JP2012160757A - 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 原料と酸化剤とを用い、金属薄膜が形成された基板上に、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、酸化による結晶粒の異常成長が起こらない温度であって、かつ、アモルファス状態となる第1温度で形成するステップと、原料と酸化剤とを用い、アモルファス状態の金属酸化膜上に、アモルファス状態を維持しつつ、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、第1温度を超える第2温度で形成するステップと、を有する。
【選択図】図1
Description
上述したとおり、金属酸化膜を高温下で形成すると、下地の金属薄膜が酸化してしまう場合があった。発明者は、下地の金属薄膜の酸化を抑制する方法について鋭意研究を行った。その結果、金属薄膜の酸化が起こらない温度であって金属酸化膜がアモルファス状態となる第1温度で金属酸化膜を形成した後、第1温度で形成した金属酸化膜上に第1温度以上の第2温度で目標の膜厚まで金属酸化膜を形成することにより、下地の金属薄膜の酸化を抑制することが可能であるとの知見を得た。通常、第2温度で金属薄膜上に直接に金属酸化膜を形成すると金属薄膜が酸化されてしまうことがあるが、上述の方法によれば、第1温度で予め形成した金属酸化膜が酸素の透過を抑制するバリアとして機能するため、
第2温度で金属酸化膜を形成する際にも下地の金属薄膜の酸化が抑制されるのである。本発明は、発明者が得た上述の知見に基づいてなされたものである。以下に、本発明の一実施形態について説明する。
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図4,5を参照しながら説明する。図4は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図5は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
図4,5に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は、処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)など金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのウェハ200を処理する処理室201が構成されている。
処理室201の内壁側面には、処理室201の内外にウェハ200を搬送するためのウェハ搬送口250が設けられている。ウェハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開けることにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するように構成されている。搬送室271は密閉容器272内に形成されており、搬送室271内にはウェハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられ
ている。搬送ロボット273には、ウェハ200を搬送する際にウェハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能なように構成されている。処理室201内に搬送されたウェハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。
処理室201の内壁側面であって、ウェハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、及び真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
ガス導入口210と、ウェハ処理位置におけるウェハ200との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させるための分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウェハ200の表面に供給するためのシャワー板240bとを備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウェハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口210から供給されるガスを分散させるための分散室(第1バッファ空間)240c、および分散板240aを通過したガスを拡散させるための第2バッファ空間240dとしてそれぞれ機能する。
処理室201の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウェハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。
の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部205aが支持台203の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート205が、支持台203の昇降に伴い、支持台203と共に昇降されるようになっている。
、ベント(バイパス)系とを備えている。以下に、原料として例えばストロンチウム原料、チタン原料、バリウム原料を供給する原料供給系、酸化剤として例えばオゾンガスを供給する酸化剤供給系の構成等について説明する。
処理室201の外部には、液体原料としてのSr(ストロンチウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第1液体原料という)を供給する第1液体原料供給源220s、Ba(バリウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第2液体原料という)を供給する第2液体原料供給源220b、及びTi(チタニウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第3液体原料という)を供給する第3液体原料供給源220tが設けられている。第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220tは、内部に液体原料を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)としてそれぞれ構成されている。なお、Sr,Ba,Ti元素を含む各有機金属液体原料は、例えば、ECH(エチルシクロヘキサン)やTHF(テトラヒドロフラン)などの溶媒(ソルベント)により0.05mol/L〜0.2mol/Lに希釈されてから、タンク内にそれぞれ収容される。
