JP2011066263A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents

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Arihito Ogawa
有人 小川
Sadayoshi Horii
貞義 堀井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device for forming a metal oxide film having satisfactory surface roughness. <P>SOLUTION: A metal oxide film having a prescribed film thickness is formed on a wafer by performing sets for a prescribed number of times (S7), one set comprising step (S5) of forming a metal film on a wafer by performing cycles for a prescribed number of times, one cycle comprising a step of supplying a raw material including a metal atom into a processing vessel storing a wafer and exhausting air, and a step of supplying a reaction gas into the processing vessel for exhausting air; and step (S6) of supplying an oxidizing gas into the processing vessel for exhausting air to oxidize the metal film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.

ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の適用が検討されている。また、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のキャパシタにおいては、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜などの高誘電率絶縁膜が使用され、３２ｎｍ世代以降では、さらに高い誘電率を有するチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴiＯ）膜や酸化チタン（ＴｉＯｘ）膜の使用が検討されている。 With the high integration and high performance of MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor), application of a high dielectric constant insulating film to a gate insulating film has been studied. In addition, in a DRAM (Dynamic Random Access Memory) capacitor, a high dielectric constant insulating film such as a hafnium oxide (HfO 2 ) film or a zirconium oxide (ZrO 2 ) film is used. The use of a strontium titanate (SrTiO) film or a titanium oxide (TiOx) film has been studied.

特許文献１には、基板上にチタン酸ストロンチウムまたはチタン酸ストロンチウムバリウムの薄膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、薄膜を形成する工程は、基板上に二酸化チタンの層を数層形成する工程と、数層形成した二酸化チタンの層の上に酸化ストロンチウムと二酸化チタンとを含む積層膜、または酸化バリウムと酸化ストロンチウムと二酸化チタンとを含む積層膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法及び基板処理装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a thin film of strontium titanate or barium titanate barium on a substrate, and the step of forming the thin film includes several layers of titanium dioxide on the substrate. Forming a layer, and forming a laminated film containing strontium oxide and titanium dioxide or a laminated film containing barium oxide, strontium oxide, and titanium dioxide on the titanium dioxide layer formed in several layers. A semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus are disclosed.

特開２００９−１７０７１１号公報JP 2009-170711 A

通常、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ＴｉＣｌ４のような前駆体（プリカーサ）と、Ｈ２ＯもしくはＯ３のような酸化源を用いて成膜される。
しかしながら、ＴｉＯ２膜は低温でも結晶化するため、成膜途中で結晶化が進行し、その膜表面の粗さ（表面ラフネス）が大きいため、これがリーク電流による劣化に繋がる。
また、誘電率を上げるためにはルチル構造を有する結晶体にする必要があるが、結晶構造は下部電極等の影響を受けるため、下部電極上に直接ルチル構造を有するＴｉＯ２膜を形成することは困難である。 Usually, a titanium oxide (TiO 2 ) film is formed by a precursor (precursor) such as TiCl 4 and an oxidation source such as H 2 O or O 3 by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. .
However, since the TiO 2 film is crystallized even at a low temperature, crystallization progresses during the film formation, and the film surface has a large roughness (surface roughness), which leads to deterioration due to leakage current.
In order to increase the dielectric constant, it is necessary to form a crystal having a rutile structure. However, since the crystal structure is affected by the lower electrode, a TiO 2 film having a rutile structure is directly formed on the lower electrode. It is difficult.

本発明は、表面ラフネスが良好な（膜表面の粗さが小さい）金属酸化膜を形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of forming a metal oxide film with good surface roughness (film surface roughness is small).

本発明の一態様によれば、基板を収容した処理容器内に金属原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成する工程と、前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記金属膜を酸化させる工程と、を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, a process of supplying and exhausting a raw material containing metal atoms into a processing container containing a substrate and a process of supplying and exhausting a reactive gas into the processing container are performed as one cycle. A set of a process of forming a metal film on the substrate by performing a predetermined number of cycles and a process of oxidizing the metal film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel are set as one set. By performing the predetermined number of times, a method for manufacturing a semiconductor device is provided, in which a metal oxide film having a predetermined thickness is formed on a substrate.

本発明の他の態様によれば、基板を収容した処理容器内にチタン原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に窒化ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化チタン膜を形成する工程と、前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記窒化チタン膜を酸化させる工程と、を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の酸化チタン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, one cycle includes a step of supplying and exhausting a raw material containing titanium atoms into a processing vessel containing a substrate, and a step of supplying and exhausting a nitriding gas into the processing vessel. By performing this cycle a predetermined number of times, a step of forming a titanium nitride film on the substrate and a step of oxidizing the titanium nitride film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel are set as one set. By performing this set a predetermined number of times, a titanium oxide film having a predetermined film thickness is formed on the substrate.

本発明の更に他の態様によれば、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に金属原子を含む原料を供給する原料供給系と、前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した前記処理容器内への前記原料の供給および排気と、前記処理容器内への前記反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成し、前記処理容器内への前記酸化ガスの供給および排気を行うことで、前記金属膜を酸化させ、これを１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成するように、前記原料供給系、前記反応ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記排気系を制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a processing vessel for processing a substrate, a raw material supply system for supplying a raw material containing metal atoms into the processing vessel, and a reactive gas supply for supplying a reactive gas into the processing vessel. A system, an oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas into the processing vessel, an exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel, supply and exhaust of the raw material into the processing vessel containing a substrate, and the processing Supplying and exhausting the reaction gas into the container is one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a metal film on the substrate, and supply and exhaust the oxidizing gas into the processing container. The raw material supply system, the reactive gas supply system, and the like so as to form a metal oxide film having a predetermined film thickness on the substrate by oxidizing the metal film and performing this setting a predetermined number of times. The oxidation Scan supply system, and a controller for controlling the exhaust system, the substrate processing apparatus characterized by having provided.

本発明によれば、表面ラフネスが良好な金属酸化膜を形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device which can form a metal oxide film with favorable surface roughness can be provided.

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウエハ処理時における断面構成図である。It is a section lineblock diagram at the time of wafer processing of a substrate processing apparatus concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウエハ搬送時における断面構成図である。It is a section lineblock diagram at the time of wafer conveyance of a substrate processing device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のガス供給系の構成図である。It is a block diagram of the gas supply system of the substrate processing apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。It is a flowchart of the substrate processing process concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理工程における各ガス供給のタイミングを示す成膜シーケンス図である。It is a film-forming sequence diagram which shows the timing of each gas supply in the substrate processing process concerning one Embodiment of this invention. 実施例におけるＸＰＳ分析結果である。It is an XPS analysis result in an Example.

（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウエハ処理時における断面構成図であり、図２は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウエハ搬送時における断面構成図である。 (1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of a substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention during wafer processing, and FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention during wafer transfer.

＜処理室＞
図１及び図２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されている。処理容器１２内には、基板としてのウエハ１４を処理する処理室１６が構成されている。 <Processing chamber>
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus according to this embodiment includes a processing container 12. The processing container 12 is configured as a flat sealed container having a circular cross section, for example. The processing container 12 is made of a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS). A processing chamber 16 for processing a wafer 14 as a substrate is configured in the processing container 12.

処理室１６内には、ウエハ１４を支持する支持台１８が設けられている。ウエハ１４が直接触れる支持台１８の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２０が設けられている。また、支持台１８には、ウエハ１４を加熱する加熱手段としてのヒータ２２が内蔵されている。なお、支持台１８の下端部は、処理容器１２の底部を貫通している。 A support base 18 that supports the wafer 14 is provided in the processing chamber 16. For example, quartz (SiO 2 ), carbon, ceramics, silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN) is formed on the upper surface of the support base 18 that the wafer 14 directly touches. A susceptor 20 is provided as a support plate. In addition, the support base 18 incorporates a heater 22 as a heating means for heating the wafer 14. The lower end portion of the support base 18 passes through the bottom portion of the processing container 12.

処理室１６の外部には、昇降機構２４が設けられている。この昇降機構２４を作動させることにより、サセプタ２０上に支持されるウエハ１４を昇降させることが可能となっている。支持台１８は、ウエハ１４の処理時には図１で示される位置（ウエハ処理位置）まで上昇し、ウエハ１４の搬送時には図２で示される位置（ウエハ搬送位置）まで下降する。なお、支持台１８の下端部の周囲は、ベローズ２６により覆われており、処理室１６内は気密に保持されている。   An elevating mechanism 24 is provided outside the processing chamber 16. By operating the lifting mechanism 24, the wafer 14 supported on the susceptor 20 can be lifted and lowered. The support table 18 rises to the position shown in FIG. 1 (wafer processing position) when the wafer 14 is processed, and descends to the position shown in FIG. 2 (wafer transfer position) when the wafer 14 is transferred. The periphery of the lower end portion of the support base 18 is covered with a bellows 26, and the inside of the processing chamber 16 is kept airtight.

また、処理室１６の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２８が鉛直方向に設けられている。支持台１８には、リフトピン２８を貫通させるための貫通孔３０が、リフトピン２８に対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台１８をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２８の上端部が支持台１８の上面から突出して、リフトピン２８がウエハ１４を下方から支持するように構成されている。   Further, for example, three lift pins 28 are provided in the vertical direction on the bottom surface (floor surface) of the processing chamber 16. The support base 18 is provided with through holes 30 for allowing the lift pins 28 to pass therethrough at positions corresponding to the lift pins 28. When the support table 18 is lowered to the wafer transfer position, the upper end portion of the lift pins 28 protrudes from the upper surface of the support table 18 so that the lift pins 28 support the wafer 14 from below.

