JP2009049217A

JP2009049217A - 半導体デバイスの製造方法。

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Publication number: JP2009049217A
Application number: JP2007214305A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Imai; 義則今井
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】高誘電体膜とシリコン基板とを分離する、極薄かつ緻密な界面層を形成する半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体デバイスの製造方法は、シリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成する工程（酸化膜形成ステップ）と、シリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングする工程（エッチングステップ）と、エッチング後のシリコン酸化膜上に高誘電体膜を形成する工程（高誘電体膜形成ステップ）とを有する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する工程を有する半導体デバイスの製造方法に関するものである。

この種の半導体デバイスの製造方法において、半導体ＭＯＳ−ＦＥＴデバイスのゲート絶縁膜にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）や酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）などが用いられるものが知られている。デバイスの微細化の進展に伴い、ゲート絶縁膜に対する薄膜化が要求されており、シリコン酸化膜や酸窒化膜ではゲートから基板へのリーク電流を制御することが困難になりつつある。そこで、ゲート絶縁膜に高誘電体材料を使用することで、物理的な膜厚を保ちつつ電気的な膜厚を薄くする手法が用いられている。

しかしながら、高誘電体材料は、シリコンと反応して合金（シリサイド）を形成したり、シリコン基板との境界で界面順位を形成し電気特性が劣化したりする性質を有するので、シリコン酸化膜を界面層として挿入し、その上に高誘電体膜を形成する手法が用いられている。この界面層は、下地であるシリコン基板と高誘電体膜を物理的に分離するために挿入されている層であり、電気的には本来不必要な層である。そのため、シリコン酸化膜の物理的な膜厚は薄いほどよいが、界面層としてシリコン基板と高誘電体膜との反応を抑止する必要があり、緻密な構造の膜である必要がある。また、界面層としてのシリコン酸化膜は、シリコンと酸素との結合が強い酸化膜である必要がある。すなわち、シリコンと酸素の結合が弱いシリコン酸化膜であれば、シリコン酸化膜中の酸素が高誘電体膜に拡散して界面層自体が消失する可能性がある。このような要求を満たすものとして、高温で形成したシリコン熱酸化膜は、界面層として十分緻密な酸化膜であると考えられている。

しかしながら、一般的に高温での薄膜酸化膜の膜厚制御は、酸化初期の表面反応律速領域での酸化速度が速いため非常に困難である。処理温度が高温であるほど緻密な酸化膜が得られるが、その一方で減圧酸化、希釈酸化およびＲＴＰ(Rapid Thermal Processing)等の高速短時間の酸化処理であっても、数原子層（１ｎｍ程度）の緻密な極薄熱酸化膜を安定的に形成することは困難である。膜厚制御は低温下であれば容易であるが、低温で形成した熱酸化膜は、高温で形成した熱酸化膜と比較すると緻密さで劣るものとなる。

一方、低温下でも緻密な膜を形成する試みとして、酸素より反応性の高いオゾンや酸素プラズマを利用する方法がある。これらの手法は、低温でも緻密な膜を形成できる反面、成長速度は高温酸化に匹敵するようになり、膜厚の制御は高温酸化同様に難しくなる。また、別の手法として、一旦厚く形成した熱酸化膜を希フッ酸等でエッチングして所望の膜厚まで削るという方法も考えられる。この方法は、理論的には希フッ酸の濃度やエッチング時間を調整することで高い均一性を有する極薄膜の界面層を得られるが、ゲート成膜工程の途中でウエット洗浄工程が入ることにより、処理基板を一旦大気に暴露せざるを得ず、大気中の酸素や洗浄時の水分の影響から不均一な再酸化（自然酸化膜形成を含む）等が発生し、極薄で均一な酸化膜界面層を維持することが困難である。

本発明の目的は、高誘電体膜とシリコン基板とを分離する、極薄かつ緻密な界面層を形成する半導体デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明の第１の特徴とするところは、シリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングする工程と、前記エッチング後の前記シリコン酸化膜上に高誘電体膜を形成する工程とを有する半導体デバイスの製造方法にある。

好適には、前記シリコン酸化膜は、シリコン基板表面へ酸化種を拡散させることにより形成する。

好適には、前記シリコン酸化膜は、シリコン基板の熱酸化、オゾン酸化、酸素プラズマ酸化からなる群より選択される少なくとも何れかの酸化法により形成される。

好適には、前記シリコン酸化膜のエッチングは、ドライエッチングにより行う。

好適には、前記シリコン酸化膜のエッチングは、水素ガスを用いて行う。

好適には、前記シリコン酸化膜の形成と、前記シリコン酸化膜のエッチングとを、同一処理室にて連続的に行う。

好適には、前記シリコン酸化膜の形成と、前記シリコン酸化膜のエッチングとを、それぞれ異なる処理室にて連続的に行い、前記シリコン基板を大気に晒すことなく前記処理室間でのシリコン基板の搬送を行う。

好適には、前記シリコン酸化膜の形成と、前記シリコン酸化膜のエッチングとを同一処理室にて連続的に行い、それとは異なる処理室で前記高誘電体膜の形成を連続的に行い、前記シリコン基板を大気に晒すことなく前記処理室間でのシリコン基板の搬送を行う。

好適には、前記シリコン酸化膜の形成と、前記シリコン酸化膜のエッチングと、前記高誘電体膜の形成とを、それぞれ異なる処理室にて連続的に行い、前記シリコン基板を大気に晒すことなく前記処理室間でのシリコン基板の搬送を行う。

本発明の第２の特徴とするところは、第１処理室と、第２処理室と、前記各処理室間に設けられた搬送室と、前記搬送室内に設けられ前記各処理室間で基板を搬送する搬送ロボットと、前記第１処理室内でシリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成した後、前記シリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングし、その後、前記搬送ロボットにより、シリコン基板を前記第１処理室から前記搬送室を介して前記第２処理室へ搬送し、前記第２処理室内で前記エッチング後の前記シリコン酸化膜上に高誘電体膜を形成するように制御するコントローラとを有する基板処理装置にある。

本発明の第３の特徴とするところは、第１の処理室と、第２の処理室と、第３の処理室と、前記各処理室間に設けられた搬送室と、前記搬送室内に設けられ前記各処理室間で基板を搬送する搬送ロボットと、前記第１処理室内でシリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成した後、前記搬送ロボットにより、シリコン基板を前記第１処理室から前記搬送室を介して前記第２処理室へ搬送し、前記第２処理室内で前記シリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングし、その後、前記搬送ロボットにより、シリコン基板を前記第２処理室から前記搬送室を介して前記第３処理室へ搬送し、前記第３処理室内で前記エッチング後の前記シリコン酸化膜上に高誘電体膜を形成するように制御するコントローラとを有する基板処理装置にある。

本発明によれば、高誘電体膜とシリコン基板とを分離する、極薄かつ緻密な界面層を形成することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図２以降は本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示している。
まず、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置について説明する。

本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、構造的には図２に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。
なお、本実施形態に係るクラスタ装置においては、シリコン基板としてのウエハ２を搬送するためのウエハ搬送用キャリア（基板収容器）としては、ＦＯＵＰ(front opening unified pod。以下ポッドという。)１が使用されている。

図２に示されているように、クラスタ装置１０は、大気圧未満の圧力（負圧）に耐える構造に構成された搬送室としての第１ウエハ移載室（以下、負圧移載室という。）１１を備えており、負圧移載室１１の筐体（以下、負圧移載室筐体という。）１２は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。負圧移載室１１の中央部には負圧下においてウエハ２を移載する搬送装置（搬送ロボット）としてのウエハ移載装置（以下、負圧移載装置という。）１３が設置されており、負圧移載装置１３はスカラ形ロボット(selective compliance assembly robot arm SCARA)によって構成されている。

負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち長い側壁には、搬入用予備室（以下、搬入室という。）１４と搬出用予備室（以下、搬出室という。）１５とがそれぞれ隣接して連結されている。搬入室１４の筐体と搬出室１５の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。