21s,221b,221t、開閉バルブvs1,vb1,vt1により液体原料供給系(液体原料供給ライン)が構成される。
また、処理室201の外部には、酸素(O2)ガスを供給する酸素ガス供給源230oが設けられている。酸素ガス供給源230oには、第1酸素ガス供給管211oの上流側端部が接続されている。第1酸素ガス供給管211oの下流側端部には、プラズマにより酸素ガスから反応ガス(反応物)すなわち酸化剤としてのオゾンガスを生成させるオゾナイザ229oが接続されている。なお、第1酸素ガス供給管211oには、酸素ガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ221oが設けられている。
内へのオゾンガスの供給を制御する開閉バルブvo3が設けられている。
また、処理室201の外部には、洗浄液としての溶媒(ソルベント)であるECH(エチルシクロヘキサン)を供給する洗浄液供給源220eが設けられている。洗浄液供給源220eは、内部に洗浄液を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)として構成されている。なお、洗浄液としては、ECHに限定されず、THF(テトラヒドロフラン)などの溶媒を用いることが出来る。
b2,vt2により、洗浄液供給系(溶媒供給系)すなわち洗浄液供給ライン(溶媒供給ライン)が構成される。
また、処理室201の外部には、パージガスとしてのArガスを供給するためのArガス供給源230aが設けられている。Arガス供給源230aには、パージガス供給管214の上流側端部が接続されている。パージガス供給管214の下流側端部は、4本のライン、すなわち、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oに分岐するように接続されている。第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oの下流側端部は、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213oの開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3の下流側にそれぞれ接続されている。なお、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oには、Arガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ224s,224b,224t,224oと、Arガスの供給を制御する開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4とが、それぞれ設けられている。主に、Arガス供給源230a、パージガス供給管214、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214o、流量コントローラ224s,224b,224t,224o、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4によりパージガス供給系(パージガス供給ライン)が構成される。
また、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213oの開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3の上流側には、第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oの上流側端部がそれぞれ接続されている。また、第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oの下流側端部は合流するように一本化してベント管215となり、ベント管215は排気管261の原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oには、ガスの供給を制御するための開閉バルブvs5,vb5,vt5,vo5がそれぞれ設けられている。
o6がそれぞれ設けられている。
なお、本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、圧力調整器(APC)262、気化器229s,229b,229t、オゾナイザ229o、真空ポンプ264、開閉バルブvs1〜vs6,vb1〜vb6,vt1〜vt6,vo3〜vo6、液体流量コントローラ221s,221b,221t、222s、222b、222t、流量コントローラ224s,224b,224t,221o,222o,224o等の動作を制御する。
続いて、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いて、ALD法により例えばストロンチウム、チタンを含む金属酸化膜としてのSTO(SrTiO3)膜を形成する基板処理工程について、図2及び図6(a)を参照しながら説明する。図6(a)は、本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が有する各バルブの開閉タイミングを示すタイミングチャートとしてのシーケンス図である。このタイミングチャートにおいて、Highレベルはバルブ開を、Lowレベルはバルブ閉を示している。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ280によって制御される。
まず、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図5に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象のウェハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S1)。なお、ウェ