支持台１８をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２８は支持台１８の上面から埋没して、支持台１８上面に設けられたサセプタ２０がウエハ１４を下方から支持するように構成される。なお、リフトピン２８は、ウエハ１４と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。   When the support table 18 is raised to the wafer processing position, the lift pins 28 are buried from the upper surface of the support table 18 so that the susceptor 20 provided on the upper surface of the support table 18 supports the wafer 14 from below. In addition, since the lift pins 28 are in direct contact with the wafer 14, it is desirable to form the lift pins 28 from a material such as quartz or alumina.

＜ウエハ搬送口＞
処理室１６の内壁側面には、処理室１６の内外にウエハ１４を搬送するためのウエハ搬送口３２が設けられている。ウエハ搬送口３２にはゲートバルブ３４が設けられており、このゲートバルブ３４を開けることにより、処理室１６内と搬送室（予備室）３６内とが連通するように構成されている。搬送室３６は密閉容器３９内に形成されており、搬送室３６内にはウエハ１４を搬送する搬送ロボット３８が設けられている。 <Wafer transfer port>
On the inner wall side surface of the processing chamber 16, a wafer transfer port 32 for transferring the wafer 14 into and out of the processing chamber 16 is provided. The wafer transfer port 32 is provided with a gate valve 34. By opening the gate valve 34, the processing chamber 16 and the transfer chamber (preliminary chamber) 36 are communicated with each other. The transfer chamber 36 is formed in a sealed container 39, and a transfer robot 38 for transferring the wafer 14 is provided in the transfer chamber 36.

搬送ロボット３８には、ウエハ１４を搬送する際にウエハ１４を支持する搬送アーム３８ａが備えられている。支持台１８をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ３４を開くことにより、搬送ロボット３８により処理室１６内と搬送室３６内との間でウエハ１４を搬送することが可能なように構成されている。処理室１６内に搬送されたウエハ１４は、上述したようにリフトピン２８上に一時的に載置される。   The transfer robot 38 is provided with a transfer arm 38 a that supports the wafer 14 when the wafer 14 is transferred. By opening the gate valve 34 with the support 18 lowered to the wafer transfer position, the transfer robot 38 can transfer the wafer 14 between the processing chamber 16 and the transfer chamber 36. It is configured. The wafer 14 transferred into the processing chamber 16 is temporarily placed on the lift pins 28 as described above.

＜排気系＞
処理室１６の内壁側面であって、ウエハ搬送口３２の反対側には、処理室１６内の雰囲気を排気する排気口４０が設けられている。排気口４０には排気管４２が接続されており、排気管４２には、処理室１６内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器４４、原料回収トラップ４６、及び真空ポンプ４８が順に直列に接続されている。主に、排気口４０、排気管４２、圧力調整器４４、原料回収トラップ４６、真空ポンプ４８により排気系（排気ライン）が構成される。 <Exhaust system>
An exhaust port 40 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 16 is provided on the inner wall side surface of the processing chamber 16 and on the side opposite to the wafer transfer port 32. An exhaust pipe 42 is connected to the exhaust port 40. The exhaust pipe 42 includes a pressure regulator 44 such as an APC (Auto Pressure Controller) that controls the inside of the processing chamber 16 to a predetermined pressure, a raw material recovery trap 46, and A vacuum pump 48 is connected in series in order. An exhaust system (exhaust line) is mainly configured by the exhaust port 40, the exhaust pipe 42, the pressure regulator 44, the raw material recovery trap 46, and the vacuum pump 48.

＜ガス導入口＞
処理室１６の上部に設けられる後述のシャワーヘッド５２の上面（天井壁）には、処理室１６内に各種ガスを供給するためのガス導入口５０が設けられている。なお、ガス導入口５０に接続されるガス供給系の構成については後述する。 <Gas inlet>
A gas inlet 50 for supplying various gases into the processing chamber 16 is provided on an upper surface (ceiling wall) of a shower head 52 described later provided in the upper portion of the processing chamber 16. The configuration of the gas supply system connected to the gas inlet 50 will be described later.

＜シャワーヘッド＞
ガス導入口５０と、ウエハ処理位置におけるウエハ１４との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド５２が設けられている。シャワーヘッド５２は、ガス導入口５０から導入されるガスを分散させるための分散板５２ａと、分散板５２ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台１８上のウエハ１４の表面に供給するためのシャワー板５２ｂと、を備えている。分散板５２ａ及びシャワー板５２ｂには、複数の通気孔が設けられている。 <Shower head>
A shower head 52 as a gas dispersion mechanism is provided between the gas inlet 50 and the wafer 14 at the wafer processing position. The shower head 52 disperses the gas introduced from the gas introduction port 50 and the gas that has passed through the dispersion plate 52a further uniformly and supplies the gas to the surface of the wafer 14 on the support base 18. A shower plate 52b. The dispersion plate 52a and the shower plate 52b are provided with a plurality of vent holes.

分散板５２ａは、シャワーヘッド５２の上面及びシャワー板５２ｂと対向するように配置されており、シャワー板５２ｂは、支持台１８上のウエハ１４と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド５２の上面と分散板５２ａとの間、及び分散板５２ａとシャワー板５２ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口５０から供給されるガスを分散させるための分散室（第１バッファ空間）５２ｃ、及び分散板５２ａを通過したガスを拡散させるための第２バッファ空間５２ｄとしてそれぞれ機能する。   The dispersion plate 52 a is disposed to face the upper surface of the shower head 52 and the shower plate 52 b, and the shower plate 52 b is disposed to face the wafer 14 on the support base 18. Note that spaces are provided between the upper surface of the shower head 52 and the dispersion plate 52a, and between the dispersion plate 52a and the shower plate 52b, respectively, and these spaces are supplied from the gas inlet 50. Function as a dispersion chamber (first buffer space) 52c for dispersing the gas and a second buffer space 52d for diffusing the gas that has passed through the dispersion plate 52a.

＜排気ダクト＞
処理室１６の内壁側面には、段差部５４が設けられている。そして、この段差部５４は、コンダクタンスプレート５６をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート５６は、内周部にウエハ１４を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。 <Exhaust duct>
A step portion 54 is provided on the inner wall side surface of the processing chamber 16. The step portion 54 is configured to hold the conductance plate 56 near the wafer processing position. The conductance plate 56 is configured as a single donut-shaped (ring-shaped) disk in which a hole for accommodating the wafer 14 is provided in the inner peripheral portion.

コンダクタンスプレート５６の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口５８が設けられている。排出口５８は、コンダクタンスプレート５６の外周部がコンダクタンスプレート５６の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。   A plurality of outlets 58 arranged in the circumferential direction at predetermined intervals are provided on the outer periphery of the conductance plate 56. The discharge port 58 is formed discontinuously so that the outer periphery of the conductance plate 56 can support the inner periphery of the conductance plate 56.

一方、支持台１８の外周部には、ロワープレート６０が係止している。ロワープレート６０は、リング状の凹部６０ａと、凹部６０ａの内側上部に一体的に設けられたフランジ部６０ｂとを備えている。凹部６０ａは、支持台１８の外周部と、処理室１６の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられる。   On the other hand, a lower plate 60 is locked to the outer peripheral portion of the support base 18. The lower plate 60 includes a ring-shaped concave portion 60a and a flange portion 60b provided integrally on the inner upper portion of the concave portion 60a. The recess 60 a is provided so as to close a gap between the outer peripheral portion of the support base 18 and the inner wall side surface of the processing chamber 16.

凹部６０ａの底部のうち排気口４０付近の一部には、凹部６０ａ内から排気口４０側ヘガスを排出（流通）させるためのプレート排気口６０ｃが設けられている。フランジ部６０ｂは、支持台１８の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部６０ｂが支持台１８の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート６０が、支持台１８の昇降に伴い、支持台１８と共に昇降されるようになっている。   A part of the bottom of the recess 60a near the exhaust port 40 is provided with a plate exhaust port 60c for exhausting (circulating) gas from the recess 60a to the exhaust port 40 side. The flange portion 60 b functions as a locking portion that locks on the upper outer peripheral edge of the support base 18. When the flange portion 60 b is locked on the upper outer peripheral edge of the support base 18, the lower plate 60 is moved up and down together with the support base 18 as the support base 18 moves up and down.

支持台１８がウエハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート６０もウエハ処理位置まで上昇する。その結果、ウエハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート５６が、ロワープレート６０の凹部６０ａの上面部分を塞ぎ、凹部６０ａの内部をガス流路領域とする排気ダクト６２が形成されることとなる。   When the support base 18 is raised to the wafer processing position, the lower plate 60 is also raised to the wafer processing position. As a result, the conductance plate 56 held in the vicinity of the wafer processing position closes the upper surface portion of the recess 60a of the lower plate 60, and the exhaust duct 62 is formed with the inside of the recess 60a as the gas flow path region. .

