JP2011142226A - 半導体装置、半導体装置の製造方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に隣接して設けられた金属膜と、を有し、金属膜は、第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有しており、第1の金属膜は第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する第1の金属膜とは異なる物質で構成され、第1の金属膜は第2の金属膜と絶縁膜との間に設けられている。
【選択図】 図5
Description
第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有する金属膜を形成する工程と、を有し、前記第1の金属膜は前記第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、前記第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する前記第1の金属膜とは異なる物質で構成され、前記金属膜を形成する工程では、前記第1の金属膜が前記第2の金属膜と前記絶縁膜との間に位置するように、前記第1の金属膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
(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3,4を参照しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図4は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
図3,4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202を備えている。処理容器202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202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ200を処理する処理室201が形成されている。
処理室201内には、ウェハ200を支持する支持台203が設けられている。ウェハ200が直接触れる支持台203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217が設けられている。また、支持台203には、ウェハ200を加熱する加熱手段(加熱源)としてのヒータ206が内蔵されている。なお、支持台203の下端部は、処理容器202の底部を貫通している。
処理室201の外部には、支持台203を昇降させる昇降機構207bが設けられている。この昇降機構207bを作動させて支持台203を昇降させることにより、サセプタ217上に支持されるウェハ200を昇降させることが可能となっている。支持台203は、ウェハ200の搬送時には図4で示される位置(ウェハ搬送位置)まで下降し、ウェハ200の処理時には図3で示される位置(ウェハ処理位置)まで上昇する。なお、支持台203下端部の周囲は、ベローズ203aにより覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
また、処理室201の底面(床面)には、例えば3本のリフトピン208bが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台203(サセプタ217も含む)には、かかるリフトピン208bを貫通させる貫通孔208aが、リフトピン208b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203をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図4に示すように、リフトピン208bの上端部がサセプタ217の上面から突出して、リフトピン208bがウェハ200を下方から支持するようになっている。また、支持台203をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図3に示すようにリフトピン208bはサセプタ217の上面から埋没して、サセプタ217がウェハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン208bは、ウェハ200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。
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、処理室201の内外にウェハ200を搬送するウェハ搬送口250が設けられている。ウェハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開くことにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するようになっている。搬送室271は搬送容器(密閉容器)272内に形成されており、搬送室271内にはウェハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられている。搬送ロボット273には、ウェハ200を搬送する際にウェハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能となっている。処理室201内に搬送されたウェハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。なお、搬送室271のウェハ搬送口250が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット273によりロードロック室内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウェハ200を一時的に収容する予備室として機能する。
処理室201(処理容器202)の内壁側面であって、ウェハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気チャンバ260aを介して排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、及び真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気チャンバ260a、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
ガス導入口210と処理室201との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させる分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウェハ200の表面に供給するシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散
板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウェハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240b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210から供給されるガスを分散させる第1バッファ空間(分散室)240c、および分散板240aを通過したガスを拡散させる第2バッファ空間240dとしてそれぞれ機能する。
