JP2012134311A - Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2012134311A
JP2012134311A JP2010284827A JP2010284827A JP2012134311A JP 2012134311 A JP2012134311 A JP 2012134311A JP 2010284827 A JP2010284827 A JP 2010284827A JP 2010284827 A JP2010284827 A JP 2010284827A JP 2012134311 A JP2012134311 A JP 2012134311A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
containing gas
processing chamber
oxygen
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010284827A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirohisa Yamazaki
裕久 山崎
Arihito Ogawa
有人 小川
Hideji Itaya
秀治 板谷
Shintaro Ogura
慎太郎 小倉
Yuji Takebayashi
雄二 竹林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority to JP2010284827A priority Critical patent/JP2012134311A/en
Publication of JP2012134311A publication Critical patent/JP2012134311A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit oxidation of an underlying electrode when a metal oxide film is formed by using a strongly oxidative oxygen-containing gas.SOLUTION: A step of forming a first metal oxide layer 510 immediately above an electrode 610 by performing: a step of supplying at least one type of metal content gas in a processing chamber and discharging the gas to form an absorption layer of the metal content gas on an electrode 610 and a step of subsequently supplying a first oxygen-containing gas in the processing chamber; and a step of forming a second metal oxide layer 560 on the first metal oxide layer 510 by performing: a step of supplying the metal content gas in the processing chamber and discharging the gas to form an absorption layer of the metal content gas on the first metal oxide layer 510 and a step of subsequently supplying a second oxygen-containing gas having an oxidation power stronger than that of the first oxygen-containing gas in the processing chamber; are sequentially performed in this order.

Description

本発明は、半導体デバイス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を推進するため、ゲート絶縁膜を例えばHfO膜(ハフニウム酸化膜)等の誘電率の高い金属酸化膜(High−k膜)で形成するとともに、ゲート電極を例えばTiN膜(チタン窒化膜)等の金属膜で形成するHigh−k/Metalゲート構造の採用が検討されている。   In order to promote high integration and high performance of a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor), a metal oxide film (High-k film) having a high dielectric constant such as an HfO film (hafnium oxide film) is used as a gate insulating film. And a high-k / metal gate structure in which the gate electrode is formed of a metal film such as a TiN film (titanium nitride film) has been studied.

また、DRAM(Dynamic Random Access Memory)においては、例えばHfO膜等の金属酸化膜で形成したキャパシタ絶縁膜を、例えばTiN膜等の金属膜で形成したキャパシタ電極で上下から挟んだMIM(Metal Insulator Metal)構造を有するキャパシタの採用が検討されている。   In a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a MIM (Metal Insulator Metal) is formed by sandwiching a capacitor insulating film formed of a metal oxide film such as an HfO film from above and below with a capacitor electrode formed of a metal film such as a TiN film. ) Adoption of a capacitor having a structure is being studied.

ゲート絶縁膜やキャパシタ絶縁膜を構成する金属酸化膜は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法により形成することができる。すなわち、基板を収容した処理室内に金属含有ガス及び酸素含有ガスを供給することにより形成することができる。   The metal oxide film constituting the gate insulating film and the capacitor insulating film can be formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method. That is, it can be formed by supplying a metal-containing gas and an oxygen-containing gas into a processing chamber containing a substrate.

しかしながら、酸化力の強いO(オゾン)ガス等を酸素含有ガスとして用いて金属酸化膜を形成すると、下地のゲート電極やキャパシタ電極(以下単に「電極」とも呼ぶ)が酸素含有ガスにより酸化されてしまい、表面に低誘電率層が形成され、EOT(等価酸化膜厚)の増加を招いてしまうことがあった。そして、半導体デバイスの電気的特性を劣化させてしまうことがあった。 However, when a metal oxide film is formed using O 3 (ozone) gas or the like having a strong oxidizing power as an oxygen-containing gas, the underlying gate electrode and capacitor electrode (hereinafter also simply referred to as “electrode”) are oxidized by the oxygen-containing gas. As a result, a low dielectric constant layer is formed on the surface, leading to an increase in EOT (equivalent oxide film thickness). As a result, the electrical characteristics of the semiconductor device may be deteriorated.

酸素含有ガスによる酸化を抑制するよう、例えばRu(ルテニウム)等の金属を用いて電極を形成することも考えられる。しかしながら、Ruは高価な金属であり、製造コストの増大を招いてしまう。また、高品質なRu膜を形成する技術が確立されておらず、この面からもRuを電極の材料として採用することは困難である。   It is also conceivable to form the electrode using a metal such as Ru (ruthenium) so as to suppress oxidation by the oxygen-containing gas. However, Ru is an expensive metal and causes an increase in manufacturing cost. Further, a technique for forming a high-quality Ru film has not been established, and it is difficult to adopt Ru as an electrode material also from this aspect.

本発明は、酸化力が強い酸素含有ガスを用いて金属酸化膜を形成する際に、下地の電極の酸化を抑制することが可能な半導体デバイスの製造方法、及び基板処理装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of suppressing oxidation of an underlying electrode when a metal oxide film is formed using an oxygen-containing gas having strong oxidizing power. Objective.

本発明の一態様は、電極が形成された基板を処理室内に搬入する基板搬入工程と、前記基板の前記電極の直上に金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、前記金属酸化膜が形成された前記基板を前記処理室内から搬出する基板搬出工程と、を有し、前記金属酸化膜形成工程では、前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記電極上に第1の金属酸化層を形成する第1の工程と、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成する第2の工程と、を順に実施する半導体デバイスの製造方法である。   In one embodiment of the present invention, a substrate carrying-in step of carrying a substrate on which an electrode is formed into a processing chamber, a metal oxide film forming step of forming a metal oxide film directly on the electrode of the substrate, and the metal oxide film A substrate unloading step of unloading the formed substrate from the processing chamber, and in the metal oxide film forming step, supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber; Supplying a first oxygen-containing gas, forming a first metal oxide layer on the electrode, supplying the metal-containing gas into the processing chamber, and And supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber to form a second metal oxide layer on the first metal oxide layer. A semiconductor device for sequentially performing the second step. It is a method of manufacture.

本発明の他の態様は、電極が形成された基板を収容する処理室と、前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系と、前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する第1の酸素含有ガス供給系と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する第2の酸素含有ガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記電極の直上に第1の金属酸化層を形成し、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成して金属酸化膜を形成するように前記金属含有ガス供給系、前記第1の酸素含有ガス供給系、前記第2の酸素含有ガス供給系、及び排気系を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1の金属酸化層を形成する処理と、前記第2の金属酸化層を形成する処理と、を同一の前記処理室内で連続して行わせる基板処理装置である。   According to another aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that houses a substrate on which an electrode is formed, a metal-containing gas supply system that supplies at least one metal-containing gas into the processing chamber, and a first oxygen in the processing chamber. A first oxygen-containing gas supply system for supplying a containing gas; and a second oxygen-containing gas supply system for supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber. Performing an exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber, a process for supplying the metal-containing gas into the processing chamber, and a process for supplying the first oxygen-containing gas into the processing chamber, A first metal oxide layer is formed immediately above, a process of supplying the metal-containing gas into the processing chamber, and a process of supplying the second oxygen-containing gas into the processing chamber are performed, and the first Forming a second metal oxide layer on the metal oxide layer; A control unit for controlling the metal-containing gas supply system, the first oxygen-containing gas supply system, the second oxygen-containing gas supply system, and an exhaust system so as to form a metal oxide film, and The control unit is a substrate processing apparatus that continuously performs the process of forming the first metal oxide layer and the process of forming the second metal oxide layer in the same processing chamber.

本発明によれば、酸化力が強い酸素含有ガスを用いて金属酸化膜を形成する際に、下地の電極の酸化を抑制することが可能となる。   According to the present invention, when forming a metal oxide film using an oxygen-containing gas having strong oxidizing power, it is possible to suppress oxidation of the underlying electrode.

本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る処理炉の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a schematic structure of a processing furnace concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る処理炉の概略構成図であり、図1に示すA−A線における横断面図である。It is a schematic block diagram of the processing furnace which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and is a cross-sectional view in the AA line shown in FIG. HfO膜の結晶構造の概略を示す図であり、(A)は単斜晶系の結晶構造を、(B)は正方晶系の結晶構造をそれぞれ示している。It is a figure which shows the outline of the crystal structure of a HfO film | membrane, (A) has shown the monoclinic crystal structure, (B) has shown the tetragonal crystal structure, respectively. 結晶構造と誘電率との関係について示す模式図である。It is a schematic diagram shown about the relationship between a crystal structure and a dielectric constant. 本発明の第1の実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の模式図である。1 is a schematic diagram of a capacitor structure of a DRAM according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の製造工程のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing process of the capacitor structure of DRAM which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the formation process of the capacitor insulating film which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程のガス供給に係るタイミング図である。FIG. 3 is a timing chart relating to gas supply in the capacitor insulating film forming step according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の模式図である。It is a schematic diagram of the capacitor structure of the DRAM according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the formation process of the capacitor insulating film which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the formation process of the capacitor insulating film which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程のガス供給に係るタイミング図である。FIG. 6 is a timing chart relating to gas supply in a capacitor insulating film forming process according to a second embodiment of the present invention. Oガス及びOガスを用いて形成したHfO膜、及びHOガスのみを用いて形成したHfO膜の膜特性を示すグラフ図である。Is a graph showing the H 2 O gas and the O 3 gas HfO film formed using, and H 2 O film properties HfO film was formed using only gas. Oガス及びOガスを用いて形成したHfAlO膜、及びOガスのみを用いて形成したHfAlO膜の膜特性を示すグラフ図である。It is a graph showing the H 2 O gas and O 3 HfAlO film formed by using a gas, and O 3 film properties HfAlO film formed by using only gas.

<本発明の第1の実施形態>
(1)基板処理装置の構成
まず、本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置101の構成例について、図1を用いて説明する。
<First Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, a configuration example of a substrate processing apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本実施形態に係る基板処理装置101の概略構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る基板処理装置101は筐体111を備えている。Si(シリコン)等からなる基板としてのウエハ200を筐体111内外へ搬送するには、複数のウエハ200を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット110が使用される。筐体111内側の前方(図中の右側)には、カセットステージ(基板収納容器受渡し台)114が設けられている。カセット110は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ114上に載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 101 according to this embodiment includes a housing 111. In order to transport the wafer 200 as a substrate made of Si (silicon) or the like into or out of the casing 111, a cassette 110 as a wafer carrier (substrate storage container) that stores a plurality of wafers 200 is used. A cassette stage (substrate storage container delivery table) 114 is provided in front of the housing 111 (on the right side in the drawing). The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown), and is carried out of the casing 111 from the cassette stage 114.

カセット110は、工程内搬送装置によって、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。カセットステージ114は、カセット110を筐体111の後方に向けて縦方向に90°回転させ、カセット110内のウエハ200を水平姿勢とさせ、カセット110のウエハ出し入れ口を筐体111内の後方に向かせることが可能なように構成されている。   The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward by the in-process transfer device. The cassette stage 114 rotates the cassette 110 90 degrees in the vertical direction toward the rear of the casing 111 to bring the wafer 200 in the cassette 110 into a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is positioned in the rear of the casing 111. It is configured to be able to face.

筐体111内の前後方向の略中央部には、カセット棚(基板収納容器載置棚)105が設置されている。カセット棚105には、複数段、複数列にて複数個のカセット110が保管されるように構成されている。カセット棚105には、後述するウエハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される移載棚123が設けられている。また、カセットステージ114の上方には、予備カセット棚107が設けられ、予備的にカセット110を保管するように構成されている。   A cassette shelf (substrate storage container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the housing 111. The cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which a cassette 110 to be transferred by a wafer transfer mechanism 125 described later is stored. Further, a preliminary cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.

カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置(基板収納容器搬送装置)118が設けられている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ(基板収納容器昇降機構)118aと、カセット110を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収納容器搬送機構)118bと、を備えている。これらカセットエレベータ118aとカセット搬送機構118bとの連携動作により、カセットステージ114、カセット棚105、予備カセット棚107、移載棚123の間で、カセット110を搬送するように構成されている。   A cassette transfer device (substrate container transfer device) 118 is provided between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate storage container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate storage container transport mechanism) as a transport mechanism that can move horizontally while holding the cassette 110. 118b. The cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, the spare cassette shelf 107, and the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the cassette elevator 118a and the cassette transport mechanism 118b.

カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構(基板移載機構)125が設けられている。ウエハ移載機構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置(基板移載装置)125aと、ウエハ移載装置125aを昇降させるウエハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bと、を備えている。なお、ウエハ移載装置125aは、ウエハ200を水平姿勢で保持するツイーザ(基板移載用治具)125cを備えている。これらウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連携動作により、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からピックアップして後述するボート(基板保持具)217へ装填(ウエハチャージ)したり、ウエハ200をボート217から脱装(ウエハディスチャージ)して移載棚123上のカセット110内へ収納したりするように構成されている。   A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is provided behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device (substrate transfer device) 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator (substrate transfer device) that moves the wafer transfer device 125a up and down. Elevating mechanism) 125b. The wafer transfer device 125a includes a tweezer (substrate transfer jig) 125c that holds the wafer 200 in a horizontal posture. The wafer 200 is picked up from the cassette 110 on the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b, and loaded into a boat (substrate holder) 217 described later (wafer charge). The wafer 200 is removed from the boat 217 (wafer discharge) and stored in the cassette 110 on the transfer shelf 123.

筐体111の後部上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端には開口(炉口)が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ(炉口開閉機構)147により開閉されるように構成されている。なお、処理炉202の構成については後述する。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 111. An opening (furnace port) is provided at the lower end of the processing furnace 202, and the opening is opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 147. The configuration of the processing furnace 202 will be described later.

処理炉202の下方には、ボート217を昇降させて処理炉202内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ(基板保持具昇降機構)115が設けられている。ボートエレベータ115の昇降台には、連結具としてのアーム128が設けられている。アーム128上には、ボート217を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115によりボート217が上昇したときに処理炉202の下端を気密に閉塞する蓋体としての円盤状のシールキャップ219が水平姿勢で設けられている。   Below the processing furnace 202, a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 115 is provided as a lifting mechanism that lifts and lowers the boat 217 and transports the boat 217 into and out of the processing furnace 202. The elevator 128 of the boat elevator 115 is provided with an arm 128 as a connecting tool. On the arm 128, a disc-shaped seal cap 219 as a lid that supports the boat 217 vertically and hermetically closes the lower end of the processing furnace 202 when the boat 217 is raised by the boat elevator 115 is in a horizontal posture. Is provided.

ボート217は複数本の保持部材を備えており、複数枚(例えば、50枚〜150枚程度)のウエハ200を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート217の詳細な構成については後述する。   The boat 217 includes a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are aligned in the vertical direction in a horizontal posture and in a state where the centers thereof are aligned in multiple stages. Configured to hold. The detailed configuration of the boat 217 will be described later.

カセット棚105の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット134aが設けられている。クリーンユニット134aは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体111の内部に流通させるように構成されている。   Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a having a supply fan and a dustproof filter is provided. The clean unit 134a is configured to circulate clean air, which is a cleaned atmosphere, inside the casing 111.

また、ウエハ移載装置エレベータ125bおよびボートエレベータ115側と反対側である筐体111の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置125a及びボート217の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体111の外部に排気されるように構成されている。   Further, a clean unit (not shown) provided with a supply fan and a dustproof filter so as to supply clean air to the left end portion of the casing 111 opposite to the wafer transfer device elevator 125b and the boat elevator 115 side. Is installed. Clean air blown out from the clean unit (not shown) is configured to be sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted to the outside of the casing 111 after circulating around the wafer transfer device 125a and the boat 217. ing.

(2)基板処理装置の動作
次に、本実施形態に係る基板処理装置101の動作について説明する。
(2) Operation of Substrate Processing Apparatus Next, the operation of the substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment will be described.

まず、カセット110が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ200が垂直姿勢となりカセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、筐体111の後方に向けて縦方向に90°回転させられる。その結果、カセット110内のウエハ200は水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口は筐体111内の後方を向く。   First, the cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) so that the wafer 200 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 ° in the vertical direction toward the rear of the casing 111 by the cassette stage 114. As a result, the wafer 200 in the cassette 110 assumes a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces rearward in the housing 111.

カセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105ないし予備カセット棚107の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚105又は予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは直接移載棚123に搬送される。   The cassette 110 is automatically transported to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 by the cassette transporting device 118, delivered, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf. The sample is transferred from 107 to the transfer shelf 123 or directly transferred to the transfer shelf 123.

カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200は、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット110からピックアップされ、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連携動作によって移載棚123の後方にあるボート217に装填(ウエハチャージ)される。ボート217にウエハ200を受け渡したウエハ移載機構125は、カセット110に戻り、次のウエハ200をボート217に装填する。   When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a, and the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b are picked up. Are loaded (wafer charged) into the boat 217 behind the transfer shelf 123. The wafer transfer mechanism 125 that has transferred the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 200 into the boat 217.