このとき、排気ダクト６２（コンダクタンスプレート５６及びロワープレート６０）及び支持台１８によって、処理室１６内が、排気ダクト６２よりも上方の処理室上部と、排気ダクト６２よりも下方の処理室下部とに、仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート５６及びロワープレート６０は、排気ダクト６２の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。   At this time, due to the exhaust duct 62 (conductance plate 56 and lower plate 60) and the support base 18, the inside of the processing chamber 16 is located above the processing chamber above the exhaust duct 62 and below the processing chamber below the exhaust duct 62. It will be partitioned. The conductance plate 56 and the lower plate 60 are made of a material that can be maintained at a high temperature, for example, high temperature resistant high load quartz, in consideration of etching of reaction products deposited on the inner wall of the exhaust duct 62. Is preferred.

ここで、ウエハ処理時における処理室１６内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口５０からシャワーヘッド５２の上部へと供給されたガスは、分散室（第１バッファ空間）５２ｃを経て分散板５２ａの多数の孔から第２バッファ空間５２ｄへと入り、さらにシャワー板５２ｂの多数の孔を通過して処理室１６内に供給され、ウエハ１４上に均一に供給される。   Here, the flow of gas in the processing chamber 16 during wafer processing will be described. First, the gas supplied from the gas inlet 50 to the upper portion of the shower head 52 enters the second buffer space 52d through a plurality of holes of the dispersion plate 52a via the dispersion chamber (first buffer space) 52c, and further the shower. It passes through a large number of holes in the plate 52 b and is supplied into the processing chamber 16 and is supplied uniformly onto the wafer 14.

ウエハ１４上に供給されたガスは、ウエハ１４の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ１４に接触した後の余剰なガスは、支持台１８の外周に設けられた排気ダクト６２上（すなわちコンダクタンスプレート５６上）を、ウエハ１４の径方向外側に向かって放射状に流れ、排気ダクト６２上に設けられた排出口５８から、排気ダクト６２内のガス流路領域内（凹部６０ａ内）へと排出される。   The gas supplied onto the wafer 14 flows radially outward in the radial direction of the wafer 14. The surplus gas after contacting the wafer 14 flows radially on the exhaust duct 62 (that is, on the conductance plate 56) provided on the outer periphery of the support base 18 toward the radially outer side of the wafer 14. The gas is discharged from a discharge port 58 provided on the duct 62 into the gas flow path region (in the recess 60a) in the exhaust duct 62.

その後、ガスは排気ダクト６２内を流れ、プレート排気口６０ｃを経由して排気口４０へと排気される。以上の通り、処理室１６の下部への、すなわち支持台１８の裏面や処理室１６の底面側へのガスの回り込みが抑制される。   Thereafter, the gas flows in the exhaust duct 62 and is exhausted to the exhaust port 40 via the plate exhaust port 60c. As described above, gas sneaking into the lower portion of the processing chamber 16, that is, the back surface of the support base 18 and the bottom surface side of the processing chamber 16 is suppressed.

＜ガス供給系＞
続いて、上述したガス導入口５０に接続されるガス供給系の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系（ガス供給ライン）の構成図である。 <Gas supply system>
Next, the configuration of the gas supply system connected to the gas inlet 50 described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of a gas supply system (gas supply line) included in the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、常温で液体状態である液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室１６内に供給する原料ガス供給系と、原料ガスとは異なる反応ガス（窒化ガス）を処理室１６内に供給する反応ガス供給系（窒化ガス供給系）と、酸化ガスを処理室１６内に供給する酸化ガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる基板処理装置は、処理室１６内にパージガスを供給するパージガス供給系と、バブラからの原料ガスを処理室１６内に供給することなく処理室１６をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系とを有している。以下に、各部の構成について説明する。   A gas supply system included in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a bubbler as a vaporization unit that vaporizes a liquid raw material that is in a liquid state at room temperature, and a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the bubbler A source gas supply system for supplying the inside of the chamber 16, a reaction gas supply system (nitriding gas supply system) for supplying a reactive gas (nitriding gas) different from the source gas into the processing chamber 16, and an oxidizing gas in the processing chamber 16. An oxidizing gas supply system for supplying to Furthermore, the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention bypasses the processing chamber 16 without supplying the purge gas supply system for supplying the purge gas into the processing chamber 16 and the source gas from the bubbler into the processing chamber 16. And a vent (bypass) system for exhausting. Below, the structure of each part is demonstrated.

＜バブラ＞
処理室１６の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ８０ａが設けられている。バブラ８０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ８０ａの周りには、バブラ８０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ８２が設けられている。原料としては、例えば、Ｔｉ（チタニウム）元素を含む無機金属液体原料であるＴｉＣｌ４が用いられる。なお、原料としては、有機金属液体原料であるＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｄｏ−Ｔｉｔａｎｉｕｍ）等の原料を用いるようにしてもよい。 <Bubbler>
Outside the processing chamber 16, a bubbler 80a is provided as a raw material container for storing a liquid raw material. The bubbler 80a is configured as a tank (sealed container) capable of containing (filling) a liquid source therein, and is also configured as a vaporization unit that generates a source gas by vaporizing the liquid source by bubbling. A sub-heater 82 for heating the bubbler 80a and the liquid raw material therein is provided around the bubbler 80a. As the raw material, for example, TiCl 4 which is an inorganic metal liquid raw material containing Ti (titanium) element is used. In addition, as a raw material, you may make it use raw materials, such as TDMAT (Tetrakis-Dimethyl-Amido-Titanium) which is an organometallic liquid raw material.

バブラ８０ａには、キャリアガス供給管８４ａが接続されている。キャリアガス供給管８４ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管８４ａの下流側端部はバブラ８０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管８４ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）８６ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブＶａ１、Ｖａ２が設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管８４ａ、ＭＦＣ８６ａ、バルブＶａ１、Ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。 A carrier gas supply pipe 84a is connected to the bubbler 80a. A carrier gas supply source (not shown) is connected to the upstream end of the carrier gas supply pipe 84a. Further, the downstream end of the carrier gas supply pipe 84a is immersed in the liquid raw material accommodated in the bubbler 80a. The carrier gas supply pipe 84a is provided with a mass flow controller (MFC) 86a as a flow rate controller for controlling the supply flow rate of the carrier gas, and valves Va1 and Va2 for controlling the supply of the carrier gas. As the carrier gas, it is preferable to use a gas that does not react with the liquid raw material. For example, an inert gas such as N 2 gas or Ar gas is preferably used. A carrier gas supply system (carrier gas supply line) is mainly configured by the carrier gas supply pipe 84a, the MFC 86a, and the valves Va1 and Va2.

上記構成により、バルブＶａ１、Ｖａ２を開き、キャリアガス供給管８４ａからＭＦＣ８６ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ８０ａ内に供給することにより、バブラ８０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。なお、原料ガスの供給流量は、キャリアガスの供給流量から割り出すことができる。すなわち、キャリアガスの供給流量を制御することにより原料ガスの供給流量を制御することができる。   With the above configuration, the valves Va1 and Va2 are opened, and the carrier gas whose flow rate is controlled by the MFC 86a is supplied from the carrier gas supply pipe 84a into the bubbler 80a, whereby the liquid raw material stored in the bubbler 80a is vaporized by bubbling. Source gas can be generated. Note that the supply flow rate of the source gas can be determined from the supply flow rate of the carrier gas. That is, the supply flow rate of the source gas can be controlled by controlling the supply flow rate of the carrier gas.

＜原料ガス供給系＞
バブラ８０ａには、バブラ８０ａ内で生成された原料ガスを処理室１６内に供給する原料ガス供給管８８ａが接続されている。原料ガス供給管８８ａの上流側端部は、バブラ８０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管８８ａの下流側端部は、高耐久高速ガスバルブＶを介してガス導入口５０に接続されている。高耐久高速ガスバルブＶは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成されたバルブである。なお、原料ガス供給管８８ａには、処理室１６内への原料ガスの供給を制御するバルブＶａ３が設けられている。 <Raw gas supply system>
A raw material gas supply pipe 88a for supplying the raw material gas generated in the bubbler 80a into the processing chamber 16 is connected to the bubbler 80a. The upstream end of the source gas supply pipe 88a communicates with the space existing above the bubbler 80a. The downstream end of the source gas supply pipe 88a is connected to the gas inlet 50 via a high durability high speed gas valve V. The high durability high speed gas valve V is a valve configured to be able to quickly switch the gas supply and exhaust the gas in a short time. The source gas supply pipe 88a is provided with a valve Va3 that controls the supply of the source gas into the processing chamber 16.

上記構成により、バブラ８０ａにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブＶａ３を開くことにより、原料ガス供給管８８ａから処理室１６内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管８８ａ、バルブＶａ３、高耐久高速ガスバルブＶにより原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。
主に、キャリアガス供給系、バブラ８０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。 With the above configuration, the raw material gas can be supplied from the raw material gas supply pipe 88a into the processing chamber 16 by opening the valve Va3 while vaporizing the liquid raw material in the bubbler 80a. A source gas supply system (source gas supply line) is mainly configured by the source gas supply pipe 88a, the valve Va3, and the high durability high-speed gas valve V.
A material supply system (material supply line) is mainly configured by the carrier gas supply system, the bubbler 80a, and the material gas supply system.