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウェ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204は、内周部にウェハ200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。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を空けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
すことで、処理室201下部、すなわち、支持台203の裏面や処理室201の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
続いて、上述したガス導入口210に接続されるガス供給系の構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本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。
処理室201の外部には、液体原料としての第1原料(原料A)を収容する第1原料容器(第1バブラ)220aと、液体原料としての第2原料(原料B)を供給する第2原料容器(第2バブラ)220bが設けられている。第1バブラ220a、第2バブラ220bは、それぞれ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、第1原料、第2原料をバブリングにより気化させて第1原料ガス、第2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、第1バブラ220a、第2バブラ220bの周りには、第1バブラ220a、第2バブラ220bおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ206aが設けられている。第1原料としては、例えば、Ti(チタニウム)元素を含む金属液体原料であるTiCl4(Titanium Tetrachloride)が用いられ、第2原料としては、例えばNi(ニッケル)元素を含む金属液体原料であるNi(PF3)4(テトラキストリフルオロホスフィンニッケル)が用いられる。
り、第1バブラ220a、第2バブラ220b内部に収容された第1原料、第2原料をバブリングにより気化させて第1原料ガス、第2原料ガスを生成させることが可能となる。なお、第1原料ガス、第2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第1原料ガス、第2原料ガスの供給流量を制御することができる。
第1バブラ220a、第2バブラ220bには、第1バブラ220a、第2バブラ220b内で生成された第1原料ガス、第2原料ガスを処理室201内に供給する第1原料ガス供給管213a、第2原料ガス供給管213bがそれぞれ接続されている。第1原料ガス供給管213a、第2原料ガス供給管213bの上流側端部は、第1バブラ220a、第2バブラ220bの上部に存在する空間に連通している。第1原料ガス供給管213a、第2原料ガス供給管213bの下流側端部は合流してガス導入口210に接続されている。
また、処理室201の外部には、反応ガスを供給する反応ガス供給源220cが設けられている。反応ガス供給源220cには、反応ガス供給管213cの上流側端部が接続されている。反応ガス供給管213cの下流側端部は、バルブvc3を介してガス導入口2
10に接続されている。反応ガス供給管213c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)222cと、反応ガスの供給を制御するバルブvc1,vc2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220c、反応ガス供給管213c、MFC222c、バルブvc1,vc2,vc3により、反応ガス供給系(反応ガス供給ライン)が構成される。
また、処理室201の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源220d,220eが設けられている。パージガス供給源220d,220eには、パージガス供給管213d,213e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213dの下流側端部は反応ガス供給管213cに合流し、バルブvc3を介してガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213eの下流側端部は第1原料ガス供給管213a、第2原料ガス供給管213bに合流し、バルブve3を介してガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213d,213e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)222d,222eと、パージガスの供給を制御するバルブvd1,vd2,ve1,ve2と、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220d,220e、パージガス供給管213d,213e、MFC222d,222e、バルブvd1,vd2,vc3,ve1,ve2,ve3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。
また、第1原料ガス供給管213a、第2原料ガス供給管213bのバルブva3,vb3よりも上流側には、第1ベント管215a、第2ベント管215bの上流側端部がそれぞれ接続されている。また、第1ベント管215a、第2ベント管215bの下流側端部は合流して、排気管261の圧力調整器262よりも下流側であって原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。第1ベント管215a、第2ベント管215bには、ガスの流通を制御するバルブva4,vb4がそれぞれ設けられている。
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280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、サブヒータ206a、圧力調整器(APC
)262、真空ポンプ264、バルブva1〜va5,vb1〜vb5,vc1〜vc3,vd1〜vd2、ve1〜ve3、流量コントローラ222a,222b,222c,222d,222e等の動作を制御する。
続いて、本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CVD法およびALD法を併用してウェハ上に薄膜を形成する基板処理工程について、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。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280によって制御される。