予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填されると、炉口シャッタ147によって閉じられていた処理炉202の下端が開放される。続いて、シールキャップ219がボートエレベータ115によって上昇されることにより、ウエハ200群を保持したボート217が処理炉202内へ搬入(ボートロード)される。ボートロード後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ200およびカセット110は、上述の手順とは逆の手順で筐体11
1の外部へ払出される。
When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the lower end of the processing furnace 202 closed by the furnace port shutter 147 is opened. Subsequently, as the seal cap 219 is raised by the boat elevator 115, the boat 217 holding the wafers 200 is loaded into the processing furnace 202 (boat loading). After boat loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. Such processing will be described later. After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are stored in the casing 11 in a procedure reverse to the above procedure.
1 is paid out.

(3)処理炉の構成
続いて、本実施形態に係る処理炉202の構成について、図2、図3を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る処理炉202の概略構成を示す縦断面図である。図3は、本実施形態に係る処理炉202の概略構成を示す図であり、図1に示すA−A線における横断面図である。
(3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the processing furnace 202 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the processing furnace 202 according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the processing furnace 202 according to the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.

(処理室)
本実施形態に係る処理炉202は、複数枚のウエハ200を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室201を内部空間に構成する反応管203と、マニホールド209とを備えている。反応管203は、例えばSiO(石英)やSiC(炭化珪素)等の耐熱性を有する非金属材料から構成されている。反応管203は、上端が閉塞され下端が開放されて構成されている。マニホールド209は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端及び下端が開放された円筒形状となっている。反応管203は、マニホールド209により下端側から縦向きに支持されている。反応管203及びマニホールド209は、互いに同心円状に配置されている。マニホールド209の下端(炉口)は、上述したボートエレベータ115が上昇した際に、シールキャップ219により気密に封止されるように構成されている。マニホールド209の下端とシールキャップ219との間には、処理室201内を気密に封止する封止部材としてのOリング220が設けられている。
(Processing room)
The processing furnace 202 according to the present embodiment includes a reaction tube 203 that configures an internal space of a processing chamber 201 that accommodates a plurality of wafers 200 stacked in a horizontal posture, and a manifold 209. The reaction tube 203 is made of a nonmetallic material having heat resistance such as SiO 2 (quartz) or SiC (silicon carbide). The reaction tube 203 is configured such that the upper end is closed and the lower end is opened. The manifold 209 is made of, for example, a metal material such as SUS, and has a cylindrical shape with an open upper end and a lower end. The reaction tube 203 is supported vertically from the lower end side by the manifold 209. The reaction tube 203 and the manifold 209 are arranged concentrically with each other. The lower end (furnace port) of the manifold 209 is configured to be hermetically sealed by a seal cap 219 when the above-described boat elevator 115 is raised. Between the lower end of the manifold 209 and the seal cap 219, an O-ring 220 is provided as a sealing member that hermetically seals the inside of the processing chamber 201.

反応管203内(処理室201内)には基板保持具としてのボート217が下方から挿入されるように構成されている。反応管203及びマニホールド209の内径は、ウエハ200を装填したボート217の最大外径よりも大きくなるように構成されている。   A boat 217 as a substrate holder is inserted into the reaction tube 203 (inside the processing chamber 201) from below. The inner diameters of the reaction tube 203 and the manifold 209 are configured to be larger than the maximum outer diameter of the boat 217 loaded with the wafers 200.

基板保持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ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支持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、後述のヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるよう構成されている。なお、断熱部材218は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これらを水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。回転軸255は、処理室201内の気密を保持しつつ、シールキャップ219の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ219の下方には、回転軸255を回転させる回転機構267が設けられている。回転機構267により回転軸255を回転させることにより、処理室201内の気密を保持したまま、複数枚のウエハ200を搭載したボート217を回転させることが出来るように構成されている。   A boat 217 as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is configured to support a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and aligned in a state where the centers are aligned with each other in multiple stages. ing. A heat insulating member 218 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from a heater 207 described later is not easily transmitted to the seal cap 219 side. Yes. The heat insulating member 218 may be constituted by a plurality of heat insulating plates made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide, and a heat insulating plate holder that supports them in a horizontal posture in multiple stages. The rotation shaft 255 is provided so as to penetrate the center portion of the seal cap 219 while maintaining airtightness in the processing chamber 201. A rotation mechanism 267 that rotates the rotation shaft 255 is provided below the seal cap 219. By rotating the rotation shaft 255 by the rotation mechanism 267, the boat 217 on which a plurality of wafers 200 are mounted can be rotated while maintaining the airtightness in the processing chamber 201.

反応管203の外周には、反応管203と同心円状に加熱ユニットとしてのヒータ207が設けられている。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース210に支持されることにより垂直に据え付けられている。処理室201内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されている。ヒータ207は、温度センサ263により検出された温度情報に基づいて通電具合が調整されるように構成されている。これにより、処理室201内が所望の温度分布に加熱されるよう構成されている。   A heater 207 as a heating unit is provided on the outer periphery of the reaction tube 203 concentrically with the reaction tube 203. The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base 210 as a holding plate. In the processing chamber 201, a temperature sensor 263 is installed as a temperature detector. The heater 207 is configured to adjust the energization state based on temperature information detected by the temperature sensor 263. Thereby, the inside of the processing chamber 201 is configured to be heated to a desired temperature distribution.

(ノズル)
マニホールド209には、ガス供給ノズル233,234,235が設けられている。ガス供給ノズル233,234,235は、垂直部と水平部とを有するL字形状にそれぞれ構成されている。なお、図3に示すように、ガス供給ノズル233,234,235は、処理室201の周方向に沿ってそれぞれ配設されている。
(nozzle)
The manifold 209 is provided with gas supply nozzles 233, 234 and 235. The gas supply nozzles 233, 234, and 235 are each configured in an L shape having a vertical portion and a horizontal portion. As shown in FIG. 3, the gas supply nozzles 233, 234, and 235 are respectively disposed along the circumferential direction of the processing chamber 201.

ガス供給ノズル233,234,235の垂直部は、それぞれ、下流端がボート217の上端付近まで到達するよう処理室201の上部まで延びた構成となっている。ガス供給ノズル233,234,235の垂直部側面には、複数のガス噴出口233a,234a,235aがそれぞれ設けられている。ガス噴出口233a,234a,235aは、ウエハ200の積層方向(鉛直方向)に沿って、それぞれのウエハ200に対応する位置(高さ位置)に開設されている。また、ガス噴出口233a,234a,235aの開口径は、処理室201内の反応ガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。ガス供給ノズル233,234,235の水平部は、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。   The vertical portions of the gas supply nozzles 233, 234, and 235 are each configured to extend to the upper portion of the processing chamber 201 so that the downstream end reaches the vicinity of the upper end of the boat 217. A plurality of gas outlets 233a, 234a, and 235a are provided on the side surfaces of the vertical portions of the gas supply nozzles 233, 234, and 235, respectively. The gas outlets 233a, 234a, and 235a are provided at positions (height positions) corresponding to the respective wafers 200 along the stacking direction (vertical direction) of the wafers 200. Further, the opening diameters of the gas outlets 233a, 234a, 235a can be appropriately adjusted so as to optimize the flow rate distribution and velocity distribution of the reaction gas in the processing chamber 201, and may be the same from the lower part to the upper part. You may enlarge gradually from lower part to upper part. The horizontal portions of the gas supply nozzles 233, 234, and 235 are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.

(金属含有ガス供給系)
マニホールド209の側壁から突出したガス供給ノズル233の上流端には、金属含有ガスとしてのTMA(Tri−Methyl−aluminium:Al(CH)ガスを供給する第1金属含有ガス供給管240aの下流端が接続されている。第1金属含有ガス供給管240aの上流端には、例えば金属含有ガスとしてのTMAガスの原料となる液体TMAを貯留する液体原料タンク260が接続されている。具体的には、第1金属含有ガス供給管240aの上流端は、液体原料タンク260内であって液体TMAの液面の上方に配置されている。第1金属含有ガス供給管240aには、バルブ250aが設けられている。第1金属含有ガス供給管240aには、ヒータ281が設けられている。ヒータ281は、気化されたTMAガスが第1金属含有ガス供給管240a内で再液化されないよう、第1金属含有ガス供給管240a内を、例えば50℃以上60℃以下に加熱するように構成されている。
(Metal-containing gas supply system)
At the upstream end of the gas supply nozzle 233 protruding from the side wall of the manifold 209, a first metal-containing gas supply pipe 240a that supplies TMA (Tri-Methyl-aluminum: Al (CH 3 ) 3 ) gas as a metal-containing gas is provided. The downstream end is connected. Connected to the upstream end of the first metal-containing gas supply pipe 240a is a liquid source tank 260 that stores liquid TMA that is a source of TMA gas as a metal-containing gas, for example. Specifically, the upstream end of the first metal-containing gas supply pipe 240a is disposed in the liquid source tank 260 and above the liquid surface of the liquid TMA. The first metal-containing gas supply pipe 240a is provided with a valve 250a. A heater 281 is provided in the first metal-containing gas supply pipe 240a. The heater 281 is configured to heat the inside of the first metal-containing gas supply pipe 240a to, for example, 50 ° C. or more and 60 ° C. or less so that the vaporized TMA gas is not re-liquefied in the first metal-containing gas supply pipe 240a. ing.

液体原料タンク260の上流側には、液体原料タンク260内に不活性ガス等のキャリアガスを供給する第1キャリアガス供給管239aの下流端が接続されている。具体的には、第1キャリアガス供給管239aの下流端は、液体原料タンク260内の液体TMA内に浸されている。第1キャリアガス供給管239aには、上流側から順に、不活性ガスを供給するキャリアガス供給源(図示せず)、マスフローコントローラ241a、バルブ252aが設けられている。   A downstream end of a first carrier gas supply pipe 239 a that supplies a carrier gas such as an inert gas into the liquid source tank 260 is connected to the upstream side of the liquid source tank 260. Specifically, the downstream end of the first carrier gas supply pipe 239a is immersed in the liquid TMA in the liquid source tank 260. The first carrier gas supply pipe 239a is provided with a carrier gas supply source (not shown) for supplying an inert gas, a mass flow controller 241a, and a valve 252a in order from the upstream side.

バルブ252aを開けることにより、マスフローコントローラ241aで流量調整しながら、液体原料タンク260の液体TMA内にキャリアガスが供給され、液体TMAがバブリングされる。液体TMAがバブリングされることにより、液体原料タンク260内にTMAガスが生成される。なお、液体原料タンク260内に供給されるキャリアガスの流量は、マスフローコントローラ241aにより制御され、これにより液体原料タンク260内におけるTMAガスの生成量が制御されるように構成されている。そして、バルブ250aを開けることにより、液体原料タンク260内で生成された金属含有ガスとしてのTMAガスが、第1金属含有ガス供給管240a、ガス供給ノズル233を介して処理室201内へ供給するように構成されている。   By opening the valve 252a, the carrier gas is supplied into the liquid TMA in the liquid source tank 260 while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a, and the liquid TMA is bubbled. By bubbling the liquid TMA, TMA gas is generated in the liquid raw material tank 260. Note that the flow rate of the carrier gas supplied into the liquid source tank 260 is controlled by the mass flow controller 241a, whereby the amount of TMA gas generated in the liquid source tank 260 is controlled. Then, by opening the valve 250a, the TMA gas as the metal-containing gas generated in the liquid source tank 260 is supplied into the processing chamber 201 through the first metal-containing gas supply pipe 240a and the gas supply nozzle 233. It is configured as follows.

主に、第1キャリアガス供給管239a、図示しないキャリアガス供給源、マスフローコントローラ241a、バルブ252a、液体原料タンク260、第1金属含有ガス供給管240a、バルブ250a、ヒータ281、ガス供給ノズル233、ガス噴出口233aによりTMAガス供給系が構成される。   Mainly, a first carrier gas supply pipe 239a, a carrier gas supply source (not shown), a mass flow controller 241a, a valve 252a, a liquid raw material tank 260, a first metal-containing gas supply pipe 240a, a valve 250a, a heater 281, a gas supply nozzle 233, A TMA gas supply system is configured by the gas outlet 233a.

マニホールド209の側壁から突出したガス供給ノズル234の上流端には、金属含有ガスとしてのTEMAH(テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、Hf(NEtMe))ガスを供給する第2金属含有ガス供給管240dの下流端が接続されている。第2
金属含有ガス供給管240dの上流端には、例えば金属含有ガスとしてのTEMAHガスの原料となる液体TEMAHを貯留する液体原料タンク261が接続されている。具体的には、第2金属含有ガス供給管240dの上流端は、液体原料タンク261内であって液体TEMAHの液面の上方に配置されている。第2金属含有ガス供給管240dには、バルブ250dが設けられている。第2金属含有ガス供給管240dには、ヒータ282が設けられている。ヒータ282は、気化されたTEMAHガスが第2金属含有ガス供給管240d内で再液化されないよう、第2金属含有ガス供給管240d内を、例えば130℃程度に加熱するように構成されている。
At the upstream end of the gas supply nozzle 234 protruding from the side wall of the manifold 209, downstream of the second metal-containing gas supply pipe 240 d for supplying TEMAH (tetrakisethylmethylaminohafnium, Hf (NEtMe) 4 ) gas as a metal-containing gas. The ends are connected. Second
Connected to the upstream end of the metal-containing gas supply pipe 240d is a liquid source tank 261 for storing liquid TEMAH as a source of TEMAH gas as a metal-containing gas, for example. Specifically, the upstream end of the second metal-containing gas supply pipe 240d is disposed in the liquid source tank 261 and above the liquid level of the liquid TEMAH. A valve 250d is provided in the second metal-containing gas supply pipe 240d. A heater 282 is provided in the second metal-containing gas supply pipe 240d. The heater 282 is configured to heat the inside of the second metal-containing gas supply pipe 240d to, for example, about 130 ° C. so that the vaporized TEMAH gas is not re-liquefied in the second metal-containing gas supply pipe 240d.

液体原料タンク261の上流側には、液体原料タンク261内に不活性ガス等のキャリアガスを供給する第2キャリアガス供給管239dの下流端が接続されている。具体的には、第2キャリアガス供給管239dの下流端は、液体原料タンク261内の液体TEMAH内に浸されている。第2キャリアガス供給管239dには、上流側から順に、不活性ガスを供給するキャリアガス供給源(図示せず)、マスフローコントローラ241d、バルブ252dが設けられている。   Connected to the upstream side of the liquid source tank 261 is a downstream end of a second carrier gas supply pipe 239 d that supplies a carrier gas such as an inert gas into the liquid source tank 261. Specifically, the downstream end of the second carrier gas supply pipe 239d is immersed in the liquid TEMAH in the liquid source tank 261. The second carrier gas supply pipe 239d is provided with a carrier gas supply source (not shown) for supplying an inert gas, a mass flow controller 241d, and a valve 252d in order from the upstream side.

バルブ252dを開けることにより、マスフローコントローラ241dで流量調整しながら、液体原料タンク261内の液体TEMAH内にキャリアガスが供給され、液体TEMAHがバブリングされる。このようにして、液体原料タンク261内にTEMAHガスが生成される。なお、液体原料タンク261内に供給されるキャリアガスの流量は、マスフローコントローラ241dにより制御され、これにより液体原料タンク261内におけるTEMAHガスの生成量が制御されるように構成されている。そして、バルブ250dを開けることにより、液体原料タンク261内で生成された金属含有ガスとしてのTEMAHガスが、第2金属含有ガス供給管240d、ガス供給ノズル234を介して処理室201内へ供給するように構成されている。   By opening the valve 252d, the carrier gas is supplied into the liquid TEMAH in the liquid source tank 261 while the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d, and the liquid TEMAH is bubbled. In this way, TEMAH gas is generated in the liquid source tank 261. Note that the flow rate of the carrier gas supplied into the liquid source tank 261 is controlled by the mass flow controller 241d, whereby the amount of TEMAH gas generated in the liquid source tank 261 is controlled. Then, by opening the valve 250d, the TEMAH gas as the metal-containing gas generated in the liquid raw material tank 261 is supplied into the processing chamber 201 through the second metal-containing gas supply pipe 240d and the gas supply nozzle 234. It is configured as follows.

主に、第2キャリアガス供給管239d、図示しないキャリアガス供給源、マスフローコントローラ241d、バルブ252d、液体原料タンク261、第2金属含有ガス供給管240d、バルブ250d、ヒータ282、ガス供給ノズル234、ガス噴出口234aにより、TEMAHガス供給系が構成される。   Mainly, a second carrier gas supply pipe 239d, a carrier gas supply source (not shown), a mass flow controller 241d, a valve 252d, a liquid source tank 261, a second metal-containing gas supply pipe 240d, a valve 250d, a heater 282, a gas supply nozzle 234, A TEMAH gas supply system is configured by the gas outlet 234a.

そして、主に、TMAガス供給系、TEMAHガス供給系により、処理室201内に少なくとも1種類(ここでは2種類)の金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系が構成される。   A metal-containing gas supply system that supplies at least one type (here, two types) of metal-containing gas into the processing chamber 201 is mainly configured by the TMA gas supply system and the TEMAH gas supply system.