＜反応ガス供給系（窒化ガス供給系）＞
処理室１６の外部には、反応ガス（窒化ガス）を供給する反応ガス供給源９０ｂが設けられている。反応ガス供給源９０ｂには、反応ガス供給管９２ｂの上流側端部が接続されている。反応ガス供給管９２ｂの下流側端部は、高耐久高速ガスバルブＶを介してガス導入口５０（図１、２参照）に接続されている。反応ガス供給管９２ｂには、反応ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）８６ｂと、反応ガスの供給を制御するバルブＶｂ１、Ｖｂ２が設けられている。反応ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
主に、反応ガス供給源９０ｂ、反応ガス供給管９２ｂ、ＭＦＣ８６ｂ、バルブＶｂ１、Ｖｂ２により、反応ガス供給系（反応ガス供給ライン）、すなわち窒化ガス供給系（窒化ガス供給ライン）が構成される。 <Reactive gas supply system (nitriding gas supply system)>
A reaction gas supply source 90 b for supplying a reaction gas (nitriding gas) is provided outside the processing chamber 16. The upstream end of the reactive gas supply pipe 92b is connected to the reactive gas supply source 90b. The downstream end of the reaction gas supply pipe 92b is connected to the gas inlet 50 (see FIGS. 1 and 2) via a highly durable high-speed gas valve V. The reaction gas supply pipe 92b is provided with a mass flow controller (MFC) 86b as a flow rate controller for controlling the supply flow rate of the reaction gas, and valves Vb1 and Vb2 for controlling the supply of the reaction gas. As the reaction gas, for example, ammonia (NH 3 ) gas is used.
A reactive gas supply system (reactive gas supply line), that is, a nitriding gas supply system (nitriding gas supply line) is mainly configured by the reactive gas supply source 90b, the reactive gas supply pipe 92b, the MFC 86b, and the valves Vb1 and Vb2.

＜酸化ガス供給系＞
また、処理室１６の外部には、酸化ガスを供給する酸化ガス供給源９０ｃが設けられている。酸化ガス供給源９０ｃには、酸化ガス供給管９２ｃの上流側端部が接続されている。酸化ガス供給管９２ｃの下流側端部は、高耐久高速ガスバルブＶを介してガス導入口５０（図１、２参照）に接続されている。酸化ガス供給管９２ｃには、酸化ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）８６ｃと、酸化ガスの供給を制御するバルブＶｃ１、Ｖｃ２が設けられている。酸化ガスとしては、例えばオゾン（Ｏ３）ガスが用いられる。
主に、酸化ガス供給源９０ｃ、酸化ガス供給管９２ｃ、ＭＦＣ８６ｃ、バルブＶｃ１、Ｖｃ２により、酸化ガス供給系（酸化ガス供給ライン）が構成される。 <Oxidation gas supply system>
In addition, an oxidizing gas supply source 90 c that supplies an oxidizing gas is provided outside the processing chamber 16. The upstream end of the oxidizing gas supply pipe 92c is connected to the oxidizing gas supply source 90c. The downstream end of the oxidizing gas supply pipe 92c is connected to the gas inlet 50 (see FIGS. 1 and 2) via a highly durable high-speed gas valve V. The oxidizing gas supply pipe 92c is provided with a mass flow controller (MFC) 86c as a flow rate controller for controlling the supply flow rate of the oxidizing gas, and valves Vc1 and Vc2 for controlling the supply of the oxidizing gas. For example, ozone (O 3 ) gas is used as the oxidizing gas.
An oxidizing gas supply system (oxidizing gas supply line) is mainly configured by the oxidizing gas supply source 90c, the oxidizing gas supply pipe 92c, the MFC 86c, and the valves Vc1 and Vc2.

＜パージガス供給系＞
また、処理室１６の外部には、パージガスを供給するためのパージガス供給源９０ｄ、９０ｅが設けられている。パージガス供給源９０ｄ、９０ｅには、パージガス供給管９２ｄ、９２ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管９２ｄの下流側端部は反応ガス供給管９２ｂおよび酸化ガス供給管９２ｃに合流して、高耐久高速ガスバルブＶを介してガス導入口５０に接続されている。パージガス供給管９２ｅの下流側端部は原料ガス供給管８８ａに合流して、高耐久高速ガスバルブＶを介してガス導入口５０に接続されている。パージガス供給管９２ｄ、９２ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）８６ｄ、８６ｅと、パージガスの供給を制御するバルブＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２がそれぞれ設けられている。パージガスとしては、例えばＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスが用いられる。
主に、パージガス供給源９０ｄ、９０ｅ、パージガス供給管９２ｄ、９２ｅ、ＭＦＣ８６ｄ、８６ｅ、バルブＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２により、パージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。 <Purge gas supply system>
In addition, purge gas supply sources 90 d and 90 e for supplying purge gas are provided outside the processing chamber 16. The upstream ends of the purge gas supply pipes 92d and 92e are connected to the purge gas supply sources 90d and 90e, respectively. The downstream end of the purge gas supply pipe 92d merges with the reaction gas supply pipe 92b and the oxidizing gas supply pipe 92c, and is connected to the gas inlet 50 through the high durability high speed gas valve V. The downstream end of the purge gas supply pipe 92e merges with the raw material gas supply pipe 88a and is connected to the gas inlet 50 through the high durability high speed gas valve V. The purge gas supply pipes 92d and 92e are respectively provided with mass flow controllers (MFC) 86d and 86e as flow rate controllers for controlling the purge gas supply flow rate, and valves Vd1, Vd2, Ve1 and Ve2 for controlling the supply of the purge gas. Yes. As the purge gas, for example, an inert gas such as N 2 gas or Ar gas is used.
A purge gas supply system (purge gas supply line) is mainly configured by the purge gas supply sources 90d and 90e, the purge gas supply pipes 92d and 92e, the MFCs 86d and 86e, and the valves Vd1, Vd2, Ve1, and Ve2.

＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管８８ａのバルブＶａ３よりも上流側には、ベント管９４ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管９４ａ下流側端部は排気管４２の圧力調整器４４よりも下流側であって原料回収トラップ４６よりも上流側に接続されている。ベント管９４ａには、ガスの流通を制御するためのバルブＶａ４が設けられている。 <Vent (bypass) system>
Further, the upstream end of the vent pipe 94a is connected to the upstream side of the valve Va3 of the source gas supply pipe 88a. Further, the downstream end portion of the vent pipe 94 a is connected to the downstream side of the pressure regulator 44 of the exhaust pipe 42 and to the upstream side of the raw material recovery trap 46. The vent pipe 94a is provided with a valve Va4 for controlling the gas flow.

上記構成により、バルブＶａ３を閉じ、バルブＶａ４を開くことで、原料ガス供給管８８ａ内を流れるガスを、処理室１６内に供給することなく、ベント管９４ａを介して処理室１６をバイパスさせ、排気管４２より処理室１６外へと排気することが可能となる。主に、ベント管９４ａ、バルブＶａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。   With the above configuration, by closing the valve Va3 and opening the valve Va4, the processing chamber 16 is bypassed via the vent pipe 94a without supplying the gas flowing in the source gas supply pipe 88a into the processing chamber 16, The exhaust pipe 42 can be exhausted out of the processing chamber 16. A vent system (vent line) is mainly configured by the vent pipe 94a and the valve Va4.

なお、バブラ８０ａの周りには、サブヒータ８２が設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管８４ａ、原料ガス供給管８８ａ、ベント管９４ａ、排気管４２、処理容器１２、シャワーヘッド５２等の周囲にもサブヒータ８２が設けられている。サブヒータ８２はこれらの部材を、例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。   As described above, the sub-heater 82 is provided around the bubbler 80a. In addition, the carrier gas supply pipe 84a, the raw material gas supply pipe 88a, the vent pipe 94a, the exhaust pipe 42, the processing vessel 12, the shower head. A sub heater 82 is also provided around 52 and the like. The sub-heater 82 is configured to prevent re-liquefaction of the raw material gas inside these members by heating these members to a temperature of, for example, 100 ° C. or less.

＜コントローラ＞
なお、本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ１００を有している。コントローラ１００は、ゲートバルブ３４、昇降機構２４、搬送ロボット３８、ヒータ２２、サブヒータ８２、圧力調整器（ＡＰＣ）４４、真空ポンプ４８、バルブＶａ１〜Ｖａ４、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２、高耐久高速ガスバルブＶ、流量コントローラ８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ等の動作を制御する。 <Controller>
The substrate processing apparatus according to the present embodiment includes a controller 100 that controls the operation of each unit of the substrate processing apparatus. The controller 100 includes a gate valve 34, an elevating mechanism 24, a transfer robot 38, a heater 22, a sub heater 82, a pressure regulator (APC) 44, a vacuum pump 48, valves Va1 to Va4, Vb1, Vb2, Vc1, Vc2, Vd1, and Vd2. , Ve1, Ve2, high durability high speed gas valve V, flow controllers 86a, 86b, 86c, 86d, 86e and the like are controlled.

（２）基板処理工程
続いて、本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いてウエハ上に薄膜を形成する基板処理工程について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。また、図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程における各ガス供給のタイミングを示す成膜シーケンス図である。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ１００によって制御される。 (2) Substrate Processing Step Subsequently, as a step of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a substrate processing step of forming a thin film on a wafer using the above-described substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of the substrate processing process according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a film forming sequence diagram showing the timing of each gas supply in the substrate processing process according to the embodiment of the present invention. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 100.

