JP3062116B2

JP3062116B2 - 成膜・改質集合装置

Info

Publication number: JP3062116B2
Application number: JP9130258A
Authority: JP
Inventors: 博神力; 正仁杉浦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2000-07-10
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: JPH1079377A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜を成膜して改質する成
膜・改質集合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化す
るに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデ
バイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように
非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求さ
れ、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。

【０００３】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えば酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）等が用い
られる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼性
の高い絶縁性を発揮するが、この金属酸化膜の成膜後
に、この表面の改質処理を施すことにより、更に絶縁性
を向上させることができることが発見され、特開平２−
２８３０２２号公報にその技術が開示されている。

【０００４】この金属酸化膜を形成するには、例えば酸
化タンタルを形成する場合を例にとって説明すると、上
記公報に開示されているように成膜用の原料として、タ
ンタルの金属アルコキシド（Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ）を
用い、これを窒素ガス等でバブリングしながら供給して
半導体ウエハを例えば４００℃程度のプロセス温度に維
持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により酸化タンタル膜
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）を積層させている。そして、必要に応じ
て更なる絶縁特性の向上を図る場合には、この半導体ウ
エハを、オゾンを含む雰囲気中に搬入し、大気圧下でこ
れに水銀ランプから紫外線を照射することにより活性酸
素原子を発生させ、この活性酸素原子を用いて上記酸化
タンタル膜を改質することにより、一層、特性の良好な
絶縁膜を得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に絶縁膜の特性を向上させることも重要であるが、これ
と同時に、品質の良好なデバイスを多量に製造する上か
ら生産性、すなわちスループットが大きいことが必要と
される。しかしながら、上述したような成膜工程や改質
工程は実施するのにかなりの時間を要し、それ程スルー
プットが良好であるとは言い難い。例えば、酸化タンタ
ル膜の成膜速度は、僅かに１〜２ｎｍ／分程度の成膜レ
ートであり、十分な生産性を上げるために、この成膜レ
ートを大幅に向上させることが大きな課題となってい
る。

【０００６】また、改質工程を例にとれば、紫外線量や
オゾン量にもよるが、使用に耐え得る絶縁耐圧を得るに
は、通常、ウエハ１枚に対して３０分程度の改質処理を
施さねばならず、スループットが十分ではなくてコスト
高になるという問題があった。また、従来の技術にあっ
ては、成膜工程は真空雰囲気下で行なわれるに対して、
改質工程は大気圧下で行なわれるので、成膜工程終了後
にウエハを大気中に取り出さねばならず、この時の圧力
調整にも多くの時間を要してしまう。このように、特性
の良好な絶縁膜を生産性良く製造するために、上記成膜
工程と改質工程を如何に迅速に行なうことができるか
が、大きな課題となっている。

【０００７】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、金属酸化膜の成膜と改質とを連続的に行な
い、成膜レート及び改質レートを向上させて全体のスル
ープットを大幅に向上させることができる成膜・改質集
合装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、成膜条件及
び改質条件について鋭意研究した結果、成膜時にアルコ
ールを微量添加することにより、成膜レートを大幅に改
善することができること及び改質処理を大気中ではなく
真空中で行なうことによりその改質を短時間で行なうこ
とができることを見出だすことにより、本発明に至った
ものである。本発明は、上記問題点を解決するために、
被処理体に対して気化状態の金属酸化膜原料と気化状態
のアルコールとが含まれている真空雰囲気中にて金属酸
化膜を形成する成膜装置と、前記金属酸化膜を真空雰囲
気下において活性酸素原子に晒すことによって改質する
改質装置と、前記成膜装置と前記改質装置とに共通に連
結され、真空状態を維持しつつ前記成膜装置と前記改質
装置との間で前記被処理体を移載する共通移載室とを備
えるように構成したものである。

【０００９】このような構成において、成膜装置では例
えば添加物としてアルコールの存在下にて成膜処理を行
なうことにより金属酸化膜の成膜レートを大幅に向上す
ることができ、また、改質装置では、この金属酸化膜を
改質するに際して、真空雰囲気下で行なうことにより、
この改質レートを大幅に向上させることができる。従っ
て、成膜レートと改質レートを共に向上させることがで
きるので、全体としてのスループットを大幅に向上させ
ることができる。特に、改質工程を真空雰囲気中で行な
うこととし、且つ両装置間を共通移載室を介して連結し
て、成膜後の被処理体を大気圧雰囲気に晒すことなく改
質装置内に搬入できるようにしたので、圧力調整に要す
る時間がほとんど不要となり、その分も含めて全体とし
てのスループットを更に向上させることが可能となる。