(第1の酸素含有ガス供給系)
マニホールド209の側壁から突出したガス供給ノズル235の上流端には、第1酸素含有ガス供給管240bの下流端が接続されている。第1酸素含有ガス供給管240bの上流端には、第1の酸素含有ガス(酸化剤)としてのHOガス(水蒸気)を供給するHOガス供給源(図示せず)が接続されている。第1酸素含有ガス供給管240bには、上流側から順に、マスフローコントローラ241b、バルブ250bが設けられている。バルブ250bを開けることにより、第1酸素含有ガス供給管240b、ガス供給ノズル235を介して、HOガスが処理室201内へ供給されるように構成されている。なお、処理室201内へのHOガスの供給流量は、マスフローコントローラ241bによって制御することが可能なように構成されている。
(First oxygen-containing gas supply system)
The downstream end of the first oxygen-containing gas supply pipe 240b is connected to the upstream end of the gas supply nozzle 235 protruding from the side wall of the manifold 209. The upstream end of the first oxygen-containing gas supply pipe 240b, the first oxygen-containing gas the H 2 O gas supply source for supplying the H 2 O gas as a (oxidizing agent) (water vapor) (not shown) is connected ing. In the first oxygen-containing gas supply pipe 240b, a mass flow controller 241b and a valve 250b are provided in this order from the upstream side. By opening the valve 250b, the H 2 O gas is supplied into the processing chamber 201 through the first oxygen-containing gas supply pipe 240b and the gas supply nozzle 235. Note that the supply flow rate of the H 2 O gas into the processing chamber 201 can be controlled by the mass flow controller 241b.

主に、第1酸素含有ガス供給管240b、図示しないHOガス供給源、マスフローコントローラ241b、バルブ250b、ガス供給ノズル235、ガス噴出口235aにより、処理室201内に第1の酸素含有ガスを供給する第1の酸素含有ガス供給系としてのHOガス供給系が構成される。 The first oxygen-containing gas is supplied into the processing chamber 201 mainly by the first oxygen-containing gas supply pipe 240b, the H 2 O gas supply source (not shown), the mass flow controller 241b, the valve 250b, the gas supply nozzle 235, and the gas outlet 235a. An H 2 O gas supply system is configured as a first oxygen-containing gas supply system for supplying oxygen.

(第2の酸素含有ガス供給系)
第1酸素含有ガス供給管240bに設けられたバルブ250bの下流側には、第2酸素含有ガス供給管240cの下流端が接続されている。第2酸素含有ガス供給管240cの上流端には、第2の酸素含有ガス(酸化剤)としてのO(オゾン)ガスを供給するOガス供給源(図示せず)が接続されている。第2酸素含有ガス供給管240cには、上流側から順に、マスフローコントローラ241c、バルブ250cが設けられている。バルブ250cを開けることによりOガスが第2酸素含有ガス供給管240cを介して処理室201内へ供給されるように構成されている。なお、処理室201内へのOガスの供給流量は、マスフローコントローラ241cによって制御することが可能なように構成されている。
(Second oxygen-containing gas supply system)
The downstream end of the second oxygen-containing gas supply pipe 240c is connected to the downstream side of the valve 250b provided in the first oxygen-containing gas supply pipe 240b. The upstream end of the second oxygen-containing gas supply pipe 240c, O 3 (ozone) for supplying gas O 3 gas supply source of a second oxygen-containing gas (oxidizer) (not shown) is connected . The second oxygen-containing gas supply pipe 240c is provided with a mass flow controller 241c and a valve 250c in order from the upstream side. By opening the valve 250c, the O 3 gas is supplied into the processing chamber 201 through the second oxygen-containing gas supply pipe 240c. Note that the supply flow rate of the O 3 gas into the processing chamber 201 is configured to be controllable by the mass flow controller 241c.

主に、第2酸素含有ガス供給管240c、図示しないOガス供給源、マスフローコントローラ241c、バルブ250c、第1酸素含有ガス供給管240b、ガス供給ノズル235により、処理室201内に第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する第2の酸素含有ガス供給系としてのOガス供給系が構成される。 A first oxygen-containing gas supply pipe 240c, an O 3 gas supply source (not shown), a mass flow controller 241c, a valve 250c, a first oxygen-containing gas supply pipe 240b, and a gas supply nozzle 235 are mainly used in the processing chamber 201. An O 3 gas supply system is configured as a second oxygen-containing gas supply system that supplies a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the oxygen-containing gas.

(不活性ガス供給系)
第1金属含有ガス供給管240aに設けられたバルブ250aの下流側には、不活性ガス供給管240pの下流端が接続されている。不活性ガス供給管240pには、上流側から順に、Nガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源(図示せず)、図示しないマスフローコントローラ、バルブ250pが設けられている。同様に、第2金属含有ガス供給管240dに設けられたバルブ250dの下流側には、不活性ガス供給管240sの下流端が接続されている。不活性ガス供給管240sには、上流側から順に、Nガス等の不活性ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、図示しないマスフローコントローラ、バルブ250sが設けられている。同様に、第1酸素含有ガス供給管240bに設けられたバルブ250bの下流側であって、第2酸素含有ガス供給管240cの上流側には、不活性ガス供給管240qの下流端が接続されている。不活性ガス供給管240qには、上流側から順に、Nガス等の不活性ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、図示しないマスフローコントローラ、バルブ250qが設けられている。
(Inert gas supply system)
The downstream end of the inert gas supply pipe 240p is connected to the downstream side of the valve 250a provided in the first metal-containing gas supply pipe 240a. The inert gas supply pipe 240p is provided with an inert gas supply source (not shown) for supplying an inert gas such as N 2 gas, a mass flow controller (not shown), and a valve 250p in order from the upstream side. Similarly, the downstream end of the inert gas supply pipe 240s is connected to the downstream side of the valve 250d provided in the second metal-containing gas supply pipe 240d. The inert gas supply pipe 240s is provided with an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller (not shown), and a valve 250s that supply an inert gas such as N 2 gas in order from the upstream side. Similarly, the downstream end of the inert gas supply pipe 240q is connected to the downstream side of the valve 250b provided in the first oxygen-containing gas supply pipe 240b and to the upstream side of the second oxygen-containing gas supply pipe 240c. ing. The inert gas supply pipe 240q is provided with an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller (not shown), and a valve 250q that supply an inert gas such as N 2 gas in order from the upstream side.

不活性ガス供給管240p,240q,240sから供給される不活性ガスは、処理室201内をパージするパージガスとしての機能、金属含有ガスとしてのTMAガス及びTEMAHガス、第1の酸素含有ガスとしてのHOガス、第2の酸素含有ガスとしてのOガス等を希釈する希釈ガスとしての機能を有する。また、不活性ガス供給管240p,240q,240sから供給される不活性ガスは、処理室201内の残留ガス等が、ガス供給ノズル233,234,235の上流側に回り込むのを抑える機能を有する。 The inert gas supplied from the inert gas supply pipes 240p, 240q, and 240s functions as a purge gas for purging the inside of the processing chamber 201, TMA gas and TEMAH gas as the metal-containing gas, and the first oxygen-containing gas. It functions as a diluent gas for diluting H 2 O gas, O 3 gas as the second oxygen-containing gas, and the like. Further, the inert gas supplied from the inert gas supply pipes 240p, 240q, and 240s has a function of suppressing the residual gas or the like in the processing chamber 201 from flowing to the upstream side of the gas supply nozzles 233, 234, and 235. .

主に、不活性ガス供給管240p,240q,240s、図示しない不活性ガス供給源、図示しないマスフローコントローラ、バルブ250p,250q,250s、第1金属含有ガス供給管240a、第2金属含有ガス供給管240d、第1酸素含有ガス供給管240b、第2酸素含有ガス供給管240c、ガス供給ノズル233,234,235により、不活性ガス供給系が構成される。   Mainly, inert gas supply pipes 240p, 240q, 240s, an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller (not shown), valves 250p, 250q, 250s, a first metal-containing gas supply pipe 240a, and a second metal-containing gas supply pipe An inert gas supply system is configured by 240d, the first oxygen-containing gas supply pipe 240b, the second oxygen-containing gas supply pipe 240c, and the gas supply nozzles 233, 234, and 235.

(排気系)
マニホールド209の側壁には、排気管231の上流端が接続されている。排気管231には、上流側から順に、圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ251、真空排気装置としての真空ポンプ246が設けられている。APCバルブ251は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに弁を開度調節する
ことが可能な開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245からの圧力情報に基づいてAPCバルブ251の開閉弁の開度を調整することにより、処理室201内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。
(Exhaust system)
The upstream end of the exhaust pipe 231 is connected to the side wall of the manifold 209. The exhaust pipe 231 includes, in order from the upstream side, a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detector) that detects pressure, an APC (Auto Pressure Controller) valve 251 as a pressure regulator, and a vacuum pump as a vacuum exhaust device. 246 is provided. The APC valve 251 is an on-off valve that can be evacuated and stopped by opening and closing the valve and that can further adjust the opening of the valve. The inside of the processing chamber 201 can be set to a desired pressure by adjusting the opening degree of the opening / closing valve of the APC valve 251 based on pressure information from the pressure sensor 245 while operating the vacuum pump 246. Has been.

主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ251、真空ポンプ246により、処理室201内の雰囲気を排気する排気系が構成される。   An exhaust system that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201 is mainly configured by the exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 251, and the vacuum pump 246.

(コントローラ)
制御部としてのコントローラ280は、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241d、バルブ250a,250b,250c,250d,250p,250q,250s,252a,252d、温度センサ263、ヒータ207、圧力センサ245、APCバルブ251、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241dの流量調整動作、バルブ250a,250b,250c,250d,250p,250q,250s,252a,252dの開閉動作、APCバルブ251の圧力調整動作、ヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作の制御等が行われる。
(controller)
The controller 280 as a control unit includes mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, valves 250a, 250b, 250c, 250d, 250p, 250q, 250s, 252a, 252d, a temperature sensor 263, a heater 207, a pressure sensor 245, and an APC valve. 251, a vacuum pump 246, a rotation mechanism 267, a boat elevator 115, and the like. The controller 280 adjusts the flow rate of the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, opens / closes the valves 250a, 250b, 250c, 250d, 250p, 250q, 250s, 252a, 252d, adjusts the pressure of the APC valve 251, and the heater 207. The temperature adjustment operation, the start / stop of the vacuum pump 246, the rotation speed adjustment of the rotation mechanism 267, the control of the lifting operation of the boat elevator 115, and the like are performed.

(4)DRAMのキャパシタ構造の製造工程
次に、本実施形態に係る半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ200上にDRAMのキャパシタ構造の製造工程について図6、図7を用いて説明する。図6は、本実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の模式図である。図7は、本実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の製造工程のフローチャート図である。
(4) Manufacturing Process of DRAM Capacitor Structure Next, a manufacturing process of the DRAM capacitor structure on the wafer 200 will be described with reference to FIGS. 6 and 7 as one process of the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment. . FIG. 6 is a schematic diagram of the capacitor structure of the DRAM according to the present embodiment. FIG. 7 is a flowchart of the manufacturing process of the DRAM capacitor structure according to this embodiment.

DRAMのキャパシタ構造を形成するには、まず、基板としてのウエハ200上に、下電極として、金属膜であるTiN膜(チタン窒化膜)610を形成する(下部電極形成工程)。そして、形成したTiN膜610上に、キャパシタ絶縁膜として、金属酸化膜であるHfO膜(ハフニウム窒化膜)600を形成する(金属酸化膜形成工程)。なお、本実施形態では、第1のHfO層510と第2のHfO層560とを積層させることでHfO膜600を形成する。その詳細については後述する。   In order to form a DRAM capacitor structure, first, a TiN film (titanium nitride film) 610 that is a metal film is formed as a lower electrode on a wafer 200 as a substrate (lower electrode forming step). Then, a HfO film (hafnium nitride film) 600 that is a metal oxide film is formed as a capacitor insulating film on the formed TiN film 610 (metal oxide film forming step). In the present embodiment, the HfO film 600 is formed by laminating the first HfO layer 510 and the second HfO layer 560. Details thereof will be described later.

そして、HfO膜600の結晶構造を制御したり、或いはHfO膜600を緻密化したりするため、HfO膜600をアニーリング(熱処理)する(アニーリング工程)。そして、アニーリング後のHfO膜600上に、上電極として、金属膜であるTiN膜620を形成し(上電極形成工程)、キャパシタ構造の製造工程を終了する。   Then, in order to control the crystal structure of the HfO film 600 or to make the HfO film 600 dense, the HfO film 600 is annealed (annealing process). Then, a TiN film 620 which is a metal film is formed as an upper electrode on the annealed HfO film 600 (upper electrode forming process), and the manufacturing process of the capacitor structure is completed.

(5)キャパシタ絶縁膜の形成工程
次に、上述のキャパシタ絶縁膜としての金属酸化膜の形成工程について説明する。
(5) Capacitor Insulating Film Forming Step Next, a metal oxide film forming step as the above capacitor insulating film will be described.

キャパシタ絶縁膜は、例えばCVD法やALD法により形成することができる。CVD法は、膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガス(金属含有ガス、酸素含有ガス)を処理室内に同時に供給して膜を形成する手法である。また、ALD法は、膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガス(金属含有ガス、酸素含有ガス)を交互に供給して膜を形成する手法である。ガス供給時の供給流量、供給時間、プラズマパワー等の処理条件を制御することにより、ウエハ上に形成されるシリコン酸化膜(SiO膜)やシリコン窒化膜(SiN膜)の膜厚や膜特性を制御することが出来る。   The capacitor insulating film can be formed by, for example, a CVD method or an ALD method. The CVD method is a method of forming a film by simultaneously supplying a plurality of types of gases (metal-containing gas and oxygen-containing gas) containing a plurality of elements constituting the film into a processing chamber. The ALD method is a method of forming a film by alternately supplying a plurality of types of gases (metal-containing gas and oxygen-containing gas) including a plurality of elements constituting the film. By controlling processing conditions such as supply flow rate, supply time, and plasma power during gas supply, the film thickness and film characteristics of the silicon oxide film (SiO film) and silicon nitride film (SiN film) formed on the wafer can be controlled. Can be controlled.

上述のCVD法、ALD法による成膜法では、例えばSiO膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるO/Si≒2となるように、また、例えばSiN膜を形成する
場合、膜の組成比が化学量論組成であるN/Si≒1.33となるようにガス供給条件を制御するのが一般的である。一方、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、ガス供給条件を制御することも可能である。すなわち、膜を構成する複数の元素のうち少なくとも1つの元素が、他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにガス供給条件を制御してもよい。このように、膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ成膜を行うことも可能である。
In the above-described CVD method or ALD method, for example, when an SiO film is formed, an SiN film is formed so that the composition ratio of the film becomes a stoichiometric composition of O / Si≈2. In this case, the gas supply conditions are generally controlled so that the composition ratio of the film is N / Si≈1.33 which is the stoichiometric composition. On the other hand, it is also possible to control the gas supply conditions so that the composition ratio of the film to be formed becomes a predetermined composition ratio different from the stoichiometric composition. That is, the gas supply conditions may be controlled so that at least one element among the plurality of elements constituting the film is excessive with respect to the stoichiometric composition than the other elements. In this manner, film formation can be performed while controlling the ratio of a plurality of elements constituting the film, that is, the composition ratio of the film.

しかしながら、CVD法やALD法によりキャパシタ絶縁膜を形成する際、酸素含有ガスとして酸化力が強いOガス等を用いると、下地の電極(図6では下部電極610)までもが酸化されてしまう場合があった。また、酸化力が弱い酸素含有ガスを用いると、金属酸化膜の酸化が不十分となり、キャパシタ絶縁膜の誘電率が低下してしまう場合があった。そこで実施形態では、キャパシタ絶縁膜を形成する際、膜形成の途中で酸素含有ガスの種類を切り替え、これらの課題を解決することとした。すなわち、形成開始時には比較的酸化力の弱いガス(第1の酸素含有ガス)を用い、金属酸化膜が所定の厚さに到達したら酸化力の強いガス(第2の酸素含有ガス)に切り替えることで、上述の課題を解決することとした。 However, when a capacitor insulating film is formed by CVD or ALD, if an O 3 gas having a strong oxidizing power is used as the oxygen-containing gas, even the underlying electrode (lower electrode 610 in FIG. 6) is oxidized. There was a case. In addition, when an oxygen-containing gas having a weak oxidizing power is used, the metal oxide film is not sufficiently oxidized, and the dielectric constant of the capacitor insulating film may be lowered. Therefore, in the embodiment, when the capacitor insulating film is formed, the type of the oxygen-containing gas is switched during the film formation to solve these problems. That is, a gas having a relatively weak oxidizing power (first oxygen-containing gas) is used at the start of formation, and when the metal oxide film reaches a predetermined thickness, the gas is switched to a gas having a strong oxidizing power (second oxygen-containing gas). Therefore, it was decided to solve the above-mentioned problem.

以下、上述の知見が適用された本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜形成工程を、図8、図9を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜形成工程を詳細に示すフローチャート図であり、図9は、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜形成工程のガス供給に係るタイミング図である。なお、本工程では、上述の基板処理装置を用い、キャパシタ絶縁膜として、化学量論組成を有するHfO膜をALD法により形成する。また、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の構成はコントローラ280により制御される。   Hereinafter, a capacitor insulating film forming process according to the present embodiment to which the above-described knowledge is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing in detail a capacitor insulating film forming process according to the present embodiment, and FIG. 9 is a timing chart relating to gas supply in the capacitor insulating film forming process according to the present embodiment. In this step, an HfO film having a stoichiometric composition is formed by an ALD method as a capacitor insulating film using the above-described substrate processing apparatus. In the following description, the configuration of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.

