JP2012062502A - Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法及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。DRAMのキャパシタにおいては、HfO2膜や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持つSrTiO膜やTiO膜の採用が検討されている。電極材料としては、抵抗率などの観点から金属膜の採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 a DRAM capacitor, a high dielectric constant insulating film such as an HfO 2 film or a ZrO 2 film is used, and from the 32 nm generation onward, adoption of an SrTiO film or TiO film having a higher dielectric constant has been studied. As an electrode material, the use of a metal film has been studied from the viewpoint of resistivity and the like.
TiO2膜やSrTiO膜など、誘電率が50を越す高誘電率絶縁膜のバンドギャップは狭いため、リーク電流の増加が懸念される。係る課題を解決するには、5.0eV以上の高い仕事関数を有する金属材料を電極材料として用いるのが望ましい。しかしながら、高い仕事関数を有する金属材料として有望なPtを電極材料として用いた場合、材料が高価であること、成膜が非常に難しいこと等の課題があり、実用化には至っていないのが現状である。また、仕事関数の大きな他の金属材料、例えばNiやCoなどは酸化され易く、EOT(等価酸化膜厚)の増大を招いてしまう場合があった。 Since the band gap of a high dielectric constant insulating film having a dielectric constant exceeding 50, such as a TiO 2 film or SrTiO film, is narrow, there is a concern about an increase in leakage current. In order to solve the problem, it is desirable to use a metal material having a high work function of 5.0 eV or more as the electrode material. However, when Pt, which is promising as a metal material having a high work function, is used as an electrode material, there are problems such as that the material is expensive and film formation is very difficult, and it has not yet been put into practical use. It is. In addition, other metal materials having a large work function, such as Ni and Co, are easily oxidized, which may lead to an increase in EOT (equivalent oxide film thickness).
そこで本発明は、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の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus provided with a metal film having a work function and oxidation resistance required at low cost.
本発明の一態様によれば、基板を処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a process of carrying a substrate into a processing container and a process of forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate by supplying and exhausting a processing gas into the processing container. And a step of carrying out the processed substrate from the processing container. In the step of performing the processing, oxygen is introduced into the processing container during or after the metal film is formed. By activating and supplying the contained gas and / or nitrogen-containing gas with heat or plasma and exhausting, the bottom surface or the surface of the metal film is formed into a conductive metal oxide layer, a conductive metal nitride layer, or a conductive metal acid. A method of manufacturing a semiconductor device that is modified into a nitride layer is provided.
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、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に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、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 another aspect of the present invention, a processing container that accommodates a substrate, a processing gas supply system that supplies a processing gas into the processing container, and an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas are activated by heat or plasma. A reactive gas supply system to be supplied, an exhaust system for exhausting the inside of the processing container, and supplying and exhausting a processing gas into the processing container containing the substrate, thereby forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate. While performing the forming process, during the formation of the metal film or after forming the metal film, the oxygen-containing gas and / or the nitrogen-containing gas is activated and supplied by heat or plasma into the processing container As a result, the processing gas supply system, the reaction gas supply, and the like are modified so that the bottom surface or the surface of the metal film is modified into a conductive metal oxide layer, a conductive metal nitride layer, or a conductive metal oxynitride layer. The substrate processing apparatus is provided, characterized in that it comprises a system and a control unit for controlling the exhaust system, the.
本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、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ことが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device and the substrate processing apparatus according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device including a metal film having a necessary work function and oxidation resistance at low cost.
<本発明の一実施形態>
(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2,3を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置40のウェハ処理時における断面構成図であり、図3は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置40のウェハ搬送時における断面構成図である。
<One Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the
(処理室)
図2,3に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置40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。
(Processing room)
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(支持台)
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。
(Support stand)
A support table 203 that supports the
(昇降機構)
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3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2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。
(Elevating mechanism)
Outside the
(リフトピン)
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3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2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。
(Lift pin)
In addition, on the bottom surface (floor surface) of the
(ウェハ搬送口)
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44が設けられており、ゲートバルブ44を開くことにより、処理室201内と負圧移載室11内とが連通するようになっている。負圧移載室11は搬送容器(密閉容器)12内に形成されており、負圧移載室11内にはウェハ200を搬送する負圧移載機13が設けられている。負圧移載機13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13a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44を開くことにより、負圧移載機13により処理室201内と負圧移載室11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、負圧移載室11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、負圧移載機13によりロードロック室内と負圧移載室11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。
(Wafer transfer port)
On the inner wall side surface of the processing chamber 201 (processing container 202), a
(排気系)
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。
(Exhaust system)
An
(ガス導入口)
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。
(Gas inlet)
A
(シャワーヘッド)
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。
(shower head)
A
(排気ダクト)
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。
(Exhaust duct)
A
一方、支持台203の外周部には、ロワープレート205が係止している。ロワープレート205は、リング状の凹部205bと、凹部205bの内側上部に一体的に設けられたフランジ部205aとを備えている。凹部205bは、支持台203の外周部と、処理室201の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部205bの底部のうち排気口260付近の一部には、凹部205b内から排気口260側へガスを排出(流通)させるプレート排気口205cが設けられている。フランジ部205aは、支持台203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205aが支持台203の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート205が、支持台203の昇降に伴い、支持台203と共に昇降されるようになっている。
On the other hand, a
支持台203がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート205もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェ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204が、ロワープレート205の凹部205bの上面部分を塞ぎ、凹部205bの内部をガス流路領域とする排気ダクト259が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト259(コンダクタンスプレート204及びロワープレート205)及び支持台203によって、処理室201内が、排気ダクト259よりも上方の処理室上部と、排気ダクト259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204およびロワープレート205は、排気ダクト259の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合(セルフクリーニングする場合)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。
When the support table 203 is raised to the wafer processing position, the
ここで、ウェハ処理時における処理室201内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口210からシャワーヘッド240の上部へと供給されたガスは、第1バッファ空間(分散室)240cを経て分散板240aの多数の孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの多数の孔を通過して処理室201内に供給され、ウェハ200上に均一に供給される。そして、ウェハ200上に供給されたガスは、ウェ
ハ200の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ200に接触した後の余剰なガスは、ウェハ200外周部に位置する排気ダクト259上、すなわち、コンダクタンスプレート204上を、ウェハ200の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート204に設けられた排出口204aから、排気ダクト259内のガス流路領域内(凹部205b内)へと排出される。その後、ガスは排気ダクト259内を流れ、プレート排気口205cを経由して排気口260へと排気される。このようにガスを流すことで、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。
Here, the flow of gas in the
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装置40の有するガス供給系(ガス供給ライン)の構成図である。
Next, the configuration of the gas supply system connected to the
本実施形態にかかる基板処理装置40の有するガス供給系は、常温で液体状態であるタングステン(W)を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラ220aと、バブラ220aにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給系と、処理室201内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、処理室201内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、処理室201内にシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、処理室201内にパージガスを供給するパージガス供給系と、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、バブラ220aからの原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスするよう排気するベント(バイパス)系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
The gas supply system of the
(バブラ)
処理室201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220aが設けられている。バブラ220a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220aの周りには、バブラ220a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。原料としては、例えば、タングステン(W)元素を含む金属液体原料である六弗化タングステン(WF6)が用いられる。
(Bubbler)
Outside the
バブラ220aには、キャリアガス供給管237aが接続されている。キャリアガス供給管237a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237aの下流側端部は、バブラ220a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237a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)222aと、キャリアガスの供給を制御するバルブva1,va2とが設けられている。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ガスやHe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237a、MFC222a、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
上記構成により、バルブva1,va2を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給することにより、バブラ220a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処理ガスとしての原料ガス(WF6ガス)を生成させることが可能となる。
With the above configuration, by opening the valves va1 and va2 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the
(原料ガス供給系)
バブラ220aには、バブラ220a内で生成された原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給管213aが接続されている。原料ガス供給管213aの上流側端部は、バブラ220aの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管213aの下流側端部は、ガス導入口210に接続されている。原料ガス供給管213aには、上流側から順にバルブva5,va3が設けられている。バルブva5は、バブラ220aから原料ガス供給管213a内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ220aの近傍に設けられている。バルブva3は、原料ガス供給管213aから処理室201内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口210の近傍に設けられている。バルブva3と後述するバルブve3は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、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集積バルブである。なお、バルブve3は、原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の空間を高速にパージしたのち、処理室201内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
(Raw gas supply system)
A raw material
上記構成により、バブラ220a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va5,va3を開くことにより、原料ガス供給管213aから処理室201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213a、バルブva5,va3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。
With the above configuration, it is possible to supply the source gas from the source
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ220a、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。
Further, a raw material supply system (raw material supply line) is mainly configured by the carrier gas supply system, the
(窒素含有ガス供給系)
また、処理室201の外部には、窒素含有ガス(窒化源)を供給する窒素含有ガス供給源220bが設けられている。窒素含有ガス供給源220bには、窒素含有ガス供給管213bの上流側端部が接続されている。窒素含有ガス供給管213bの下流側端部は、バルブvb3を介してガス導入口210に接続されている。窒素含有ガス供給管213bには、窒素含有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)222bと、窒素含有ガスの供給を制御するバルブvb1,vb2,vb3が設けられている。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア(NH3)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、または、N3H8ガス等が用いられ、本実施形態では、例えばアンモニア(NH3)ガスが用いられる。主に、窒素含有ガス供給源220b、窒素含有ガス供給管213b、MFC222b、バルブvb1,vb2,vb3により、窒素含有ガス供給系(窒素含有ガス供給ライン)が構成される。
(Nitrogen-containing gas supply system)
Further, a nitrogen-containing
(酸素含有ガス供給系)
また、処理室201の外部には、酸素含有ガス(酸化源)を供給する酸素含有ガス供給源220gが設けられている。酸素含有ガス供給源220gには、酸素含有ガス供給管213gの上流側端部が接続されている。酸素含有ガス供給管213gの下流側端部は、バルブvg3を介してガス導入口210に接続されている。酸素含有ガス供給管213gには、酸素含有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)222gと、酸素含有ガスの供給を制御するバルブvg1,vg2,vg3が設けられている。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素(O2)ガス、オゾン(O3)ガス、水蒸気(H2O)等が用いられ、本実施形態では、例えばO2ガスが用いられる。主に、酸素含有ガス供給源220g、酸素含有ガス供給管213g、MFC222g、バルブvg1,vg2,vg3により、酸素含有ガス供給系(酸素含有ガス供給ライン)が構成される。
(Oxygen-containing gas supply system)
Further, an oxygen-containing
(シリコン含有ガス供給系)
また、処理室201の外部には、処理ガスとしてのシリコン含有ガスを供給するシリコ
ン含有ガス供給源220hが設けられている。シリコン含有ガス供給源220hには、シリコン含有ガス供給管213hの上流側端部が接続されている。シリコン含有ガス供給管213hの下流側端部は、バルブvh3を介してガス導入口210に接続されている。シリコン含有ガス供給管213hには、シリコン含有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)222hと、水素ガスの供給を制御するバルブvh1,vh2,vh3が設けられている。シリコン含有ガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等が用いられ、本実施形態では、例えばジシランガスが用いられる。主に、シリコン含有ガス供給源220h、シリコン含有ガス供給管213h、MFC222h、バルブvh1,vh2,vh3により、シリコン含有ガス供給系(シリコン含有ガス供給ライン)が構成される。
(Silicon-containing gas supply system)
In addition, a silicon-containing
主に、原料供給系、シリコン含有ガス供給系により、処理容器内に処理ガスとしての原料ガス、シリコン含有ガスを供給する処理ガス供給系(処理ガス供給ライン)が構成される。また、主に、窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系により、処理容器内に窒素含有ガス、酸素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系(反応ガス供給ライン)が構成される。 A processing gas supply system (processing gas supply line) for supplying a raw material gas and a silicon-containing gas as processing gases into the processing vessel is mainly configured by the raw material supply system and the silicon-containing gas supply system. In addition, a reactive gas supply system (reactive gas supply line) that supplies nitrogen-containing gas and oxygen-containing gas activated by heat or plasma into the processing vessel mainly by a nitrogen-containing gas supply system and an oxygen-containing gas supply system. Composed.
