１の膜よりなることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の処理システム。
11. 金属膜が形成されている前記被処理体に対して酸化処理を施すことにより前記金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する第１のチャンバと、
    前記金属酸化膜が形成されている前記被処理体に対して成膜処理を施すことにより前記多元系金属酸化物膜を形成する第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとが連結された共通搬送室と、
    前記共通搬送室内に設けられて前記被処理体を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構と、
    処理システム全体の動作を制御する制御部と、
    を有する処理システムを用いて前記被処理体に対して処理を施すに際して、
    請求項１乃至５のいずれかに記載の処理方法を実行するようなコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。

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