搬入室１４および搬出室１５の負圧移載室１１と反対側には、大気圧以上の圧力（以下、正圧という。）を維持可能な構造に構成された第２ウエハ移載室（以下、正圧移載室という。）１６が隣接して連結されており、正圧移載室１６の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。搬入室１４と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１７Ａが設置されており、搬入室１４と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１７Ｂが設置されている。搬出室１５と正圧移載室１６との間にはゲートバルブ１８Ａが設置されており、搬出室１５と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１８Ｂが設置されている。正圧移載室１６には正圧下でウエハ２を移載する第２ウエハ移載室（以下、正圧移載装置という。）１９が設置されており、正圧移載室１９はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置１９は、正圧移載室１６に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。正圧移載室１６の左側端部にはノッチ合わせ装置２０が設置されている。

正圧移載室１６の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３が、隣合せに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３はウエハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように設定されている。これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３にはポッドオープナ２４がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ２４は、ポッド１を載置する載置台２５と、載置台２５に載置されたポッド１のキャップを着脱するキャップ着脱機構２６とを備えており、載置されたポッド１のキャップをキャップ着脱機構２６によって着脱することにより、ポッド１のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。ポッドオープナ２４の載置台２５に対してはポッド１が、図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって供給および排出されるようになっている。

図２に示されているように、負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち正圧移載室１６と反対側に位置する３枚の側壁には、第１処理ユニット３１と第２処理ユニット３２と第３処理ユニット３３とがそれぞれ隣接して連結されている。第１処理ユニット３１と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ４４（図３参照）が設置されている。第２処理ユニット３２と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ８２（図４参照）が設置されている。第３処理ユニット３３と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１１８（図５参照）が設置されている。また、負圧移載室筐体１２における７枚の側壁のうちの他の２枚の側壁には、第１クーリングユニット３５と、第２クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されており、第１クーリングユニット３５および第２クーリングユニット３６はいずれも処理済みのウエハ２を冷却するように構成されている。

クラスタ装置１０は後述するシーケンスフローを統括的に制御するためのコントローラ３７を備えている。

次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、図１に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。

図１に示されたウエハ投入ステップにおいては、クラスタ装置１０の載置台２５に供給されたポッド１のキャップが、キャップ着脱機構２６によって取り外され、ポッド１のウエハ出し入れ口が開放される。ポッド１が開放されると、正圧移載室１６に設置された正圧移載装置１９は、ウエハ搬入搬出口を通してポッド１からウエハ２を一枚ずつピックアップし、搬入室１４に投入し、ウエハ２を搬入室用仮置き台に移載していく。この移載作業中には、搬入室１４の正圧移載室１６側はゲートバルブ１７Ａによって閉じられており、負圧移載室１１内の圧力は、例えば、１００Ｐａに維持されている。

図１に示されたウエハローディングステップにおいては、搬入室１４の正圧移載室１６側がゲートバルブ１７Ａによって閉じられ、搬入室１４が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。搬入室１４内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって開かれる。次に、負圧移載室１１の負圧移載装置１３は、搬入室用仮置き台からウエハ２を一枚ずつピックアップして負圧移載室１１に搬入する。その後、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって閉じられる。続いて、第３処理ユニット３３のゲートバルブ１１８が開かれ、負圧移載装置１３は、ウエハ２を図１に示された界面層形成ステップを実施する第３処理ユニット３３に搬送して、第３処理ユニット３３の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
なお、ウエハ２の第３処理ユニット３３への搬入に際しては、搬入室１４および負圧移載室１１が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハ２の第３処理ユニット３３への搬入に伴って第３処理ユニット３３の処理室に侵入することは確実に防止される。
なお、第３処理ユニット３３、界面層形成ステップについては後述する。
界面層形成ステップが終了すると、ゲートバルブ１１８が開かれ、界面層が形成されたウエハ２は負圧移載装置１３によって、搬入時とは逆の手順により第３処理ユニット３３の処理室から負圧移載室１１に搬出(ウエハアンローディング)される。続いてゲートバルブ１１８が閉じられた後に、ゲートバルブ４４が開かれて負圧移載室１３は、ウエハ２を、図１に示された高誘電体膜形成ステップを実施する第１処理ユニット３１に搬送して第１処理ユニット３１の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。

本実施形態においては、第１処理ユニット３１には図３に示された高誘電体膜形成装置２００が使用されている。

図３に示すように、高誘電体膜形成装置２００は、処理容器２０２を有し、処理容器２０２により形成される処理室２０１内には、ウエハ２を支持する支持台２０６が設けられる。支持台２０６の上部にはウエハ２を支持する支持板としてのサセプタ２１７が設けられる。支持台２０６の内部には加熱機構（加熱手段）としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に載置されるウエハ２を加熱するようになっている。ヒータ２０７はウエハ２の温度が所定の温度となるように温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ２５３により制御される。サセプタ２１７上に載置されるウエハ２は、例えば半導体シリコンウエハ、ガラス基板等である。

処理室２０１の外部には、回転機構（回転手段）２６７が設けられ、回転機構２６７によって処理室２０１内の支持台２０６を回転して、サセプタ２１７上のウエハ２を回転できるようになっている。また、処理室２０１の外部には昇降機構（昇降手段）２６６が設けられ、支持台２０６はこの昇降機構２６６によって、処理室２０１内において昇降可能となっている。

処理室２０１の上部には多数のガス噴出口としての孔２４０を有するシャワーヘッド２３６がサセプタ２１７と対向するように設けられる。シャワーヘッド２３６は、内部に供給されたガスを分散させる分散板２３６ａと、分散板２３６ａにより分散させたガスを処理室２０１内へシャワー状に噴出させるシャワー板２３６ｂとを有する。シャワーヘッド２３６の天井部と分散板２３６ａとの間に第１バッファ空間２３６ｃが設けられ、分散板２３６aとシャワー板２３６ｂとの間に第２バッファ空間２３６ｄが設けられる。

処理室２０１の外部には、液体原料である第１原料を供給する第１原料供給源２５０ａおよび液体原料である第２原料を供給する第２原料供給源２５０ｄが設けられ、第１原料供給源２５０ａには第１液体原料供給管２３２ａが接続され、第２原料供給源２５０ｄには第２液体原料供給管２３２ｄが接続されている。第１液体原料供給管２３２ａ、第２液体原料供給管２３２ｄは、それぞれ原料の液体供給流量を制御する流量制御装置（流量制御手段）としての液体流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）２４１ａ、２４１ｄを介して、原料を気化する気化器２５５ａ、２５５ｄに接続されている。気化器２５５ａ、２５５ｄにはそれぞれ第１原料ガス供給管２３２ａ´、第２原料ガス供給管２３２ｄ´が接続されており、第１原料ガス供給管２３２ａ´、第２原料ガス供給管２３２ｄ´は、それぞれバルブ２４３ａ、２４３ｄを介してシャワーヘッド２３６に接続されている。原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、すなわち有機金属液体原料を用いる。

また、処理室２０１の外部には、非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２５０ｃが設けられ、不活性ガス供給源２５０ｃには不活性ガス供給管２３２ｃが接続されており、不活性ガス供給管２３２ｃの途中には不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置（流量制御手段）としてのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｃが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃはガス流量コントローラ２４１ｃよりも下流側で２つの供給管に分岐しており、分岐した一方の供給管は、バルブ２４３ｃを介して第１原料ガス供給管２３２ａ´に接続され、分岐した他方の供給管はバルブ２４３ｅを介して第２原料ガス供給管２３２ｄ´に接続される。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２などを用いる。

第１原料ガス供給管２３２ａ´では、気化器２５５ａにて第１原料を気化して得た第１原料ガスと不活性ガス供給管２３２ｃからの不活性ガスが混合され、第２原料ガス供給管２３２ｄ´では、気化器２５５ｄにて第２原料を気化して得た第２原料ガスと不活性ガス供給管２３２cからの不活性ガスが混合されてシャワーヘッド２３６の第1バッファ空間２３６ｃにそれぞれ供給されるようなっている。また、原料ガス供給管２３２ａ´、２３２ｄ´、不活性ガス供給管２３２ｃにそれぞれ設けられたバルブ２４３ａ、２４３ｄ、２４３ｃ、２４３ｅを開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御することが可能となっている。