(基板搬入工程S110)
まず、下電極としてのTiN膜610が予め形成された複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。そして、複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータ115によって持ち上げられ処理室201内に収容(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220を介してマニホールド209の下端を気密に封止した状態となる。なお、ウエハチャージ、ボートロード時においては、例えば、バルブ250p,250q,250sを開け、処理室201内にパージガスとしての不活性ガスを供給し続けることが好ましい。
(Substrate carrying-in process S110)
First, a plurality of wafers 200 on which TiN films 610 as lower electrodes are formed in advance are loaded into the boat 217 (wafer charge). Then, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and accommodated in the processing chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 is in a state of hermetically sealing the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220. During wafer charging and boat loading, for example, it is preferable to open the valves 250p, 250q, and 250s and continue to supply an inert gas as a purge gas into the processing chamber 201.

(減圧・昇温工程S120)
続いて、バルブ250p,250q,250sを閉じ、所望の処理圧力(真空度)となるように、処理室201内を真空ポンプ246により排気する。この際、圧力センサ245で測定した圧力情報に基づき、APCバルブ251の開度をフィードバック制御する。また、ウエハ200の表面が所望の処理温度となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき、ヒータ207への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構267により、ボート217及びウエハ200の回転を開始させる。なお、温度調整、圧力調整、ウエハ200の回転は、後述するHfO膜形成工程S30の完了時まで継続する。
(Depressurization / heating step S120)
Subsequently, the valves 250p, 250q, and 250s are closed, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 so that a desired processing pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is feedback controlled based on the pressure information measured by the pressure sensor 245. In addition, the power supply to the heater 207 is feedback controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the surface of the wafer 200 reaches a desired processing temperature. Then, the rotation mechanism 267 starts rotation of the boat 217 and the wafer 200. The temperature adjustment, the pressure adjustment, and the rotation of the wafer 200 are continued until the HfO film forming step S30 described later is completed.

(HfO膜形成工程S130)
次に、キャパシタ絶縁膜としての金属酸化膜であるHfO膜(ハフニウム酸化膜)600を形成するHfO膜形成工程S130を実施する。
(HfO film forming step S130)
Next, an HfO film forming step S130 for forming an HfO film (hafnium oxide film) 600 which is a metal oxide film as a capacitor insulating film is performed.

HfO膜形成工程S130では、第1の工程(S131a〜S131e)と第2の工程(S132a〜S132e)とを順次実施することで、TiN膜610の直上に、第1の
金属酸化層としての第1のHfO層510と、第2の金属酸化層としての第2のHfO層560と、を積層させたHfO膜600を形成する。
In the HfO film forming step S130, the first step (S131a to S131e) and the second step (S132a to S132e) are sequentially performed, so that the first metal oxide layer as the first metal oxide layer is formed directly on the TiN film 610. An HfO film 600 is formed by laminating one HfO layer 510 and a second HfO layer 560 as a second metal oxide layer.

なお、第1の工程では、金属含有ガスとしてのTEMAHガスと、第1の酸素含有ガスとしてのHOガスと、を互いに混合させないよう交互に処理室201内に供給して、TiN膜610の直上に第1のHfO層510を形成する。また、第2の工程では、金属含有ガスとしてのTEMAHガスと、第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスとしてのOガスと、を互いに混合させないよう交互に処理室201内に供給して、第1のHfO層510上に第2のHfO層560を形成する。 In the first step, the TEMAH gas as the metal-containing gas and the H 2 O gas as the first oxygen-containing gas are alternately supplied into the processing chamber 201 so as not to mix with each other, and the TiN film 610 is supplied. A first HfO layer 510 is formed immediately above the substrate. In the second step, the TEMAH gas as the metal-containing gas and the O 3 gas as the second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas are alternately processed so as not to mix with each other. A second HfO layer 560 is formed on the first HfO layer 510 by supplying the inside of the chamber 201.

まず、第1の工程(S131a〜S131e)について説明する。   First, the first step (S131a to S131e) will be described.

(TEMAHガス供給工程S131a)
第2キャリアガス供給管239dのバルブ252dを開け、マスフローコントローラ241dにより流量制御しながら、キャリアガス供給源(図示せず)から液体原料タンク261内へのキャリアガスとしての不活性ガス(例えばNガス)の供給を開始する。不活性ガスの流量は例えば5slmとする。そして、液体TEMAHを不活性ガスでバブリングさせ、液体原料タンク261内での金属含有ガスとしてのTEMAHガスの生成を開始させる。なお、TEMAHガスの生成は減圧・昇温工程S120と並行して実施することとし、減圧・昇温工程S120の完了時には、TEMAHガスの生成量を安定させておくことが好ましい(予備気化)。
(TEMAH gas supply process S131a)
The valve 252d of the second carrier gas supply pipe 239d is opened, and an inert gas (for example, N 2) as a carrier gas from the carrier gas supply source (not shown) into the liquid source tank 261 while controlling the flow rate by the mass flow controller 241d. Gas) supply. The flow rate of the inert gas is, for example, 5 slm. Then, liquid TEMAH is bubbled with an inert gas, and generation of TEMAH gas as a metal-containing gas in liquid source tank 261 is started. It should be noted that the generation of TEMAH gas is performed in parallel with the depressurization / temperature increase step S120, and it is preferable to stabilize the amount of TEMAH gas generated at the completion of the depressurization / temperature increase step S120 (preliminary vaporization).

TEMAHガスの生成量が安定している状態で、第2金属含有ガス供給管240dのバルブ250dを開け、ガス供給ノズル234を介したTEMAHガスの処理室201内への供給を開始する。処理室201内に供給されたTEMAHガスは、各ウエハ200の間を平行に流れた後、排気管231から排気される。このとき、APCバルブ251の弁の開度を調整して、処理室201内の圧力を、30Pa以上500Pa以下の範囲内、例えば100Paに維持する。所定時間が経過したら、バルブ250dを閉じ、処理室201内へのTEMAHガスの供給を停止する。TEMAHガスの供給時間は、例えば1秒以上120秒以下の範囲内とする。なお、TEMAHガスを供給する間、TEMAH分子のTiN膜610表面への供給を促すため、APCバルブ251を閉じて排気を止め、所定時間(例えば4秒以下)、TiN膜610の表面を高圧雰囲気にさらすようにしてもよい。   In a state where the production amount of the TEMAH gas is stable, the valve 250d of the second metal-containing gas supply pipe 240d is opened, and supply of the TEMAH gas into the processing chamber 201 via the gas supply nozzle 234 is started. The TEMAH gas supplied into the processing chamber 201 flows between the wafers 200 in parallel, and is then exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 30 Pa to 500 Pa, for example, 100 Pa. When the predetermined time has elapsed, the valve 250d is closed, and the supply of TEMAH gas into the processing chamber 201 is stopped. The supply time of the TEMAH gas is, for example, in the range of 1 second to 120 seconds. During the supply of TEMAH gas, in order to promote the supply of TEMAH molecules to the surface of the TiN film 610, the APC valve 251 is closed to stop the exhaust, and the surface of the TiN film 610 is kept in a high-pressure atmosphere for a predetermined time (for example, 4 seconds or less). You may be exposed to.

このとき処理室201内に存在するガスは、TEMAHガス並びにバブリング用のNガス等の不活性ガスのみであり、HOガス、Oガス等の酸素含有ガスは存在しない。したがって、TEMAHガスは処理室201内で気相反応を起こすことなく、TiN膜610の表面で化学吸着(表面反応)を起こし、1原子層未満から数原子層の厚さのTEMAH分子の吸着層またはHf層を形成する。なお、TEMAH分子の吸着層とは、TEMAH分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Hf層とは、Hfにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるHf薄膜をも含む。なお、以下においては、これらすべてを指してHf含有層ともいう。 At this time, the gas present in the processing chamber 201 is only an inert gas such as TEMAH gas and bubbling N 2 gas, and there is no oxygen-containing gas such as H 2 O gas or O 3 gas. Therefore, the TEMAH gas causes a chemical adsorption (surface reaction) on the surface of the TiN film 610 without causing a gas phase reaction in the processing chamber 201, and an adsorption layer of TEMAH molecules having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers. Alternatively, an Hf layer is formed. The TEMAH molecule adsorption layer includes a continuous adsorption layer of TEMAH molecules and a discontinuous adsorption layer. The Hf layer includes a continuous layer composed of Hf and an Hf thin film formed by overlapping these layers. In the following, all of these are also referred to as Hf-containing layers.

TEMAHガスを供給する間、バルブ250p,250qを開いて、不活性ガス供給管240p,240q内、ガス供給ノズル233,235内に不活性ガスを供給する。これにより、ガス供給ノズル233,235内にTEMAHガス等が回り込むのを抑えることができる。   While supplying the TEMAH gas, the valves 250p and 250q are opened to supply the inert gas into the inert gas supply pipes 240p and 240q and the gas supply nozzles 233 and 235. Thereby, it can suppress that TEMAH gas etc. wrap around in the gas supply nozzles 233 and 235.

(排気工程S131b)
バルブ250dを閉じ、処理室201内へのTEMAHガスの供給を停止した後は、APCバルブ251の弁の開度を大きくして処理室201内の雰囲気を排気し、処理室20
1内に残留しているTEMAHガスや反応生成物等を排除する。このとき、バルブ250p,250q,250sを開き、処理室201内に不活性ガスを供給して処理室201内をパージする。これにより、処理室201内から残留ガスを効率的に排除させることができる。所定時間経過後、バルブ250p,250q,250sを閉じて不活性ガスの供給を停止する。排気工程S102を実施することにより、TEMAHガス供給工程S131で供給したTEMAHガスと、後述のHOガス供給工程S133で供給するHOガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S131b)
After closing the valve 250d and stopping the supply of the TEMAH gas into the processing chamber 201, the opening of the APC valve 251 is increased to exhaust the atmosphere in the processing chamber 201, and the processing chamber 20
The TEMAH gas and reaction products remaining in 1 are removed. At this time, the valves 250p, 250q, and 250s are opened, and the inside of the processing chamber 201 is purged by supplying an inert gas into the processing chamber 201. Thereby, the residual gas can be efficiently removed from the processing chamber 201. After a predetermined time elapses, the valves 250p, 250q, 250s are closed to stop supplying the inert gas. By carrying out the evacuation step S102, as a TEMAH gas supplied by TEMAH gas supply step S131, not mixed with one another and the H 2 O gas is supplied with H 2 O gas supply step S133 described later.

(HOガス供給工程S131c)
続いて、処理室201内に第1の酸素含有ガスとしてのHOガスを供給し、TiN膜610の直上に形成されたHf含有層を酸化させ、HfO層を形成する。具体的には、第1酸素含有ガス供給管240bのバルブ250bを開け、マスフローコントローラ241bにより流量制御しながら、HOガス供給源(図示せず)からガス供給ノズル235を介した処理室201内へのHOガスの供給を開始する。処理室201内に供給されたHOガスは、各ウエハ200の間を平行に流れた後、排気管231から排気される。このとき、APCバルブ251の弁の開度を調整して、処理室201内の圧力を10Pa以上100Pa以下の範囲であって、例えば60Paに維持する。HOガスの供給量は、例えば200g/mの濃度で流量を0.1g/minとする。所定時間が経過したら、バルブ250bを閉じ、処理室201内へのHOガスの供給を停止する。HOガスの供給時間は、例えば10秒以上60秒以下の範囲内とする。
(H 2 O gas supply step S131c)
Subsequently, H 2 O gas as a first oxygen-containing gas is supplied into the processing chamber 201 to oxidize the Hf-containing layer formed immediately above the TiN film 610 to form an HfO layer. More specifically, the valve 250b of the first oxygen-containing gas supply pipe 240b is opened, and the processing chamber 201 from the H 2 O gas supply source (not shown) through the gas supply nozzle 235 while controlling the flow rate by the mass flow controller 241b. The supply of H 2 O gas into the inside is started. The H 2 O gas supplied into the processing chamber 201 flows in parallel between the wafers 200 and is then exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 10 Pa to 100 Pa, for example, 60 Pa. The supply amount of H 2 O gas is, for example, a concentration of 200 g / m 3 and a flow rate of 0.1 g / min. When the predetermined time has elapsed, the valve 250b is closed, and the supply of H 2 O gas into the processing chamber 201 is stopped. The supply time of the H 2 O gas is set, for example, in the range of 10 seconds to 60 seconds.

積層された各ウエハ200に供給されたHOガスは、TiN膜610上のHf含有層に接触してこれを酸化させ、TiN膜610上に1原子層未満から数原子層の厚さのHfO層を形成する。なお、TiN膜610と接触するHOガスは比較的酸化力が弱いので、下地であるTiN膜610の酸化を抑制することができる。 The H 2 O gas supplied to each laminated wafer 200 comes into contact with the Hf-containing layer on the TiN film 610 to oxidize it, and has a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers on the TiN film 610. An HfO layer is formed. Note that the H 2 O gas in contact with the TiN film 610 has a relatively weak oxidizing power, so that the oxidation of the underlying TiN film 610 can be suppressed.

Oガスを供給する間、バルブ250p,250sを開いて、不活性ガス供給管240p,240s内、ガス供給ノズル233,234内に不活性ガスを供給する。これにより、ガス供給ノズル233,234内にHOガス等が回り込むのを抑えることができる。 While supplying the H 2 O gas, the valves 250p and 250s are opened, and the inert gas is supplied into the inert gas supply pipes 240p and 240s and the gas supply nozzles 233 and 234. Thereby, it is possible to suppress the H 2 O gas and the like from entering the gas supply nozzles 233 and 234.

(排気工程S131d)
バルブ250bを閉じ、処理室201内へのHOガスの供給を停止した後は、APCバルブ251の弁の開度を大きくして処理室201内の雰囲気を排気し、処理室201内に残留しているHOガスや反応生成物等を排除する。このとき、バルブ250p,250q,250sを開き、処理室201内に不活性ガス(例えばNガス)を供給して処理室201内をパージする。これにより、処理室201内から残留ガスを効率的に排除させることができる。所定時間経過後、バルブ250p,250q,250sを閉じる。排気工程S134を実施することにより、HOガス供給工程S133で供給したHOガスと、次のサイクルのTEMAHガス供給工程S131で供給するTEMAHガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S131d)
After the valve 250b is closed and the supply of H 2 O gas into the processing chamber 201 is stopped, the opening of the APC valve 251 is increased to exhaust the atmosphere in the processing chamber 201, and into the processing chamber 201 Residual H 2 O gas and reaction products are excluded. At this time, the valves 250p, 250q, and 250s are opened, and the inside of the processing chamber 201 is purged by supplying an inert gas (for example, N 2 gas) into the processing chamber 201. Thereby, the residual gas can be efficiently removed from the processing chamber 201. After a predetermined time has elapsed, the valves 250p, 250q, and 250s are closed. By carrying out the evacuation step S134, it and the H 2 O gas was fed with H 2 O gas supply step S133, so as not to mix with each other and TEMAH gas supplied in TEMAH gas supply step S131 in the next cycle.

(所定回数実施工程S131e)
以後、TEMAHガス供給工程S131a〜排気工程S131dを1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施し、HOガスを用いて形成された1原子層未満から数原子層の厚さのHfO層を順次積層させることにより、下電極としてのTiN膜610上に、所定の厚さの第1の金属酸化層としての第1のHfO層510を形成する(図6参照)。
(Predetermined number of execution steps S131e)
Thereafter, the TEMAH gas supply step S131a to the exhaust step S131d are set as one cycle, this cycle is performed a predetermined number of times, and an HfO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers formed using H 2 O gas is sequentially formed. By laminating, a first HfO layer 510 as a first metal oxide layer having a predetermined thickness is formed on the TiN film 610 as a lower electrode (see FIG. 6).

上述のように、第1の工程(S131a〜S131e)では、第1の酸素含有ガスとして酸化力が比較的弱いHOガスを用いている。これにより、下地であるTiN膜610
の酸化を抑制することができる。但し、HOガスを用いて形成された金属酸化膜は、酸化力が強いOガス等の酸素含有ガスを用いて形成された同等の膜厚を有する金属酸化膜に比べ、酸化が不十分となり、リーク電流が大きくなる傾向がある。そのため、第1のHfO層510の膜厚が厚くなりすぎないように調整することが好ましい。例えば、第1のHfO層510の膜厚を4nm以下とすることが好ましい。
As described above, in the first step (S131a to S131e), H 2 O gas having a relatively weak oxidizing power is used as the first oxygen-containing gas. Thereby, the underlying TiN film 610
Can be suppressed. However, a metal oxide film formed using H 2 O gas is less oxidized than a metal oxide film having an equivalent film thickness formed using an oxygen-containing gas such as O 3 gas having strong oxidizing power. This tends to be sufficient and the leakage current tends to increase. Therefore, it is preferable to adjust so that the film thickness of the first HfO layer 510 does not become too thick. For example, the thickness of the first HfO layer 510 is preferably 4 nm or less.