ハ200の表面には例えばSiO2等の酸化膜が形成され、かかる酸化膜上には、例えば金属薄膜としてのルテニウム(Ru)薄膜が予め形成されている。ルテニウム薄膜は、後述する工程において、金属酸化膜としてのSTO膜を形成する下地となる。処理室201内に搬入したウェハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S3)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S4)。
続いて、第1ステップ(S5)を実施する。第1ステップ(S5)では、表面に金属薄
膜としてのルテニウム薄膜が形成されたウェハ200上に、例えばストロンチウム、チタンを含む金属酸化膜としてのSTO(SrTiO3)膜を、ルテニウム薄膜の酸化が起こらない温度であって、かつSTO膜がアモルファス状態となる第1温度で形成する。具体的には、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が上述の第1温度となるように制御しつつ、以下に述べる第1原料ガスを用いたALD工程(S51)と第3原料ガスを用いたALD工程(S52)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、ルテニウム薄膜上に所望の膜厚のSTO膜を形成する。
た第1液体原料及び溶媒も一緒に気化室20s内へ供給されて気化される。そして、気化された洗浄液、第1液体原料、及び溶媒は、第1原料ガス供給管213sを通り、処理室201内へ供給されることなく、ベント管215sより処理室201をバイパスして排気される。なお、気化器229sの液体原料流路21s内の洗浄は、例えば、次回の気化器229sへの第1液体原料の供給開始時まで(S52のTiまで)継続させる。
拡散を促すように、開閉バルブvs4,vb4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
処理温度(第1温度):200〜350℃、好ましくは200〜300℃、
処理圧力:10〜1000Pa、好ましくは10〜500Pa、
第1液体原料(Sr(C14O4H25)2(略称;Sr(METHD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
第3液体原料(Ti(C6O2H11)(C11O2H19)2(略称;Ti(MPD)(THD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
酸化剤(オゾンガス)供給流量:500〜2000sccm(オゾン濃度20〜200g/Nm3)
洗浄液(ECH)供給流量:0.05〜0.5cc/min、
膜厚:3〜5nm(30〜50Å)、
サイクル数:60〜100サイクル
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内でのある値で一定に維持することで、ウェハ200上に形成されたルテニウム薄膜上に、アモルファス状態のSTO膜が形成される。
のが困難となってしまう。従って、液体原料供給流量は、1度に1枚のウェハ200を処理する枚葉式の基板処理の場合、0.01〜0.5cc/min程度とするのが好ましく、1度に複数枚のウェハ200を処理するバッチ式の基板処理の場合、0.01〜2cc/min程度とするのが好ましい。
続いて、第2ステップ(S6)を実施する。第2ステップ(S6)では、第1ステップ(S5)で形成したSTO膜上に、例えばストロンチウム、チタンを含む金属酸化膜としてのSTO膜を、第1温度を超える(上回る)第2温度で目標の膜厚まで形成する。具体的には、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が上述の第2温度となるように制御しつつ、第1原料ガスを用いたALD工程(S61)と第3原料ガスを用いたALD工程(S62)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、第1ステップで形成したSTO膜上に所望の膜厚のSTO膜を形成する。なお、第1原料ガスを用いたALD工程(S61)及び第3原料ガスを用いたALD工程(S62)のシーケンスは、上述した第1原料ガスを用いたALD工程(S51)及び第3原料ガスを用いたALD工程(S52)のシーケンスと同様である。
処理温度(第2温度):300〜400℃、好ましくは350〜400℃、
処理圧力:10〜1000Pa、好ましくは10〜500Pa、
第1液体原料(Sr(C14O4H25)2(略称;Sr(METHD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
第3液体原料(Ti(C6O2H11)(C11O2H19)2(略称;Ti(MPD)(THD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
酸化剤(オゾンガス)供給流量:500〜2000sccm(オゾン濃度20〜200g/Nm3)、
洗浄液(ECH)供給流量:0.05〜0.5cc/min、
膜厚:12〜15nm(120〜150Å)、
サイクル数:240〜300サイクル
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内でのある値で一定に維持することで、第1ステップ(S5)で形成したアモルファス状態のSTO膜上に、STO膜がさらに形成される。
結晶化したポリ状態のSTO膜を形成でき、STO膜の膜質を向上させることもできる。そのため、処理温度は350〜400℃とするのがより好ましい。
続いて、ヒータ206に供給する電力を調整し、第1ステップ(S5)及び第2ステップ(S6)で形成したSTO膜全体をアニールして結晶化させる。
処理温度:500〜600℃、
処理圧力:50〜2000Pa、
処理ガス:ArまたはN2 供給流量:0.5〜5000sccm、
処理時間:1〜60分
が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内でのある値で一定に維持することで、第1ステップ(S5)及び第2ステップ(S6)で形成したSTO膜全体が結晶化する。その結果、STO膜全体の誘電率が増加する。