(パージガス供給系)
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220c,220eが設けられている。パージガス供給源220c,220eには、パージガス供給管213c,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213cの下流側端部は、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、バルブve3を介して原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の部分に合流し、ガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213c,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)222c,222eと、パージガスの供給を制御するバルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3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ガスやHe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220c,220e、パージガス供給管213c,213e、MFC222c,222e、バルブvc1,vc2,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。
(Purge gas supply system)
Further, purge
<ベント(バイパス)系>
また、原料ガス供給管213aのバルブva3よりも上流側には、ベント管215aの上流側端部が接続されている。また、ベント管215aの下流側端部は、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。ベント管215aには、ガスの流通を制御するバルブva4が設けられている。
<Vent (bypass) system>
The upstream end of the
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213a内を流れるガスを、処理室201内に供給することなく、ベント管215aを介して処理室201をバイパスさせ、排気管261より排気することが可能となる。主に、ベント管215a、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
なお、バブラ220aの周りにはサブヒータ206a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237a、原料ガス供給管213a、パージガス供給管213e、ベント管215a、排気管261、処理容器202、シャワーヘッド240等の周囲にもサブヒータ206aが設けられている。サブヒータ206a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 206a is provided around the
(制御部)
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制御部としてのコントローラ280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ44、昇降機構207b、負圧移載機11、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〜vb3,vc1〜vc3,ve1〜ve3,vg1〜vg3,vh1〜vh3、マスフローコントローラ222a,222b,222c,222e,222g,222h等の動作を制御する。
(Control part)
The substrate processing apparatus according to the present embodiment includes a
(2)基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程としてウェハ200上にキャパシタ構造(MIM:Metal Insulator Metal構造)を形成する基板処理工程について説明する。図5(a)は、本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、(b)は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step for forming a capacitor structure (MIM: Metal Insulator Metal structure) on the
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で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。なお、タングステン(W)膜は金属単体で構成される導電性の金属単体膜であり、窒化タングステン(WN)膜は導電性の金属窒化膜であり、酸化タングステン(WO)膜は導電性の金属酸化膜であり、酸窒化タングステン(WON)膜は導電性の金属酸窒化膜である。なお、WON膜はWO膜よりも抵抗率が低く、高速に電子を流すことが可能である。 In this specification, the term metal film means a film made of a conductive substance containing a metal atom, and includes a conductive single metal film made of a single metal. Also included are conductive metal nitride films, conductive metal oxide films, conductive metal oxynitride films, conductive metal composite films, conductive metal alloy films, conductive metal silicide films, and the like. The tungsten (W) film is a conductive single metal film composed of a single metal, the tungsten nitride (WN) film is a conductive metal nitride film, and the tungsten oxide (WO) film is a conductive metal. It is an oxide film, and the tungsten oxynitride (WON) film is a conductive metal oxynitride film. Note that the WON film has a lower resistivity than the WO film, and can flow electrons at a high speed.
図5(a)に示すように、まず、上述の基板処理装置40を用い、基板としてのウェハ200が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、ウェハ200上に下部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のW膜を形成する処理を行う(Bottom Electrode formation)。
As shown in FIG. 5A, first, using the above-described
なお、下部電極としてのW膜を形成する処理を行う工程では、W膜を形成する途中もしくはW膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、W膜の表面(後述するHfO2膜との接合面)を、導電性の金属酸化層であるWO層、導電性の金属窒化層であるWN層、または導電性の金属酸窒化層であるWON層に改質する。すなわち、ウェハ200上に第1のW層を形成する工程(Metal film deposition−1)の後、第1のW層上に第2のW層を形成する工程(Metal film deposition−2)と、第2のW層に対して酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第2のW層をWO層、WN層、またはWON層に改質する工程(O2 flow and/or NH3 flow)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、表面がWO層、WN層、またはWON層に改質された下部電極としてのW膜を形成する。これらの処理については後述する。なお、以下の説明においては、表面にWO層、WN層またはWON層が形成されたW膜を、便宜上、単にW膜とも呼ぶ。 In the step of performing the process of forming the W film as the lower electrode, the oxygen-containing gas and / or the nitrogen-containing gas is activated by heat in the processing container during or after the W film is formed. By supplying and exhausting, the surface of the W film (bonding surface with the HfO 2 film described later) is changed to a WO layer that is a conductive metal oxide layer, a WN layer that is a conductive metal nitride layer, or a conductive layer. Modification to a WON layer which is a metal oxynitride layer. That is, after the step of forming the first W layer on the wafer 200 (Metal film deposition-1), the step of forming the second W layer on the first W layer (Metal film deposition-2), A step of modifying the second W layer into a WO layer, a WN layer, or a WON layer by activating and supplying and exhausting an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas with respect to the second W layer ( O 2 flow and / or NH 3 flow), and this cycle is performed a predetermined number of times to form a W film as a lower electrode whose surface is modified to a WO layer, a WN layer, or a WON layer. . These processes will be described later. In the following description, a W film having a WO layer, a WN layer, or a WON layer formed on the surface is also simply referred to as a W film for convenience.
そして、下部電極としてのW膜上に、高誘電率絶縁膜、すなわち金属酸化膜としての酸化ハフニウム膜(HfO2膜)を形成する処理を行う(High−k film deposition)。HfO2膜の形成は、ウェハ200を収容した処理容器内に、ALD反応が生じる条件下で、原料としての例えばHfプリカーサであるTDMAHf(Tetrakis−Dimethyl−Amino−Hafnium : Hf[N(CH3)2]4)を供給し排気する工程と、酸化源としての例えばH2Oガスをウェハ200に対して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実施することで行う。所定膜厚のHfO2膜の形成後、例えば700℃程度の温度でウェハ200を熱処
理する(Post Deposition Annealing)。これらの処理は、上述の基板処理装置40とは異なる図示しない成膜装置、アニール装置等を用いて行う。
Then, a high dielectric constant insulating film, that is, a hafnium oxide film (HfO 2 film) as a metal oxide film is formed on the W film as the lower electrode (High-k film deposition). The HfO 2 film is formed in a processing container containing the
そして、上述の基板処理装置40を用い、熱処理後のウェハ200が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、HfO2膜上に上部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のW膜を形成する処理を行う(Top Electrode formation)。
Then, by using the above-described
なお、上部電極としてのW膜を形成する処理を行う工程では、W膜を形成する途中に、処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、W膜の底面(HfO2膜との接合面)を、導電性の金属酸化層であるWO層、導電性の金属窒化層であるWN層、または導電性の金属酸窒化層であるWON層に改質する。すなわち、HfO2膜上に第3のW層を形成する工程(Metal film deposition−3)と、第3のW層に対して酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第3のW層をWO層、WN層、またはWON層に改質する工程(O2 flow and/or NH3 flow)と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行った後、WO層、WN層、またはWON層上に第4のW層を形成する工程(Metal film deposition−4)を実施することで、底面がWO層、WN層、またはWON層に改質された上部電極としてのW膜を形成する。これらの処理については後述する。 In the step of performing the process of forming the W film as the upper electrode, the oxygen-containing gas and / or the nitrogen-containing gas is activated and supplied to the processing vessel by heat and exhausted in the middle of forming the W film. The bottom surface of the W film (bonding surface with the HfO 2 film) is formed on the WO layer that is a conductive metal oxide layer, the WN layer that is a conductive metal nitride layer, or the WON layer that is a conductive metal oxynitride layer. To reform. That is, a step of forming a third W layer on the HfO 2 film (Metal film deposition-3) and supplying an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas to the third W layer after being activated by heat. The step of modifying the third W layer into a WO layer, a WN layer, or a WON layer by exhausting (O 2 flow and / or NH 3 flow) and performing this cycle a predetermined number of times, An upper part whose bottom surface is modified to a WO layer, a WN layer, or a WON layer by performing a step (Metal film deposition-4) of forming a fourth W layer on the WO layer, the WN layer, or the WON layer. A W film as an electrode is formed. These processes will be described later.
以下、上述した下部電極の形成(Bottom Electrode formation)及び上部電極の形成(Top Electrode formation)について、図7を用いて詳しく説明する。図7(a)は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、(b)は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置40を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
Hereinafter, the formation of the lower electrode (Bottom Electrode formation) and the formation of the upper electrode (Top Electrode formation) will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7A is a flowchart of the process of forming the lower electrode according to this embodiment, and FIG. 7B is a flowchart of the process of forming the upper electrode according to this embodiment. In the following description, the operation of each part constituting the
<下部電極の形成工程>
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図7(a)、図1〜図3を用いて説明する。
<Lower electrode formation process>
First, the formation process of the lower electrode according to this embodiment will be described with reference to FIG. 7A and FIGS.