また、第1のHfO層510の膜厚が薄すぎると、後述する第2の工程(S132a〜S132e)で用いる第2酸素含有ガスが、第1のHfO層510を介してTiN膜610に供給されてしまい、TiN膜610が酸化され、EOTの増大を招いてしまう恐れがある。すなわち、第1のHfO層510を、下地(TiN膜610)の酸化を抑制する酸化防止膜として機能させるには、例えば、第1のHfO層510の膜厚を1nm以上とすることが好ましい。   If the film thickness of the first HfO layer 510 is too thin, a second oxygen-containing gas used in a second step (S132a to S132e) to be described later is supplied to the TiN film 610 through the first HfO layer 510. As a result, the TiN film 610 may be oxidized, leading to an increase in EOT. That is, in order for the first HfO layer 510 to function as an antioxidant film that suppresses the oxidation of the base (TiN film 610), for example, the thickness of the first HfO layer 510 is preferably set to 1 nm or more.

続いて、第2の工程(S132a〜S132e)について説明する。   Subsequently, the second step (S132a to S132e) will be described.

(TEMAHガス供給工程S132a)
上述のTEMAHガス供給工程S131aと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内にTEMAHガスを供給し、第1のHfO層510上に1原子層未満から数原子層の厚さのHf含有層を形成する。
(TEMAH gas supply step S132a)
The TEMAH gas is supplied into the processing chamber 201 by the same processing procedure and processing conditions as the above-described TEMAH gas supply step S131a, and Hf containing a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the first HfO layer 510. Form a layer.

(排気工程S132b)
続いて、上述の排気工程S131bと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内の雰囲気を排気し、処理室201内に残留しているTEMAHガスや反応生成物等を排除する。排気工程S132bを実施することにより、TEMAHガス供給工程S132aで供給したTEMAHガスと、後述のOガス供給工程S132cで供給するOガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S132b)
Subsequently, the atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted by the same processing procedure and processing conditions as the above-described exhausting step S131b, and TEMAH gas, reaction products, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed. By carrying out the evacuation step S132b, as a TEMAH gas supplied by TEMAH gas supply step S132a, not mixed with one another and the O 3 gas is supplied in the O 3 gas supply step S132c below.

(Oガス供給工程S132c)
続いて、処理室201内に第2の酸素含有ガスとしてのOガスを供給し、第1のHfO層510上に形成されたHf含有層を酸化させ、HfO層を形成する。具体的には、第2酸素含有ガス供給管240cのバルブ250cを開け、マスフローコントローラ241cにより流量制御しながら、Oガス供給源(図示せず)からガス供給ノズル235を介した処理室201内へのOガスの供給を開始する。処理室201内に供給されたOガスは、各ウエハ200の間を平行に流れた後、排気管231から排気される。このとき、APCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を30Pa以上500Pa以下の範囲であって、例えば130Paに維持する。Oガスの供給量は、例えば250g/mの濃度で流量を15slmとする。Oガスの供給時間は、例えば180秒とする。所定時間が経過したら、バルブ250cを閉じ、処理室201内へのOガスの供給を停止する。Oガスの供給時間は、例えば30秒以上300秒以下の範囲内とする。
(O 3 gas supply step S132c)
Subsequently, O 3 gas as a second oxygen-containing gas is supplied into the processing chamber 201 to oxidize the Hf-containing layer formed on the first HfO layer 510 to form an HfO layer. Specifically, the valve 250c of the second oxygen-containing gas supply pipe 240c is opened, and the flow rate is controlled by the mass flow controller 241c, while the inside of the processing chamber 201 passes through the gas supply nozzle 235 from the O 3 gas supply source (not shown). The supply of O 3 gas to is started. The O 3 gas supplied into the processing chamber 201 flows between the wafers 200 in parallel, and is then exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 30 Pa to 500 Pa, for example, 130 Pa. The supply amount of the O 3 gas is, for example, a concentration of 250 g / m 3 and a flow rate of 15 slm. The supply time of the O 3 gas is, for example, 180 seconds. When the predetermined time has elapsed, the valve 250c is closed and the supply of O 3 gas into the processing chamber 201 is stopped. The supply time of the O 3 gas is set, for example, within a range of 30 seconds to 300 seconds.

積層された各ウエハ200に供給されたOガスは、第1のHfO層510上のHf含有層に接触してこれを酸化させ、第1のHfO層510上に1原子層未満から数原子層の厚さのHfO層を形成する。Oガスは、比較的強い酸化力を有するため、Hf含有層の酸化がより確実に行われる。これにより、後述する第2のHfO層560を充分に酸化させ、誘電率を高めることができる。 The O 3 gas supplied to each stacked wafer 200 contacts and oxidizes the Hf-containing layer on the first HfO layer 510, and less than one atomic layer to several atoms on the first HfO layer 510. An HfO layer having a layer thickness is formed. Since the O 3 gas has a relatively strong oxidizing power, the Hf-containing layer is more reliably oxidized. As a result, the second HfO layer 560 described later can be sufficiently oxidized to increase the dielectric constant.

なお、本実施形態では、第1のHfO層510を予め形成しているため、第2の工程で用いるOガスが下地であるTiN膜610に直接供給されてしまうこと防ぐことができる。これにより、TiN膜610の酸化を抑制することができる。なお、第1のHfO層510の膜厚を例えば1nm以上とすることで、OガスがTiN膜610に供給されて
しまうことをより確実に回避でき、TiN膜610の酸化をより効果的に抑えることができる。このように、第1のHfO層510は酸化防止膜として機能する。
In this embodiment, since the first HfO layer 510 is formed in advance, it is possible to prevent the O 3 gas used in the second step from being directly supplied to the underlying TiN film 610. Thereby, the oxidation of the TiN film 610 can be suppressed. In addition, by setting the film thickness of the first HfO layer 510 to, for example, 1 nm or more, it is possible to more reliably avoid the O 3 gas being supplied to the TiN film 610, and the oxidation of the TiN film 610 can be more effectively performed. Can be suppressed. Thus, the first HfO layer 510 functions as an antioxidant film.

ガスを供給する間、バルブ250p,250sを開いて、不活性ガス供給管240p,240s内、ガス供給ノズル233,234内に不活性ガスを供給する。これにより、ガス供給ノズル233,234内にOガス等が回り込むのを抑えることができる。 While supplying the O 3 gas, the valves 250p and 250s are opened, and the inert gas is supplied into the inert gas supply pipes 240p and 240s and the gas supply nozzles 233 and 234. Thus, it is possible to suppress the O 3 gas or the like from flowing into the gas supply nozzle 233 and 234.

(排気工程S132d)
続いて、上述の排気工程S131dと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内の雰囲気を排気し、処理室201内に残留しているOガスや反応生成物等を排除する。排気工程S132dを実施することにより、Oガス供給工程S132cで供給したOガスと、次のサイクルのTEMAHガス供給工程S132aで供給するTEMAHガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S132d)
Subsequently, the atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted by the same processing procedure and processing conditions as in the above-described exhausting step S131d, and O 3 gas, reaction products, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed. By carrying out the evacuation step S132d, O 3 and O 3 gas supplied by the gas supplying step S132c, so as not to mix the TEMAH gas supplied in TEMAH gas supply step S132a of the next cycle to each other.

(所定回数実施工程S132e)
以後、TEMAHガス供給工程S132a〜排気工程S132eを1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施し、Oガスを用いて形成された1原子層未満から数原子層の厚さのHfO層を順次積層させることにより、第1のHfO層510上に、所望の膜厚の第2の金属酸化層としての第2のHfO層560を形成する。その結果、TiN膜610の上に、第1のHfO層510と第2のHfO層560とを積層させた金属酸化膜としてのHfO膜600が形成される(図6参照)。
(Predetermined number of times execution step S132e)
Thereafter, the TEMAH gas supply step S132a to the exhaust step S132e are set as one cycle, this cycle is performed a predetermined number of times, and an HfO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers formed using O 3 gas is sequentially laminated. As a result, a second HfO layer 560 as a second metal oxide layer having a desired thickness is formed on the first HfO layer 510. As a result, an HfO film 600 as a metal oxide film in which the first HfO layer 510 and the second HfO layer 560 are laminated is formed on the TiN film 610 (see FIG. 6).

(大気圧復帰工程S140)
所定膜厚のHfO膜600を形成した後、APCバルブ231aの弁の開度を小さくし、バルブ250p,250q,250sを開けて、処理室201内の圧力が大気圧になるまで、処理室201内に、例えばNガス等の不活性ガスを供給する。また、ヒータ207の出力を下げて、処理室201内の温度を降温させる。
(Atmospheric pressure return step S140)
After the HfO film 600 having a predetermined thickness is formed, the opening degree of the APC valve 231a is reduced, the valves 250p, 250q, and 250s are opened, and the processing chamber 201 is maintained until the pressure in the processing chamber 201 becomes atmospheric pressure. An inert gas such as N 2 gas is supplied into the inside. Further, the output of the heater 207 is lowered to lower the temperature in the processing chamber 201.

(基板搬出工程S150)
そして、上述の基板搬入工程S110と逆の手順で、処理室201内からボート217を搬出し(ボートアンロード)、成膜済のウエハ200をボート217から脱装する(ウエハディスチャージ)、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を終了する。なお、このとき、バルブ250p,250q,250sを開き、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
(Substrate unloading step S150)
Then, the boat 217 is unloaded from the processing chamber 201 (boat unloading) and the film-formed wafer 200 is detached from the boat 217 (wafer discharge) in the reverse order of the substrate loading step S110 described above. The step of forming the capacitor insulating film according to the embodiment is completed. At this time, it is preferable that the valves 250p, 250q, and 250s are opened and the purge gas is continuously supplied into the processing chamber 201.

(6)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(6) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.

(a)本実施形態によれば、第1の工程において、第1の酸素含有ガスとして比較的酸化力が弱いHOガスを用いる。すなわち、第1の金属酸化層としての第1のHfO層510を形成する際には、比較的酸化力が弱い酸素含有ガスを用いる。これにより、下地であるTiN膜610の酸化を抑制することができる。そして、TiN膜610の表面に低誘電率層が形成されてしまうことを回避でき、EOTの増加を防ぎ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (A) According to the present embodiment, in the first step, H 2 O gas having relatively weak oxidizing power is used as the first oxygen-containing gas. That is, when forming the first HfO layer 510 as the first metal oxide layer, an oxygen-containing gas having a relatively weak oxidizing power is used. As a result, the oxidation of the TiN film 610 as a base can be suppressed. And it can avoid that a low dielectric constant layer is formed in the surface of the TiN film | membrane 610, the increase in EOT can be prevented, and the performance of a semiconductor device can be improved.

(b)本実施形態によれば、第2の工程を実施する前に、第1のHfO層510を予め形成している。これにより、第2の工程で用いるOガスが下地のTiN膜610に直接供給されてしまうこと防ぐことができ、TiN膜610の酸化を抑制することができる。これにより、EOTの増加を防ぎ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (B) According to the present embodiment, the first HfO layer 510 is formed in advance before performing the second step. As a result, the O 3 gas used in the second step can be prevented from being directly supplied to the underlying TiN film 610, and oxidation of the TiN film 610 can be suppressed. Thereby, the increase in EOT can be prevented and the performance of the semiconductor device can be improved.

(c)本実施形態によれば、第1のHfO層510の膜厚を例えば1nm以上とすることで、OガスがTiN膜610に供給されてしまうことをより確実に回避することができ、TiN膜610の酸化をより効果的に抑えることができる。これにより、EOTの増大を防ぎ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (C) According to this embodiment, by setting the film thickness of the first HfO layer 510 to, for example, 1 nm or more, it is possible to more reliably avoid the O 3 gas being supplied to the TiN film 610. Thus, the oxidation of the TiN film 610 can be suppressed more effectively. Thereby, increase of EOT can be prevented and the performance of the semiconductor device can be improved.

(d)本実施形態によれば、第1の工程、第2の工程における処理室201内の温度(成膜温度)を、220℃以下、例えば150℃としている。これにより、HOガス及びOガスの酸化力が過剰に強くなることを回避でき、下地であるTiN膜610の酸化を抑制することができる。これにより、EOTの増加を防ぎ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (D) According to this embodiment, the temperature (film formation temperature) in the processing chamber 201 in the first step and the second step is set to 220 ° C. or lower, for example, 150 ° C. Thereby, it can be avoided that the oxidizing power of the H 2 O gas and the O 3 gas becomes excessively strong, and the oxidation of the TiN film 610 as a base can be suppressed. Thereby, the increase in EOT can be prevented and the performance of the semiconductor device can be improved.

(e)本実施形態によれば、第2の工程において、第2の酸素含有ガスとしてHOガスよりも酸化力が強いOガスを用いる。これにより、HfO膜600の上層を構成する第2のHfO層560をより確実に酸化させることができる。これにより、HfO膜600全体の誘電率を高めることができ、リーク電流を低減させ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (E) According to the present embodiment, in the second step, O 3 gas having a stronger oxidizing power than H 2 O gas is used as the second oxygen-containing gas. Thereby, the second HfO layer 560 constituting the upper layer of the HfO film 600 can be more reliably oxidized. Thereby, the dielectric constant of the entire HfO film 600 can be increased, the leakage current can be reduced, and the performance of the semiconductor device can be improved.

(f)本実施形態によれば、比較的酸化力が弱いHOガスを用いて形成する第1のHfO層510の膜厚を、所定の厚さ以下、例えば4nm以下としている。これにより、HfO膜600全体の誘電率の低下を抑えることができ、リーク電流を低減させ、半導体デバイスの性能を向上させることができる。 (F) According to the present embodiment, the film thickness of the first HfO layer 510 formed using the H 2 O gas having relatively weak oxidizing power is set to a predetermined thickness or less, for example, 4 nm or less. Thereby, a decrease in the dielectric constant of the entire HfO film 600 can be suppressed, leakage current can be reduced, and the performance of the semiconductor device can be improved.

<本発明の第2の実施形態>
HfO膜600の誘電率を増大させるには、その結晶構造を正方晶系(tetragonal)とすることが有効な手段である。しかしながら、HfO膜を形成すると、一般に、その結晶構造は単斜晶系(monoclinic)となり、誘電率が低下してしまい易い。図4は、HfO膜の結晶構造の概略を示す図であり、(A)は単斜晶系の結晶構造を、(B)は正方晶系の結晶構造をそれぞれ示している。正方晶系の方が単斜晶系よりも分子体積が小さく、内部の分極子密度が大きくなり(すなわち、表面積が減少するので電荷密度が大きくなり)、誘電率が高くなる。図5は、結晶構造と誘電率との関係について示す模式図である。
<Second Embodiment of the Present Invention>
In order to increase the dielectric constant of the HfO film 600, it is effective to make the crystal structure tetragonal. However, when an HfO film is formed, the crystal structure generally becomes monoclinic and the dielectric constant tends to decrease. 4A and 4B are diagrams schematically showing the crystal structure of the HfO film, where FIG. 4A shows a monoclinic crystal structure and FIG. 4B shows a tetragonal crystal structure. The tetragonal system has a smaller molecular volume than the monoclinic system, the internal polarizer density increases (that is, the charge density increases because the surface area decreases), and the dielectric constant increases. FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the crystal structure and the dielectric constant.

HfO膜の結晶構造を正方晶系とするには、HfO膜を高温でアニーリングすればよい。なお、アニーリング前のHfO膜は、アモルファス状態とする必要がある。単斜晶系は安定した構造を有することから、正方晶系へと相転移しくいためである。アモルファス状態とすれば、アニール温度を制御することによって、成長させる結晶構造を比較的容易に選択することができる。しかしながら、係る方法では、例えば1670℃程度の高温でアニーリングを行う必要があり、このような温度は一般的な熱処理炉で実現することは困難であった。   In order to make the crystal structure of the HfO film tetragonal, the HfO film may be annealed at a high temperature. Note that the HfO film before annealing needs to be in an amorphous state. This is because the monoclinic system has a stable structure and is difficult to phase transition to the tetragonal system. In the amorphous state, the crystal structure to be grown can be selected relatively easily by controlling the annealing temperature. However, in such a method, it is necessary to perform annealing at a high temperature of about 1670 ° C., for example, and it has been difficult to realize such a temperature in a general heat treatment furnace.

但し、上述の相転移温度は、HfO膜中に、例えばAl(アルミニウム)等の他の金属を添加(ドーピングもしくはラミネート)させることにより低下させることができる。すなわち、第1の元素(例えばHf)を含む金属酸化層に、第1の元素とは異なる第2の元素(例えばAl)を添加(ドーピングもしくはラミネート)させると、その組成比に応じて相転移温度を低下させることができる。   However, the above-described phase transition temperature can be lowered by adding (doping or laminating) another metal such as Al (aluminum) to the HfO film. That is, when a second element (for example, Al) different from the first element is added (doping or laminating) to the metal oxide layer containing the first element (for example, Hf), the phase transition depends on the composition ratio. The temperature can be lowered.