なお、ここでは、
基板を収容した処理容器内に金属原子（Ｔｉ）を含む原料（ＴｉＣｌ４）を供給し排気する工程と、処理容器内に反応ガスとして窒化ガス（ＮＨ３）を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、ＡＬＤ法により基板上に金属膜（ＴｉＮ膜）を形成する工程（Ｓ５）と、
処理容器内に酸化ガス（Ｏ３）を供給し排気することで、金属膜を酸化させる工程（Ｓ６）と、
を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜（ＴｉＯ２膜）を形成する例について説明する。
なお、本明細書では、金属膜という用語は金属原子を含む導電性の物質を意味しており、これには、金属単体で構成される膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜等も含まれる。ＴｉＮ膜は導電性の金属窒化膜、すなわち金属膜であり、ＴｉＯ２膜は絶縁膜である。以下、これを詳細に説明する。 Here,
A step of supplying and exhausting a raw material (TiCl 4 ) containing metal atoms (Ti) into a processing container containing a substrate, and a step of supplying and exhausting a nitriding gas (NH 3 ) as a reactive gas in the processing container. A step (S5) of forming a metal film (TiN film) on the substrate by the ALD method by performing this cycle a predetermined number of times as one cycle,
A step (S6) of oxidizing the metal film by supplying and exhausting oxidizing gas (O 3 ) into the processing container;
An example of forming a metal oxide film (TiO 2 film) with a predetermined film thickness on the substrate by performing this set a predetermined number of times will be described.
Note that in this specification, the term metal film means a conductive substance containing a metal atom. In addition to a film made of a single metal, a conductive metal nitride film, a conductive metal Also included are metal oxide films, conductive metal composite films, conductive metal alloy films, and the like. The TiN film is a conductive metal nitride film, that is, a metal film, and the TiO 2 film is an insulating film. This will be described in detail below.

＜基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）＞
工程１（Ｓ１）において、昇降機構２４を作動させ、支持台１８を、図２に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ３４を開き、処理室１６と搬送室３６とを連通させる。そして、搬送ロボット３８により搬送室３６内から処理室１６内へ処理対象のウエハ１４を搬送アーム３８ａで支持した状態で搬入する。処理室１６内に搬入したウエハ１４は、支持台１８の上面から突出しているリフトピン２８上に一時的に載置される。搬送ロボット３８の搬送アーム３８ａが処理室１６内から搬送室３６内へ戻ると、ゲートバルブ３４が閉じられる。 <Substrate Loading Step (S1), Substrate Placement Step (S2)>
In step 1 (S1), the elevating mechanism 24 is operated to lower the support base 18 to the wafer transfer position shown in FIG. Then, the gate valve 34 is opened to allow the processing chamber 16 and the transfer chamber 36 to communicate with each other. Then, the wafer 14 to be processed is loaded from the transfer chamber 36 into the processing chamber 16 by the transfer robot 38 while being supported by the transfer arm 38a. The wafer 14 carried into the processing chamber 16 is temporarily placed on lift pins 28 protruding from the upper surface of the support base 18. When the transfer arm 38a of the transfer robot 38 returns from the processing chamber 16 to the transfer chamber 36, the gate valve 34 is closed.

工程２（Ｓ２）において、昇降機構２４を作動させ、支持台１８を、図１に示すウエハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２８は支持台１８の上面から埋没し、ウエハ１４は、支持台１８上面のサセプタ２０上に載置される。   In step 2 (S2), the elevating mechanism 24 is operated to raise the support base 18 to the wafer processing position shown in FIG. As a result, the lift pins 28 are buried from the upper surface of the support table 18, and the wafer 14 is placed on the susceptor 20 on the upper surface of the support table 18.

＜圧力調整工程（Ｓ３）、昇温工程（Ｓ４）＞
工程３（Ｓ３）において、圧力調整器（ＡＰＣ）４４により、処理室１６内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する。
また、工程４（Ｓ４）において、ヒータ２２に供給する電力を調整し、ウエハ１４の表面温度が所定の処理温度となるように制御する。
ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述するＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）において、ＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を形成可能な処理温度、処理圧力であって、かつ、後述する酸化工程（Ｓ６）において、ＴｉＮ膜を酸化してＴｉＯ２膜に変化させることが可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）で用いる原料ガスが自己分解しない程度の処理温度、処理圧力であって、酸化工程（Ｓ６）で用いる酸化ガスによりＴｉＮの酸化反応が生じる程度の処理温度、処理圧力である。 <Pressure adjusting step (S3), temperature raising step (S4)>
In step 3 (S3), the pressure regulator (APC) 44 controls the pressure in the processing chamber 16 to be a predetermined processing pressure.
In step 4 (S4), the power supplied to the heater 22 is adjusted to control the surface temperature of the wafer 14 to be a predetermined processing temperature.
Here, the predetermined processing temperature and processing pressure are processing temperature and processing pressure at which a TiN film can be formed by the ALD method in an ALD-TiN step (S5) described later, and an oxidation step (S6) described later. ), A processing temperature and a processing pressure at which the TiN film can be oxidized to change to a TiO 2 film. That is, the processing temperature and processing pressure are such that the source gas used in the ALD-TiN step (S5) does not self-decompose, and the oxidizing gas used in the oxidation step (S6) causes the oxidation reaction of TiN. Pressure.

なお、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、圧力調整工程（Ｓ３）、及び昇温工程（Ｓ４）においては、真空ポンプ４８を作動させつつ、バルブＶａ３、Ｖｂ２、Ｖｃ２を閉じ、バルブＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２を開くことで、処理室１６内にＮ２ガスを常に流しておく。これにより、ウエハ１４上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。 In the substrate loading step (S1), the substrate placement step (S2), the pressure adjustment step (S3), and the temperature raising step (S4), the valves Va3, Vb2, and Vc2 are closed while the vacuum pump 48 is operated. By opening the valves Vd1, Vd2, Ve1, and Ve2, N 2 gas is always allowed to flow into the processing chamber 16. Thereby, it is possible to suppress adhesion of particles on the wafer 14.

工程Ｓ１〜Ｓ４と並行して、原料を気化させて原料ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブＶａ１、Ｖａ２を開き、キャリアガス供給管８４ａからＭＦＣ８６ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ８０ａ内に供給することにより、バブラ８０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。この予備気化工程では、真空ポンプ４８を作動させつつ、バルブＶａ３を閉じたまま、バルブＶａ４を開くことにより、原料ガスを処理室１６内に供給することなく処理室１６をバイパスして排気しておく。バブラ８０ａにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブＶａ３、Ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブＶａ３、Ｖａ４の切り替えにより、処理室１６内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。   In parallel with steps S1 to S4, the raw material is vaporized to generate a raw material gas (preliminary vaporization). That is, by opening the valves Va1 and Va2 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the MFC 86a from the carrier gas supply pipe 84a into the bubbler 80a, the raw material contained in the bubbler 80a is vaporized by bubbling to thereby generate the raw material gas. It is generated (preliminary vaporization step). In this preliminary vaporization step, while the vacuum pump 48 is operated and the valve Va3 is closed, the valve Va4 is opened to bypass and exhaust the processing chamber 16 without supplying the source gas into the processing chamber 16. deep. A predetermined time is required to stably generate the source gas in the bubbler 80a. For this reason, in this embodiment, the raw material gas is generated in advance, and the flow path of the raw material gas is switched by switching the opening and closing of the valves Va3 and Va4. As a result, switching the valves Va3 and Va4 is preferable because stable supply of the raw material gas into the processing chamber 16 can be started or stopped quickly.

＜ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）＞
〔原料ガス供給工程（Ｓ５ａ）〕
工程Ｓ５ａにおいて、真空ポンプ４８を作動させたまま、バルブＶａ４を閉じ、バルブＶａ３を開いて、処理室１６内への原料ガス（Ｔｉ原料）の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内のウエハ１４上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解しない程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウエハ１４上に供給された原料ガスはウエハ１４表面に吸着する。正確には、原料ガスのガス分子がウエハ１４表面上に化学吸着する。これによりウエハ１４上に原料ガスの化学吸着層が形成される。 <ALD-TiN process (S5)>
[Raw material gas supply step (S5a)]
In step S5a, the valve Va4 is closed and the valve Va3 is opened while the vacuum pump 48 is operated, and the supply of the source gas (Ti source) into the processing chamber 16 is started. The source gas is dispersed by the shower head 52 and is uniformly supplied onto the wafer 14 in the processing chamber 16. Excess source gas flows through the exhaust duct 62 and is exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42. At this time, since the processing temperature and the processing pressure are set to a processing temperature and processing pressure at which the source gas is not self-decomposed, the source gas supplied onto the wafer 14 is adsorbed on the surface of the wafer 14. Precisely, the gas molecules of the source gas are chemically adsorbed on the surface of the wafer 14. Thereby, a chemical adsorption layer of the source gas is formed on the wafer 14.

なお、処理室１６内への原料ガスの供給時には、反応ガス供給管９２ｂ、酸化ガス供給管９２ｃ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室１６内における原料ガスの拡散を促すように、バルブＶｄ１、Ｖｄ２は開いたままとし、処理室１６内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。 Note that when the source gas is supplied into the processing chamber 16, the source gas is prevented from entering the reaction gas supply pipe 92 b and the oxidizing gas supply pipe 92 c, and the source gas is diffused in the processing chamber 16. It is preferable to keep the valves Vd1 and Vd2 open so that the N 2 gas is always allowed to flow into the processing chamber 16 so as to encourage.