また、処理室２０１の外部には、酸素ガス（Ｏ_２）からオゾンガス（Ｏ_３）を生成するオゾナイザ２２２が設けられている。オゾナイザ２２２の上流側には、酸素ガス供給管２３２ｂが設けられる。この酸素ガス供給管２３２ｂには、酸素ガス供給源２５０ｂが接続され、酸素ガスをオゾナイザ２２２に対して供給するようになっている。酸素ガス供給管２３２ｂには、酸素ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｂが設けられている。このバルブ２４３ｂを開閉することにより、酸素ガスの供給を制御することが可能となっている。オゾナイザ２２２の下流側には、オゾンガス供給管２３２ｆが設けられる。このオゾンガス供給管２３２ｆはバルブ２４３ｆを介してシャワーヘッド２３６に接続され、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃにオゾナイザ２２２にて生成されたオゾンガスを供給するようになっている。また、オゾンガス供給管２３２ｆに設けられたバルブ２４３ｆを開閉することにより、オゾンガスの供給を制御することが可能となっている。

処理容器２０２の下部側壁には排気口２３０が設けられ、排気口２３０には排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６、除害装置（図示せず）に連通する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４と、原料を回収するための原料回収トラップ２５１が設けられる。排気口２３０及び排気管２３１で排気系が構成される。

処理室２０１内の支持台２０６上には、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介して供給されたガスの流れを調整する整流板としてのプレート２０５が設けられる。プレート２０５は円環（リング）形状であり、基板の周囲に設けられる。シャワーヘッド２３６を介してウエハ２に供給されたガスはウエハ２の径方向外方に向かって流れ、プレート２０５上を通り、プレート２０５と処理容器２０２の側壁（内壁）との間を通り、排気口２３０より排気される。なお、基板外周部等、ウエハ２に膜を形成したくない箇所がある場合は、プレート２０５の内径をウエハ２の外形より小さくして、ウエハ２の外周部を覆うようにしてもよい。この場合、基板搬送を可能とするために、プレート２０５を処理室２０１内の基板処理位置に固定したり、プレート２０５を昇降させる機構を設けるようにしてもよい。

第１原料ガス供給管２３２ａ´、第２原料ガス供給管２３２ｄ´及びオゾンガス供給管２３２ｆには、排気管２３１に設けられた原料回収トラップ２５１に接続される第１原料ガスバイパス管（ベント管）２５２ａ、第２原料ガスバイパス管（ベント管）２５２ｃ、及びオゾンガスバイパス管（ベント管）２５２ｂがそれぞれ設けられる。バイパス管２５２ａ、２５２ｃ、２５２ｂには、それぞれバルブ２４３ｇ、２４３ｉ、２４３ｈが設けられる。

処理容器２０２の排気口２３０と反対側の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられ、ウエハ２を処理室２０１内に搬入搬出し得るように構成されている。

バルブ２４３ａ〜２４３ｉ、流量コントローラ２４１ａ〜２４１ｄ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５ａ、２５５ｄ、オゾナイザ２２２、回転機構２６７、昇降機構２６６等の基板処理装置を構成する各部の動作の制御は、主制御部（主制御手段）としてのメインコントローラ２５６により行う。

次に、上述した図３のような構成の高誘電体膜形成装置２００を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として基板上に薄膜を形成（堆積）する方法、例えば、図１に示すゲートスタック形成工程の高誘電体膜形成ステップについて説明する。本実施の形態では、常温で液体である有機金属液体原料を用いて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、特にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する場合について説明する。なお、以下の説明において、高誘電体形成装置を構成する各部の動作はメインコントローラ２５６により制御される。

支持台２０６が基板搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ４４が開かれ、基板搬入搬出口２４７が開放されると、図示しない基板移載機によりウエハ２が処理室２０１内に搬入される（基板搬入工程）。ウエハ２が処理室２０１内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ４４が閉じられる。支持台２０６が基板搬送位置からそれよりも上方の基板処理位置まで上昇する。その間にウエハ２は突き上げピン上からサセプタ２１７上に載置される（基板載置工程）。

支持台２０６が基板処理位置に到達すると、ウエハ２は回転機構２６７により回転される。また、ヒータ２０７に電力が供給されウエハ２は所定の処理温度となるように均一に加熱される（基板昇温工程）。同時に、処理室２０１内は真空ポンプ２４６により真空排気され、所定の処理圧力となるように制御される（圧力調整工程）。なお、基板搬送時や基板昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管２３２ｃに設けられたバルブ２４３ｃ、２４３ｅは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源２５０ｃより処理室２０１内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物のウエハ２への付着を防ぐことができる。

ウエハ２の温度、処理室２０１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定した後、薄膜形成工程が行われる。

＜第１シーケンス＞
まず、薄膜形成工程の第１のシーケンスについて説明する。ウエハ２の温度、処理室２０１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室２０１内に第１原料ガスが供給される。すなわち、第１原料供給源２５０ａから供給された第１原料としての有機金属液体原料、例えば、Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ_３）２ＣＨ_２ＯＣＨ_３］_４（以下、Ｈｆ（ＭＭＰ）_４と略す。但し、ＭＭＰ：メチルメトキシプロポキシ）が、第１液体原料供給管２３２ａを通り、液体流量コントローラ２４１ａで流量制御され、気化器２５５ａへ供給されて気化される。バルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、気化された第１原料ガスが、第１原料ガス供給管２３２ａ´を通り、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給される。このときも、バルブ２４３ｃ，２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に流される。第１原料ガスと不活性ガスとは第１原料ガス供給管２３２ａ´内で混合されてシャワーヘッド２３６に導かれ、第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してサセプタ２１７上のウエハ２上へシャワー状に供給される（第１原料ガス供給工程）。ウエハ２に対して供給された第１原料ガスは、排気管２３１より排気される。なお、第１原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌されやすくなる。

第１原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ａが閉じられ、第１原料ガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃ，２４３ｅは開いたままの状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（パージ工程）。

なお、この際、バルブ２４３ｇを開き、第１原料ガスをバイパス管２５２ａより排気して、気化器２５５ａからの第１原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるので、気化器２５５ａからの第１原料ガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の第１原料ガス供給工程では、流れを切換えるだけで、直ちに第１原料ガスをウエハ２へ供給できる。

処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、処理室２０１内に第２原料ガスが供給される。すなわち、第２原料供給源２５０ｄから供給された第２原料としての有機金属液体原料、例えば、Ｓｉ［ＯＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３］_４（以下、Ｓｉ（ＭＭＰ）_４と略す。但し、ＭＭＰ：メチルメトキシプロポキシ）が、第２液体原料供給管２３２ｄを通り、液体流量コントローラ２４１ｄで流量制御され、気化器２５５ｄへ供給されて気化される。バルブ２４３ｉが閉じられると共にバルブ２４３ｄが開かれ、気化された第２原料ガスが、第２原料ガス供給管２３２ｄ´を通り、シャワーヘッド２３６の第1バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給される。このときも、バルブ２４３ｃ，２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に流される。第２原料ガスと不活性ガスとは第２原料ガス供給管２３２ｄ´内で混合されてシャワーヘッド２３６に導かれ、第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してサセプタ２１７上のウエハ２上へシャワー状に供給される（第２原料ガス供給工程）。ウエハ２に対して供給された第２原料ガスは、排気管２３１より排気される。なお、第２原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌されやすくなる。

第２原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ｄが閉じられ、第２原料ガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃ，２４３ｅは開いたままの状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（パージ工程）。

なお、この際、バルブ２４３ｉを開き、第２原料ガスをバイパス管２５２ｃより排気して、気化器２５５ｄからの第２原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるので、気化器２５５ｄからの第２原料ガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の第２原料ガス供給工程では、流れを切換えるだけで、直ちに第２原料ガスをウエハ２へ供給できる。