(1)キャパシタ絶縁膜の形成工程
以下、上述の知見が適用されたキャパシタ絶縁膜の形成工程を、図10〜図13を参照しながら説明する。図10は、本実施形態に係るDRAMのキャパシタ構造の模式図である。図11、図12は、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を示すフロー図で
ある。図13は、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜形成工程のガス供給に係るタイミング図である。なお、本実施形態も上述の基板処理装置により実施される。また、キャパシタ絶縁膜形成工程以外の工程は、上述の実施形態と同じである。
(1) Capacitor Insulating Film Forming Process A capacitor insulating film forming process to which the above knowledge is applied will be described below with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic diagram of a capacitor structure of the DRAM according to the present embodiment. FIG. 11 and FIG. 12 are flowcharts showing the capacitor insulating film forming process according to this embodiment. FIG. 13 is a timing chart relating to gas supply in the capacitor insulating film forming step according to the present embodiment. This embodiment is also implemented by the above-described substrate processing apparatus. Further, processes other than the capacitor insulating film forming process are the same as those in the above-described embodiment.

(基板搬入工程S210)
上述の実施形態の基板搬入工程S110と同様の手順により、下電極としてのTiN膜610が予め形成された複数枚のウエハ200をボート217に装填し、処理室201内に収容する。
(Substrate carrying-in process S210)
A plurality of wafers 200 on which TiN films 610 as lower electrodes are formed in advance are loaded into the boat 217 and accommodated in the processing chamber 201 by the same procedure as the substrate carry-in step S110 of the above-described embodiment.

(減圧・昇温工程S220)
上述の実施形態の減圧・昇温工程S120と同様の手順により、処理室201内の温度、及び圧力をそれぞれ制御し、ウエハ200の回転を開始させる。
(Decompression / Temperature raising step S220)
The temperature and pressure in the processing chamber 201 are controlled by the same procedure as the decompression / temperature raising step S120 of the above-described embodiment, and the rotation of the wafer 200 is started.

(HfAlO膜形成工程S230)
次に、キャパシタ絶縁膜としての金属酸化膜であるHfAlO膜600A(図10参照)を形成するHfAlO膜形成工程S230を実施する。
(HfAlO film forming step S230)
Next, an HfAlO film forming step S230 for forming an HfAlO film 600A (see FIG. 10) that is a metal oxide film as a capacitor insulating film is performed.

HfAlO膜形成工程S230では、第1の工程(工程S231a〜工程S233)と第2の工程(工程S234a〜工程S236)とを順次実施することで、TiN膜610の直上に、第1の金属酸化層としての第1のHfAlO層530Aと、第2の金属酸化層としての第2のHfAlO層580Aと、を積層させたHfAlO膜600Aを形成する。   In the HfAlO film formation step S230, the first step (steps S231a to S233) and the second step (steps S234a to S236) are sequentially performed, so that the first metal oxide is directly above the TiN film 610. An HfAlO film 600A in which a first HfAlO layer 530A as a layer and a second HfAlO layer 580A as a second metal oxide layer are stacked is formed.

なお、第1の工程では、金属含有ガスとしてのTEMAHガスと、金属含有ガスとしてのTMAガスと、第1の酸素含有ガスとしてのHOガスと、を互いに混合させないよう交互に処理室201内に供給して、TiN膜610の直上に、第1のHfAlO層530Aを形成する。具体的には、(1)TEMAHガスを処理室201内に供給して排気する工程と、HOガスを処理室201内に供給して排気する工程と、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により、下層側HfO層510Aを形成する工程(S231a〜S231e)と、(2)TMAガスを処理室201内に供給して排気する工程と、HOガスを処理室201内に供給して排気する工程と、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により、下層側AlO層520Aを形成する工程(S232a〜S232e)と、を1セットとしてこのセットを所定回数実施する(S233)ことにより、第1のHfAlO層530Aを形成する。 In the first step, the processing chamber 201 is alternately arranged so that the TEMAH gas as the metal-containing gas, the TMA gas as the metal-containing gas, and the H 2 O gas as the first oxygen-containing gas are not mixed with each other. The first HfAlO layer 530A is formed immediately above the TiN film 610. Specifically, (1) a process in which TEMAH gas is supplied into the processing chamber 201 and exhausted and a process in which H 2 O gas is supplied into the processing chamber 201 and exhausted are defined as one cycle. By performing the number of times, a step (S231a to S231e) of forming the lower layer side HfO layer 510A, (2) a step of supplying and exhausting TMA gas into the processing chamber 201, and H 2 O gas in the processing chamber 201 The process of forming the lower layer side AlO layer 520A (S232a to S232e) by carrying out this cycle a predetermined number of times, with the step of supplying and exhausting the gas to one cycle, and performing this set a predetermined number of times (S233) Thus, the first HfAlO layer 530A is formed.

また、第2の工程では、金属含有ガスとしてのTEMAHガスと、金属含有ガスとしてのTMAガスと、第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスとしてのOガスと、を互いに混合させないよう交互に処理室201内に供給して、第1のHfAlO層530A上に、第2のHfAlO層580Aを形成する。具体的には、(1)TEMAHガスを処理室201内に供給して排気する工程と、Oガスを処理室201内に供給して排気する工程と、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により、第1のHfAlO層530A上に上層側HfO層560Aを形成する工程(S234a〜S234e)と、(2)TMAガスを処理室201内に供給して排気する工程と、Oガスを処理室201内に供給して排気する工程と、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により、上層側HfO層560A上に下層側AlO層570Aを形成する工程(S235a〜S235e)と、を1セットとしてこのセットを所定回数実施する(S236)ことにより、第2のHfAlO層580Aを形成する。 In the second step, the TEMAH gas as the metal-containing gas, the TMA gas as the metal-containing gas, and the O 3 gas as the second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas, Are alternately supplied into the processing chamber 201 so as not to be mixed with each other, and a second HfAlO layer 580A is formed on the first HfAlO layer 530A. Specifically, (1) the process of supplying and exhausting TEMAH gas into the processing chamber 201 and the process of supplying and exhausting O 3 gas into the processing chamber 201 are defined as a predetermined number of cycles. By performing, a step (S234a to S234e) of forming the upper HfO layer 560A on the first HfAlO layer 530A, (2) a step of supplying and exhausting TMA gas into the processing chamber 201, and O 3 A step of forming the lower layer side AlO layer 570A on the upper layer side HfO layer 560A by carrying out this cycle a predetermined number of times, with the step of supplying and exhausting the gas into the processing chamber 201 (S235a to S235e) Are set a predetermined number of times (S236), thereby forming the second HfAlO layer 580A.

まず、第1の工程(工程S231a〜工程S233)について説明する。   First, the first step (steps S231a to S233) will be described.

(下層側HfO層510Aの形成工程)
TEMAHガス供給工程S231a、排気工程S231b、HOガス供給工程S231c、排気工程S231d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、TiN膜610上に所定の厚さの下層側HfO層510Aを形成する(図10参照)。係る工程は、第1の実施形態の第1の工程(S131a〜S131e)と同様の処理手順及び処理条件にて行う。
(Formation process of lower layer side HfO layer 510A)
The TMAH gas supply process S231a, the exhaust process S231b, the H 2 O gas supply process S231c, and the exhaust process S231d are performed as a predetermined number of cycles, whereby the lower layer side HfO layer 510A having a predetermined thickness is formed on the TiN film 610. (See FIG. 10). This process is performed according to the same processing procedure and processing conditions as the first process (S131a to S131e) of the first embodiment.

(下層側AlO層520Aの形成工程)
続いて、以下に示す工程S232a〜工程S232eを実施することにより、下層側HfO層510A上に所定の厚さの下層側AlO層520Aを形成する(図10参照)。
(Formation process of lower layer side AlO layer 520A)
Subsequently, the following steps S232a to S232e are performed to form a lower-layer side AlO layer 520A having a predetermined thickness on the lower-layer side HfO layer 510A (see FIG. 10).

(TMAガス供給工程S232a)
第1キャリアガス供給管239aのバルブ252aを開け、マスフローコントローラ241aにより流量制御しながら、キャリアガス供給源(図示せず)から液体原料タンク261内へのキャリアガスとしての不活性ガス(例えばNガス)の供給を開始する。不活性ガスの流量は例えば1slmとする。そして、液体TMAを不活性ガスでバブリングさせ、液体原料タンク261内での金属含有ガスとしてのTMAの生成を開始させる。なお、TMAガスの生成は減圧・昇温工程S220と並行して実施することとし、減圧・昇温工程S220の完了時には、TEMAHガスの生成量を安定させておくことが好ましい(予備気化)。
(TMA gas supply process S232a)
The valve 252a of the first carrier gas supply pipe 239a is opened, and an inert gas (for example, N 2) as a carrier gas from the carrier gas supply source (not shown) into the liquid source tank 261 while controlling the flow rate by the mass flow controller 241a. Gas) supply. The flow rate of the inert gas is 1 slm, for example. Then, liquid TMA is bubbled with an inert gas, and generation of TMA as a metal-containing gas in liquid source tank 261 is started. It should be noted that the generation of TMA gas is performed in parallel with the pressure reduction / temperature increase step S220, and it is preferable to stabilize the amount of TEMAH gas generated when the pressure reduction / temperature increase step S220 is completed (preliminary vaporization).

TMAガスの生成量が安定している状態で、第1金属含有ガス供給管240aのバルブ250aを開け、ガス供給ノズル233を介したTMAガスの処理室201内への供給を開始する。処理室201内に供給されたTMAガスは、各ウエハ200の間を平行に流れた後、排気管231から排気される。このとき、APCバルブ251の弁の開度を調整して、処理室201内の圧力を、30Pa以上500Pa以下の範囲内、例えば60Paに維持する。所定時間が経過したら、バルブ250dを閉じ、処理室201内へのTMAガスの供給を停止する。TMAガスの供給時間は、1秒以上120秒以下の範囲内で例えば10秒とする。なお、TEMAHガスを供給する間、TMA分子の下層側HfO層510A表面への供給を促すため、APCバルブ251を閉じて排気を止め、所定時間(例えば10秒以下)、下層側HfO層510Aの表面を高圧雰囲気にさらすようにしてもよい。   In a state where the production amount of TMA gas is stable, the valve 250a of the first metal-containing gas supply pipe 240a is opened, and supply of TMA gas into the processing chamber 201 via the gas supply nozzle 233 is started. The TMA gas supplied into the processing chamber 201 flows in parallel between the wafers 200 and is then exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the opening degree of the APC valve 251 is adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 30 Pa to 500 Pa, for example, 60 Pa. When the predetermined time has elapsed, the valve 250d is closed and the supply of TMA gas into the processing chamber 201 is stopped. The supply time of the TMA gas is, for example, 10 seconds within a range of 1 second to 120 seconds. During the supply of TEMAH gas, in order to promote the supply of TMA molecules to the surface of the lower layer side HfO layer 510A, the APC valve 251 is closed to stop the exhaust, and for a predetermined time (for example, 10 seconds or less), the lower side HfO layer 510A The surface may be exposed to a high pressure atmosphere.

このとき処理室201内に存在するガスは、TMAガス並びにバブリング用のNガス等の不活性ガスのみであり、HOガス、Oガス等の酸素含有ガスは存在しない。したがって、TMAガスは処理室201内で気相反応を起こすことなく、TiN膜610の表面で化学吸着(表面反応)を起こし、1原子層未満から数原子層の厚さのTMA分子の吸着層またはAl層を形成する。なお、TMA分子の吸着層とは、TMA分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Al層とは、Alにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるAl薄膜をも含む。なお、以下においては、これらすべてを指してAl含有層ともいう。 At this time, the gas present in the processing chamber 201 is only an inert gas such as TMA gas and bubbling N 2 gas, and there is no oxygen-containing gas such as H 2 O gas or O 3 gas. Therefore, the TMA gas causes chemical adsorption (surface reaction) on the surface of the TiN film 610 without causing a gas phase reaction in the processing chamber 201, and an adsorption layer of TMA molecules having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers. Alternatively, an Al layer is formed. The TMA molecule adsorption layer includes a continuous adsorption layer of TMA molecules and a discontinuous adsorption layer. The Al layer includes not only a continuous layer composed of Al but also an Al thin film formed by overlapping these layers. In the following, all of these are also referred to as Al-containing layers.

TMAガスを供給する間、バルブ250s,250qを開いて、不活性ガス供給管240s,240q内、ガス供給ノズル234,235内に不活性ガスを供給する。これにより、ガス供給ノズル234,235内にTMAガス等が回り込むのを抑えることができる。   While supplying the TMA gas, the valves 250 s and 250 q are opened, and the inert gas is supplied into the inert gas supply pipes 240 s and 240 q and the gas supply nozzles 234 and 235. Thereby, it can suppress that TMA gas etc. wrap around in the gas supply nozzles 234 and 235.

(排気工程S232b)
続いて、第1の実施形態の排気工程S131bと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に残留しているTMAガスや反応生成物等を排除する。排気工程S232bを実施することにより、図13に示すように、TMAガス供給工程S232aで供給し
たTMAガスと、後述のHOガス供給工程S232cで供給するOガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S232b)
Subsequently, TMA gas, reaction products, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed by the same processing procedure and processing conditions as the exhaust process S131b of the first embodiment. By performing the exhaust process S232b, as shown in FIG. 13, the TMA gas supplied in the TMA gas supply process S232a and the O 3 gas supplied in the H 2 O gas supply process S232c described later are not mixed with each other. it can.

(HOガス供給工程S232c)
続いて、処理室201内に第1の酸素含有ガスとしてのHOガスを供給し、TiN膜610上に形成されたAl含有層を酸化させる。具体的には、第1の実施形態のHOガス供給工程S131cと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に第1の酸素含有ガスとしてのHOガスを供給する。
(H 2 O gas supply step S232c)
Subsequently, H 2 O gas as a first oxygen-containing gas is supplied into the processing chamber 201 to oxidize the Al-containing layer formed on the TiN film 610. Specifically, by the same procedure and processing conditions and the H 2 O gas supply step S131c of the first embodiment, it supplies the H 2 O gas as a first oxygen-containing gas into the processing chamber 201.

積層された各ウエハ200に供給されたHOガスは、下層側HfO層510A上のAl含有層に接触してこれを酸化させ、1原子層未満から数原子層の厚さのAlO層(アルミニウム酸化層)を形成する。なお、工程S231a〜S231eで形成された下層側HfO層510Aにより、TiN膜610とHOガスとの接触がある程度抑えられるので、TiN膜610の酸化が抑制される。また、仮にTiN膜610とHOガスとが直接接触したとしても、HOガスは酸化力が弱いので、TiN膜610の酸化は抑制される。 The H 2 O gas supplied to each of the laminated wafers 200 comes into contact with the Al-containing layer on the lower layer side HfO layer 510A to oxidize it, and an AlO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers ( An aluminum oxide layer) is formed. Note that the lower HfO layer 510A formed in steps S231a to S231e suppresses the contact between the TiN film 610 and the H 2 O gas to some extent, so that the oxidation of the TiN film 610 is suppressed. Even if the TiN film 610 and the H 2 O gas are in direct contact, the oxidation of the TiN film 610 is suppressed because the H 2 O gas has a weak oxidizing power.

(排気工程S232d)
続いて、第1の実施形態の排気工程S132dと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に残留しているHOガスや反応生成物等を排除する。排気工程S232dを実施することにより、図13に示すように、HOガス供給工程S203で供給したHOガスと、次のサイクルのTMAガス供給工程S232aで供給するTMAガスとを互いに混合させないようにできる。
(Exhaust process S232d)
Subsequently, H 2 O gas remaining in the processing chamber 201, reaction products, and the like are removed by the same processing procedure and processing conditions as the exhaust process S132d of the first embodiment. By carrying out the evacuation step S232d, mixed as shown in FIG. 13, and the H 2 O gas was fed with H 2 O gas supply step S203, the TMA gas supplied by TMA gas supply step S232a of the next cycle to each other You can avoid it.

(所定回数実施工程S232e)
以後、TMAガス供給工程S232a〜排気工程S232dを1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施し、HOガスを用いて形成された1原子層未満から数原子層の厚さのAlO層を順次積層させることにより、下層側HfO層510A上に所定の厚さの下層側AlO層520Aを形成する(図10参照)。
(Predetermined number of steps S232e)
Thereafter, the TMA gas supply step S232a to the exhaust step S232d are set as one cycle, this cycle is performed a predetermined number of times, and an AlO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers formed using H 2 O gas is sequentially formed. By laminating, a lower layer side AlO layer 520A having a predetermined thickness is formed on the lower layer side HfO layer 510A (see FIG. 10).

(所定回数実施工程S233)
続いて、下層側HfO層510Aを形成する工程(S231a〜S231e)と、下層側AlO層520Aを形成する工程(S232a〜S232e)とを1セットとして、このセットを所定回数実施して、下層側HfO層510Aと下層側AlO層520Aとを交互に順次積層させた第1の金属酸化層としての第1のHfAlO層530AをTiN膜610上に形成する(図10参照)。
(Predetermined number of execution steps S233)
Subsequently, the step of forming the lower layer side HfO layer 510A (S231a to S231e) and the step of forming the lower layer side AlO layer 520A (S232a to S232e) are set as one set, and this set is performed a predetermined number of times. A first HfAlO layer 530A is formed on the TiN film 610 as a first metal oxide layer in which HfO layers 510A and lower-layer side AlO layers 520A are alternately and sequentially stacked (see FIG. 10).