まず、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図4に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象のウェハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S1)。なお、処理対象のウェハ200上には、絶縁膜(ゲート絶縁膜或いはキャパシタ絶縁膜)としてのTiO2膜を予め形成しておく。処理室201内に搬入したウェハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S3)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S4)。なお、温度調整工程(S4)は、圧力調整工程(S3)と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程(S3)よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述するTiN膜形成工程(S5)において、ALD法によりTiN膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、Ti原料供給工程(S5a)で供給する第1原料ガスが
自己分解しない程度の処理温度、処理圧力である。
(Ti原料供給工程(S5a))
続いて、真空ポンプ264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201内への第1原料ガス(Ti原料)の供給を開始する。第1原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給される。余剰な第1原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は、第1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、ウェハ200上に予め形成された絶縁膜(ゲート絶縁膜或いはキャパシタ絶縁膜)としてのTiO2膜上に、第1原料ガスのガス分子が吸着する。
バルブva3を閉じ、第1原料ガスの供給を停止した後は、バルブvd1,vd2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2ガスを供給する。N2ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している第1原料ガスを除去し、処理室201内をN2ガスによりパージする。
処理室201内のパージが完了したら、バルブvc1,vc2,vc3を開いて、処理室201内への反応ガス(NH3ガス)の供給を開始する。反応ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、ウェハ200上に予め形成されたTiO2膜上に吸着している第1原料ガスのガス分子と反応して、TiO2膜上に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259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。バルブvc1,vc2,vc3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vc1,vc2を閉じ、処理室201内への反応ガスの供給を停止する。
バルブvc1,vc2を閉じ、反応ガスの供給を停止した後は、バルブvd1,vd2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2ガスを供給する。N2ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201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201内をN2ガスによりパージする。
以上のTi原料供給工程(S5a)、パージ工程(S5b)、反応ガス供給工程(S5c)、パージ工程(S5d)を1サイクルとして、このALDサイクルを所定回数(n1サイクル)実施することにより、ウェハ200上に予め形成されたTiO2膜上に、第1の金属膜としての所望膜厚の窒化チタン(TiN)膜を形成する。なお、第1の金属膜としてのTiN膜は、後述する第2の金属膜としてのNi膜よりも高い耐酸化性を有する。
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S6)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S7)。なお、温度調整工程(S7)は、圧力調整工程(S6)と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程(S6)よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述するNi膜形成工程(S8)において、CVD法によりNi膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、Ni原料供給工程(S8a)で供給する第2原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。
第2原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室201内への第2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。
(Ni原料供給工程(S8a))
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、バルブvb4を閉じ、バルブvb3を開いて、処理室201内への第2原料ガス(Ni原料)の供給を開始する。第2原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給される。余剰な第2原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は第2原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウェハ200上に供給された第2原料ガスが熱分解することでCVD反応が生じ、これによりウェハ200上にNi膜が形成される。
バルブvb3を閉じ、第2原料ガスの供給を停止した後は、バルブvd1,vd2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2ガスを供給する。N2ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している第2原料ガスを除去し、処理室201内をN2ガスによりパージする。
以上のNi原料供給工程(S8a)、パージ工程(S8b)を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n2サイクル)実施することにより、ウェハ200上に形成した第1の金属膜としてのTiN膜上に、第2の金属膜としての所定膜厚のニッケル膜(Ni膜)を形成する。なお、第2の金属膜としてのNi膜は、4.8eVよりも高い仕事関数を有する第1の金属膜とは異なる物質で構成される。