処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、処理室２０１内に酸化剤としてのオゾンガス（Ｏ_３）が供給される。すなわち、バルブ２４３ｂが開かれ、酸素ガス供給源２５０ｂから供給された酸素ガス（Ｏ_２）が酸素ガス供給管２３２ｂを通り、ガス流量コントローラ２４１ｂで流量制御されてオゾナイザ２２２へ供給されて、オゾンガスが生成される。オゾンガスが生成された後、バルブ２４３ｈが閉じられると共にバルブ２４３ｆが開かれ、オゾナイザ２２２から生成されたオゾンガスがオゾンガス供給管２３２ｆを通り、シャワーヘッド２３６の第1バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へシャワー状に供給される（酸化剤供給工程）。ウエハ２に対して供給されたオゾンガスは、排気管２３１より排気される。なお、このときも、バルブ２４３ｃ、２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に供給される。

オゾンガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ｆが閉じられ、オゾンガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃ、２４３ｅは開いたままの状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（パージ工程）。

なお、この際、バルブ２４３ｈを開き、オゾンガスをバイパス管２５２ｂより排気して、オゾナイザ２２２からのオゾンガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。オゾンガスを安定供給するまでには時間がかかるので、オゾナイザ２２２からのオゾンガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の酸化剤供給工程では、流れを切換えるだけで、直ちにオゾンガスをウエハ２へ供給できる。

処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、再び、バルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、気化した第１原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド２３６の第1バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給され、第１原料ガス供給工程が行われる。

以上のような、第１原料ガス供給工程、パージ工程、第２原料ガス供給工程、パージ工程、酸化剤供給工程、パージ工程を、１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、ウエハ２上に所定膜厚の薄膜を形成することができる（薄膜形成工程）。

＜第２シーケンス＞
次に、薄膜形成工程の第２のシーケンスについて説明する。ウエハ２の温度、処理室２０１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室２０１内に第１原料ガスおよび第２原料ガスが供給される。すなわち、第１原料供給源２５０ａから供給された第１原料としての有機金属液体原料、例えばＨｆ（ＭＭＰ）_４が、第１液体原料供給管２３２ａを通り、液体流量コントローラ２４１ａで流量制御され、気化器２５５ａへ供給されて気化される。バルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、気化された第１原料ガスが、第１原料ガス供給管２３２ａ´を通り、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給される。同時に、第２原料供給源２５０ｄから供給された第２原料としての有機金属液体原料、例えばＳｉ（ＭＭＰ）_４が、第２液体原料供給管２３２ｄを通り、液体流量コントローラ２４１ｄで流量制御され、気化器２５５ｄへ供給されて気化される。バルブ２４３ｉが閉じられると共にバルブ２４３ｄが開かれ、気化された第２原料ガスが、第２原料ガス供給管２３２ｄ´を通り、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６a、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給される。このときも、バルブ２４３ｃ、２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に流される。第１原料ガスと不活性ガスは第１原料供給管２３２ａ´内で混合され、第２原料ガスと不活性ガスは第２原料供給管２３２ｄ´内で混合されてシャワーヘッド２３６に導かれ、これらのガスは、第1バッファ空間２３６ｃにおいて混合された後、分散板２３６a、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してサセプタ２１７上のウエハ２上へシャワー状に供給される（原料ガス供給工程）。ウエハ２に対して供給された第１原料ガスおよび第２原料ガスは、排気管２３１より排気される。なお、第１原料ガスおよび第２原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌されやすくなる。

第１原料ガスおよび第２原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ａ、２４３ｄが閉じられ、各原料ガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃ、２４３ｅは開いたままの状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（パージ工程）。

なお、この際、上述の理由によりバルブ２４３ｇおよび２４３ｉを開き、第１原料ガスおよび第２原料ガスをバイパス管２５２ａおよび２５２ｃより排気して、気化器２５５ａおよび２５５ｄからの第１原料ガスおよび第２原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。

処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、処理室２０１内に酸化剤としてのオゾンガス（Ｏ_３）が供給される。すなわち、バルブ２４３ｂが開かれ、酸素ガス供給源２５０ｂから供給された酸素ガス（Ｏ_２）が酸素ガス供給管２３２ｂを通り、ガス流量コントローラ２４１ｂで流量制御されてオゾナイザ２２２へ供給されて、オゾンガスが生成される。オゾンガスが生成された後、バルブ２４３ｈが閉じられると共にバルブ２４３ｆが開かれ、オゾナイザ２２２から生成されたオゾンガスがオゾンガス供給管２３２ｆを通り、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へシャワー状に供給される（酸化剤供給工程）。ウエハ２に対して供給されたオゾンガスは、排気管２３１より排気される。なお、このときも、バルブ２４３ｃ、２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に供給される。

なお、この際、上述の理由によりバルブ２４３ｈを開き、オゾンガスをバイパス管２５２ｂより排気して、オゾナイザ２２２からのオゾンガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。

処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、再び、バルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、同時にバルブ２４３ｉが閉じられると共にバルブ２４３ｄが開かれ、気化した第１原料ガスおよび第２原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、第２バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してウエハ２上へ供給され、原料ガス供給工程が行われる。

以上のような、原料ガス供給工程、パージ工程、酸化剤供給工程、パージ工程を、１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、ウエハ２上に所定膜厚の薄膜を形成することができる（薄膜形成工程）。

なお、薄膜形成工程をＣＶＤ法により行う場合には、処理温度を原料ガスが自己分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給工程においては、原料ガスが熱分解し、ウエハ２上に数〜数十原子層程度の薄膜が形成される。この間、ウエハ２は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一な膜を形成できる。酸化剤供給工程においては、オゾンガス（Ｏ_３）によりウエハ２上に形成された数〜数十原子層程度の薄膜よりＣ、Ｈ等の不純物が除去される。この間も、ウエハ２は回転しながら所定温度に保たれているので、薄膜より不純物を素早く均一に除去できる。

また、薄膜形成工程をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給工程においては、原料ガスは熱分解することなくウエハ２上に吸着する。この間、ウエハ２は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一に原料を吸着させることができる。酸化剤供給工程においては、ウエハ２上に吸着した原料とオゾンガスとが反応することによりウエハ２上に１〜数原子層程度の薄膜が形成される。この間も、ウエハ２は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一な膜を形成できる。なお、このとき、オゾンガスにより薄膜中に混入するＣ、Ｈ等の不純物を脱離させることができる。

なお、本実施形態の処理炉にて、ＣＶＤ法により、基板を処理する際の処理条件としては、例えばＨｆＳｉＯ膜（ハフニウムシリケート膜）を成膜する場合、処理温度：３９０〜４５０℃、処理圧力：５０〜４００Ｐａ、第１原料（Ｈｆ（ＭＭＰ）_４）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料（Ｓｉ（ＭＭＰ）_４）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、酸化剤（オゾンガス）供給流量：１００〜３０００ｓｃｃｍが例示される。

また、本実施形態の処理炉にて、ＡＬＤ法により、基板を処理する際の処理条件としては、例えばＨｆＳｉＯ膜を成膜する場合、処理温度：２００〜３５０℃、処理圧力：５０〜４００Ｐａ、第１原料（Ｈｆ（ＭＭＰ）_４）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料（Ｓｉ（ＭＭＰ）_４）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、酸化剤（オゾンガス）供給流量：１００〜３０００ｓｃｃｍが例示される。

ここで、ウエハ２の構造は、図６（ａ）に示されるようになっている。すなわち、シリコンウエハ２には素子分離領域３が形成されており、この素子分離領域３で分離された活性領域にＰウエル領域４とＮウエル領域５とが形成されている。シリコンウエハ２の表層には上述した界面層形成ステップにより界面層としてのシリコン酸化膜６が形成される。さらに、図６（ｂ）に示されているように、上述した高誘電体膜形成ステップにより、ウエハ２上に高誘電体膜（高誘電率膜）としてのハフニウムシリケート膜７が形成される。