〔基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)〕
昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図3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44を開き、処理室201と負圧移載室11とを連通させる。そして、上述のように負圧移載機13により負圧移載室11内から処理室201内へウェハ200を搬送アーム13aで支持した状態でロードする(S101)。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。負圧移載機13の搬送アーム13aが処理室201内から負圧移載室11内へ戻ると、ゲートバルブ44が閉じられる。
[Substrate Loading Step (S101), Substrate Placement Step (S102)]
The
続いて、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図2に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン208bは支持台203の上面から埋没し、ウェハ200は、支持台203上面のサセプタ217上に載置される(S102)。
Subsequently, the elevating
〔圧力調整工程(S103)、温度調整工程(S104)〕
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(S103)。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(S104)。なお、温度調整工程(S104)は、圧力調整工程(S103)と並行して行うようにしてもよいし、
圧力調整工程(S103)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、後述する第1のW層形成工程(S105a〜S105e)及び第2のW層形成工程(S106a〜S106e)において、ALD法によりW層を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、第1のW層形成工程(S105a〜S105e)及び第2のW層形成工程(S106a〜S106e)で用いる原料が自己分解しない程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述する第2のW層の改質工程(S106f,S106g)において、ウェハ200上に形成した第2のW層に対して酸化処理、窒化処理、または酸窒化処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
[Pressure adjustment step (S103), temperature adjustment step (S104)]
Subsequently, the pressure regulator (APC) 262 performs control so that the pressure in the
You may make it carry out ahead of a pressure adjustment process (S103). Here, the predetermined processing temperature and processing pressure means that the W layer can be formed by the ALD method in the first W layer forming step (S105a to S105e) and the second W layer forming step (S106a to S106e) described later. Processing temperature and processing pressure. That is, the processing temperature and the processing pressure are such that the raw materials used in the first W layer formation step (S105a to S105e) and the second W layer formation step (S106a to S106e) do not self-decompose. Note that the predetermined processing temperature and processing pressure mentioned here are oxidation treatment and nitridation for the second W layer formed on the
なお、工程S101〜S104および後述する基板搬出工程(S108)においては、真空ポンプ264を作動させつつ、バルブva3,vb3,vg3,vh3を閉じ、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開くことで、処理室201内にN2ガスを常に流しておく。これにより、ウェハ200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 steps S101 to S104 and a substrate unloading step (S108) to be described later, while operating the
また、工程S101〜S104と並行して、液体原料(W原料)であるWF6を気化させた原料ガス(W原料ガス)、すなわちWF6ガスを生成(予備気化)させておく。すなわち、バルブva1,va2,va5を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給することにより、バブラ220a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264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201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。バブラ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、バルブの切り替えにより、処理室201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 S101 to S104, a raw material gas (W raw material gas) obtained by vaporizing WF 6 as a liquid raw material (W raw material), that is, WF 6 gas is generated (preliminary vaporization). That is, by opening the valves va1, va2, va5 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the
〔第1のW層形成工程(S105a〜S105e)〕
〔WF6供給工程(S105a)〕
続いて、バルブva4を閉じ、バルブva3を開いて、処理室201内への処理ガスとしての原料ガスであるWF6ガスの供給、すなわち、ウェハ200へのWF6ガスの照射を開始する。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。余剰な原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内への原料ガスの供給時には、窒素含有ガス供給管213b内、酸素含有ガス供給管213g内、シリコン含有ガス供給管213h内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における原料ガスの拡散を促すように、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。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201内への原料ガスの供給を停止する。
[First W layer forming step (S105a to S105e)]
[WF 6 supply step (S105a)]
Subsequently, the valve va4 is closed and the valve va3 is opened, and supply of the WF 6 gas as the raw material gas into the
〔パージ工程(S105b)〕
バルブva3を閉じ、処理室201内への原料ガスの供給を停止した後は、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内へのN2ガスの供給を継続して行う。N2ガスは、シャワーヘッド240を介して処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。このようにして、処理室201内をN2ガスによりパージし、処理室201内に残留している原料ガスを除去する。
[Purge process (S105b)]
After the valve va3 is closed and the supply of the source gas into the
〔Si2H6供給工程(S105c)〕
処理室201内のパージが完了したら、バルブvh1,vh2,vh3を開いて、処理室201内への処理ガスとしてのシリコン含有ガスであるSi2H6ガスの供給、すなわち、ウェハ200へのSi2H6ガスの照射を開始する。MFC222hで流量制御されたSi2H6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Si2H6ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内へのSi2H6ガスの供給時には、原料ガス供給管213a内、窒素含有ガス供給管213b内、酸素含有ガス供給管213g内へのSi2H6ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるSi2H6ガスの拡散を促すように、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブvh1,vh2,vh3を開き、Si2H6ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブvh3を閉じ、処理室201内へのSi2H6ガスの供給を停止する。
[Si 2 H 6 supply step (S105c)]
When the purging in the
〔パージ工程(S105d)〕
バルブvh3を閉じ、処理室201内へのSi2H6ガスの供給を停止した後は、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内へのN2ガスの供給を継続して行う。N2ガスは、シャワーヘッド240を介して処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。このようにして、処理室201内をN2ガスによりパージし、処理室201内に残留しているSi2H6ガスや反応副生成物を除去する。
[Purge process (S105d)]
After the valve vh3 is closed and the supply of the Si 2 H 6 gas into the
〔所定回数実施工程(S105e)〕
そして、工程S105a〜S105dまでを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、ウェハ200上に所定の厚さの第1のW層を形成する。
[Predetermined number of steps (S105e)]
Then, the steps S105a to S105d are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a first W layer having a predetermined thickness on the
〔第2のW層形成工程(S106a〜S106e)〕
続いて、WF6供給工程(S106a)、パージ工程(S106b)、Si2H6供給工程(S106c)、パージ工程(S106d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S106e)により、上述の第1のW層上に第2のW層を形成する。なお、工程106a〜S106eは、上述の第1のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。
[Second W Layer Formation Step (S106a to S106e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S106a), the purge step (S106b), the Si 2 H 6 supply step (S106c), and the purge step (S106d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S106e). Thus, the second W layer is formed on the first W layer. Steps 106a to S106e are performed in the same manner as the first W layer forming step (S105a to S105e) described above.
ここで、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)で形成する第2のW層が薄すぎると、後述する第2のW層の改質工程(S106f〜S106g)において、酸化源として用いる酸素含有ガスや窒化源として用いる窒素含有ガスにより第1のW層が直接酸化、窒化、または酸窒化されてしまい、下部電極が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまう。従って、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)では、所定回数実施工程(S106e)でのサイクルの実施回数を例えば5回以上とし、形成する第2のW層の厚さを例えば0.5nm以上とすることが好ましい。 Here, if the second W layer formed in the second W layer formation step (S106a to S106e) is too thin, it is used as an oxidation source in the second W layer modification step (S106f to S106g) described later. The first W layer is directly oxidized, nitrided, or oxynitrided by the oxygen-containing gas or the nitrogen-containing gas used as the nitriding source, and the lower electrode is excessively oxidized, nitrided, or oxynitrided. Accordingly, in the second W layer forming step (S106a to S106e), the number of executions of the cycle in the predetermined number of times execution step (S106e) is, for example, 5 times or more, and the thickness of the second W layer to be formed is, for example, 0. The thickness is preferably 5 nm or more.
また、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)で形成する第2のW層が厚すぎると、後述する第2のW層の改質工程(S106f〜S106g)において、酸化源として用いる酸素含有ガス中に含まれる酸素(O)原子や、窒化源として用いる窒素含有ガス中に含まれる窒素(N)原子が、第2のW層全体に導入され難くなる。従って、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)では、所定回数実施工程(S106e)でのサイクルの実施回数を例えば20回以下とし、形成する第2のW層の膜厚を例えば2nm以下とすることが好ましい。 Further, if the second W layer formed in the second W layer formation step (S106a to S106e) is too thick, oxygen used as an oxidation source in the second W layer modification step (S106f to S106g) described later. Oxygen (O) atoms contained in the contained gas and nitrogen (N) atoms contained in the nitrogen-containing gas used as the nitriding source are difficult to be introduced into the entire second W layer. Accordingly, in the second W layer forming step (S106a to S106e), the number of cycles in the predetermined number of times execution step (S106e) is set to, for example, 20 times or less, and the thickness of the formed second W layer is set to, for example, 2 nm or less. It is preferable that
〔第2のW層の改質工程(S106f,S106g)〕
〔O2および/またはNH3供給工程(S106f)〕
続いて、バルブvg1,vg2,vg3および/またはバルブvb1,vb2,vb3を開いて、処理室201内へのO2ガスおよび/またはNH3ガスの供給、すなわち、ウェハ200へのO2ガスおよび/またはNH3ガスの照射を開始する。MFC222gで流量制御されたO2ガスや、MFC222bで流量制御されたNH3ガスは、シャワーヘッド240によりそれぞれ分散され、熱で活性化されて処理室201内のウェハ200上にそれぞれ均一に供給される。余剰なO2ガスやNH3ガスは、それぞれ排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。
[Second W Layer Modification Step (S106f, S106g)]
[O 2 and / or NH 3 supply step (S106f)]
Subsequently, the valves vg1, vg2, vg3 and / or the valves vb1, vb2, vb3 are opened to supply the O 2 gas and / or the NH 3 gas into the
処理室201内へのO2ガスおよび/またはNH3ガスの供給時には、原料ガス供給管213a内、シリコン含有ガス供給管213h内へのO2ガスやNH3ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるO2ガスやNH3ガスの拡散を促すように、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブvg1,vg2,vg3および/またはバルブvb1,vb2,vb3を開き、O2ガスやNH3ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブvg3および/またはバルブvb3を閉じ、処理室201内へのO2ガスやNH3ガスの供給を停止する。
When supplying O 2 gas and / or NH 3 gas into the
熱で活性化したO2ガスをウェハ200に照射すると、O2ガスに含まれる酸素原子が第2のW層中に導入される。その結果、第2のW層が酸化され、導電性の金属酸化層としてのWO層に改質される。なお、下地の第1のW層は、酸化されずにW層のままとなる。第2のW層中への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WO層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
Upon irradiation with activated O 2 gas in the heat to the
また、熱で活性化したNH3ガスをウェハ200に照射すると、NH3ガスに含まれる窒素原子が第2のW層中に導入される。その結果、第2のW層が窒化され、導電性の金属窒化層としてのWN層に改質される。なお、下地の第1のW層は、窒化されずにW層のままとなる。第2のW層中への窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WN層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
Further, when the
また、熱で活性化したO2ガスおよびNH3ガスをウェハ200に照射すると、O2ガスに含まれる酸素原子およびNH3ガスに含まれる窒素原子が第2のW層中にそれぞれ導入される。その結果、第2のW層が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのWON層に改質される。なお、下地の第1のW層は、酸窒化されずにW層のままとなる。第2のW層中への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WON層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
Further, when the
〔パージ工程(S106g)〕
バルブvg3および/またはバルブvb3を閉じ、処理室201内へのO2ガスやNH3ガスの供給を停止した後は、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内へのN2ガスの供給を継続して行う。N2ガスは、シャワーヘッド240を介して処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。このようにして、処理室201内をN2ガスによりパージし、処理室201内に残留しているO2ガス、NH3ガス、反応副生成物を除去する。
[Purge process (S106g)]
After the valve vg3 and / or the valve vb3 is closed and the supply of the O 2 gas and the NH 3 gas into the
〔所定回数実施工程(S106h)〕
そして、第2のW層の形成工程(S106a〜S106e)と第2のW層の改質工程(
S106f,S106g)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、第1のW層上に、所定の厚さのWO層(第2のW層が酸化された層)、WN層(第2のW層が窒化された層)、またはWON層(第2のW層が酸窒化された層)を形成し、下部電極とする。下部電極は、所定の厚さの第1のW層と、所定の厚さのWO層、WN膜、またはWON層と、が積層してなり、表面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜として構成される。
[Predetermined number of steps (S106h)]
The second W layer forming step (S106a to S106e) and the second W layer modifying step (
S106f and S106g) are defined as one cycle and this cycle is performed a predetermined number of times, whereby a WO layer (a layer in which the second W layer is oxidized), a WN layer (a layer in which the second W layer is oxidized), A layer in which the second W layer is nitrided) or a WON layer (a layer in which the second W layer is oxynitrided) is formed as a lower electrode. The lower electrode is formed by laminating a first W layer having a predetermined thickness and a WO layer, WN film, or WON layer having a predetermined thickness, and the surface is formed on the WO layer, WN layer, or WON layer. It is configured as a modified W film.