その後、上述した基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)に示した手順とは逆の手順により、所望膜厚の薄膜を形成した後のウェハ200を処理室201内から搬送室271内へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又はそれ以上の効果を奏する。
とが可能となる。
上述の実施形態においては、第1温度で形成したアモルファス状態のSTO膜は酸素の透過を抑制するバリアとして機能していた。これに対し本実施形態では、第1温度で形成したアモルファス状態のSTO膜に対して更にアニールを施してそのアモルファス状態を維持しつつSTO膜を緻密化させる。これにより、STO膜の密度を高くすることができ、アモルファス状態のSTO膜における酸素の透過を抑制するバリア効果をさらに高めることが可能である。以下に、本実施形態について図6(b)を参照しながら説明する。
処理温度:400〜600℃、
処理圧力:50〜2000Pa、
処理ガス:ArまたはN2 供給流量:0.5〜5000sccm、
処理時間:1〜10分
が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内でのある値で一定に維持することで、アモルファス状態のSTO膜が、アモルファス状態が維持されたまま緻密化される。
:10〜500Pa、膜厚:5nm(50Å)とし、ルテニウム薄膜上にアモルファス状態のSTO膜を形成した。
上述の実施形態では、金属酸化膜としてSTO(SrTiO3)膜を形成する場合を例にとって説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。以下に、本発明の他の実施形態として、例えばストロンチウム、チタン、バリウムを含む金属酸化膜としてBST((Ba,Sr)TiO3)膜を形成する場合について、図3及び図8を参照しながら説明する。図8は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。図3は、本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置が有する各バルブの開閉タイミングを示すタイミングチャートとしてのシーケンス図である。このタイミングチャートにおいても、Highレベルはバルブ開を、Lowレベルはバルブ閉を示している。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ280によって制御される。
まず、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が上述の第1温度となるように制御しつつ、上述の実施形態と同様の第1原料ガスを用いたALD工程(
S51)、第3原料ガスを用いたALD工程(S52)を順に実施する。なお、基板搬入工程(S1)〜昇温工程(S4)での第1液体原料の予備気化、第1原料ガスを用いたALD工程(S51)での第3液体原料の予備気化は、上述の実施形態と同様に行う。また、第1液体原料の予備気化の実施と同時に開閉バルブvb2,vt2を開き、気化器229b,229tの液体原料流路21b,21t内の洗浄を開始する。
た第2液体原料及び溶媒も一緒に気化室20b内へ供給されて気化される。そして、気化された洗浄液、第2液体原料、及び溶媒は、第2原料ガス供給管213bを通り、処理室201内へ供給されることなく、ベント管215bより処理室201をバイパスして排気される。なお、気化器229bの液体原料流路21b内の洗浄は、例えば、次回の気化器229bへの第2液体原料の供給開始時まで(次回のS52のTiまで)継続させる。
続いて、第2ステップ(S6)を実施する。第2ステップ(S6)では、第1ステップ(S5)で形成したBST膜上に、例えばストロンチウム、チタン、バリウムを含む金属酸化膜としてのBST膜を、第1温度を超える第2温度で目標の膜厚まで形成する。具体的には、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が第2温度となるように制御しつつ、第1原料ガスを用いたALD工程(S61)、第3原料ガスを用いたALD工程(S62)、第2原料ガスを用いたALD工程(S63)、第3原料ガスを用いたALD工程(S64)を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、第1ステップで形成したBST膜上に所望の膜厚のBST膜を形成する。なお、第1原料ガスを用いたALD工程(S61)、第3原料ガスを用いたALD工程(S62)、第2原料ガスを用いたALD工程(S63)、第3原料ガスを用いたALD工程(S64)のシーケンスは、上述した第1原料ガスを用いたALD工程(S51)、第3原料ガスを用いたALD工程(S52)、第2原料ガスを用いたALD工程(S53)、第3原料ガスを用いたALD工程(S54)のシーケンスと同様である。ここで、第2温度は、第1温度以上の温度とするのが好ましく、第1温度と同じ温度としてもよいが、第1温度よりも大きな温度とする方が好ましい。また、第2ステップ(S6)で形成されるBST膜は、アモルファス(非晶質)状態であってもよいが、ポリ(多結晶)状態とする方が好ましい。すなわち、成膜しながら結晶化するのが好ましい。また、第2ステップ(S6)で形成するBST膜は、第1ステップ(S5)で形成するBST膜よりも膜厚が厚くなるように成膜するのが好ましい。すなわち、第1ステップ(S5)で薄くBST膜を形成し、第2ステップ(S6)で厚くBST膜を形成するのが好ましい。第2ステップ(S6)でBST膜を形成する際には、第1ステップ(S5)にて予め形成したアモルファス状態のBST膜が酸素透過バリアとして機能するため、下地のルテニウム薄膜の酸化が抑制される。ここで、第1ステップ(S5)で形成したBST膜が多結晶状態である場合、第2ステップ(S6)でBST膜を形成する際に、第1ステップ(S5)で形成したBST膜の結晶粒界を介して酸素が透過し、下地のルテニウム薄膜が酸化してしまうことが考えられる。これに対し、第1ステップ(S5)で形成したBST膜がアモルファス状態である場合、アモルファス状態のBST膜には結晶粒界が存在しないので、酸素が透過するパスは形成されず、第2ステップ(S6)でBST膜を形成する際に、酸素の透過をブロックでき、下地のルテニウム薄膜の酸化を抑制することができる。なお、本実施形態に対して上述した第2の実施形態の方法を適用してもよい。すなわち、第1温度で形成したアモルファス状態のBST膜に対して更にアニールを施してそのアモルファス状態を維持しつつBST膜を緻密化させてもよい。これにより、アモルファス状態のBST膜における酸素の透過を抑制するバリア効果をさらに高めることが可能となる。