上述の圧力調整工程(S3)〜TiN膜形成工程(S5)、圧力調整工程(S6)〜Ni膜形成工程(S8)を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n3サイクル)実施することにより、ウェハ200上に予め形成されたTiO2膜上に、第1の金属膜としてのTiN膜と第2の金属膜としてのNi膜との積層構造を有する金属膜を形成する。上述したように、第1の金属膜としてのTiN膜は、第2の金属膜としてのNi膜よりも耐酸化性が高い物質で構成される。また、第2の金属膜としてのNi膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する第1の金属膜とは異なる物質で構成される。そして、第1の金属膜としてのTiN膜は、第2の金属膜としてのNi膜と絶縁膜としてのTiO2膜との間に設けられる。
続いて、上述の圧力調整工程(S3)、温度調整工程(S4)と同様に、処理室201
内の圧力が所定の処理圧力となるように制御し(S10)、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S11)。
(Ti原料供給工程(S12a))
続いて、上述のTi原料供給工程(S5a)と同様に、処理室201内への第1原料ガス(Ti原料)の供給を開始し、所定時間が経過したら、処理室201内への第1原料ガスの供給を停止する。
第1原料ガスの供給を停止した後は、上述のパージ工程(S5b)と同様に、処理室201内をN2ガスによりパージする。
処理室201内のパージが完了したら、上述の反応ガス供給工程(S5c)と同様に、処理室201内への反応ガス(NH3ガス)の供給を開始し、所定時間が経過したら、処理室201内への反応ガスの供給を停止する。
反応ガスの供給を停止した後は、上述のパージ工程(S5d)と同様に、処理室201内をN2ガスによりパージする。
以上のTi原料供給工程(S12a)、パージ工程(S12b)、反応ガス供給工程(S12c)、パージ工程(S12d)を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n4サイクル)実施することにより、所定回数実施工程(S9)を実施することで形成した金属膜(TiN膜とNi膜との積層構造を有する膜)上に、第1の金属膜としての所定膜厚のTiN膜(TiNキャップ膜)を形成する。
所定回数実施工程(S9)を実施することで形成した金属膜(TiN膜とNi膜との積層構造を有する膜)上に、所定膜厚のTiNキャップ膜が形成された後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvd1,vd2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2ガスを供給する。N2ガスは、シャワーヘッド240により分散され
て処理室201内に供給され、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をN2ガスによりパージする。
その後、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、所定膜厚の金属膜(TiN膜とNi膜との積層構造を有する膜)及びTiNキャップ膜を形成した後のウェハ200を処理室201内から搬送室271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。
処理温度:250〜550℃、好ましくは350〜550℃、
処理圧力:50〜5000Pa、
バブリング用キャリアガス(N2)供給流量:10〜1000sccm
(第1原料ガス(TiCl4)供給流量:0.1〜2sccm、
反応ガス(NH3)供給流量:10〜1000sccm、
パージガス(N2)供給流量:100〜10000sccm、
膜厚(TiN膜):0.2〜4nm、
が例示される。
処理温度:150〜250℃、好ましくは150〜200℃、
処理圧力:50〜5000Pa、
バブリング用キャリアガス(N2)供給流量:10〜1000sccm、
(第2原料ガス(Ni(PF3)4)供給流量:0.1〜2sccm、
パージガス(N2)供給流量:100〜10000sccm、
膜厚(Ni膜):0.5〜10nm、好ましくは4〜5nm、
が例示される。
処理温度:250〜550℃、好ましくは350〜550℃、
処理圧力:50〜5000Pa、
バブリング用キャリアガス(N2)供給流量:10〜1000sccm
(第1原料ガス(TiCl4)供給流量:0.1〜2sccm、
反応ガス(NH3)供給流量:10〜1000sccm、
パージガス(N2)供給流量:100〜10000sccm、
膜厚(TiN膜):0.2〜50nm、好ましくは1〜10nm、
が例示される。
膜の膜厚が4nmを超えると、金属膜全体の実効的な仕事関数がNi膜の仕事関数(5.15eV程度)ではなく、TiN膜の仕事関数(4.6eV程度)に近づいてしまう場合がある。そのため、TiN膜形成工程(S5)において形成するTiN膜の膜厚は、0.2〜4nmの範囲内とすることが好ましい。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
するNi(第1の金属膜とは異なる物質)で構成される。第1の金属膜を構成するTiNの仕事関数は4.6eV程度と推測されるが、Niの仕事関数は図10に示すように5.15eVである。これにより、TiN膜とNi膜との積層構造を有する金属膜全体の実効的な仕事関数を、Ni膜の仕事関数(5.15eV)に近づけることができる。特に、本実施形態によれば、Ni膜形成工程(S8)において形成するNi膜の膜厚を、TiN膜形成工程(S5)において形成するTiN膜の膜厚よりも厚くしている。これにより、厚膜であるNi膜の仕事関数の影響が大きくなり、TiN膜とNi膜との積層構造を有する金属膜全体の実効的な仕事関数を、Ni膜の仕事関数(5.15eV)により近づけることができる。これにより、金属膜をキャパシタ電極に適用した場合に、キャパシタ部におけるリーク電流を低減することができる。
上述の実施形態では、バブラ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る例について説明したが、本発明はこれに限らず、バブラの代わりに気化器を用いて液体原料を気化させるようにしてもよい。
図12は、本発明のSampleB(実施例1)の積層構造を、SampleA(従来例)の積層構造及びSampleC(比較例)の積層構造と共に説明する概略図である。また、図11は、図12に示すSampleA(従来例)、SampleB(実施例1)及びSampleC(比較例)の形成工程を示すフロー図である。
deposition)。SampleBでは、積層構造の形成をTiN膜の形成から開始することとし(TiN Start)、Ni膜とHfAlO膜との間にTiN膜を挿入するように形成した。ここで、TiN膜とNi膜の膜厚はそれぞれ1nmとし、所定回数実施工程(S9)における実施回数を5回とし、積層構造の膜厚を10nmとした。そして、上述の実施形態におけるTiNキャップ形成工程(S12)と同様の工程を行うことにより、TiN膜とNi膜との積層構造の上に、50nmの膜厚のTiN膜(TiNキャップ膜)を形成し(TiN deposition)、上部電極としての金属膜(TiN膜とNi膜との積層構造と、係る積層構造上に形成されたTiNキャップ膜との積層膜)を形成した。そして、フォトリソグラフィによりゲート構造をパターニングし(Gate Patterning)、400℃の温度条件下でFGA処理を施したのち(FGA)、裏面にAl膜を形成した(Back Side Al deposition)。
ように形成することで、Ni膜の酸化を効果的に抑制でき、EOTの増大を抑制できることが分かる。