なお、第1のW層上に形成するWO層、WN層、またはWON層の厚さは、HfO2膜との界面から厚さ方向に例えば0.5nm以上2.0nm以下とすることが好ましい。WO層、WN層、またはWON層の厚さが0.5nmを下回ると、第2のW層中への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化、窒化、または酸窒化されていない第1のW層の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WO層、WN層、またはWON層の厚さが2.0nmを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、WO層、WN層、またはWON層の厚さを2.0nm以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、HfO2膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。 Note that the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer formed on the first W layer is preferably 0.5 nm or more and 2.0 nm or less in the thickness direction from the interface with the HfO 2 film, for example. . When the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer is less than 0.5 nm, the effect of increasing the work function due to the addition of oxygen atoms or nitrogen atoms in the second W layer decreases, and oxidation, The influence of the work function of the first W layer which is not nitrided or oxynitrided becomes strong, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. On the other hand, when the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer exceeds 2.0 nm, the resistance of the lower electrode increases. If the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer is 2.0 nm or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, when modifying the surface of the lower electrode, it is preferable to modify only the vicinity of the interface with the HfO 2 film.
また、第1のW層上に形成するWO層の酸素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WO層中の酸素濃度が5atom%を下回ると、第2のW層中への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化されていない第1のW層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WO層中の酸素濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、EOT(等価酸化膜厚)も増加してしまう。なお、WO層中の酸素濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WO層中の酸素濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下にするとよい。 The oxygen concentration of the WO layer formed on the first W layer is preferably, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, and more preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. When the oxygen concentration in the WO layer is less than 5 atom%, the effect of increasing the work function due to the addition of oxygen atoms in the second W layer is reduced, and the work function of the unoxidized first W layer is reduced. Becomes stronger, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. In addition, when the oxygen concentration in the WO layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes an oxide and becomes an insulator, and EOT (equivalent oxide film thickness) also increases. If the oxygen concentration in the WO layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the oxygen concentration in the WO layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less.
また、第1のW層上に形成するWN層の窒素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WN層中の窒素濃度が5atom%を下回ると、第2のW層中への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、窒化されていない第1のW層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WN層中の窒素濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、WN層中の窒素濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WN層中の窒素濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下にするとよい。 Further, the nitrogen concentration of the WN layer formed on the first W layer is preferably, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, and more preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. If the nitrogen concentration in the WN layer is less than 5 atom%, the effect of increasing the work function due to the addition of nitrogen atoms in the second W layer is reduced, and the work function of the first non-nitrided W layer is reduced. Becomes stronger, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. If the nitrogen concentration in the WN layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes nitride and becomes an insulator. If the nitrogen concentration in the WN layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the nitrogen concentration in the WN layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less.
また、第1のW層上に形成するWON層の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素の合計濃度を例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WON層中の酸素と窒素の合計濃度が5atom%を下回ると、第2のW層中への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸窒化されていない第1のW層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WON層中の窒素濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、WON層中の酸素と窒素の合計濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WON層中の酸素と窒素の合計濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10
atom%以下にするとよい。
The oxygen and nitrogen concentrations of the WON layer formed on the first W layer are preferably 5 atom% or more and 20 atom% or less, for example, and the total concentration of oxygen and nitrogen is preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. More preferred. If the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is less than 5 atom%, the effect of increasing the work function due to the addition of oxygen atoms and nitrogen atoms to the second W layer is reduced, and oxynitridation is not performed. The influence of the work function of the first W layer becomes strong, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. Further, when the nitrogen concentration in the WON layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes oxynitride and becomes an insulator. If the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 or less.
Atom% or less is preferable.
なお、WO層、WN層、またはWON層の厚さは、所定回数実施工程(S106h)におけるサイクルの実施回数等を調整することにより制御できる。また、WO層、WN層、またはWON層の酸素濃度及び窒素濃度は、例えばO2照射時間、O2濃度、O2供給流量、NH3照射時間、NH3濃度、NH3供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。 Note that the thickness of the WO layer, the WN layer, or the WON layer can be controlled by adjusting the number of executions of the cycle in the predetermined number of execution steps (S106h). The oxygen concentration and nitrogen concentration of the WO layer, WN layer, or WON layer are, for example, O 2 irradiation time, O 2 concentration, O 2 supply flow rate, NH 3 irradiation time, NH 3 concentration, NH 3 supply flow rate, wafer temperature. It can control by adjusting etc.
本実施形態における第1のW層形成工程(S105a〜S105e)、及び第2のW層形成工程(S106a〜S106e)でのウェハ200の処理条件としては、
ウェハ温度:100〜400℃、
処理室内圧力:0.1〜1000Pa、
WF6供給流量:1〜1000sccm、
Si2H6供給流量:1〜2000sccm、
N2(パージガス)供給流量:10〜10000sccm
が例示される。
As processing conditions of the
Wafer temperature: 100-400 ° C.
Processing chamber pressure: 0.1 to 1000 Pa,
WF 6 supply flow rate: 1-1000 sccm,
Si 2 H 6 supply flow rate: 1 to 2000 sccm,
N 2 (purge gas) supply flow rate: 10 to 10000 sccm
Is exemplified.
また、本実施形態における第2のW層の改質工程(S106f、S106g)でのウェハ200の処理条件としては、
ウェハ温度:100〜400℃、
処理室内圧力:1〜5000Pa、
O2供給流量:1〜5000sccm、
NH3供給流量:1〜5000sccm、
N2(パージガス)供給流量:10〜10000sccm
が例示される。
In addition, as a processing condition of the
Wafer temperature: 100-400 ° C.
Processing chamber pressure: 1 to 5000 Pa,
O 2 supply flow rate: 1 to 5000 sccm,
NH 3 supply flow rate: 1 to 5000 sccm,
N 2 (purge gas) supply flow rate: 10 to 10000 sccm
Is exemplified.
〔残留ガス除去工程(S107)〕
ウェハ200上に下部電極(表面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜)が形成された後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3が開いた状態を維持し、処理室201内へのN2ガスの供給を継続する。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。
[Residual gas removal step (S107)]
After a lower electrode (a W film whose surface has been modified to a WO layer, a WN layer, or a WON layer) is formed on the
〔基板搬出工程(S108)〕
その後、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ200を、処理室201内から負圧移載室11内へ搬出する。その後、下部電極を形成した後のウェハ200を、HfO2膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
[Substrate unloading step (S108)]
Thereafter, the
<上部電極の形成工程>
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図7(b)、図1〜図3を用いて説明する。
<Formation process of upper electrode>
Then, the formation process of the upper electrode which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.7 (b) and FIGS. 1-3.
〔基板搬入工程(S201)〜温度調整工程(S204)〕
下部電極上にHfO2膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ200を処理室201内に搬入し、サセプタ217上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)と同様に行う。
[Substrate Loading Step (S201) to Temperature Adjustment Step (S204)]
The
続いて、圧力調整工程(S203)、温度調整工程(S204)を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程(S103)、温度調整工程(S104)と同様に行う。 Subsequently, a pressure adjustment step (S203) and a temperature adjustment step (S204) are performed. These steps are performed in the same manner as the pressure adjustment step (S103) and the temperature adjustment step (S104) described above.
〔第3のW層形成工程(S205a〜S205e)〕
続いて、WF6供給工程(S205a)、パージ工程(S205b)、Si2H6供給工程(S205c)、パージ工程(S205d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S205e)により、熱処理がなされたHfO2膜上に所定の厚さの第3のW層を形成する。なお、工程205a〜S205eは、上述の第2のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。
[Third W Layer Formation Step (S205a to S205e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S205a), the purge step (S205b), the Si 2 H 6 supply step (S205c), and the purge step (S205d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S205e). Thus, a third W layer having a predetermined thickness is formed on the heat-treated HfO 2 film.
〔第3のW層の改質工程(S205f,S205g)〕
続いて、O2および/またはNH3供給工程(S205f)を実施し、形成した第3のW層をWO層、WN層、またはWON層に改質する。その後、パージ工程(S205g)を実施する。O2および/またはNH3供給工程(S205f)およびパージ工程(S205g)は、上述のO2および/またはNH3供給工程(S106f)およびパージ工程(S106g)と同様に行う。
[Third W Layer Modification Step (S205f, S205g)]
Subsequently, an O 2 and / or NH 3 supply step (S205f) is performed, and the formed third W layer is modified to a WO layer, a WN layer, or a WON layer. Thereafter, a purge step (S205g) is performed. The O 2 and / or NH 3 supply step (S205f) and the purge step (S205g) are performed in the same manner as the O 2 and / or NH 3 supply step (S106f) and the purge step (S106g).
〔所定回数実施工程(S205h)〕
続いて、第3のW層の形成工程(S205a〜S205e)と第3のW層の改質工程(S205f,S205g)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、熱処理がなされたHfO2膜上に、所定の厚さのWO層(第3のW層が酸化された層)、WN層(第3のW層が窒化された層)、またはWON層(第3のW層が酸窒化された層)を形成する。HfO2膜上に形成するWO層、WN層、またはWON層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度は、第1のW層上に形成したWO層、WN層、またはWON層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度と同様とする。
[Predetermined number of steps (S205h)]
Subsequently, the third W layer forming step (S205a to S205e) and the third W layer modifying step (S205f, S205g) were performed as one cycle, and the heat treatment was performed by performing this cycle a predetermined number of times. On the HfO 2 film, a WO layer (layer obtained by oxidizing the third W layer), a WN layer (layer obtained by nitriding the third W layer), or a WON layer (third W layer) having a predetermined thickness Are oxynitrided layers). The thickness, oxygen concentration, and nitrogen concentration of the WO layer, WN layer, or WON layer formed on the HfO 2 film are the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer formed on the first W layer, oxygen Same as concentration and nitrogen concentration.