バルブＶａ３を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブＶａ３を閉じ、バルブＶａ４を開いて、処理室１６内への原料ガスの供給を停止する。   When a predetermined time has elapsed after opening the valve Va3 and starting the supply of the raw material gas, the valve Va3 is closed and the valve Va4 is opened to stop the supply of the raw material gas into the processing chamber 16.

〔パージ工程（Ｓ５ｂ）〕
工程Ｓ５ｂにおいて、バルブＶａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２を開き、処理室１６内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内に供給され、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。これにより、処理室１６内に残留している原料ガスを除去し、処理室１６内をＮ２ガスによりパージする。 [Purge process (S5b)]
In step S5b, after the valve Va3 is closed and the supply of the raw material gas is stopped, the valves Vd1, Vd2, Ve1, and Ve2 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 16. The N 2 gas is dispersed by the shower head 52 and supplied into the processing chamber 16, flows through the exhaust duct 62, and is exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42. Thereby, the raw material gas remaining in the processing chamber 16 is removed, and the inside of the processing chamber 16 is purged with N 2 gas.

〔反応ガス供給工程（Ｓ５ｃ）〕
工程Ｓ５ｃにおいて、処理室１６内のパージが完了したら、バルブＶｂ１、Ｖｂ２を開き、処理室１６内への反応ガスとしての窒化ガス（ＮＨ３ガス）の供給を開始する。反応ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内のウエハ１４上に均一に供給され、ウエハ１４表面に吸着している原料ガスと反応して、ウエハ１４上に金属膜としての窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を生成する。正確には、ウエハ１４上に吸着している原料ガスのガス分子と反応して、ウエハ１４上に１原子層未満（１Å未満）程度のＴｉＮ膜を生成する。余剰な反応ガスや反応副生成物は、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。 [Reactive gas supply step (S5c)]
In step S5c, when the purge in the processing chamber 16 is completed, the valves Vb1 and Vb2 are opened, and supply of a nitriding gas (NH 3 gas) as a reaction gas into the processing chamber 16 is started. The reaction gas is dispersed by the shower head 52 and uniformly supplied onto the wafer 14 in the processing chamber 16 and reacts with the raw material gas adsorbed on the surface of the wafer 14 to form titanium nitride as a metal film on the wafer 14. A film (TiN film) is generated. Precisely, it reacts with the gas molecules of the source gas adsorbed on the wafer 14 to produce a TiN film of less than 1 atomic layer (less than 1 cm) on the wafer 14. Excess reaction gas and reaction by-products flow through the exhaust duct 62 and are exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42.

なお、処理室１６内への反応ガスの供給時には、原料ガス供給管８８ａ内への反応ガスの侵入を防止するように、また、処理室１６内における反応ガスの拡散を促すように、バルブＶｅ１、Ｖｅ２は開いたままとし、処理室１６内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。 Note that when the reaction gas is supplied into the processing chamber 16, the valve Ve1 is used to prevent the reaction gas from entering the raw material gas supply pipe 88a and to promote the diffusion of the reaction gas in the processing chamber 16. , Ve2 is preferably left open, and N 2 gas is always allowed to flow into the processing chamber 16.

バルブＶｂ１、Ｖｂ２を開き、反応ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブＶｂ１、ｖｂ２を閉じ、処理室１６内への反応ガスの供給を停止する。   When a predetermined time elapses after the valves Vb1 and Vb2 are opened and the supply of the reaction gas is started, the valves Vb1 and vb2 are closed and the supply of the reaction gas into the processing chamber 16 is stopped.

〔パージ工程（Ｓ５ｄ）〕
工程Ｓ５ｄにおいて、バルブＶｂ１、ｖｂ２を閉じ、反応ガスの供給を停止した後は、バルブＶｄ１、ｖｄ２、ｖｅ１、ｖｅ２を開き、処理室１６内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内に供給され、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。これにより、処理室１６内に残留している反応ガスや反応副生成物を除去し、処理室１６内をＮ２ガスによりパージする（パージ工程）。 [Purge process (S5d)]
In step S5d, after the valves Vb1 and vb2 are closed and the supply of the reaction gas is stopped, the valves Vd1, vd2, ve1, and ve2 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 16. The N 2 gas is dispersed by the shower head 52 and supplied into the processing chamber 16, flows through the exhaust duct 62, and is exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42. Thus, the reaction gas and reaction by-products remaining in the processing chamber 16 are removed, and the inside of the processing chamber 16 is purged with N 2 gas (purge process).

〔所定回数実施工程（Ｓ５ｅ）〕
工程Ｓ５ｅにおいて、以上の原料ガス供給工程、パージ工程、反応ガス供給工程、パージ工程を１サイクルとして、このＡＬＤサイクルを所定回数（ｎサイクル）実施することにより、ウエハ１４上に、所定膜厚の窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を形成する。 [Predetermined number of steps (S5e)]
In step S5e, the above-described source gas supply process, purge process, reaction gas supply process, and purge process are set as one cycle, and this ALD cycle is performed a predetermined number of times (n cycles). A titanium nitride film (TiN film) is formed.

＜酸化工程（Ｓ６）＞
〔酸化ガス供給工程（Ｓ６ａ）〕
工程Ｓ６ａにおいて、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）が終了したら、バルブＶｃ１、ｖｃ２を開き、処理室１６内への酸化ガス（Ｏ３ガス）の供給を開始する。酸化ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内のウエハ１４上に均一に供給される。酸化ガスは、ウエハ１４上に形成された窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を酸化させ、ＴｉＮ膜を酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）へと変化させる。余剰な酸化ガスや反応副生成物は、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。 <Oxidation step (S6)>
[Oxidizing gas supply step (S6a)]
In step S6a, when the ALD-TiN step (S5) is completed, the valves Vc1 and vc2 are opened, and supply of the oxidizing gas (O 3 gas) into the processing chamber 16 is started. The oxidizing gas is dispersed by the shower head 52 and is uniformly supplied onto the wafer 14 in the processing chamber 16. The oxidizing gas oxidizes the titanium nitride film (TiN film) formed on the wafer 14 and changes the TiN film into a titanium oxide film (TiO 2 film). Excess oxidizing gas and reaction byproducts flow through the exhaust duct 62 and are exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42.

なお、処理室１６内への酸化ガスの供給時には、原料ガス供給管８８ａ内への酸化ガスの侵入を防止するように、また、処理室１６内における酸化ガスの拡散を促すように、バルブＶｅ１、ｖｅ２は開いたままとし、処理室１６内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。 Note that when the oxidizing gas is supplied into the processing chamber 16, the valve Ve1 is used to prevent the oxidizing gas from entering the raw material gas supply pipe 88a and to promote the diffusion of the oxidizing gas in the processing chamber 16. , Ve <b> 2 are kept open, and it is preferable that N 2 gas always flow into the processing chamber 16.

バルブＶｃ１、Ｖｃ２を開き、酸化ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブＶｃ１、Ｖｃ２を閉じ、処理室１６内への酸化ガスの供給を停止する。   When a predetermined time elapses after the valves Vc1 and Vc2 are opened and the supply of the oxidizing gas is started, the valves Vc1 and Vc2 are closed and the supply of the oxidizing gas into the processing chamber 16 is stopped.

〔パージ工程（Ｓ６ｂ）〕
工程Ｓ６ｂにおいて、バルブＶｃ１、Ｖｃ２を閉じ、酸化ガスの供給を停止した後は、バルブＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｅ１、Ｖｅ２を開き、処理室１６内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド５２により分散されて処理室１６内に供給され、排気ダクト６２内を流れ、排気口４０、排気管４２へと排気される。これにより、処理室１６内に残留している酸化ガスや反応副生成物を除去し、処理室１６内をＮ２ガスによりパージする。 [Purge process (S6b)]
In step S6b, after the valves Vc1 and Vc2 are closed and the supply of the oxidizing gas is stopped, the valves Vd1, Vd2, Ve1, and Ve2 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 16. The N 2 gas is dispersed by the shower head 52 and supplied into the processing chamber 16, flows through the exhaust duct 62, and is exhausted to the exhaust port 40 and the exhaust pipe 42. Thereby, the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the processing chamber 16 are removed, and the inside of the processing chamber 16 is purged with N 2 gas.

＜所定回数実施工程（Ｓ７）＞
工程Ｓ７において、上述のＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ６）と、酸化工程（Ｓ６）と、を１セットとしてこのセットを所定回数（ｍ回）実施することにより、ウエハ１４上に所定膜厚の酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）を形成する。 <Predetermined number of execution steps (S7)>
In step S7, the above-described ALD-TiN step (S6) and oxidation step (S6) are set as one set, and this set is performed a predetermined number of times (m times). A film (TiO 2 film) is formed.

＜基板搬出工程（Ｓ１１）＞
工程Ｓ８において、上述した基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＴｉＯ２膜を形成した後のウエハ１４を処理室１６内から搬送室３６内へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。 <Substrate unloading step (S11)>
In step S8, the wafer 14 after the TiO 2 film having a predetermined thickness is formed in the processing chamber 16 by a procedure reverse to the procedure shown in the substrate loading step (S1) and the substrate placement step (S2). Then, the substrate processing step according to the present embodiment is completed.