上述のように、第1の工程(工程S231a〜工程S233)では、第1の酸素含有ガスとして酸化力が比較的弱いHOガスを用いている。これにより、下地であるTiN膜610の酸化を抑制することができる。但し、HOガスを用いて形成された金属酸化膜は、酸化力が強いOガス等の酸素含有ガスを用いて形成された同等の膜厚を有する金属酸化膜よりも、リーク電流が大きくなり、EOTが増大してしまう傾向がある。そのため、第1のHfAlO層530Aの膜厚が厚くなりすぎないように調整することが好ましい。例えば、第1のHfAlO層530Aの膜厚を4nm以下とすることが好ましい。 As described above, in the first step (steps S231a to S233), H 2 O gas having a relatively weak oxidizing power is used as the first oxygen-containing gas. As a result, the oxidation of the TiN film 610 as a base can be suppressed. However, a metal oxide film formed using H 2 O gas has a leakage current higher than that of a metal oxide film having an equivalent film thickness formed using an oxygen-containing gas such as O 3 gas having strong oxidizing power. There is a tendency that EOT increases and EOT increases. Therefore, it is preferable to adjust so that the film thickness of the first HfAlO layer 530A does not become too thick. For example, the thickness of the first HfAlO layer 530A is preferably 4 nm or less.

また、第1のHfAlO層530Aの膜厚が薄すぎると、後述する第2の工程(S234a〜S236)で用いる第2酸素含有ガスが、第1のHfAlO層530Aを介してTiN膜610に供給されてしまい、TiN膜610を酸化させてしまう恐れがある。すなわち、第1のHfAlO層530Aを、下地(TiN膜610)の酸化を抑制する酸化防止膜として機能させるには、例えば、第1のHfAlO層530Aの膜厚を1nm以上と
することが好ましい。
If the thickness of the first HfAlO layer 530A is too thin, the second oxygen-containing gas used in the second step (S234a to S236) described later is supplied to the TiN film 610 via the first HfAlO layer 530A. As a result, the TiN film 610 may be oxidized. That is, in order for the first HfAlO layer 530A to function as an antioxidant film that suppresses the oxidation of the base (TiN film 610), for example, the thickness of the first HfAlO layer 530A is preferably set to 1 nm or more.

続いて、第2の工程(S234a〜S236)について説明する。   Subsequently, the second step (S234a to S236) will be described.

(上層側HfO層560Aの形成工程)
TEMAHガス供給工程S234a、排気工程S234b、Oガス供給工程S234c、排気工程S234d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、TiN膜610上に所定の厚さの下層側HfO層510Aを形成する。係る工程は、第1の実施形態の第2の工程(S132a〜S132e)と同様の処理手順及び処理条件にて行う。
(Formation process of upper layer side HfO layer 560A)
The TMAH gas supply process S234a, the exhaust process S234b, the O 3 gas supply process S234c, and the exhaust process S234d are performed as a cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times, thereby forming a lower-layer side HfO layer 510A having a predetermined thickness on the TiN film 610. Form. This process is performed in the same processing procedure and processing conditions as the second process (S132a to S132e) of the first embodiment.

(上層側AlO層570Aの形成工程)
続いて、以下に示す工程S235a〜工程S235eを実施することにより、上層側HfO層560A上に所定の厚さの上層側AlO層570Aを形成する。
(Formation process of upper layer side AlO layer 570A)
Subsequently, the following steps S235a to S235e are performed to form an upper AlO layer 570A having a predetermined thickness on the upper HfO layer 560A.

(TMAガス供給工程S235a)
本実施形態のTMAガス供給工程S232aと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内にTMAガスを供給し、上層側HfO層560A上に1原子層未満から数原子層の厚さのAl含有層を形成する。
(TMA gas supply step S235a)
TMA gas is supplied into the processing chamber 201 by the same processing procedure and processing conditions as the TMA gas supply step S232a of the present embodiment, and Al having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the upper HfO layer 560A. A containing layer is formed.

(排気工程S235b)
続いて、本実施形態の排気工程S232bと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に残留しているTMAガスや反応生成物等を排除する。
(Exhaust process S235b)
Subsequently, TMA gas, reaction products, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed by the same processing procedure and processing conditions as in the exhaust process S232b of the present embodiment.

(Oガス供給工程S235c)
続いて、第1の実施形態のOガス供給工程S132cと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に第2の酸素含有ガスとしてのOガスを供給して上層側HfO層560A上に形成されたAl含有層を酸化させ、1原子層未満から数原子層の厚さのAlO層を形成する。
(O 3 gas supply step S235c)
Subsequently, the upper layer side HfO layer 560A is supplied by supplying O 3 gas as the second oxygen-containing gas into the processing chamber 201 by the same processing procedure and processing conditions as the O 3 gas supply step S132c of the first embodiment. The Al-containing layer formed above is oxidized to form an AlO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers.

(排気工程S235d)
続いて、本実施形態の排気工程S232dと同様の処理手順及び処理条件により、処理室201内に残留しているOガスや反応生成物等を排除する。
(Exhaust process S235d)
Subsequently, O 3 gas, reaction products, and the like remaining in the processing chamber 201 are removed by the same processing procedure and processing conditions as in the exhaust process S232d of the present embodiment.

(所定回数実施工程S232e)
以後、TMAガス供給工程S232a〜排気工程S232dを1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施し、Oガスを用いて形成された1原子層未満から数原子層の厚さのAlO層を順次積層させることにより、所定の厚さの上層側AlO層570Aを上層側HfO層560A上に形成する(図10参照)。
(Predetermined number of steps S232e)
Thereafter, the TMA gas supply step S232a to the exhaust step S232d are set as one cycle, this cycle is performed a predetermined number of times, and an AlO layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers formed using O 3 gas is sequentially laminated. As a result, an upper AlO layer 570A having a predetermined thickness is formed on the upper HfO layer 560A (see FIG. 10).

(所定回数実施工程S233)
続いて、上層側HfO層560Aを形成する工程(S234a〜S234e)と上層側AlO層570Aの形成(工程S235a〜S235e)とを1セットとして、このセットを所定回数実施して、上層側HfO層560Aと上層側AlO層570Aとを交互に順次積層させた第2の金属酸化層としての第2のHfAlO層580Aを、第1のHfAlO層530A上に形成する。その結果、TiN膜610の上に、第1のHfAlO層530Aと第2のHfAlO層580Aとが積層された金属酸化膜としてのHfAlO膜600Aが形成される(図10参照)。
(Predetermined number of execution steps S233)
Subsequently, the process of forming the upper layer side HfO layer 560A (S234a to S234e) and the formation of the upper layer side AlO layer 570A (processes S235a to S235e) are performed as a set, and this set is performed a predetermined number of times, and the upper layer side HfO layer A second HfAlO layer 580A is formed on the first HfAlO layer 530A as a second metal oxide layer in which 560A and upper layer side AlO layers 570A are alternately and sequentially stacked. As a result, an HfAlO film 600A as a metal oxide film in which the first HfAlO layer 530A and the second HfAlO layer 580A are stacked is formed on the TiN film 610 (see FIG. 10).

(大気圧復帰工程S240)
所定膜厚のHfAlO膜600Aを形成した後、APCバルブ231aの弁の開度を小さくし、バルブ250p,250q,250sを開けて、処理室201内の圧力が大気圧になるまで、処理室201内に、例えばNガス等の不活性ガスを供給する。また、ヒータ207の出力を下げて、処理室201内の温度を降温させる。
(Atmospheric pressure return step S240)
After the HfAlO film 600A having a predetermined thickness is formed, the opening degree of the APC valve 231a is decreased, the valves 250p, 250q, and 250s are opened, and the processing chamber 201 is kept at atmospheric pressure until the pressure in the processing chamber 201 becomes atmospheric pressure. An inert gas such as N 2 gas is supplied into the inside. Further, the output of the heater 207 is lowered to lower the temperature in the processing chamber 201.

(基板搬出工程S250)
そして、上述の基板搬入工程S210と逆の手順で、処理室201内からボート217を搬出し(ボートアンロード)、成膜済のウエハ200をボート217から脱装する(ウエハディスチャージ)、本実施形態に係るキャパシタ絶縁膜の形成工程を終了する。なお、このとき、バルブ250p,250q,250sを開き、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
(Substrate unloading step S250)
Then, the boat 217 is unloaded from the processing chamber 201 (boat unloading), and the deposited wafers 200 are detached from the boat 217 (wafer discharge) in the reverse order of the substrate loading step S210 described above. The step of forming the capacitor insulating film according to the embodiment is completed. At this time, it is preferable that the valves 250p, 250q, and 250s are opened and the purge gas is continuously supplied into the processing chamber 201.

(2)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
(2) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

さらに、本実施形態によれば、HfO膜中にAlを添加させることによって、結晶構造をアモルファスから正方晶系に相転位させるためのアニール温度を、例えば400℃以上700℃以下の範囲の所定の温度に大幅に下げることができる。一例としては、Alの組成比を1〜10%の範囲とすると、上述のアニール温度を600℃程度にまで下げることができる。また、Alの組成比を8%以上とすると、HfAlO膜600Aをほぼ100%の確率で正方晶系の結晶構造へと相転移させることができる。なお、Alの組成比を16%以上とすると、アニール温度は700℃程度となる。   Furthermore, according to the present embodiment, the annealing temperature for changing the crystal structure from amorphous to tetragonal system by adding Al in the HfO film is, for example, a predetermined range of 400 ° C. to 700 ° C. Can be greatly reduced to temperature. As an example, when the Al composition ratio is in the range of 1 to 10%, the above-described annealing temperature can be lowered to about 600 ° C. If the Al composition ratio is 8% or more, the HfAlO film 600A can be phase-transformed into a tetragonal crystal structure with a probability of almost 100%. When the Al composition ratio is 16% or more, the annealing temperature is about 700 ° C.

また、本実施形態によれば、HfAlO膜600Aの結晶構造を正方晶系に相転移させることで、HfAlO膜600Aの誘電率を大幅に高めることができる。具体的には、HfAlO膜600Aの比誘電率(k)は、HfO膜の比誘電率(k=15〜40)やAlO膜の比誘電率(k=6〜13)よりも高い値であって、例えばk=40などとなる。   Further, according to the present embodiment, the dielectric constant of the HfAlO film 600A can be significantly increased by causing the crystal structure of the HfAlO film 600A to phase change to a tetragonal system. Specifically, the relative dielectric constant (k) of the HfAlO film 600A is higher than the relative dielectric constant (k = 15 to 40) of the HfO film and the relative dielectric constant (k = 6 to 13) of the AlO film. Thus, for example, k = 40.

また、本実施形態によれば、HfAlO膜600A中におけるAlの組成比は、下層側HfO層510Aと下層側AlO層520Aとの膜厚比、或いは上層側HfO層560Aと上層側AlO層570Aとの膜厚比を調整することで、容易に制御可能である。すなわち、上述のサイクル数の比率を調整することで容易に制御可能である。   Further, according to the present embodiment, the Al composition ratio in the HfAlO film 600A is the film thickness ratio between the lower layer side HfO layer 510A and the lower layer side AlO layer 520A, or the upper layer side HfO layer 560A and the upper layer side AlO layer 570A. It can be easily controlled by adjusting the film thickness ratio. That is, it can be easily controlled by adjusting the ratio of the number of cycles described above.

<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について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。
<Other Embodiments 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、金属含有ガスとしてHf含有ガスであるTEMAHを気化させたガスを用いたが、本発明は係る形態に限定されず、例えば、Hf(O−tBu)、TDMAH(テトラキスジメチルアミノハフニウム、Hf(NMe)、TDEAH(テトラキスジエチルアミノハフニウム、Hf(NEt)、Hf(MMP)、ハフニウム四塩化物(HfCl)等を気化させたガスを金属含有ガスとして用いることもできる。なお、上記化学式中、「Et」はCを、「Me」はCHを、「O−tBu」はOC(CHを、「MMP」はOC(CHCHOCHをそれぞれ表している。 For example, in the above-described embodiment, a gas obtained by vaporizing TEMAH, which is an Hf-containing gas, is used as the metal-containing gas. However, the present invention is not limited to this mode, and for example, Hf (O-tBu) 4 , TDMAH ( Metal containing gas vaporized tetrakisdimethylaminohafnium, Hf (NMe 2 ) 4 ), TDEAH (tetrakisdiethylaminohafnium, Hf (NEt 2 ) 4 ), Hf (MMP) 4 , hafnium tetrachloride (HfCl 4 ), etc. It can also be used as a gas. In the above chemical formula, “Et” is C 2 H 5 , “Me” is CH 3 , “O-tBu” is OC (CH 3 ) 3 , and “MMP” is OC (CH 3 ) 2 CH 2. OCH 3 to represent each.

また例えば、上述の実施形態では、第1の酸素含有ガスとしてHOガスを用いたが、本発明はこのような実施形態に限定されず、例えばNOガス等を用いてもよい。 For example, in the above-described embodiment, H 2 O gas is used as the first oxygen-containing gas. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and for example, N 2 O gas or the like may be used.

また、例えば、上述の実施形態では酸化力が強い第2の酸素含有ガスとしてOガスを
用いたが、本発明はこのような実施形態に限定されず、例えばプラズマで活性化した酸素含有物質(例えばOガス等)を用いても良い。
Further, for example, in the above-described embodiment, the O 3 gas is used as the second oxygen-containing gas having strong oxidizing power. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and for example, an oxygen-containing substance activated by plasma (For example, O 2 gas or the like) may be used.

また、上述の実施形態では、金属酸化膜としてHfO膜やHfAlO膜を形成する場合について説明したが、本発明は係る実施形態には限定されない。例えば、金属酸化膜としてZrO膜(ジルコニウム酸化膜)やZrAlO膜(ジルコニウムアルミニウム酸化膜)を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。なお、ZrO膜を形成する際には、例えばTEMAZ(テトラエチルメチルアミノジルコニウム:Zr[N(CH(C)、TDMAZ(テトラキスジメチルアミノジルコニウム:Zr[N(CH)、Zr(NEtMe)、Zr(O−tBu)、Zr(NMe、Zr(NEt、Zr(MMP)を気化させたガス等を用いることができる。その他、TiO膜(チタン酸化膜)、NbO膜(ニオブ酸化膜)、TaO膜(タンタル酸化膜)、これらにAl等をドープした膜、或いはこれらを組み合わせたり混合させたりした金属酸化膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the HfO film or the HfAlO film is formed as the metal oxide film has been described. However, the present invention is not limited to the embodiment. For example, the present invention can also be suitably applied when a ZrO film (zirconium oxide film) or a ZrAlO film (zirconium aluminum oxide film) is formed as the metal oxide film. When forming a ZrO film, for example, TEMAZ (tetraethylmethylaminozirconium: Zr [N (CH 3 ) 2 (C 2 H 5 ) 2 ] 4 ), TDMAZ (tetrakisdimethylaminozirconium: Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 ), Zr (NEtMe) 4 , Zr (O-tBu) 4 , Zr (NMe 2 ) 4 , Zr (NEt 2 ) 4 , gas obtained by vaporizing Zr (MMP) 4 , or the like may be used. it can. In addition, a TiO film (titanium oxide film), an NbO film (niobium oxide film), a TaO film (tantalum oxide film), a film doped with Al or the like, or a metal oxide film obtained by combining or mixing them is formed. Even in this case, the present invention can be preferably applied.

また、上述の実施形態では、電極の直上に金属酸化膜を形成しているが、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、電極の直上に上述の金属酸化膜とは異なる絶縁膜等が予め設けられ、この膜の直上に金属酸化膜を形成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the metal oxide film is formed immediately above the electrode, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, an insulating film or the like different from the above-described metal oxide film may be provided immediately above the electrode, and the metal oxide film may be formed immediately above this film.

また、上述の実施形態では、第1の金属酸化層と第2の酸化層とを1層ずつ積層させて金属酸化膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、第1の金属酸化層と第2の金属酸化層とを交互に繰り返して積層させるようにしてもよい。また、電極の直上に第1の金属酸化層を形成しておけば、その上の層は、第1の金属酸化層と第2の金属酸化層とを任意に組み合わせてもよい。また、例えばHfO層とAlO層とを交互に積層させてHfAlO層を形成する場合には、HfO層を先に形成する場合に限らず、AlO層から先に形成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the metal oxide film is formed by laminating the first metal oxide layer and the second oxide layer one by one has been described. However, the present invention is limited to such an embodiment. Not. For example, the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may be alternately and repeatedly stacked. In addition, if the first metal oxide layer is formed immediately above the electrode, the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may be arbitrarily combined as the upper layer. For example, when the HfAlO layer is formed by alternately stacking HfO layers and AlO layers, the HfO layer is not limited to being formed first, but may be formed first from the AlO layer.

また、本実施形態に係る製造方法を実施する基板処理装置として、縦型の処理炉を例に挙げて説明したが、本発明は例えば枚様式の処理炉を有する基板処理装置においても適用可能である。また、金属酸化膜だけでなく、下電極及び上電極の形成を含む一連の工程を同一の処理炉内で行うことも可能である。   Further, as a substrate processing apparatus for performing the manufacturing method according to the present embodiment, a vertical processing furnace has been described as an example, but the present invention can also be applied to, for example, a substrate processing apparatus having a single processing furnace. is there. Further, not only the metal oxide film but also a series of steps including the formation of the lower electrode and the upper electrode can be performed in the same processing furnace.