上述の実施形態では、金属酸化膜として、STO(SrTiO3)膜あるいはBST((Ba,Sr)TiO3)膜を形成する場合を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、表面に金属薄膜が形成された基板上に、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む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。また、上述の実施形態では、下地の金属薄膜としてルテニウム薄膜が形成されている場合を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、ルテニウム薄膜以外の金属薄膜が形成された基板上に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。例えば、窒化チタニウム(TiN)薄膜を下地として(ZrO2)n(Y2O3)1−n膜を形成したり、窒化チタニウム薄膜を下地として(ZrO2)n(Al2O3)1−n膜を形成したりする場合にも、本発明は好適に適用可能である。
ッチで設けられている。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
ン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記第1温度以上の第2温度で、目標の膜厚まで形成する第2ステップと、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
201 処理室
206 ヒータ
280 コントローラ
Claims (7)
- 原料と酸化剤とを用いて、表面に金属薄膜が形成された基板上に、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記金属薄膜の酸化による前記金属薄膜を構成する結晶粒の異常成長が起こらない温度であって、かつ、前記金属酸化膜がアモルファス状態となる第1温度で形成する第1ステップと、
原料と酸化剤とを用いて、前記第1ステップで形成したアモルファス状態の前記金属酸化膜上に、前記金属酸化膜のアモルファス状態を維持しつつ、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記第1温度を超える第2温度で、目標の膜厚まで形成する第2ステップと、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2ステップで形成する前記金属酸化膜は、ポリ状態の金属酸化膜、もしくは、アモルファス状態の金属酸化膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ステップで形成する前記金属酸化膜および前記第2ステップで形成する前記金属酸化膜は、いずれもALD法またはCVD法により形成される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ステップで形成する前記金属酸化膜および前記第2ステップで形成する前記金属酸化膜は、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む原料と、酸化剤と、を交互に供給することで形成される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ステップおよび前記第2ステップにより前記目標の膜厚まで前記金属酸化膜を形成した後、この金属酸化膜に対しアニールを施し、前記第1ステップおよび前記第2ステップで形成した前記金属酸化膜全体を結晶化する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 原料と酸化剤とを用いて、表面に金属薄膜が形成された基板上に、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記金属薄膜の酸化による前記金属薄膜を構成する結晶粒の異常成長が起こらない温度であって、かつ、前記金属酸化膜がアモルファス状態となる第1温度で形成する第1ステップと、
原料と酸化剤とを用いて、前記第1ステップで形成したアモルファス状態の前記金属酸化膜上に、前記金属酸化膜のアモルファス状態を維持しつつ、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記第1温度を超える第2温度で、目標の膜厚まで形成する第2ステップと、を有する
ことを特徴とする基板処理方法。 - 基板を処理する処理室と、
ハフニウム原料、イットリウム原料、ランタン原料、アルミニウム原料、ジルコニウム原料、ストロンチウム原料、チタン原料、バリウム原料、タンタル原料、ニオブ原料から
なる群から選択される少なくともいずれか一つの原料を供給する原料供給系と、
酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内に前記原料と前記酸化剤とを供給して、
表面に金属薄膜が形成された基板上に、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記金属薄膜の酸化による前記金属薄膜を構成する結晶粒の異常成長が起こらない温度であって、かつ、前記金属酸化膜がアモルファス状態となる第1温度で形成する第1ステップと、原料と酸化剤とを用いて、前記第1ステップで形成したアモルファス状態の前記金属酸化膜上に、前記金属酸化膜のアモルファス状態を維持しつつ、ハフニウム、イットリウム、ランタン、アルミニウム、ジルコニウム、ストロンチウム、チタン、バリウム、タンタル、ニオブからなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素を含む金属酸化膜を、前記第1温度を超える第2温度で、目標の膜厚まで形成する第2ステップと、を行うよう、前記原料供給系、前記酸化剤供給系および前記ヒータを制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
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