図16(a)は本発明の実施例2(SampleD)の積層構造を示す概略図である。SampleDにおいては、ゲート絶縁膜としてのSiO2膜上に、TiN膜とNi膜とを1層ずつ積層することでゲート電極としての金属膜を形成した。TiN膜は、Ni膜とSiO2膜との間に挿入するように形成した。また、TiN膜の膜厚を、0.2nm,1nm,2nm,3nm,4nm,5nm,10nmと変化させて、TiN膜の膜厚の異なる複数のサンプルを形成した。なお、Ni膜の膜厚は20nmとした。
なお、上述の実施形態では、基板処理装置として一度に1枚の基板を処理する枚葉式の装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、基板処理装置として一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置を用いて成膜するようにしてもよい。
が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、APCバルブ342は弁を開閉して処理室301内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室301内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
処理室301内が所望の温度分布となるように、温度センサ363が検出した温度情報に基づきヒータ307への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構367によりボート317を回転させることで、ウェハ200を回転させる。
また、上述の実施形態では、TiN膜とNi膜とを同一の処理室内で形成する例について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、それぞれの膜を別の処理室内で形成するようにしてもよい。その場合、例えば図18に例示するような複数の処理室を備えたマルチチャンバタイプの基板処理システムとしての基板処理装置(クラスタ装置)を用いることができる。以下、このクラスタ装置を用いてTiN膜とNi膜とを異なる処理室にて別々に形成する例について説明する。なお、本実施形態に係るクラスタ装置においては、ウェハ200を搬送するウェハ搬送用キャリア(基板収納容器)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。
6との境にはゲートバルブ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には正圧下でウェハ200を移載する搬送ロボットとしての第2ウェハ移載機(以下、正圧移載機という)19が設置されている。正圧移載機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。
ブ17B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。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
けられ基板を搬送する搬送室と、前記搬送室内に設けられ前記第1の処理室と前記第2の処理室との間で基板を搬送する搬送ロボットと、前記第1の処理ガス供給系、前記第2の処理ガス供給系および前記搬送ロボットを制御する制御部と、を有し、前記第1の金属膜は前記第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、前記第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する前記第1の金属膜とは異なる物質で構成され、前記制御部は、前記第1の処理室内への基板の搬送および前記第1の処理ガスの供給と、前記第2の理室内への基板の搬送および前記第2の処理ガスの供給とを行い、基板上に形成された絶縁膜に隣接して第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有する金属膜を形成すると共に、前記第1の金属膜が前記第2の金属膜と前記絶縁膜との間に位置するように、前記第1の金属膜を形成するよう、前記第1の処理ガス供給系、前記第2の処理ガス供給系および前記搬送ロボットを制御する基板処理装置が提供される。
201 処理室
202 処理容器
203 支持台
206 ヒータ
213a 第1原料ガス供給管
213b 第2原料ガス供給管
213c 反応ガス供給管
213d パージガス供給管
213e パージガス供給管
237a 第1キャリアガス供給管
237b 第2キャリアガス供給管
220a 第1バブラ
220b 第2バブラ
280 コントローラ
Claims (3)
- 基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に隣接して設けられた金属膜と、を有し、
前記金属膜は、第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有しており、
前記第1の金属膜は前記第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、
前記第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する前記第1の金属膜とは異なる物質で構成され、
前記第1の金属膜は前記第2の金属膜と前記絶縁膜との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に隣接して第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有する金属膜を形成する工程と、を有し、
前記第1の金属膜は前記第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、
前記第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する前記第1の金属膜とは異なる物質で構成され、
前記金属膜を形成する工程では、前記第1の金属膜が前記第2の金属膜と前記絶縁膜との間に位置するように、前記第1の金属膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に、第1の金属膜を形成する第1の処理ガスを供給する第1の処理ガス供給系と、
前記処理室内に、第2の金属膜を形成する第2の処理ガスを供給する第2の処理ガス供給系と、
前記第1の処理ガス供給系および前記第2の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、
前記第1の金属膜は前記第2の金属膜よりも耐酸化性が高い物質で構成され、
前記第2の金属膜は4.8eVよりも高い仕事関数を有する前記第1の金属膜とは異なる物質で構成され、
前記制御部は、基板を収容した前記処理室内に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとを供給して、基板上に形成された絶縁膜に隣接して第1の金属膜と第2の金属膜との積層構造を有する金属膜を形成すると共に、前記第1の金属膜が前記第2の金属膜と前記絶縁膜との間に位置するように、前記第1の金属膜を形成するよう、前記第1の処理ガス供給系および前記第2の処理ガス供給系を制御することを特徴とする基板処理装置。
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