〔第4のW層形成工程(S206a〜S206e)〕
続いて、WF6供給工程(S206a)、パージ工程(S206b)、Si2H6供給工程(S206c)、パージ工程(S206d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S206e)により、HfO2膜上に形成したWO層、WN層、またはWON層上に、所定の厚さの第4のW層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのWO層、WN膜、またはWON層と、所定の厚さの第4のW層とが積層してなり、底面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜として構成される。なお、工程S206a〜S206eは、上述の第1のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。
[Fourth W Layer Formation Step (S206a to S206e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S206a), the purge step (S206b), the Si 2 H 6 supply step (S206c), and the purge step (S206d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S206e). Thus, a fourth W layer having a predetermined thickness is formed on the WO layer, the WN layer, or the WON layer formed on the HfO 2 film, and used as the upper electrode. The upper electrode is formed by laminating a WO layer, WN film, or WON layer having a predetermined thickness and a fourth W layer having a predetermined thickness, and the bottom surface is changed to a WO layer, a WN layer, or a WON layer. It is configured as a quality W film. In addition, process S206a-S206e is performed similarly to the above-mentioned 1st W layer formation process (S105a-S105e).
〔残留ガス除去工程(S207)、基板搬出工程(S208)〕
その後、上述した残留ガス除去工程(S107)と同様の工程を実施した後(S207)、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ200を、処理室201内から負圧移載室11内へ搬出し(S208)、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
[Residual gas removal step (S207), substrate unloading step (S208)]
Thereafter, after performing the same process as the above-described residual gas removing process (S107) (S207), the procedure shown in the substrate loading process (S101) and the substrate placing process (S102) is reversed. The
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す効果のうち1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to this embodiment According to this embodiment, one or more of the following effects are achieved.
(a)本実施形態によれば、下部電極及び上部電極としてのW膜を形成する途中もしくはW膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、下部電極を構成するW膜の表面、及び上部電極を構成するW膜の底面を、WO層、WN層、またはWON層にそれぞれ改質する。このとき、WO層、WN層、またはWON層の厚さは、HfO2膜との界面から厚さ方向に例えば0.5n
m以上2.0nm以下とする。また、WO層中の酸素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下とし、WN層中の窒素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下とし、WON層中の酸素および窒素の合計濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下とする。
(A) According to the present embodiment, the oxygen-containing gas and / or the nitrogen-containing gas is activated by heat in the processing container during or after the formation of the W film as the lower electrode and the upper electrode. By supplying and exhausting, the surface of the W film constituting the lower electrode and the bottom surface of the W film constituting the upper electrode are modified into a WO layer, a WN layer, or a WON layer, respectively. At this time, the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer is, for example, 0.5 n in the thickness direction from the interface with the HfO 2 film.
m to 2.0 nm. The oxygen concentration in the WO layer is, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less, and the nitrogen concentration in the WN layer is, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. %, And the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is, for example, not less than 5 atom% and not more than 20 atom%, preferably not less than 5 atom% and not more than 10 atom%.
これにより、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の表面(WO層、WN層、またはWON層)及び上部電極の底面(WO層、WN層、またはWON層)の仕事関数をそれぞれ増加させることができ、それにより、下部電極全体及び上部電極全体としての仕事関数をそれぞれ増加させることができ、例えば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。特に、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)で形成する第2のW膜や、第3のW層形成工程(S205a〜S205e)で形成する第3のW膜の厚さをそれぞれ2nm以下とすることで、第2のW層の改質工程(S106f,S106g)や第3のW層の改質工程(S205f,S205g)において、第2のW膜や第3のW膜中に、酸素原子や窒素原子を確実に導入することができ、下部電極としてのW膜の表面、および上部電極としてのW膜の底面を、それぞれWO層、WN層、またはWON層へ確実に改質することができる。 Thereby, the work function of the surface (WO layer, WN layer, or WON layer) of the lower electrode joined to the HfO 2 film as the high dielectric constant insulating film and the bottom surface (WO layer, WN layer, or WON layer) of the upper electrode Thus, the work functions of the entire lower electrode and the entire upper electrode can be increased, respectively, and for example, leakage current in the capacitor portion can be reduced. In particular, the thickness of the second W film formed in the second W layer forming step (S106a to S106e) and the thickness of the third W film formed in the third W layer forming step (S205a to S205e) are each 2 nm. By setting the following, in the second W layer modification process (S106f, S106g) and the third W layer modification process (S205f, S205g), the second W film and the third W film are included. Oxygen atoms and nitrogen atoms can be introduced reliably, and the surface of the W film as the lower electrode and the bottom surface of the W film as the upper electrode are reliably modified to the WO layer, WN layer, or WON layer, respectively. can do.
図5(b)は、本実施形態に係るキャパシタ構造(MIM構造)の断面拡大図である。図示するように、下部電極が、第1のW層と、WO層、WN層、またはWON層(第2のW層が改質された層)との積層構造からなり、キャパシタ絶縁膜がHfO2膜からなり、上部電極が、WO層、WN層、またはWON層(第3のW層が改質された層)と、第4のW層と、の積層構造からなる。また、図9(a)は、本実施形態に係るキャパシタ電極(下部極及び上部電極)のエネルギー準位を例示する概略図である。キャパシタ絶縁膜をキャパシタ電極で挟むキャパシタ構造におけるリーク電流は、主としてキャパシタ電極の仕事関数とキャパシタ絶縁膜の伝導帯側とのバンドオフセット(コンダクションバンドオフセット)によって定まる。一般的に、コンダクションバンドオフセットはキャパシタ電極間へ印加する電圧よりも高い値とすることが望ましい。本実施形態によれば、HfO2膜に接合する下部電極や上部電極の仕事関数を、それぞれ、WO層、WN層、またはWON層の仕事関数(4.9eV〜5.1eV)とすることができる。そのため、キャパシタ絶縁膜としてHfO2膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットを2.9〜3.1eV程度確保することができ、リーク電流を大幅に減少させることができる。 FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of the capacitor structure (MIM structure) according to this embodiment. As shown in the figure, the lower electrode has a laminated structure of a first W layer and a WO layer, a WN layer, or a WON layer (a layer in which the second W layer is modified), and the capacitor insulating film is HfO. The upper electrode has a laminated structure of a WO layer, a WN layer, or a WON layer (a layer in which the third W layer is modified) and a fourth W layer. FIG. 9A is a schematic view illustrating the energy levels of the capacitor electrodes (lower electrode and upper electrode) according to this embodiment. A leakage current in a capacitor structure in which a capacitor insulating film is sandwiched between capacitor electrodes is mainly determined by a band offset (conduction band offset) between the work function of the capacitor electrode and the conduction band side of the capacitor insulating film. In general, it is desirable that the conduction band offset be higher than the voltage applied between the capacitor electrodes. According to the present embodiment, the work functions of the lower electrode and the upper electrode bonded to the HfO 2 film are set to the work functions (4.9 eV to 5.1 eV) of the WO layer, the WN layer, and the WON layer, respectively. it can. Therefore, when the HfO 2 film is used as the capacitor insulating film, a conduction band offset of about 2.9 to 3.1 eV can be secured, and the leakage current can be greatly reduced.
なお、図4(a)は従来のキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、(b)は係るフローにより製造されるキャパシタ構造(MIM構造)の断面構成図である。図示するように、キャパシタ電極(下部電極及び上部電極)がそれぞれW膜の単層からなり、キャパシタ絶縁膜がHfO2膜からなる。また、図9(b)は、W膜の単層からなる従来のキャパシタ電極(下部電極及び上部電極)のエネルギー準位を示す概略図である。Wの仕事関数は4.5eV程度であるから、キャパシタ絶縁膜としてHfO2膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットは2.5eV程度しか確保できず、上述の場合と比較して0.4eV〜0.6eVほど低くなり、リーク電流が増大してしまう恐れがある。 FIG. 4A is a flowchart of a manufacturing process of a conventional capacitor structure, and FIG. 4B is a cross-sectional configuration diagram of a capacitor structure (MIM structure) manufactured by the flow. As shown in the figure, the capacitor electrodes (lower electrode and upper electrode) are each composed of a single layer of W film, and the capacitor insulating film is composed of an HfO 2 film. FIG. 9B is a schematic diagram showing energy levels of a conventional capacitor electrode (lower electrode and upper electrode) made of a single layer of W film. Since the work function of W is about 4.5 eV, when the HfO 2 film is used as the capacitor insulating film, the conduction band offset can be secured only about 2.5 eV, which is 0.4 eV˜ There is a risk that the leakage current will increase due to a decrease of about 0.6 eV.
(b)本実施形態によれば、O2ガスに含まれる酸素原子やNH3ガスに含まれる窒素原子を、第2のW層および第3のW層のみに導入している。そして、第1のW層および第4のW層は、酸化、窒化、または酸窒化させずにW層のままとしている。これにより、下部電極および上部電極を形成するW膜全体が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極の抵抗値の増加、及びEOT(等価酸化膜厚)の増加を抑制することができる。特に、第2のW層形成工程(S106a〜S106e)で形成する第2のW層を0.5nm以上とすることで、O2ガスやNH3ガスが第1のW層に直接供給されることを確実に防ぐことができ、下部電極の過剰な酸化を確実に
回避することができる。
(B) According to the present embodiment, oxygen atoms contained in the O 2 gas and nitrogen atoms contained in the NH 3 gas are introduced only into the second W layer and the third W layer. The first W layer and the fourth W layer are left as W layers without being oxidized, nitrided, or oxynitrided. As a result, it is possible to prevent the entire W film forming the lower electrode and the upper electrode from being excessively oxidized, nitrided, or oxynitrided, increase the resistance value of the lower electrode and the upper electrode, and EOT (equivalent oxidation). Increase in film thickness) can be suppressed. In particular, by setting the second W layer formed in the second W layer formation step (S106a to S106e) to 0.5 nm or more, O 2 gas or NH 3 gas is directly supplied to the first W layer. This can be reliably prevented, and excessive oxidation of the lower electrode can be reliably avoided.
(c)本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばNi,Co等の酸化されやすい金属を用いることなく、Wを用いて形成している。Wは比較的酸化されにくい材料であることから、W膜全体が過剰に酸化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極のEOT(等価酸化膜厚)の増加を抑制することができる。 (C) According to the present embodiment, the metal film constituting the lower electrode and the upper electrode is formed using W without using a metal that is easily oxidized, such as Ni or Co. Since W is a material that is relatively difficult to oxidize, the entire W film can be prevented from being excessively oxidized, and an increase in EOT (equivalent oxide film thickness) of the lower electrode and the upper electrode can be suppressed. it can.
(d)本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばAu、Ag,Pt,Pd,Rh,Ir,Ru,Os等の高価な貴金属を用いることなく、Wを用いて形成している。Wは比較的安価、かつ成膜が容易な材料であることから、半導体装置の製造コストを低減させることが可能となる。 (D) According to the present embodiment, the metal film constituting the lower electrode and the upper electrode is made of W without using an expensive noble metal such as Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os. It is formed using. Since W is a relatively inexpensive material that can be easily formed, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
<本発明の他の実施形態>
上述の実施形態では、処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、W膜の底面もしくは表面をWO層、WN層、またはWON層に改質していたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで、上述の改質処理を行ってもよい。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, the oxygen-containing gas and / or the nitrogen-containing gas is activated and supplied to the processing vessel by heat and exhausted, whereby the bottom surface or the surface of the W film is changed to the WO layer, WN layer, or WON layer. However, the present invention is not limited to such a form. That is, the above-described reforming process may be performed by supplying an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas activated by plasma into the processing container and exhausting it.