高誘電体膜としてのＨｆＳｉＯ膜（ハフニウムシリケート膜）を成膜する場合には、ハフニウム原子（Ｈｆ）を含む原料として、例えば次のようなものが使用される。ＴＤＭＡＨ（Ｈｆ[Ｎ（ＣＨ_３）_２]_４：テトラキスジメチルアミノハフニウム）、ＴＤＥＭＡＨ（Ｈｆ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２]_４：テトラキスジエチルアミノハフニウム）、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ[Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５）]_４：テトラキスエチルアミノハフニウム）、Ｈｆ‐ＯｔＢｕ（Ｈｆ[ＯＣ（ＣＨ_３）_３]_４：テトラ‐シャリ‐ブトラキシ‐ハフニウム）、Ｈｆ‐ＭＭＰ_４（Ｈｆ[ＯＣ（ＣＨ_３）_３]_４：テトラキス（１‐メキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）ハフニウム）。また、シリコン原子（Ｓｉ）を含む原料としては、例えば、次のようなものが使用される。Ｓｉ‐ＯｔＢｕ（Ｓｉ[ＯＣ（ＣＨ_３）_３]_４：テトラ‐シャリ‐ブトラキシ‐シリコン）、Ｓｉ‐ＭＭＰ_４（Ｓｉ[ＯＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３]_４：テトラキス（１‐メトキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）シリコン）、ＴＥＯＳ（Ｓｉ[ＯＣ_２Ｈ_５]_４：テトラエトキシシラン）。これらの原料は、常温で液体である。蒸気圧が高い原料についてはバブリングで気化して得た原料ガスを用いることも可能である。上記実施形態では第１原料（ハフニウム原料）として，Hｆ（MMP）_４を、第２原料（シリコン原料）として、Ｓｉ（MMP）_４を用い、これらの原料を気化器で気化して得た原料ガスを用いる例について説明した。

以上のようにして、図６（ｂ）に示されているように、ウエハ２上に高誘電率膜としてのハフニウムシリケート膜７が形成される。
ハフニウムシリケート膜の形成が終了すると、回転機構２６７によるウエハ２の回転が停止され、処理済ウエハ２は基板搬入工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出される（基板搬出工程）。すなわち、ゲートバルブ４４が開かれ、成漠済みのウエハ２は負圧移載装置１３によって第１処理ユニット３１から負圧に維持された負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
続いて、ゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ８２が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたプラズマ窒化ステップを実施する第２処理ユニット３２に搬送して、第２処理ユニット３２の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。

本実施形態においては、第２処理ユニット３２には図４に示されたＭＭＴ(Modified Magnetron Typed)装置が使用されている。

図４に示されているように、ＭＭＴ装置７０は処理室７１を備えており、処理室７１は下側容器７２と、下側容器７２の上に被せられた上側容器７３とから構成されている。上側容器７３は、ドーム型の酸化アルミニウムまたは石英によって形成されており、下側容器７２はアルミニウムによって形成されている。上側容器７２の上部にはガス分散空間であるバッファ室７５を形成するシャワーヘッド７４が設けられており、下壁にはガスを噴出する噴出口であるガス噴出孔７７を有するシャワープレート７６が形成されている。シャワーヘッド７４の上壁にはガス供給装置７８に接続されたガス供給ライン７９が接続されている。下側容器７２の側壁の一部には、排気装置８０に接続された排気ライン８１が接続されている。下側容器７２の側壁の他の位置には、仕切弁となるゲートバルブ８２が設けられている。ゲートバルブ８２が開いている時にはウエハ２が処理室７１に負圧移載装置１３によって搬入および搬出されるようになっており、ゲートバルブ８２が閉じている時には処理室７１は気密に維持されるようになっている。

上側容器７３の外側には反応ガスを励起させる放電手段としての筒状（好適には円筒状）の筒状電極８４が同心円に敷設されており、筒状電極８４は処理室７１のプラズマ生成領域８３を囲んでいる。筒状電極８４には高周波電力を印加する高周波電源８６がインピーダンスの整合を行う整合器８５を介して接続されている。筒状電極８４の外側には筒状（好適には円筒状）の磁界形成手段である筒状磁石８７が同心円に敷設されており、筒状磁石８７は筒状電極８４の外側の表面の上下端近傍にそれぞれ配置されている。上下筒状磁石８７、８７は、処理室７１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石８７、８７の磁極の向きが逆向きに設定されている。したがって、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極８４の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。筒状電極８４および筒状磁石８７の周囲には電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板８８が設置されており、遮蔽板８８は筒状電極８４および筒状磁石８７で形成される電界や磁界を外部環境等に悪影響を及ぼさないように遮蔽している。

下側容器７２の中心部にはエレベータによって昇降駆動されるサセプタ昇降軸８９が垂直方向に昇降するように支承されており、サセプタ昇降軸８９の処理室７１側の上端にはウエハ２を保持するための保持手段としてのサセプタ９０が水平に設置されている。サセプタ昇降軸８９は下側容器７２と絶縁されており、下側容器７２の底面上におけるサセプタ昇降軸８９の外方には三本の突き上げピン９１が垂直に立設されている。三本の突き上げピン９１は、サセプタ昇降軸８９の下降時にサセプタ９０に開設された三個の挿通孔９２を下から挿通して、サセプタ９０の上に保持されたウエハ２を突き上げるように構成されている。サセプタ９０は誘電体である石英によってウエハ２よりも大径の円盤形状に形成されており、ヒータ９０ａが内蔵されている。サセプタ９０にはインピーダンスを調整するインピーダンス調整器９３が電気的に接続されている。インピーダンス調整器９３はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、サセプタ９０を介してウエハ２の電位を制御し得るようになっている。

次に、図１に示されたプラズマ窒化ステップを、以上の構成に係るＭＭＴ装置７０を使用してハフニウムシリケート膜に窒素（Ｎ）を添加する場合について説明する。

ゲートバルブ８２が開かれると、第１処理ユニット３１においてハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ２は、第２処理ユニット３２であるＭＭＴ装置７０の処理室７１に負圧移載装置１３によって搬入され、三本の突き上げピン９１の上端間に移載される。ウエハ２を突き上げピン９１に移載した負圧移載装置１３が処理室７１の外へ退避すると、ゲートバルブ８２が閉まり、サセプタ９０がサセプタ昇降軸８９により上昇されて、図４に示されているように、ウエハ２が突き上げピン９１の上からサセプタ９０に受け渡される。

処理室７１が気密に閉じられた状態で、処理室７１内の圧力は０．５〜２００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように排気装置８０によって排気される。サセプタ９０のヒータ９０ａは予め加熱されており、サセプタ９０に保持されたウエハ２を室温〜９５０℃の範囲内で所定の処理温度に加熱する。ウエハ２が処理温度に加熱されると、０．１〜２ＳＬＭの流量の窒素（Ｎ_２）ガスやアンモニア（ＮＨ_３）ガス等の窒素原子を含むガスが処理室７１に、ガス供給装置７８からガス供給ライン７９およびシャワープレート７６のガス噴出孔７７を介してシャワー状に導入される。

次に、１５０〜２００Ｗの高周波電力が筒状電極８４に高周波電源８６から整合器８５を介して印加される。この際、高周波は反射波が最小になるように整合器８５によって制御される。筒状磁石８７、８７の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域８３に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ９０上のウエハ２の表面にプラズマ処理が施される。

以上の処理条件に対応する量の窒素がウエハ２上に形成されたハフニウムシリケート膜に添加され、図６（ｂ）（ｃ）に示されているように、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜７は窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）膜８となる。この処理時間は、通常、３〜５分である。

ＭＭＴ装置７０において予め設定された処理時間が経過すると、ゲートバルブ８２が開かれ、窒化ハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時とは逆の手順により、処理室７１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。続いて、ゲートバルブ８２が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれて、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたアニールステップを実施する第３処理ユニット３３に搬送して、第３処理ユニット３３の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。

本実施形態においては、アニールステップを実施する第３処理ユニット３３には、図５に示されたＲＴＰ(Rapid Thermal Processing)装置１１０が使用されている。

図５に示されているように、ＲＴＰ装置１１０は、ウエハ２を処理する処理室１１１を形成した筐体１１２を備えており、筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成されたカップ１１３と、カップ１１３の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート１１４と、カップ１１３の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート１１５とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。カップ１１３の側壁の一部には排気口１１６が処理室１１１の内外を連通するように開設されており、排気口１１６には処理室１１１を大気圧未満（以下、負圧という。）に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されている。カップ１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウエハ２を処理室１１１に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウエハ搬入搬出口１１７はゲートバルブ１１８によって開閉されるようになっている。