なお、本実施形態におけるＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）でのウエハ１４の処理条件としては、
処理温度：２５０〜５００℃、
処理圧力：１〜１０００Ｐａ、
原料ガス（ＴｉＣｌ４）供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、供給時間：１〜３００秒、
反応ガス（ＮＨ３）供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、供給時間：１〜３００秒、
パージガス（Ｎ２）供給流量：１〜１００００ｓｃｃｍ、供給時間：１〜３００秒、
ＡＬＤサイクル数：１〜４０回、
ＴｉＮ膜厚：０．１〜２．０ｎｍ、
が例示される。 In addition, as a processing condition of the wafer 14 in the ALD-TiN process (S5) in this embodiment,
Process temperature: 250-500 degreeC,
Processing pressure: 1-1000 Pa,
Source gas (TiCl 4 ) supply flow rate: 1-1000 sccm, supply time: 1-300 seconds,
Reaction gas (NH 3 ) supply flow rate: 1 to 5000 sccm, supply time: 1 to 300 seconds,
Purge gas (N 2 ) supply flow rate: 1 to 10000 sccm, supply time: 1 to 300 seconds,
ALD cycle number: 1 to 40 times,
TiN film thickness: 0.1 to 2.0 nm,
Is exemplified.

また、本実施形態における酸化工程（Ｓ６）でのウエハ１４の処理条件としては、
処理温度：２５０〜５００℃、
処理圧力：１〜３０００Ｐａ、
酸化ガス（Ｏ３）供給流量：１〜１００００ｓｃｃｍ、供給時間：１〜１００秒、
パージガス（Ｎ２）流量：１〜１００００ｓｃｃｍ、供給時間：１〜３００秒、
が例示される。 In addition, as a processing condition of the wafer 14 in the oxidation step (S6) in the present embodiment,
Process temperature: 250-500 degreeC,
Processing pressure: 1 to 3000 Pa,
Oxidizing gas (O 3 ) supply flow rate: 1 to 10000 sccm, supply time: 1 to 100 seconds,
Purge gas (N 2 ) flow rate: 1 to 10000 sccm, supply time: 1 to 300 seconds,
Is exemplified.

なお、所定回数実施工程（Ｓ７）でのＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）と酸化工程（Ｓ６）のセットの実施回数としては、１〜２００回が例示され、最終的に形成されるＴｉＯ２膜のトータル膜厚としては、１〜１０ｎｍが例示される。 The number of executions of the set of the ALD-TiN step (S5) and the oxidation step (S6) in the predetermined number of steps (S7) is exemplified by 1 to 200 times, and the final formed TiO 2 film An example of the total film thickness is 1 to 10 nm.

なお、処理温度を２５０℃未満とすると、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）において、ウエハ上に原料ガスが吸着しなくなる。また、処理温度が５００℃を超えると、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）において、原料が自己分解してＣＶＤによる成膜反応が生じて成膜レートが上昇し、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）において、ＣＶＤによる成膜反応を生じさせることなくＡＬＤによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を２５０℃以上、５００℃以下とする必要がある。   If the processing temperature is less than 250 ° C., the source gas is not adsorbed on the wafer in the ALD-TiN step (S5). In addition, when the processing temperature exceeds 500 ° C., in the ALD-TiN step (S5), the raw material is self-decomposed to cause a film formation reaction by CVD, thereby increasing the film formation rate and making it difficult to control the film thickness. . Therefore, in the ALD-TiN step (S5), in order to cause the film formation reaction by ALD without causing the film formation reaction by CVD and to control the film thickness, the processing temperature is 250 ° C. or higher and 500 ° C. It is necessary to do the following.

また、本実施形態においては、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）と酸化工程（Ｓ６）とを、同一の処理温度および／または同一の処理圧力にて行うのが好ましい。すなわち、本実施形態では、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）と酸化工程（Ｓ６）とを、一定の処理温度および／または一定の処理圧力で行うのが好ましい。処理温度、処理圧力を上述の例示範囲内の所定値に設定すれば、ＡＬＤ法による金属膜の成膜と金属膜の酸化とを、同一コンディションで実現することができる。この場合、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）から酸化工程（Ｓ６）へ移行する際、および、酸化工程（Ｓ６）からＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）へ移行する際の、処理温度変更工程、処理圧力変更工程が不要となり、スループットを向上させることが可能となる。   Moreover, in this embodiment, it is preferable to perform an ALD-TiN process (S5) and an oxidation process (S6) at the same processing temperature and / or the same processing pressure. That is, in this embodiment, it is preferable to perform the ALD-TiN step (S5) and the oxidation step (S6) at a constant processing temperature and / or a constant processing pressure. If the processing temperature and the processing pressure are set to predetermined values within the above-described exemplary ranges, the metal film formation and the metal film oxidation by the ALD method can be realized in the same condition. In this case, when changing from the ALD-TiN step (S5) to the oxidation step (S6) and when changing from the oxidation step (S6) to the ALD-TiN step (S5), the processing temperature change step and the processing pressure change A process is unnecessary, and throughput can be improved.

以下、実施例について説明する。本実施例に係る評価サンプルの作成は、上述の実施形態に係る基板処理装置を用いて行い、各工程における各処理条件は、上述の実施形態にて示した各処理条件の範囲内に設定して行った。評価サンプルは、ＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）においてＡＬＤ−ＴｉＮ膜を膜厚２〜３ｎｍ程度成膜し、酸化工程（Ｓ６）においてＯ３パージを行い、これらの工程を繰り返し（Ｓ７）、ＡＬＤ−ＴｉＮ膜が膜厚１０ｎｍ形成されるようにして作成した。
そして、評価サンプルのＸＰＳ分析を行った。 Examples will be described below. The evaluation sample according to this example is created using the substrate processing apparatus according to the above-described embodiment, and each processing condition in each step is set within the range of each processing condition shown in the above-described embodiment. I went. As an evaluation sample, an ALD-TiN film is formed to a thickness of about 2 to 3 nm in the ALD-TiN step (S5), and O 3 purge is performed in the oxidation step (S6). These steps are repeated (S7), ALD- The TiN film was formed so as to have a thickness of 10 nm.
And the XPS analysis of the evaluation sample was performed.

図６は、上記のようにＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）及び酸化工程（Ｓ６）を繰り返し形成したサンプル（以下、Ｏ３処理を施したＡＬＤ−ＴｉＮ膜と称す）のＸＰＳ分析結果を示し、図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、Ｎ１ｓスペクトル、Ｔｉ２ｐスペクトル及びＯ１ｓスペクトルの分析結果を示す。また、比較のため、酸化工程（Ｓ６）を行わずＡＬＤ−ＴｉＮ工程（Ｓ５）のみで形成したサンプル（以下、Ｏ３処理を施していないＡＬＤ−ＴｉＮ膜）の分析結果を併せて示す。ＸＰＳ分析は、光電子の脱出角度を４５度として実施しており、得られた結果は、膜表面から６ｎｍ程度の情報を反映している。 FIG. 6 shows an XPS analysis result of a sample (hereinafter referred to as an ALD-TiN film subjected to O 3 treatment) in which the ALD-TiN step (S5) and the oxidation step (S6) are repeatedly formed as described above. 6 (a), (b) and (c) show the analysis results of the N1s spectrum, Ti2p spectrum and O1s spectrum, respectively. For comparison, an analysis result of a sample (hereinafter, ALD-TiN film not subjected to O 3 treatment) formed only by the ALD-TiN step (S5) without performing the oxidation step (S6) is also shown. The XPS analysis was performed with a photoelectron escape angle of 45 degrees, and the obtained results reflect information of about 6 nm from the film surface.

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、破線で示すＯ３処理を施していないＡＬＤ−ＴｉＮ膜では、Ｎ１ｓスペクトル及びＴｉ２ｐスペクトルにおいて、Ｔｉ−Ｎ結合（３９７ｅＶ、４５６ｅＶ付近）が確認される。
一方、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、実線で示すＯ３処理を施したＡＬＤ-ＴｉＮ膜では、Ｎ１ｓスペクトル及びＴｉ２ｐスペクトルにおいて、Ｔｉ−Ｎ結合が消滅し、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｔｉ２ｐスペクトル及びＯ１ｓスペクトルにおいて、Ｔｉ−Ｏ結合（４５９ｅＶ、５３０ｅＶ付近）が確認される。
これらの結果から、ＡＬＤ−ＴｉＮ膜をＯ３処理（酸化工程（Ｓ５））することで、ＡＬＤ−ＴｉＮ膜（ＴｉＮ膜）の全体が酸化されＴｉＯｘ膜となることがわかる。 As shown in FIGS. 6A and 6B, in the ALD-TiN film not subjected to the O 3 treatment indicated by the broken line, Ti—N bonds (near 397 eV and 456 eV) are confirmed in the N1s spectrum and the Ti2p spectrum. The
On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 6B, in the ALD-TiN film subjected to the O 3 treatment shown by the solid line, the Ti—N bond disappears in the N1s spectrum and the Ti2p spectrum, and FIG. ) And (c), Ti—O bonds (near 459 eV and 530 eV) are confirmed in the Ti2p spectrum and the O1s spectrum.
From these results, it can be seen that when the ALD-TiN film is subjected to O 3 treatment (oxidation step (S5)), the entire ALD-TiN film (TiN film) is oxidized to become a TiOx film.