図6(a)は、本実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、(b)は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。 FIG. 6A is a flowchart of the manufacturing process of the capacitor structure according to the present embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional configuration diagram of the capacitor structure manufactured by the flow.
図6(a)に示すように、本実施形態に係る下部電極としてのW膜を形成する処理を行う工程(Bottom Electrode formation)では、ウェハ200上に第1のW層を形成する工程(Metal film deposition−1)と、第1のW層に対して酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第1のW層の表面をWO層、WN層、またはWON層に改質する工程(Plasma O2 and/or NH3)と、を実施することで、表面がWO層、WN層、またはWON層に改質された下部電極としての所定膜厚のW膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。 As shown in FIG. 6A, in the step of performing a process of forming a W film as a lower electrode according to the present embodiment (Bottom Electrode formation), a step of forming a first W layer on the wafer 200 (Metal). film deposition-1), oxygen-containing gas and / or nitrogen-containing gas is activated and supplied to the first W layer by plasma, and then exhausted, so that the surface of the first W layer becomes a WO layer, a WN layer, Or a step of modifying the WON layer (Plasma O 2 and / or NH 3 ), so that the surface has a predetermined thickness as a lower electrode whose surface is modified to a WO layer, a WN layer, or a WON layer. The point which forms W film | membrane differs from the above-mentioned embodiment.
また、本実施形態に係る上部電極としてのW膜を形成する処理を行う工程(Top Electrode formation)では、HfO2膜上に第2のW層を形成する工程(Metal film deposition−2)と、第2のW層に対して酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第2のW層をWO層、WN層、またはWON層に改質する工程(Plasma O2 and/or NH3)と、WO層、WN層、またはWON層上に第3のW層を形成する工程(Metal film deposition−3)と、を実施することで、底面がWO層、WN層、またはWON層に改質された上部電極としての所定膜厚のW膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。 In the step of performing the process of forming the W film as the upper electrode according to the present embodiment (Top Electrode formation), the step of forming the second W layer on the HfO 2 film (Metal film deposition-2), A step of modifying the second W layer into a WO layer, a WN layer, or a WON layer by activating and supplying and exhausting an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas with respect to the second W layer ( (Plasma O 2 and / or NH 3 ) and a step of forming a third W layer on the WO layer, WN layer, or WON layer (Metal film deposition-3), so that the bottom surface is the WO layer. The WN layer or the WON layer is different from the above-described embodiment in that a W film having a predetermined film thickness is formed as an upper electrode modified.
以下、上述した下部電極の形成(Bottom Electrode formation)及び上部電極の形成(Top Electrode formation)について、図8を用いて詳しく説明する。図8(a)は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、(b)は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置40を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
Hereinafter, the formation of the lower electrode (Bottom Electrode formation) and the formation of the upper electrode (Top Electrode formation) will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8A is a flowchart of the formation process of the lower electrode according to this embodiment, and FIG. 8B is a flowchart of the formation process of the upper electrode according to this embodiment. In the following description, the operation of each part constituting the
<下部電極の形成工程>
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図8(a)、図1〜図3を用いて説明
する。
<Lower electrode formation process>
First, the formation process of the lower electrode according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 8A and FIGS.
〔基板搬入工程(S301)〜温度調整工程(S304)〕
ウェハ200を処理室201内に搬入し、サセプタ217上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)と同様に行う。
[Substrate Loading Step (S301) to Temperature Adjustment Step (S304)]
The
続いて、圧力調整工程(S303)、温度調整工程(S304)を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程(S103)、温度調整工程(S104)と同様に行う。 Subsequently, a pressure adjustment step (S303) and a temperature adjustment step (S304) are performed. These steps are performed in the same manner as the pressure adjustment step (S103) and the temperature adjustment step (S104) described above.
〔第1のW層形成工程(S305a〜S305e)〕
続いて、WF6供給工程(S305a)、パージ工程(S305b)、Si2H6供給工程(S305c)、パージ工程(S305d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S305e)により、ウェハ200上に所定の厚さの第1のW層を形成する。なお、工程305a〜S305eは、上述の第1のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。
[First W layer forming step (S305a to S305e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S305a), the purge step (S305b), the Si 2 H 6 supply step (S305c), and the purge step (S305d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S305e). As a result, a first W layer having a predetermined thickness is formed on the
〔プラズマO2および/またはNH3供給工程(S306)〕
続いて、バルブvg1,vg2,vg3および/またはバルブvb1,vb2,vb3を開いて、処理室201内へのプラズマで活性化されたO2ガスおよび/またはプラズマで活性化されたNH3ガスの供給、すなわち照射を開始する。MFC222gで流量制御されたO2ガスや、MFC222bで流量制御されたNH3ガスは、シャワーヘッド240によりそれぞれ分散され、処理室201内のウェハ200上にそれぞれ均一に供給される。余剰なO2ガスやNH3ガスは、それぞれ排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、O2ガスやNH3ガスの活性化は、酸素含有ガス供給管213gや窒素含有ガス供給管213bに設けられた図示しないリモートプラズマユニット等によって行う。また、プラズマで活性化されたNH3ガスの代わりに、プラズマで活性化されたN2ガスを供給してもよい。
[Plasma O 2 and / or NH 3 Supply Step (S306)]
Subsequently, the valves vg1, vg2, vg3 and / or the valves vb1, vb2, vb3 are opened, and the plasma-activated O 2 gas and / or the plasma-activated NH 3 gas into the
処理室201内へのO2ガスおよび/またはNH3ガスの供給時には、原料ガス供給管213a内、シリコン含有ガス供給管213h内へのO2ガスやNH3ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるO2ガスやNH3ガスの拡散を促すように、バルブvc3,ve3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブvg1,vg2,vg3、バルブvb1,vb2,vb3のいずれか又は両方を開き、O2ガスやNH3ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブvg3、バルブvb3のいずれか又は両方を閉じ、処理室201内へのO2ガスやNH3ガスの供給を停止する。
When supplying O 2 gas and / or NH 3 gas into the
プラズマで活性化したO2ガスをウェハ200に照射すると、O2ガスに含まれる酸素原子が第1のW層の表面に導入される。その結果、第1のW層の表面が酸化され、導電性の金属酸化層としてのWO層に改質される。なお、第1のW層の表面を除いた領域は、酸化されずにW層のままとなる。下部電極としてのW膜は、表面にWO層が形成された第1のW層として構成される。第1のW層表面への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WO層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
When the activated O 2 gas plasma is irradiated to the
また、プラズマで活性化したNH3ガスをウェハ200に照射すると、NH3ガスに含まれる窒素原子が第1のW層の表面に導入される。その結果、第1のW層の表面が窒化され、導電性の金属窒化層としてのWN層に改質される。なお、第1のW層の表面を除いた領域は、窒化されずにW層のままとなる。下部電極としてのW膜は、表面にWN層が形成された第1のW層として構成される。第1のW層表面への窒素原子の添加により、高誘電
率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WN層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
Further, when the
また、プラズマで活性化したO2ガスおよびNH3ガスをウェハ200に照射すると、O2ガスに含まれる酸素原子およびNH3ガスに含まれる窒素原子が第1のW層の表面にそれぞれ導入される。その結果、第1のW層の表面が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのWON層に改質される。なお、第1のW層の表面を除いた領域は、酸窒化されずにW層のままとなる。下部電極としてのW膜は、表面にWON層が形成された第1のW層として構成される。第1のW層表面への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのHfO2膜に接合する下部電極の接合面(WON層)の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
Moreover, when the
なお、第1のW層を酸化、窒化、または酸窒化させる領域(WO層、WN層、またはWON層)の厚さ(深さ)は、HfO2膜との界面から厚さ方向に例えば0.5nm以上2.0nm以下とすることが好ましい。WO層、WN層、またはWON層の厚さが0.5nmを下回ると、第1のW層表面への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域(酸化、窒化、または酸窒化されてない第1のW層)の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WO層、WN層、またはWON層の厚さが2.0nmを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、WO層、WN層、またはWON層の厚さを2.0nm以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、HfO2膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。 Note that the thickness (depth) of the region (WO layer, WN layer, or WON layer) in which the first W layer is oxidized, nitrided, or oxynitrided is, for example, 0 in the thickness direction from the interface with the HfO 2 film. It is preferable that the thickness be 5 nm or more and 2.0 nm or less. When the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer is less than 0.5 nm, the work function increasing effect due to the addition of oxygen atoms or nitrogen atoms to the surface of the first W layer is reduced, and the surface is The influence of the work function of the excluded region (the first W layer not oxidized, nitrided, or oxynitrided) becomes strong, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. . On the other hand, when the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer exceeds 2.0 nm, the resistance of the lower electrode increases. If the thickness of the WO layer, WN layer, or WON layer is 2.0 nm or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, when modifying the surface of the lower electrode, it is preferable to modify only the vicinity of the interface with the HfO 2 film.
また、第1のW層を酸化させる領域(WO層)の酸素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WO層中の酸素濃度が5atom%を下回ると、第1のW層表面への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域(酸化されてない第1のW層)の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WO層中の酸素濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、EOT(等価酸化膜厚)も増加してしまう。なお、WO層中の酸素濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WO層中の酸素濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下にするとよい。 The oxygen concentration in the region (WO layer) that oxidizes the first W layer is preferably, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, and more preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. When the oxygen concentration in the WO layer is less than 5 atom%, the effect of increasing the work function due to the addition of oxygen atoms to the surface of the first W layer is reduced, and the region excluding the surface (first non-oxidized region) is reduced. The effect of the work function of the (W layer) becomes stronger, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. In addition, when the oxygen concentration in the WO layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes an oxide and becomes an insulator, and EOT (equivalent oxide film thickness) also increases. If the oxygen concentration in the WO layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the oxygen concentration in the WO layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less.
また、第1のW層を窒化させる領域(WN層)の窒素濃度は、例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WN層中の窒素濃度が5atom%を下回ると、第1のW層表面への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域(窒化されてない第1のW層)の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WN層中の窒素濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、WN層中の窒素濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WN層中の酸素濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下にするとよい。 Further, the nitrogen concentration in the region (WN layer) in which the first W layer is nitrided is preferably, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, and more preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less. When the nitrogen concentration in the WN layer is less than 5 atom%, the effect of increasing the work function due to the addition of nitrogen atoms to the surface of the first W layer is reduced, and the region excluding the surface (first non-nitrided region) is reduced. The effect of the work function of the (W layer) becomes stronger, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. If the nitrogen concentration in the WN layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes nitride and becomes an insulator. If the nitrogen concentration in the WN layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the oxygen concentration in the WN layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less.