ボトムプレート１１５の下面の中心線上には昇降駆動装置１１９が設置されており、昇降駆動装置１１９はボトムプレート１１５に挿通されてボトムプレート１１５に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸１２０を昇降させるように構成されている。昇降軸１２０の上端には昇降板１２１が水平に固定されており、昇降板１２１の上面には複数本（通常は３本または４本）のリフタピン１２２が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン１２２は昇降板１２１の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ２を下から水平に支持して昇降させるようになっている。

ボトムプレート１１５の上面における昇降軸１２０の外側には支持筒１２３突設されており、支持筒１２３の上端面の上には冷却プレート１２４が水平に架設されている。冷却プレート１２４の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されており、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６は第１支柱１２７および第２支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６の電力供給線１２９はボトムプレート１１５を挿通して外部に引き出されている。

処理室１１１にはタレット１３１が処理室１１１と同心円に配置されている。タレット１３１は内歯平歯車１３３の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車１３３はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３２によって水平に支承されている。内歯平歯車１３３には原動側平歯車１３４が噛合されており、原動側平歯車１３４はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３５によって水平に支承され、ボトムプレート１１５の下に設置されたサセプタ回転装置１３６によって回転駆動されるようになっている。タレット１３１の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム１３７が水平に架設されており、アウタプラットホーム１３７の内側にはインナプラットホーム１３８が水平に架設されている。インナプラットホーム１３８の内周の下端部にはサセプタ１４０が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部１３９に係合されて保持されている。サセプタ１４０の各リフタピン１２２に対向する位置には挿通孔１４１がそれぞれ開設されている。

トッププレート１１４にはアニールガス供給管１４２および不活性ガス供給管１４３が処理室１１１に連通するようにそれぞれ接続されている。また、トッププレート１１４には放射温度計のプローブ１４４が複数本、互いに半径方向にウエハ２の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ２の上面と対向するように挿入されており、放射温度計は複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。トッププレート１１４の他の場所にはウエハ２の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置１４５が設置されている。放射率測定装置１４５はレファレンスプローブ１４６を備えており、レファレンスプローブ１４６はレファレンスプローブ用モータ１４７によって垂直面内で回転されるようになっている。レファレンスプローブ１４６の上側には参照光を照射するレファレンスランプ１４８がレファレンスプローブ１４６の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ１４６は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ２からの光子密度とレファレンスランプ１４８からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。

次に、図１に示されたアニールステップを、以上の構成に係るＲＴＰ装置を使用して、ウエハ２上に形成された窒化ハフニウムシリケート膜８にアニールを施す場合について説明する。

ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウエハ２は、第３処理ユニット３３であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１に負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１１７から搬入され、複数本のリフタピン１２２の上端間に移載される。ウエハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載装置１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口１１７がゲートバルブ１１８により閉じられる。また、昇降軸１２０が昇降駆動装置１１９によって下降されることにより、リフタピン１２２の上のウエハ２がサセプタ１４０の上に受け渡される。処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は１０〜１００００Ｐａの範囲の所定の圧力となるように排気口１１６を閉じて排気される。

ウエハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウエハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が内歯平歯車１３３および原動側平歯車１３４を介してサセプタ回転装置１３６によって回転される。サセプタ１４０に保持されたウエハ２はサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、６００〜１０００℃の範囲内の所定の温度となるように第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によって加熱される。この回転および加熱中に、窒素ガスやアンモニアガス等の窒素原子を含むガスまたは酸素ガス等の酸素原子を含むガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。

なお、アニールの際にアニールガス供給管１４２から処理室１１１内に供給するガスは、窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。酸素ガスを添加する場合は処理室１１１内の酸素分圧を１３３．３Ｐａ以下とするのが好ましい。サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、サセプタ１４０の上に保持されたウエハ２は第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウエハ２上の窒化ハフニウムシリケート膜８は全面にわたって均一にアニールされる。このアニール処理時間は、５〜１２０秒間である。

以上のアニールステップにより、図６（ｄ）に示されているように、ウエハ２にはポストアニールによって改質された窒化ハフニウムシリケート膜９が形成される。

ＲＴＰ装置１１０において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室１１１が排気口１１６によって所定の負圧となるように排気された後に、ゲートバルブ１１８が開かれ、アニールが施されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１１１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。

なお、界面層形成ステップ、高誘電体膜形成ステップ、プラズマ窒化ステップ、アニールステップ実施後のウエハは、第１クーリングユニット３５または第２クーリングユニット３６が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。

クラスタ装置１０でのアニールステップ後の図１に示されたウエハアンローディングステップにおいては、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を負圧移載室１１から搬出室１５へ搬送し、搬出室１５の搬出室用仮置き台の上に移載する。この際には、事前に、搬出室１５の正圧移載室１６側がゲートバルブ１８Ａによって閉じられ、搬出室１５が排気装置（図示せず）により負圧に排気される。搬出室１５が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われることとなる。ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。

アニールステップ実施済みのウエハ２についてのクラスタ装置１０における第３処理ユニット３３から負圧移載室１１を介して行われる搬出室１５へのアンローディング作業は、いずれも真空下に維持された第３処理ユニット３３、負圧移載室１１および搬出室１５において実施されるために、第３処理ユニット３３から搬出室１５へのウエハ２のアンローディング作業に際して、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、有機物等の不純物や異物等が付着したりするのは防止される。同様に、搬入室１４から第１処理ユニット３１へ、第１処理ユニット３１から第２処理ユニット３２へ、第２処理ユニット３２から第３処理ユニット３３へウエハ２をそれぞれ搬送する場合においても、搬送作業はいずれも真空下に維持された状態で実施されるために、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、有機物等の不純物や異物等が付着したりするのは防止される。

以上の作動が繰り返されることにより、搬入室１４に一括して搬入された２５枚のウエハ２について、第３処理ユニット３３による界面層形成ステップ、第１処理ユニット３１による高誘電体膜形成ステップ、第２処理ユニット３２によるプラズマ窒化ステップ、第３処理ユニット３３によるアニールステップが順次に実施されていく。

なお、先に処理されているウエハ２が例えば第１処理ユニット３１での処理を終了し、第２処理ユニット３２に搬入された後に、次のウエハ２を第１処理ユニット３１に搬送し、処理することが可能である。つまり、一連の処理順序の中で、それぞれの処理ユニットが空き状態になったら、次のウエハ２を搬入して、並列で複数のウエハを処理することが可能である。２５枚のウエハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済みのウエハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。

図１に示されたウエハ排出ステップにおいては、負圧に維持された搬出室１５内に窒素ガスが供給され、搬出室１５内が大気圧となった後に、搬出室１５の正圧移載室１６側が、ゲートバルブ１８Ａによって開かれる。次いで、載置台２５に載置された空のポッド１のキャップが、ポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によって開かれる。続いて、正圧移載室１６の正圧移載装置１９は搬出室１５からウエハ２をピックアップして正圧移載室１６に搬出し、正圧移載室１６のウエハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納（チャージング）していく。処理済みの２５枚のウエハ２のポッド１への収納が完了すると、ポッド１のキャップがポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド１が閉じられる。

本実施の形態においては、クラスタ装置１０における一連の四つのステップが終了したウエハ２はポッド１に気密に収納された状態で、ゲート電極膜形成ステップを実施する装置に、図１に示されたポッドの工程内搬送ステップにより搬送されていく。ゲート電極膜形成ステップを実施する成膜装置としては、例えば、バッチ式縦型ホットウォール形ＣＶＤ装置、枚葉式ＡＬＤ装置、枚葉式ＣＶＤ装置等がある。そして、図１に示されたパターニングステップを経て、ウエハ２にデュアルメタルゲート構造の電極が形成されていく。