また、上述の実施形態においては、MIM構造のキャパシタを有するDRAMを製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、例えばトレンチ型DRAMやスタック型DRAMのキャパシタ絶縁膜、MOSFETやフラッシュメモリのゲート絶縁膜や電荷保持膜等、他の金属酸化膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。   Further, in the above-described embodiment, the case where a DRAM having an MIM structure capacitor is manufactured has been described as an example, but the present invention is not limited to such a form. For example, the present invention can be suitably applied to the case where other metal oxide films such as capacitor insulating films of trench type DRAMs and stacked type DRAMs, gate insulating films of MOSFETs and flash memories, and charge holding films are formed. .

(実施例1)
以下に、本発明の実施例1について説明する。図14は、HOガス及びOガスを用いて形成したHfO膜(実施例:▲印)、及びHOガスのみを用いて形成したHfO膜(比較例:◆印)の膜特性の評価結果を示すグラフ図である。図14の横軸は、形成したHfO膜のEOT(nm)を示し、縦軸は、形成したHfO膜を挟む上下電極間に±1.5Vの電圧を印加したときのリーク電流密度(A/cm)を示している。なお、本実施例に係るHfO膜は、上述の第1の実施形態と同様の手法により形成している。また、成膜温度は、それぞれ150℃、220℃としている。
Example 1
Example 1 of the present invention will be described below. FIG. 14 shows film characteristics of an HfO film (Example: ▲) formed using H 2 O gas and O 3 gas, and an HfO film (Comparative Example: ♦) formed using only H 2 O gas. It is a graph which shows the evaluation result of. The horizontal axis of FIG. 14 shows the EOT (nm) of the formed HfO film, and the vertical axis shows the leakage current density (A / V) when a voltage of ± 1.5 V is applied between the upper and lower electrodes sandwiching the formed HfO film. cm 2 ). Note that the HfO film according to this example is formed by the same method as in the first embodiment. The film forming temperatures are 150 ° C. and 220 ° C., respectively.

図14によれば、HOガス及びOガスを用いて形成したHfO膜(実施例)のリーク電流密度は、成膜温度が150℃、220℃のいずれの場合においても、HOガスの
みを用いて形成したHfO膜(比較例)のリーク電流密度に比べて大幅に低下していることが分かる。これは、HOガスのみを用いず、酸化力の強いOガスを併用したことにより、HfO膜の酸化が促進され、HfO膜の誘電率が増大したためと考えられる。また、図14によれば、成膜温度を220℃から150℃に低下させることにより、EOTを低下でできることが分かる。これは、成膜温度を下げることで、HOガス、Oガスの酸化反応が抑制され、下地(下電極)の酸化が抑制されるためと考えられる。
According to FIG. 14, the leakage current density of the HfO film (Example) formed using H 2 O gas and O 3 gas is H 2 O regardless of whether the film formation temperature is 150 ° C. or 220 ° C. It can be seen that the leakage current density of the HfO film (comparative example) formed using only gas is significantly reduced. This is presumably because the use of not only H 2 O gas but also O 3 gas having strong oxidizing power promotes oxidation of the HfO film and increases the dielectric constant of the HfO film. FIG. 14 also shows that EOT can be reduced by lowering the film formation temperature from 220 ° C. to 150 ° C. This is presumably because the oxidation reaction of the H 2 O gas and O 3 gas is suppressed by lowering the film formation temperature, and the oxidation of the base (lower electrode) is suppressed.

(実施例2)
次に、本発明の実施例2について説明する。図15は、HOガス及びOガスを用いて形成したHfAlO膜(実施例:▲印)、及びOガスのみを用いて形成したHfAlO膜(比較例:●印)の膜特性の評価結果を示すグラフ図である。図15の横軸は、形成したHfO膜の実際の膜厚(nm)を示し、縦軸は、形成したHfO膜のEOTを示している。なお、本実施例に係るHfO膜は、上述の第2の実施形態と同様の手法により形成している。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 shows the film characteristics of an HfAlO film formed using H 2 O gas and O 3 gas (Example: ▲) and an HfAlO film formed using only O 3 gas (Comparative example: ●). It is a graph which shows an evaluation result. The horizontal axis in FIG. 15 shows the actual film thickness (nm) of the formed HfO film, and the vertical axis shows the EOT of the formed HfO film. Note that the HfO film according to this example is formed by the same method as in the second embodiment described above.

図15によれば、HOガスとOガスとを用いて形成したHfAlO膜(実施例)のEOTは、Oガスのみを用いて形成したHfAlO膜(比較例)のEOTに比べ、およそ0.2nm〜0.3nmずつ低下していることがわかる。これは、酸化力が強いOガスのみを用いず、酸化力の弱いHOガスを成膜の初期段階で用いたことにより、下地(下電極)の酸化が抑制された結果であると考えられる。 According to FIG. 15, the EOT of the HfAlO film (Example) formed using H 2 O gas and O 3 gas is compared with the EOT of the HfAlO film (Comparative Example) formed using only O 3 gas. It can be seen that the thickness decreases by about 0.2 nm to 0.3 nm. This is a result of suppressing the oxidation of the base (lower electrode) by using the H 2 O gas having a weak oxidizing power in the initial stage of film formation without using only the O 3 gas having a strong oxidizing power. Conceivable.

<本発明の好ましい態様>
以下に本発明の望ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, desirable aspects of the present invention will be additionally described.

[付記1]
本発明の一態様は、
電極が形成された基板を処理室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板の前記電極の上に金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、
前記金属酸化膜が形成された前記基板を前記処理室内から搬出する基板搬出工程と、
を有し、
前記金属酸化膜形成工程では、
前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記電極の直上に第1の金属酸化層を形成する第1の工程と、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成する第2の工程と、
をこの順に実施する半導体デバイスの製造方法である。
[Appendix 1]
One embodiment of the present invention provides:
A substrate carrying-in step of carrying the substrate on which the electrode is formed into the processing chamber;
A metal oxide film forming step of forming a metal oxide film on the electrode of the substrate;
A substrate unloading step of unloading the substrate on which the metal oxide film has been formed from the processing chamber;
Have
In the metal oxide film forming step,
A step of supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber and a step of supplying a first oxygen-containing gas into the processing chamber are performed, and a first metal oxide layer is formed immediately above the electrode. A first step of:
Supplying the metal-containing gas into the processing chamber; and supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber; A second step of forming a second metal oxide layer on the metal oxide layer;
Is a method for manufacturing a semiconductor device in which the steps are performed in this order.

[付記2]
好ましくは、
前記第1の工程では、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する。
[Appendix 2]
Preferably,
In the first step,
Supplying the metal-containing gas into the processing chamber;
The step of supplying the first oxygen-containing gas into the processing chamber is defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.

[付記3]
また好ましくは、
前記第2の工程では、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する。
[Appendix 3]
Also preferably,
In the second step,
Supplying the metal-containing gas into the processing chamber;
The step of supplying the second oxygen-containing gas into the processing chamber is defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.

[付記4]
また好ましくは、
前記金属酸化膜形成工程では、
前記第1の工程と、前記第2の工程と、を同一の前記処理室内で連続して実施する。
[Appendix 4]
Also preferably,
In the metal oxide film forming step,
The first step and the second step are continuously performed in the same processing chamber.

[付記5]
また好ましくは、
前記金属酸化膜形成工程では、
前記第1の酸素含有ガスとしてHOガスもしくはNOガスを用い、
前記第2の酸素含有ガスとしてOガスを用いる。
[Appendix 5]
Also preferably,
In the metal oxide film forming step,
H 2 O gas or N 2 O gas is used as the first oxygen-containing gas,
O 3 gas is used as the second oxygen-containing gas.

[付記6]
また好ましくは、
前記第1の工程では、
膜厚が少なくとも1nm以上となるよう前記第1の金属酸化層を形成する。
[Appendix 6]
Also preferably,
In the first step,
The first metal oxide layer is formed so that the film thickness is at least 1 nm or more.

[付記7]
本発明の他の態様は、
電極が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系と、
前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する第1の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する第2の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記電極の直上に第1の金属酸化層を形成し、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成して金属酸化膜を形成するように前記金属含有ガス供給系、前記第1の酸素含有ガス供給系、前記第2の酸素含有ガス供給系、及び排気系を制御する制御部と、を有する
基板処理装置である。
[Appendix 7]
Another aspect of the present invention is:
A processing chamber for accommodating a substrate on which an electrode is formed;
A metal-containing gas supply system for supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber;
A first oxygen-containing gas supply system for supplying a first oxygen-containing gas into the processing chamber;
A second oxygen-containing gas supply system for supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber;
An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
Performing a process of supplying the metal-containing gas into the processing chamber and a process of supplying the first oxygen-containing gas into the processing chamber, forming a first metal oxide layer directly on the electrode, A process of supplying the metal-containing gas into a processing chamber and a process of supplying the second oxygen-containing gas into the processing chamber are performed to form a second metal oxide layer on the first metal oxide layer And a control unit for controlling the metal-containing gas supply system, the first oxygen-containing gas supply system, the second oxygen-containing gas supply system, and the exhaust system so as to form a metal oxide film. It is a processing device.

[付記8]
好ましくは、
前記制御部は、
前記第1の金属酸化層を形成する処理では、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する処理と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行う。
[Appendix 8]
Preferably,
The controller is
In the process of forming the first metal oxide layer, the process of supplying the metal-containing gas into the process chamber and the process of supplying the first oxygen-containing gas into the process chamber are defined as one cycle. Is performed a predetermined number of times.

[付記9]
また好ましくは、
前記制御部は、
前記第2の金属酸化層を形成する処理では、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する処理と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行う。
[Appendix 9]
Also preferably,
The controller is
In the process of forming the second metal oxide layer, the process of supplying the metal-containing gas into the process chamber and the process of supplying the second oxygen-containing gas into the process chamber are defined as one cycle. Is performed a predetermined number of times.

[付記10]
本発明の更に他の態様は、
電極が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系と、
前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する第1の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する第2の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記電極上に第1の金属酸化層を形成し、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成して金属酸化膜を形成するように前記金属含有ガス供給系、前記第1の酸素含有ガス供給系、前記第2の酸素含有ガス供給系、及び排気系を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記第1の金属酸化層を形成する処理と、前記第2の金属酸化層を形成する処理と、を同一の前記処理室内で連続して行う基板処理装置である。
[Appendix 10]
Still another aspect of the present invention provides:
A processing chamber for accommodating a substrate on which an electrode is formed;
A metal-containing gas supply system for supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber;
A first oxygen-containing gas supply system for supplying a first oxygen-containing gas into the processing chamber;
A second oxygen-containing gas supply system for supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber;
An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A process of supplying the metal-containing gas into the processing chamber and a process of supplying the first oxygen-containing gas into the processing chamber are performed to form a first metal oxide layer on the electrode, and the processing A process of supplying the metal-containing gas into the chamber and a process of supplying the second oxygen-containing gas into the process chamber are performed to form a second metal oxide layer on the first metal oxide layer. A control unit for controlling the metal-containing gas supply system, the first oxygen-containing gas supply system, the second oxygen-containing gas supply system, and the exhaust system so as to form a metal oxide film,
The controller is
In the substrate processing apparatus, the process for forming the first metal oxide layer and the process for forming the second metal oxide layer are continuously performed in the same processing chamber.

[付記11]
好ましくは、
前記制御部は、
前記第1の金属酸化層を形成する処理では、少なくとも1nm以上の膜厚を有する前記第1の金属酸化層を形成する。
[Appendix 11]
Preferably,
The controller is
In the process of forming the first metal oxide layer, the first metal oxide layer having a thickness of at least 1 nm is formed.

200 ウエハ(基板)
201 処理室
510 第1のHfO層(第1の金属酸化層)
560 第2のHfO層(第2の金属酸化層)
530A 第1のHfO層(第1の金属酸化層)
580A 第2のHfO層(第2の金属酸化層)
600 HfO膜(金属酸化膜)
610 下電極(電極)
200 wafer (substrate)
201 treatment chamber 510 first HfO layer (first metal oxide layer)
560 Second HfO layer (second metal oxide layer)
530A first HfO layer (first metal oxide layer)
580A Second HfO layer (second metal oxide layer)
600 HfO film (metal oxide film)
610 Lower electrode (electrode)

Claims (3)

電極が形成された基板を処理室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板の前記電極の直上に金属酸化膜を形成する金属酸化膜形成工程と、
前記金属酸化膜が形成された前記基板を前記処理室内から搬出する基板搬出工程と、
を有し、
前記金属酸化膜形成工程では、
前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記電極上に第1の金属酸化層を形成する第1の工程と、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する工程と、を実施し、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成する第2の工程と、
をこの順に実施する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A substrate carrying-in step of carrying the substrate on which the electrode is formed into the processing chamber;
A metal oxide film forming step of forming a metal oxide film directly on the electrode of the substrate;
A substrate unloading step of unloading the substrate on which the metal oxide film has been formed from the processing chamber;
Have
In the metal oxide film forming step,
A step of supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber and a step of supplying a first oxygen-containing gas into the processing chamber are performed to form a first metal oxide layer on the electrode. A first step;
Supplying the metal-containing gas into the processing chamber; and supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber; A second step of forming a second metal oxide layer on the metal oxide layer;
Are performed in this order. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記金属酸化膜形成工程では、
前記第1の酸素含有ガスとしてHOガスもしくはNOガスを用い、
前記第2の酸素含有ガスとしてOガスを用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
In the metal oxide film forming step,
H 2 O gas or N 2 O gas is used as the first oxygen-containing gas,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an O 3 gas is used as the second oxygen-containing gas.
電極が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室内に少なくとも1種類の金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系と、
前記処理室内に第1の酸素含有ガスを供給する第1の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスよりも酸化力が強い第2の酸素含有ガスを供給する第2の酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第1の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記電極の直上に第1の金属酸化層を形成し、前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する処理と、前記処理室内に前記第2の酸素含有ガスを供給する処理と、を行い、前記第1の金属酸化層上に第2の金属酸化層を形成して金属酸化膜を形成するように前記金属含有ガス供給系、前記第1の酸素含有ガス供給系、前記第2の酸素含有ガス供給系、及び排気系を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記第1の金属酸化層を形成する処理と、前記第2の金属酸化層を形成する処理と、を同一の前記処理室内で連続して行わせる
ことを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber for accommodating a substrate on which an electrode is formed;
A metal-containing gas supply system for supplying at least one metal-containing gas into the processing chamber;
A first oxygen-containing gas supply system for supplying a first oxygen-containing gas into the processing chamber;
A second oxygen-containing gas supply system for supplying a second oxygen-containing gas having a stronger oxidizing power than the first oxygen-containing gas into the processing chamber;
An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
Performing a process of supplying the metal-containing gas into the processing chamber and a process of supplying the first oxygen-containing gas into the processing chamber, forming a first metal oxide layer directly on the electrode, A process of supplying the metal-containing gas into a processing chamber and a process of supplying the second oxygen-containing gas into the processing chamber are performed to form a second metal oxide layer on the first metal oxide layer And a control unit for controlling the metal-containing gas supply system, the first oxygen-containing gas supply system, the second oxygen-containing gas supply system, and the exhaust system so as to form a metal oxide film. ,
The controller is
A substrate processing apparatus, wherein the process for forming the first metal oxide layer and the process for forming the second metal oxide layer are continuously performed in the same processing chamber.
JP2010284827A 2010-12-21 2010-12-21 Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus Pending JP2012134311A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010284827A JP2012134311A (en) 2010-12-21 2010-12-21 Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010284827A JP2012134311A (en) 2010-12-21 2010-12-21 Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012134311A true JP2012134311A (en) 2012-07-12

Family

ID=46649568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010284827A Pending JP2012134311A (en) 2010-12-21 2010-12-21 Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012134311A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140097984A (en) 2013-01-30 2014-08-07 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium
JPWO2014010405A1 (en) * 2012-07-13 2016-06-23 株式会社村田製作所 Method for manufacturing transistor
US9552981B2 (en) 2014-02-10 2017-01-24 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for forming metal oxide film
US9574269B2 (en) 2014-03-27 2017-02-21 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for forming thin film
US11227912B2 (en) 2019-06-11 2022-01-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014010405A1 (en) * 2012-07-13 2016-06-23 株式会社村田製作所 Method for manufacturing transistor
KR20140097984A (en) 2013-01-30 2014-08-07 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium
US9437421B2 (en) 2013-01-30 2016-09-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium
US9552981B2 (en) 2014-02-10 2017-01-24 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for forming metal oxide film
US9574269B2 (en) 2014-03-27 2017-02-21 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for forming thin film
US11227912B2 (en) 2019-06-11 2022-01-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4988902B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
US9496134B2 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP5284182B2 (en) Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
US9206931B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP5462885B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
JP5171625B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
KR101451716B1 (en) Film forming method and film forming apparatus
US9437421B2 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium
JP4753841B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5524785B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
JP5702584B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
WO2012090831A1 (en) Semiconductor device production method and substrate processing device
WO2011093203A1 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and semiconductor device
JP2012134311A (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
JP2012104719A (en) Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
JP5460775B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, and substrate processing apparatus
JPWO2009104620A1 (en) Film formation method and storage medium
JP5385723B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2011155033A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device