また、第1のW層を酸窒化させる領域(WON層)の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素
の合計濃度を例えば5atom%以上20atom%以下とすることが好ましく、5atom%以上10atom%以下とすることがより好ましい。WON層中の酸素と窒素の合計濃度が5atom%を下回ると、第1のW層表面への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域(酸窒化されてない第1のW層)の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、WON層中の酸素と窒素の合計濃度が20atom%を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、WON層中の酸素と窒素の合計濃度を10%以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、WON層中の酸素と窒素の合計濃度は、5atom%以上20atom%以下、好ましくは5atom%以上10atom%以下にするとよい。
The oxygen and nitrogen concentrations in the region where the first W layer is oxynitrided (WON layer) are preferably set to a total concentration of oxygen and nitrogen of, for example, 5 atom% or more and 20 atom% or less, and 5 atom% or more and 10 atom% or less. More preferably. When the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is less than 5 atom%, the work function increasing effect due to the addition of oxygen atoms and nitrogen atoms to the surface of the first W layer decreases, and the region excluding the surface The influence of the work function of (the first W layer that is not oxynitrided) becomes strong, and it becomes difficult to increase the work function of the entire lower electrode. If the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer exceeds 20 atom%, the surface portion of the lower electrode becomes an oxynitride and becomes an insulator. If the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is 10% or less, the effect of increasing the work function can be sufficiently obtained. That is, the total concentration of oxygen and nitrogen in the WON layer is 5 atom% or more and 20 atom% or less, preferably 5 atom% or more and 10 atom% or less.
なお、WO層、WN層、またはWON層の厚さ(深さ)、酸素濃度、窒素濃度は、例えばO2照射時間、O2濃度、O2供給流量、NH3照射時間、NH3濃度、NH3供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。 The thickness (depth), oxygen concentration, and nitrogen concentration of the WO layer, WN layer, or WON layer are, for example, O 2 irradiation time, O 2 concentration, O 2 supply flow rate, NH 3 irradiation time, NH 3 concentration, It can be controlled by adjusting the NH 3 supply flow rate, the wafer temperature, and the like.
なお、本実施形態におけるプラズマO2および/またはNH3供給工程(S306)でのウェハ200の処理条件としては、
ウェハ温度:25〜400℃、
処理室内圧力:0.1〜250Pa、
O2供給流量:1〜5000sccm、
NH3供給流量:1〜5000sccm、
N2(パージガス)供給流量:10〜10000sccm、
高周波電力:50〜400W
が例示される。
The processing conditions for the
Wafer temperature: 25-400 ° C.
Processing chamber pressure: 0.1 to 250 Pa,
O 2 supply flow rate: 1 to 5000 sccm,
NH 3 supply flow rate: 1 to 5000 sccm,
N 2 (purge gas) supply flow rate: 10 to 10,000 sccm,
High frequency power: 50-400W
Is exemplified.
〔残留ガス除去工程(S307)、基板搬出工程(S308)〕
その後、上述した残留ガス除去工程(S107)と同様の工程を実施した後(S307)、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ200を、処理室201内から負圧移載室11内へ搬出する(S308)。その後、下部電極が形成されたウェハ200を、HfO2膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
[Residual gas removal step (S307), substrate unloading step (S308)]
Thereafter, after performing the same process as the above-described residual gas removing process (S107) (S307), the procedure shown in the substrate loading process (S101) and the substrate placing process (S102) is reversed. The
<上部電極の形成工程>
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図8(b)、図1〜図3を用いて説明する。
<Formation process of upper electrode>
Then, the formation process of the upper electrode which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.8 (b) and FIGS. 1-3.
〔基板搬入工程(S401)〜温度調整工程(S404)〕
下部電極上にHfO2膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ200を処理室201内に搬入し、サセプタ217上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)と同様に行う。
[Substrate Loading Step (S401) to Temperature Adjustment Step (S404)]
The
続いて、圧力調整工程(S403)、温度調整工程(S404)を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程(S103)、温度調整工程(S104)と同様に行う。 Subsequently, a pressure adjustment step (S403) and a temperature adjustment step (S404) are performed. These steps are performed in the same manner as the pressure adjustment step (S103) and the temperature adjustment step (S104) described above.
〔第2のW層形成工程(S405a〜S405e)〕
続いて、WF6供給工程(S405a)、パージ工程(S405b)、Si2H6供給工程(S405c)、パージ工程(S405d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S405e)により、熱処理がなされたHfO2膜上に所定の厚さの第2のW層を形成する。なお、工程405a〜S405eは、上述の第1のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。また、形成する第2のW層の厚
さは、例えば0.5nm以上2nm以下とする。
[Second W Layer Formation Step (S405a to S405e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S405a), the purge step (S405b), the Si 2 H 6 supply step (S405c), and the purge step (S405d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S405e). Thus, a second W layer having a predetermined thickness is formed on the heat-treated HfO 2 film. Steps 405a to S405e are performed in the same manner as the first W layer forming step (S105a to S105e) described above. The thickness of the second W layer to be formed is, for example, not less than 0.5 nm and not more than 2 nm.
〔プラズマO2および/またはNH3供給工程(S406)〕
続いて、プラズマO2および/またはNH3供給工程(S406)を実施し、形成した第2のW層をWO層、WN層、またはWON層に改質する。なお、プラズマO2および/またはNH3供給工程(S406)は、上述のプラズマO2および/またはNH3供給工程(S306)と同様に行う。
[Plasma O 2 and / or NH 3 Supply Step (S406)]
Subsequently, a plasma O 2 and / or NH 3 supply step (S406) is performed to modify the formed second W layer into a WO layer, a WN layer, or a WON layer. The plasma O 2 and / or NH 3 supply step (S406) is performed in the same manner as the plasma O 2 and / or NH 3 supply step (S306).
〔パージ工程(S407)〕
続いて、パージ工程(S407)を実施して、処理室201内に残留しているO2および/またはNH3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。パージ工程(S407)は上述の残留ガス除去工程(S107)と同様に行う。
[Purge process (S407)]
Subsequently, a purge step (S407) is performed to remove O 2 and / or NH 3 gas and reaction byproducts remaining in the
〔第3のW層形成工程(S408a〜S408e)〕
続いて、WF6供給工程(S408a)、パージ工程(S408b)、Si2H6供給工程(S408c)、パージ工程(S408d)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程(S408e)により、第2のW層が改質されたWO層、WN層、またはWON層上に、所定の厚さの第3のW層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのWO層、WN膜、またはWON層と、所定の厚さの第3のW層とが積層してなり、底面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜として構成される。なお、工程408a〜S408eは、上述の第1のW層形成工程(S105a〜S105e)と同様に行う。
[Third W Layer Formation Step (S408a to S408e)]
Subsequently, the WF 6 supply step (S408a), the purge step (S408b), the Si 2 H 6 supply step (S408c), and the purge step (S408d) are set as one cycle, and this cycle is executed a predetermined number of times (S408e). Thus, a third W layer having a predetermined thickness is formed on the WO layer, the WN layer, or the WON layer in which the second W layer is modified to form an upper electrode. The upper electrode is formed by stacking a WO layer, WN film, or WON layer having a predetermined thickness and a third W layer having a predetermined thickness, and the bottom surface is changed to a WO layer, a WN layer, or a WON layer. It is configured as a quality W film. Steps 408a to S408e are performed in the same manner as the first W layer forming step (S105a to S105e) described above.
〔残留ガス除去工程(S409)、基板搬出工程(S410)〕
その後、上述した残留ガス除去工程(S107)と同様の工程を実施した後(S409)、上述した基板搬入工程(S101)、基板載置工程(S102)に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ200を、処理室201内から負圧移載室11内へ搬出し(S410)、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
[Residual gas removing step (S409), substrate unloading step (S410)]
Then, after performing the same process as the above-mentioned residual gas removing process (S107) (S409), the procedure shown in the substrate loading process (S101) and the substrate placing process (S102) is reversed. The
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、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製造することができる。また、下部電極の形成工程が簡略化されるため、基板処理の生産性を向上させることができる。 Also in this embodiment, there exists an effect similar to the above-mentioned embodiment. That is, it is possible to manufacture a semiconductor device including a metal film having a necessary work function and oxidation resistance at low cost. In addition, since the lower electrode formation process is simplified, the productivity of substrate processing can be improved.
<本発明の更に他の実施形態>
上述の実施形態では、基板処理装置(成膜装置)として1度に1枚の基板を処理する枚葉式のALD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1度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ALD装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ALD装置について説明する。
<Still another embodiment of the present invention>
In the above-described embodiment, an example of forming a film using a single-wafer ALD apparatus that processes one substrate at a time as a substrate processing apparatus (film forming apparatus) has been described. It is not limited to. For example, the film may be formed using a batch type vertical ALD apparatus that processes a plurality of substrates at a time as a substrate processing apparatus. The vertical ALD apparatus will be described below.