このように、本実施形態によれば、まずＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を数ｎｍ程度形成した後、Ｏ３処理を施すことでＴｉＮ膜を酸化させＴｉＯｘ膜を形成するため、成膜途中におけるＴｉＯｘ膜の結晶化を防止することができる。このため、基板上に直接ＴｉＯｘ膜を成膜する場合と比較して、表面ラフネスが良好なＴｉＯｘ膜を成膜することができる。
また、ＴｉＮ膜を形成後、この膜を酸化させるため、基板上に直接ＴｉＯｘ膜を成膜する場合と比較して、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜を形成し易くすることができる。 As described above, according to the present embodiment, first, a TiN film is formed to a few nm by the ALD method, and then the TiN film is oxidized to form a TiOx film by performing O 3 treatment. Crystallization can be prevented. Therefore, it is possible to form a TiOx film having a good surface roughness as compared with the case where a TiOx film is directly formed on the substrate.
In addition, since this film is oxidized after the TiN film is formed, a TiO 2 film having a rutile structure can be easily formed as compared with a case where a TiOx film is directly formed on the substrate.

なお、上記実施例では、高誘電率絶縁膜としてＴｉＯｘ膜を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＨｆＯ２やＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｒＴｉＯ、ＢａＳｒＴｉＯ、ＰＺＴなどの高誘電率絶縁膜を用いた場合にも適用でき、かつ、それぞれを積層した構造でも適用できる。
また、酸化源としてＯ３を用いたが、本発明はこれに限らず、ＮＯやＮ２Ｏ、Ｏ２ガス、さらには、これらをプラズマで活性化したガスなど、酸素原子を含むガスによる処理にも適用することができる。 In the above embodiment, the case where a TiOx film is used as the high dielectric constant insulating film has been described. However, the present invention is not limited to this, and HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 is used. , SrTiO, BaSrTiO, PZT, and other high dielectric constant insulating films can be used, and a laminated structure of each can also be applied.
In addition, although O 3 is used as the oxidation source, the present invention is not limited to this, and treatment with a gas containing oxygen atoms such as NO, N 2 O, O 2 gas, or a gas obtained by activating these with plasma. It can also be applied to.

［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。 [Preferred embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、基板を収容した処理容器内に金属原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成する工程と、前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記金属膜を酸化させる工程と、を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, a process of supplying and exhausting a raw material containing metal atoms into a processing container containing a substrate and a process of supplying and exhausting a reactive gas into the processing container are performed as one cycle. A set of a process of forming a metal film on the substrate by performing a predetermined number of cycles and a process of oxidizing the metal film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel are set as one set. By performing the predetermined number of times, a method for manufacturing a semiconductor device is provided, in which a metal oxide film having a predetermined thickness is formed on a substrate.

本発明の他の態様によれば、基板を収容した処理容器内にチタン原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に窒化ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化チタン膜を形成する工程と、前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記窒化チタン膜を酸化させる工程と、を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の酸化チタン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, one cycle includes a step of supplying and exhausting a raw material containing titanium atoms into a processing vessel containing a substrate, and a step of supplying and exhausting a nitriding gas into the processing vessel. By performing this cycle a predetermined number of times, a step of forming a titanium nitride film on the substrate and a step of oxidizing the titanium nitride film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel are set as one set. By performing this set a predetermined number of times, a titanium oxide film having a predetermined film thickness is formed on the substrate.

本発明の更に他の態様によれば、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に金属原子を含む原料を供給する原料供給系と、前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した前記処理容器内への前記原料の供給および排気と、前記処理容器内への前記反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成し、前記処理容器内への前記酸化ガスの供給および排気を行うことで、前記金属膜を酸化させ、これを１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成するように、前記原料供給系、前記反応ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記排気系を制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a processing vessel for processing a substrate, a raw material supply system for supplying a raw material containing metal atoms into the processing vessel, and a reactive gas supply for supplying a reactive gas into the processing vessel. A system, an oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas into the processing vessel, an exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel, supply and exhaust of the raw material into the processing vessel containing a substrate, and the processing Supplying and exhausting the reaction gas into the container is one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a metal film on the substrate, and supply and exhaust the oxidizing gas into the processing container. The raw material supply system, the reactive gas supply system, and the like so as to form a metal oxide film having a predetermined film thickness on the substrate by oxidizing the metal film and performing this setting a predetermined number of times. The oxidation Scan supply system, and a controller for controlling the exhaust system, the substrate processing apparatus characterized by having provided.

本発明の更に他の態様によれば、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内にチタン原子を含む原料を供給する原料供給系と、前記処理容器内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、前記処理容器内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した前記処理容器内への前記原料の供給および排気と、前記処理容器内への前記窒化ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化チタン膜を形成し、前記処理容器内への前記酸化ガスの供給および排気を行うことで、前記窒化チタン膜を酸化させ、これを１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の酸化チタン膜を形成するように、前記原料供給系、前記窒化ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記排気系を制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a processing container for processing a substrate, a raw material supply system for supplying a raw material containing titanium atoms in the processing container, and a nitriding gas supply for supplying a nitriding gas into the processing container A system, an oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas into the processing vessel, an exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel, supply and exhaust of the raw material into the processing vessel containing a substrate, and the processing Supplying and exhausting the nitriding gas into the container is one cycle. By performing this cycle a predetermined number of times, a titanium nitride film is formed on the substrate, and the oxidizing gas is supplied and exhausted into the processing container. The raw material supply system, the nitriding gas is formed by oxidizing the titanium nitride film and performing this set a predetermined number of times to form a titanium oxide film having a predetermined thickness on the substrate. Supply system, the oxidizing gas supply system, and a controller for controlling the exhaust system, the substrate processing apparatus characterized by having provided.

１２ 処理容器
１４ ウエハ
１６ 処理室
４０ 排気口
４２ 排気管
５０ ガス導入口
５２ シャワーヘッド
５８ 排出口
８０ａ バブラ
８２ サブヒータ
８４ａ キャリアガス供給管
８８ａ 原料ガス供給管
９０ｂ 反応ガス供給源
９０ｃ 酸化ガス供給源
９０ｄ パージガス供給源
９２ｂ 反応ガス供給管
９２ｃ 酸化ガス供給管
９２ｄ パージガス供給管
９２ｅ パージガス供給管
９４ａ ベント管
１００ コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Processing container 14 Wafer 16 Processing chamber 40 Exhaust port 42 Exhaust pipe 50 Gas introduction port 52 Shower head 58 Exhaust port 80a Bubbler 82 Sub heater 84a Carrier gas supply pipe 88a Raw material gas supply pipe 90b Reaction gas supply source 90c Oxidation gas supply source 90d Purge gas Supply source 92b Reaction gas supply pipe 92c Oxidation gas supply pipe 92d Purge gas supply pipe 92e Purge gas supply pipe 94a Vent pipe 100 Controller

Claims (3)

基板を収容した処理容器内に金属原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成する工程と、
前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記金属膜を酸化させる工程と、
を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 By performing this cycle a predetermined number of times, a process of supplying and exhausting a raw material containing metal atoms into a processing container containing the substrate and a process of supplying and exhausting a reaction gas into the processing container are performed a predetermined number of times. Forming a metal film thereon;
Oxidizing the metal film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel; and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a metal oxide film having a predetermined thickness is formed on a substrate by performing this setting a predetermined number of times. 基板を収容した処理容器内にチタン原子を含む原料を供給し排気する工程と、前記処理容器内に窒化ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化チタン膜を形成する工程と、
前記処理容器内に酸化ガスを供給し排気することで、前記窒化チタン膜を酸化させる工程と、
を１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の酸化チタン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 By performing this cycle a predetermined number of times, including a step of supplying and exhausting a raw material containing titanium atoms in a processing container containing the substrate and a step of supplying and exhausting a nitriding gas into the processing container, the substrate is performed a predetermined number of times. Forming a titanium nitride film thereon;
Oxidizing the titanium nitride film by supplying and exhausting an oxidizing gas into the processing vessel; and
1 is a set, and this set is performed a predetermined number of times to form a titanium oxide film having a predetermined thickness on the substrate. 基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に金属原子を含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内への前記原料の供給および排気と、前記処理容器内への前記反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、基板上に金属膜を形成し、
前記処理容器内への前記酸化ガスの供給および排気を行うことで、前記金属膜を酸化させ、
これを１セットとしてこのセットを所定回数行うことにより、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成するように、前記原料供給系、前記反応ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記排気系を制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing vessel for processing a substrate;
A raw material supply system for supplying a raw material containing metal atoms in the processing vessel;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas into the processing container;
An oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas into the processing vessel;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
The supply and exhaust of the raw material into the processing container containing the substrate and the supply and exhaust of the reaction gas into the processing container are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times, so that the metal is formed on the substrate. Forming a film,
By supplying and exhausting the oxidizing gas into the processing container, the metal film is oxidized,
The raw material supply system, the reaction gas supply system, the oxidizing gas supply system, and the exhaust system are formed so that a metal oxide film having a predetermined film thickness is formed on the substrate by performing this set a predetermined number of times. And a controller that controls the substrate processing apparatus.
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