ゲート電極形成ステップおよびパターニングステップの一例を、デュアルメタルゲート構造の電極を形成する場合について、図７〜図９によって説明する。

図７（ａ）に示されているように、クラスタ装置１０における一連の四つのステップにより界面層としてのシリコン酸化膜６を介して形成された窒化ハフニウムシリケート膜９の上にＮＭＯＳ用電極膜１８１が形成される。次に、図７（ｂ）に示されているように、ＮＭＯＳ用電極膜１８１のＮウエル領域５に対応する部分をエッチングにより除去することでスルーホール１８２が形成される。

次に、図８（ａ）に示されているように、ＮＭＯＳ用電極膜１８１およびスルーホール１８２の形成により露出した窒化ハフニウムシリケート膜９の上にＰＭＯＳ用電極膜１８３が形成される。次に、図８（ｂ）に示されているように、ＮＭＯＳ用電極膜１８１が露出するまでＰＭＯＳ用電極膜１８３が平坦化される。その後、図９に示されているように、ＮＭＯＳ用電極膜１８１とＰＭＯＳ用電極膜１８３がパターニングされて、ＮＭＯＳ用電極１８４とＰＭＯＳ用電極１８５が形成される。

なお、ゲート電極はデュアルメタルゲート構造に構成するに限らない。また、ゲート電極はメタルゲート電極によって形成するに限らず、ポリシリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜によって形成してもよい。なお、メタル電極の形成材料としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴａＣ、ＴｉＳｉ、Ｒｕ、ＳｉＧｅがある。

次に、図１０乃至１２に基づいて上述したゲートスタック形成工程のウエハローディングステップからアニールステップまでのうち、特に界面層形成ステップについてより詳細に説明する。

図１０に示すように、ウエハローディングステップ（Ｓ１００）において、負圧移載装置１３により、ウエハ２を搬入室１４から負圧移載室１１を介して第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１へ搬送する（図１１の矢印（１））。この第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１内で、界面層形成ステップ（Ｓ１０２）が行われる。界面層形成ステップ（Ｓ１０２）は、酸化膜形成ステップ（Ｓ１０２ａ）とエッチングステップ（Ｓ１０２ｂ）とを含む。

界面層形成ステップ（Ｓ１０２）の第１ステップである酸化膜形成ステップ（Ｓ１０２ａ）において、ＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に酸素ガス（Ｏ_２）を例えばアニールガス供給管１４２を介して供給し、酸化性ガス雰囲気下でシリコン基板としてのウエハ２表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）６を形成する（図１２（ａ））。シリコン酸化膜６は、ウエハ２表面へ酸化種としての酸素ガスを拡散させることにより形成する。熱酸化膜６が数ｎｍ程度の膜厚に達したら酸素ガスの供給を停止し、処理室１１１内の酸素をパージする。

本実施形態の酸化膜形成ステップにおける熱酸化処理の処理条件としては、処理温度：７００〜９００℃、処理圧力：２０〜１３３０Ｐａ、酸素ガス供給流量：５０〜５０００ｓｃｃｍ、膜厚：数ｎｍが例示される。なお、シリコン酸化膜は、酸化種の拡散による方法で形成すればよく、シリコン基板の熱酸化のみならず、オゾン酸化および酸素プラズマ酸化の少なくとも何れかの酸化法により形成されてもよい。

界面層形成ステップ（Ｓ１０２）の第２ステップであるエッチングステップ（Ｓ１０２ｂ）において、ＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に水素ガス（Ｈ_２）を例えばアニールガス供給管１４２を介して供給し、水素ガス雰囲気でウエハ２を加熱することで、ウエハ２表面に形成されたシリコン酸化膜６を所望膜厚だけ残してエッチングする（図１２（ｂ））。エッチング量は、予め、ＳｉＯ_２膜が所望膜厚だけ残る水素熱処理時間を測定しておき、時間でコントロールする。このように、シリコン酸化膜のエッチングは、水素ガスを用いたドライエッチングにより行われる。エッチング後、水素ガスの供給を停止し、処理室１１１内の水素をパージする。

本実施形態のエッチングステップにおけるエッチング処理の処理条件としては、処理温度：７００〜１０００℃、処理圧力：１〜１３３０Ｐａ、水素ガス（Ｈ_２）供給流量：０．１〜１０ｓｌｍが例示される。

真空下での搬送ステップ（Ｓ１０４）において、負圧移載装置１３により、所望膜厚のシリコン酸化膜６が形成されたウエハ２を第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１から負圧移載室１１を介して第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１へ搬送する（図１１の矢印（２））。

高誘電体膜形成ステップ（Ｓ１０６）において、高誘電体膜形成装置２００は、上述したように、処理室２０１内でウエハ２上に形成されたエッチング後のシリコン酸化膜６上に高誘電体膜としての所望膜厚のハフニウムシリケート膜７を形成する（図１２（ｃ））。

真空下での搬送ステップ（Ｓ１０８）において、負圧移載装置１３により、ハフニウムシリケート膜７が形成されたウエハ２を第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１から負圧移載室１１を介して第２処理ユニット３２（ＭＭＴ装置７０）の処理室７１へ搬送する（図１１の矢印（３））。

プラズマ窒化ステップ（Ｓ１１０）において、ＭＭＴ装置７０は、上述したように、処理室７１内でハフニウムシリケート膜７が形成されたウエハ２に対してプラズマ窒化処理を施す。

真空下での搬送ステップ（Ｓ１１２）において、負圧移載装置１３により、プラズマ窒化処理されたウエハ２を第２処理ユニット３２（ＭＭＴ装置７０）の処理室７１から負圧移載室１１を介して再度第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１に搬送する（図１１の矢印（４））。

アニールステップ（Ｓ１１４）において、ＲＴＰ装置１１０は、上述したように、処理室１１１内でプラズマ窒化処理されたウエハ２に対してアニール処理を施す。

以上のように、本実施形態においては、界面層形成ステップの第１ステップである酸化膜形成ステップにおけるシリコン酸化膜の形成と、界面層形成ステップの第２ステップであるエッチングステップにおけるシリコン酸化膜のエッチングとを同一の処理室（ＲＴＰ装置１１０の処理室１１１）にて連続的に行い、それとは異なる処理室（高誘電体膜形成装置２００の処理室２０１）で高誘電体膜形成ステップにおける高誘電体膜の形成を連続的に行い、ウエハ２を大気に晒すことなく処理室間のウエハ２の搬送を行うようにしている。これにより、酸化膜形成ステップと高誘電体膜形成ステップとの間でウエハ２をウエット洗浄する必要がなく、大気中の酸素や洗浄時の水分による不均一な再酸化等の発生を抑制し、極薄かつ緻密な界面層を形成することができる。

次に、第２の実施形態を図１３及び１４に基づいて説明する。

図４に示すように、第２の実施形態におけるクラスタ装置１０には、第４処理ユニット３４が設けられており、この第４処理ユニット３４にはウエハ２の表面をエッチングするエッチング装置３００が使用されている。このエッチング装置３００にはゲートバルブ３０４を介して負圧移載室１１と連通する処理室３０２が設けられている。

図１３に示すように、ウエハローディングステップ（Ｓ２００）において、負圧移載装置１３により、ウエハ２を搬入室１４から負圧移載室１１を介して第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１へ搬送する（図１４の矢印（１））。

界面層形成ステップ（Ｓ２０２）の第１ステップである酸化膜形成ステップ（Ｓ２０２ａ）において、ＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に酸素ガス（Ｏ_２）を例えばアニールガス供給管１４２を介して供給し、酸化性ガス雰囲気下でウエハ２表面に界面層としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成する。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２０２ｂ）において、負圧移載装置１３により、シリコン酸化膜が形成されたウエハ２を第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１から負圧移載室１１を介して第４処理ユニット３４（エッチング装置３００）の処理室３０２へ搬送する（図１４の矢印（２））。

界面層形成ステップ（Ｓ２０２）の第２ステップであるエッチングステップ（Ｓ２０２ｃ）において、エッチング装置３００は、処理室３０２内において水素ガス雰囲気下でウエハ２を加熱し、ウエハ２表面に形成されたシリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングする。