図10は、本実施形態で好適に用いられる縦型ALD装置の縦型処理炉の概略構成図であり、(a)は、処理炉302部分を縦断面で示し、(b)は、処理炉302部分を図10(a)のA−A線断面図で示す。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a vertical ALD apparatus preferably used in this embodiment. FIG. 10A is a vertical sectional view of the
図10(a)に示されるように、処理炉302は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ307を有する。ヒータ307は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
As shown in FIG. 10A, the
ヒータ307の内側には、ヒータ307と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ
303が配設されている。プロセスチューブ303は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ303の筒中空部には処理室301が形成されており、基板としてのウェハ200を、後述するボート317によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
Inside the
プロセスチューブ303の下方には、プロセスチューブ303と同心円状にマニホールド309が配設されている。マニホールド309は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド309は、プロセスチューブ303に係合しており、プロセスチューブ303を支持するように設けられている。なお、マニホールド309とプロセスチューブ303との間には、シール部材としてのOリング320aが設けられている。マニホールド309がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ303は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ303とマニホールド309とにより反応容器が形成される。
A manifold 309 is disposed below the
マニホールド309には、第1ガス導入部としての第1ノズル333aと、第2ガス導入部としての第2ノズル333bとが、マニホールド309の側壁を貫通するように接続されている。第1ノズル333aと第2ノズル333bは、それぞれ水平部と垂直部とを有するL字形状であり、水平部がマニホールド309に接続され、垂直部がプロセスチューブ303の内壁とウェハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ303の下部より上部の内壁に沿って、ウェハ200の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第1ノズル333a、第2ノズル333bの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bがそれぞれ設けられている。この第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
A
第1ノズル333a、第2ノズル333bに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第1ノズル333aに原料ガス供給管213aが接続され、第2ノズル333bに酸素含有ガス供給管213b、窒素含有ガス供給管213g、およびシリコン含有ガス供給管213hが接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと、酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
The gas supply system connected to the
マニホールド309には、処理室301内の雰囲気を排気する排気管331が設けられている。排気管331には、圧力検出器としての圧力センサ345及び圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ342を介して、真空排気装置としての真空ポンプ346が接続されており、圧力センサ345により検出された圧力情報に基づきAPCバルブ342を調整することで、処理室301内の圧力が所定の圧力(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。
The manifold 309 is provided with an
マニホールド309の下方には、マニホールド309の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ319が設けられている。シールキャップ319は、マニホールド309の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ319は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ319の上面には、マニホールド309の下端と当接するシール部材としてのOリング320bが設けられている。シールキャップ319の処理室301と反対側には、後述す
るボート317を回転させる回転機構367が設置されている。回転機構367の回転軸355は、シールキャップ319を貫通して、ボート317に接続されており、ボート317を回転させることでウェハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ319は、プロセスチューブ303の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ315によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート317を処理室301内に対し搬入搬出することが可能となっている。
Below the manifold 309, a
基板保持具としてのボート317は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート317の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材318が設けられており、ヒータ307からの熱がシールキャップ319側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ303内には、温度検出器としての温度センサ363が設置されており、温度センサ363により検出された温度情報に基づきヒータ307への通電具合を調整することにより、処理室301内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ363は、第1ノズル333a及び第2ノズル333bと同様に、プロセスチューブ303の内壁に沿って設けられている。
The
制御部(制御手段)であるコントローラ380は、APCバルブ342、ヒータ307、温度センサ363、真空ポンプ346、回転機構367、ボートエレベータ315、ゲートバルブ44、負圧移載機11、サブヒータ206a、バルブva1〜va5,vb1〜vb3,vc1〜vc3,ve1〜ve3,vg1〜vg3,vh1〜vh3、マスフローコントローラ222a,222b,222c,222e,222g,222h等の動作を制御する。
The
次に、上記構成にかかる縦型ALD装置の処理炉302を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ウェハ200上に下部電極又は上部電極を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、縦型ALD装置を構成する各部の動作は、コントローラ380により制御される。
Next, an example in which the lower electrode or the upper electrode is formed on the
複数枚のウェハ200をボート317に装填(ウェハチャージ)する。そして、図10(a)に示すように、複数枚のウェハ200を保持したボート317を、ボートエレベータ315によって持ち上げて処理室301内に搬入(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ319はOリング320bを介してマニホールド309の下端をシールした状態となる。
A plurality of
処理室301内が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ346によって処理室301内を真空排気する。この際、処理室301内の圧力を圧力センサ345で測定して、この測定された圧力に基づき、APCバルブ342をフィードバック制御する。また、処理室301内が所望の温度となるように、ヒータ307によって加熱する。この際、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。
The inside of the
その後、上述の実施形態に係る下部電極又は上部電極の形成工程を実施することにより、ウェハ200上に、表面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜(下部電極)、又は底面がWO層、WN層、またはWON層に改質されたW膜(上部電極)を形成する。
Thereafter, a W film (lower electrode) whose surface is modified into a WO layer, a WN layer, or a WON layer on the
その後、ボートエレベータ315によりシールキャップ319を下降させて、マニホー
ルド309の下端を開口させるとともに、下部電極又は上部電極が形成された後のウェハ200を、ボート317に保持させた状態でマニホールド309の下端からプロセスチューブ303の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済のウェハ200をボート317より取り出す(ウェハディスチャージ)。
Thereafter, the
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、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製造することができる。 Also in this embodiment, there exists an effect similar to the above-mentioned embodiment. That is, it is possible to manufacture a semiconductor device including a metal film having a necessary work function and oxidation resistance at low cost.
<本発明の更に他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Still another embodiment of the present invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
例えば、上述の実施形態では、金属膜としてW膜を形成し、W膜の底面もしくは表面をWO膜、WN膜、WON膜に改質する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、金属膜としてWN膜を形成し、WN膜の底面もしくは表面をWON膜に改質する場合や、金属膜として窒化チタニウム(TiN)膜を形成し、TiN膜の底面もしくは表面をTiN膜に改質する場合にも好適に適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the case where the W film is formed as the metal film and the bottom surface or the surface of the W film is modified to the WO film, the WN film, or the WON film has been described. However, the present invention is limited to such a form. First, when a WN film is formed as a metal film and the bottom or surface of the WN film is modified to a WON film, a titanium nitride (TiN) film is formed as the metal film, and the bottom or surface of the TiN film is changed to a TiN film. The present invention can also be suitably applied when reforming.
また、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてHfO2膜を形成する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、高誘電率絶縁膜として例えばHfSiO膜、HfAlO膜、ZrO2膜、ZrSiO膜、ZrAlO膜、TiO2膜、Nb2O5膜、Ta2O5膜、SrTiO膜、BaSrTiO膜、PZT膜を形成したり、これらを組み合わせたり混合させたりした膜を形成する場合にも好適に適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the HfO 2 film is formed as the high dielectric constant insulating film has been described. However, the present invention is not limited to such a form, and examples of the high dielectric constant insulating film include an HfSiO film, an HfAlO film, and a ZrO film. Two films, ZrSiO film, ZrAlO film, TiO 2 film, Nb 2 O 5 film, Ta 2 O 5 film, SrTiO film, BaSrTiO film, PZT film are formed, or a film in which these are combined or mixed is formed The present invention can also be suitably applied to cases.
また、上述の実施形態では、酸素含有ガス(酸化源)としてO2ガスを用い、窒素含有ガス(窒化源)としてNH3ガスを用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、酸化源としてO2ガスの代わりにO3ガスやH2Oガスを用いてもよく、窒化源としてNH3ガスの代わりにN2ガスを用いてもよい。 Further, in the embodiment described above, using O 2 gas as an oxygen-containing gas (oxidizing source) has described the case of using NH 3 gas as the nitrogen-containing gas (nitriding source), the present invention is not limited to the embodiment according. For example, may be used the O 3 gas and the H 2 O gas in place of the O 2 gas as an oxidizing source, it may be used N 2 gas instead of NH 3 gas as a nitriding source.
また、上述の実施形態では、下部電極及び上部電極の形成、高誘電率絶縁膜の形成、熱処理をそれぞれ別々の処理容器により行うこととしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、下部電極、上部電極、高誘電率絶縁膜の形成を同一の処理容器内にて行うこととしてもよく、さらに、高誘電率絶縁膜の形成と熱処理とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。 In the above-described embodiment, the formation of the lower electrode and the upper electrode, the formation of the high dielectric constant insulating film, and the heat treatment are performed by separate processing containers, but the present invention is not limited to such a form. That is, the formation of the lower electrode, the upper electrode, and the high dielectric constant insulating film may be performed in the same processing container, and further, the formation of the high dielectric constant insulating film and the heat treatment are performed in the same processing container. It is good as well.
<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、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
Performing a process of forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate by supplying and exhausting a processing gas into the processing container;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
In the step of performing the treatment, an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas is activated with heat or plasma and supplied and exhausted in the treatment container during or after the formation of the metal film. A method of manufacturing a semiconductor device is provided in which the bottom surface or the surface of the metal film is modified to a conductive metal oxide layer, a conductive metal nitride layer, or a conductive metal oxynitride layer.
好ましくは、前記導電性の金属酸化層、前記導電性の金属窒化層または前記導電性の金属酸窒化層の厚さを0.5nm以上2nm以下とする。 Preferably, the conductive metal oxide layer, the conductive metal nitride layer, or the conductive metal oxynitride layer has a thickness of 0.5 nm to 2 nm.
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を5%以上20%以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を5%以上10%以下とする。
Preferably, the oxygen concentration of the conductive metal oxide layer is 5% or more and 20% or less.
Preferably, the oxygen concentration of the conductive metal oxide layer is 5% or more and 10% or less.
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を5%以上20%以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を5%以上10%以下とする。
Preferably, the conductive metal nitride layer has a nitrogen concentration of 5% to 20%.
Preferably, the nitrogen concentration of the conductive metal nitride layer is 5% or more and 10% or less.
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を5%以上20%以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を5%以上10%以下とする。
Preferably, the total concentration of oxygen and nitrogen in the conductive metal oxynitride layer is 5% to 20%.
Preferably, the total concentration of oxygen and nitrogen in the conductive metal oxynitride layer is 5% to 10%.
また好ましくは、前記金属膜がW膜であり、前記導電性の金属酸化層がWO層である。
また好ましくは、前記金属膜がW膜であり、前記導電性の金属窒化層がWN層である。
また好ましくは、前記金属膜がW膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がWON層である。
Preferably, the metal film is a W film, and the conductive metal oxide layer is a WO layer.
Preferably, the metal film is a W film, and the conductive metal nitride layer is a WN layer.
Preferably, the metal film is a W film, and the conductive metal oxynitride layer is a WON layer.
また好ましくは、前記金属膜がWN膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がWON層である。
また好ましくは、前記金属膜がTiN膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がTiON層である。
Preferably, the metal film is a WN film, and the conductive metal oxynitride layer is a WON layer.
Preferably, the metal film is a TiN film, and the conductive metal oxynitride layer is a TiON layer.
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
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に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A processing gas supply system for supplying a processing gas into the processing container;
A reaction gas supply system for supplying an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas activated by heat or plasma;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A process gas is supplied to the process vessel containing the substrate and exhausted to perform a process of forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate. At that time, the metal film is being formed or the metal After the film is formed, an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas is activated with heat or plasma and supplied and exhausted into the processing container, so that the bottom surface or the surface of the metal film is electrically conductive metal oxide layer, conductive A control unit for controlling the processing gas supply system, the reaction gas supply system, and the exhaust system so as to be modified into a conductive metal nitride layer or a conductive metal oxynitride layer;
A substrate processing apparatus is provided.
200 ウェハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
280 コントローラ(制御部)
200 wafer (substrate)
201
Claims (2)
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Carrying a substrate into a processing container;
Performing a process of forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate by supplying and exhausting a processing gas into the processing container;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
In the step of performing the treatment, an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas is activated with heat or plasma and supplied and exhausted in the treatment container during or after the formation of the metal film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the bottom surface or the surface of the metal film is modified into a conductive metal oxide layer, a conductive metal nitride layer, or a conductive metal oxynitride layer.
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
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に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび/または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing container for containing a substrate;
A processing gas supply system for supplying a processing gas into the processing container;
A reaction gas supply system for supplying an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas activated by heat or plasma;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A process gas is supplied to the process vessel containing the substrate and exhausted to perform a process of forming a metal film having a predetermined thickness on the substrate. At that time, the metal film is being formed or the metal After the film is formed, an oxygen-containing gas and / or a nitrogen-containing gas is activated with heat or plasma and supplied and exhausted into the processing container, so that the bottom surface or the surface of the metal film is electrically conductive metal oxide layer, conductive A control unit for controlling the processing gas supply system, the reaction gas supply system, and the exhaust system so as to be modified into a conductive metal nitride layer or a conductive metal oxynitride layer;
A substrate processing apparatus comprising:
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