本実施形態の酸化膜形成ステップ、エッチングステップにおける処理条件は、第１実施形態と同様である。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２０４）において、負圧移載装置１３により、エッチングされた後の所望膜厚のシリコン酸化膜が形成されたウエハ２を第４処理ユニット３４（エッチング装置３００）の処理室３０２から負圧移載室１１を介して第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１へ搬送する（図１４の矢印（３））。

高誘電体膜形成ステップ（Ｓ２０６）において、高誘電体膜形成装置２００は、上述したように、処理室２０１内でウエハ２のシリコン酸化膜上に所望膜厚の高誘電体膜としてのハフニウムシリケート膜を形成する。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２０８）において、負圧移載装置１３により、ハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ２を第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１から負圧移載室１１を介して第２処理ユニット３２（ＭＭＴ装置７０）の処理室７１へ搬送する（図１４の矢印（４））。

プラズマ窒化ステップ（Ｓ２１０）において、ＭＭＴ装置７０は、上述したように、処理室７１内でハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ２に対してプラズマ窒化処理を施す。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２１２）において、負圧移載装置１３により、プラズマ窒化処理されたウエハ２を第２処理ユニット３２（ＭＭＴ装置７０）の処理室７１から再度第３処理ユニット３３（ＲＴＰ装置１１０）の処理室１１１へ搬送する（図１４の矢印（５））。

アニールステップ（Ｓ２１４）において、ＲＴＰ装置１１０は、上述したように、処理室１１１内でプラズマ窒化処理されたウエハ２に対してアニール処理を施す。

以上のように、本実施形態においては、界面層形成ステップの第１ステップである酸化膜形成ステップにおけるシリコン酸化膜の形成と、界面層形成ステップの第２ステップであるエッチングステップにおけるシリコン酸化膜のエッチングと、高誘電体膜形成ステップにおける高誘電体膜の形成とを、それぞれ異なる処理室（ＲＴＰ装置１１０の処理室１１１、エッチング装置３００の処理室３０２及び高誘電体膜形成装置２００の処理室２０１）にて連続的に行い、ウエハ２を大気に晒すことなく処理室間のウエハ２の搬送を行うようにしている。これにより、第１実施形態と同様、大気中の酸素や洗浄時の水分による不均一な再酸化等の発生を抑制し、極薄かつ緻密な界面層を形成することができる。

なお、本発明の第２の実施形態の説明においては、本発明の第１の実施形態と同一部分について図面に同一番号を付してその説明は省略した。

次に、第３の実施形態を図１３及び１５に基づいて説明する。

図１３に示すように、ウエハローディングステップ（Ｓ２００）において、負圧移載装置１３により、ウエハ２を搬入室１４から負圧移載室１１を介して第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１へ搬送する（図１５の矢印（１））。

界面層形成ステップ（Ｓ２０２）の第１ステップである酸化膜形成ステップ（Ｓ２０２ａ）において、処理室２０１内にオゾンガス（Ｏ_３）をシャワーヘッド２３６を介して供給し、オゾンガス雰囲気下でウエハ２を加熱することでウエハ２表面に界面層としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成する。このように、本実施形態では高誘電体膜形成装置２００をオゾン酸化装置として用いる。

本実施形態の酸化膜形成ステップにおけるオゾン酸化処理の処理条件としては、処理温度：１５０〜４００℃、処理圧力：１０〜１００Ｐａ、オゾンガス（Ｏ_３）供給流量：１００〜３０００ｓｃｃｍ、膜厚：数ｎｍが例示される。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２０２ｂ）において、負圧移載装置１３により、シリコン酸化膜が形成されたウエハ２を第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１から負圧移載室１１を介して第４処理ユニット３４（エッチング装置３００）の処理室３０２へ搬送する（図１５の矢印（２））。

エッチングステップ（Ｓ２０２ｃ）において、エッチング装置３００は、処理室３０２内において水素ガス雰囲気下でウエハ２を加熱することで、ウエハ表面に形成されたシリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングする。

真空下での搬送ステップ（Ｓ２０４）において、負圧移載装置１３により、エッチング後の所望膜厚のシリコン酸化膜が形成されたウエハ２を第４処理ユニット３４（エッチング装置３００）の処理室３０２から負圧移載室１１を介して再度第１処理ユニット３１（高誘電体膜形成装置２００）の処理室２０１へ搬送する（図１５の矢印（３））。

高誘電体膜形成ステップ（Ｓ２０６）において、高誘電体膜形成装置２００は、上述したように、処理室２０１内でウエハ２上のシリコン酸化膜上に所望膜厚の高誘電体膜としてのハフニウムシリケート膜を形成する。

高誘電体膜形成ステップに続く各ステップにおいては、第２の実施形態で説明したステップＳ２０８〜ステップＳ２１４と同一の処理が行われる。

以上のように、本実施形態においては、界面層形成ステップの第１ステップとしての酸化膜形成ステップにおけるシリコン酸化膜の形成と、高誘電体膜形成ステップにおける高誘電体膜の形成とを同一処理室（高誘電体形成装置２００の処理室２０１）にて行い、それとは異なる処理室（エッチング装置３００の処理室３０２）で界面層形成ステップの第２ステップとしてのエッチングステップにおけるシリコン酸化膜のエッチングを行い、ウエハ２を大気に晒すことなく処理室間のウエハ２の搬送を行うようにしている。これにより、第２実施形態と同様、大気中の酸素や洗浄時の水分による不均一な再酸化等の発生を抑制し、極薄かつ緻密な界面層を形成することができる。

なお、本発明の第３の実施形態の説明においては、本発明の第２の実施形態と同一部分について図面に同一番号を付してその説明は省略した。

本発明は、半導体デバイスの製造方法において、高誘電体膜とシリコン基板とを分離する、極薄かつ緻密な界面層を形成する必要があるものに利用することができる。

本発明の第１の実施形態におけるＭＯＳＦＥＴのゲートを形成するゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態におけるクラスタ装置を示す平面断面図である。高誘電体膜形成装置を示す正面断面図である。ＭＭＴ装置を示す正面断面図である。ＲＴＰ装置を示す正面断面図である。各ステップのウエハをそれぞれ示す各拡大断面図である。（ａ）はＮＭＯＳ用電極膜形成ステップを示すウエハの拡大断面図、（ｂ）はスルーホール形成ステップを示すウエハの拡大断面図である。（ａ）はＰＭＯＳ用電極膜形成ステップを示す拡大断面図、（ｂ）は平坦化ステップを示す拡大断面図である。ＮＭＯＳ用電極とＰＭＯＳ用電極のパターニングステップを示す拡大断面図である。本発明の第１の実施形態におけるＭＯＳＦＥＴのゲートを形成するスタック形成工程の一部を示し、（ａ）はウエハローディングからアニールステップ、（ｂ）は（ａ）の界面形成ステップの詳細を説明するフローチャートである。クラスタ装置を示す平面断面図であり、各ステップにおける処理手順を説明する図である。（ａ）は酸化膜形成ステップにおけるウエハの拡大断面図、（ｂ）はエッチングステップにおけるウエハの拡大断面図、（ｃ）は高誘電体膜形成ステップにおけるウエハの拡大断面図である。本発明の第２及び３の実施形態におけるＭＯＳＦＥＴのゲートを形成するゲートスタック工程の一部を示し、（ａ）はウエハローディングステップからアニールステップ、（ｂ）は界面層形成ステップの詳細を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態におけるクラスタ装置を示す平面断面図であり、各ステップにおける処理手順を説明する図である。本発明の第３の実施形態におけるクラスタ装置を示す平面断面図であり、各ステップにおける処理手順を説明する図である。

符号の説明

２ウエハ
１０クラスタ装置
１１負圧移載室
３１第１処理ユニット
３２第２処理ユニット
３３第３処理ユニット
Ｓ１０２ａ酸化膜形成ステップ
Ｓ１０２ｂエッチングステップ
Ｓ１０６高誘電体膜形成ステップ

Claims

シリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を所望膜厚だけ残してエッチングする工程と、
前記エッチング後の前記シリコン酸化膜上に高誘電体膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。