【００１０】このような共通移載室は、移載用アーム機
能とこれを内部に収容した移載用容器とにより主に構成
される。また、複数の被処理体を収容可能なカセットを
収容して真空引き可能になされると共に前記共通移載室
に連結されたカセット収容室を設けて、いわゆるクラス
タツール化することにより、未処理の被処理体の搬入、
成膜、改質、搬出といった一連の流れを円滑に行なうこ
とができ、多量の被処理体を迅速に且つ短時間で処理す
ることができる。

【００１１】また、具体的には上記成膜装置は、前記成
膜装置は、真空引き可能になされた処理容器と、この処
理容器内に収容される被処理体を載置する載置台と、前
記処理容器内に気化状態の金属酸化膜原料を供給する原
料供給手段と、前記処理容器内を真空引きする真空排気
系とにより主に構成される。

【００１２】成膜プロセス時には、原料供給手段からは
金属酸化膜原料が気化状態で供給され、例えばアルコー
ル供給手段からはアルコールが気化状態で供給され、共
に処理容器内に導入される。処理容器内は真空排気系に
より所定の圧力の真空雰囲気になされており、載置台上
の被処理体の表面に金属酸化膜が堆積されて行く。この
時、例えばアルコールの直接の作用により、成膜反応が
促進され、また、アルコールの分解により水分が生じ、
この水分によっても成膜反応が促進され、結果的に、成
膜反応を大幅に向上させて成膜レートを大きくすること
が可能となる。このようにアルコールが成膜レートを促
進する理由は、高温の基板にアルコールが触れて、水分
が発生し、この水分がＴａ（ＯＣ₂ Ｈ₅)₅ の加水分解を
促進するためであると考えられる。

【００１３】このアルコールは、金属酸化膜原料と別系
統の供給手段で供給してもよいし、或いはアルコールと
金属酸化膜原料とを混合させて混合液を形成し、これを
原料供給手段から混合状態で気化させて処理容器内に導
入するようにしてもよい。尚、別系統の供給手段の場合
には、アルコールの添加量を、プロセス中においても自
由に制御できるのは言うまでもない。また、この時の処
理温度は、２５０〜４５０℃の範囲内、アルコールの添
加量は０．１〜４．０％の範囲内に設定するのが好まし
い。金属酸化膜原料は、金属アルコキシドを用いること
ができ、また、堆積される金属酸化膜は、酸化タンタ
ル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸
化ストロンチウムの内、いずれか１つを含む。

【００１４】また、具体的には、上記改質装置は、真空
引き可能になされた処理容器と、この処理容器内へ収容
される被処理体を載置する載置台と、オゾン或いはＮ₂
Ｏガスを含む処理ガスを前記処理容器内へ供給する処理
ガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気中に紫外線を
照射して活性酸素原子を生ぜしめる紫外線照射手段と、
前記処理容器内を真空引きする真空排気系とにより主に
構成される。被処理体の表面には、前段の成膜装置にて
予め酸化タンタルなどの金属酸化膜が形成されており、
このような被処理体を処理容器内の載置台へ載置保持し
て改質処理を施す。処理容器内は真空排気系により所定
の真空圧力下に維持され、処理ガス供給手段から供給さ
れたオゾン或いはＮ₂Ｏガスは、紫外線照射手段から放
射された紫外線に照射されると、活性酸素原子を生ず
る。この場合、処理容器内は真空状態になされているこ
とから発生した活性酸素原子が消滅するまでの時間が長
くなって濃度が高くなり、その結果、改質処理を迅速に
行なうことが可能となる。

【００１５】この場合、改質プロセス時の圧力は、１〜
６００Ｔｏｒｒの範囲内に設定するのが好ましく、この
範囲外では改質処理が十分ではなくなり、金属酸化膜の
絶縁耐圧が低下してしまう。また、改質プロセス時の被
処理体の温度は、３２０〜７００℃の範囲内が望まし
く、３２０℃よりも小さい温度の場合には、絶縁耐圧が
十分ではなく、また、７００℃を越えると、金属酸化膜
の結晶化温度が７００〜７５０℃程度あることから結晶
化により改質効果が得られない。紫外線照射手段として
は、種々の構造のものを用いることができ、例えば、水
銀を封入した水銀封入ランプにマイクロ波発生手段から
発生したマイクロ波を印加して紫外線を発生させ、この
紫外線を反射鏡により集光させて処理ガスに照射するこ
とにより活性酸素原子を発生させるようにしてもよい。
また、他の構造としては、複数の円筒体状の紫外線ラン
プを多数並行に配列させるようにしてもよい。

【００１６】また、活性酸素原子を発生させるために、
紫外線を用いずに、プラズマを用いるようにしてもよ
い。例えば、Ｏ₂ガス、オゾン及びＮ₂Ｏガスの内、少
なくとも１つを含む処理ガスにマイクロ波、或いは高周
波電界を印加することにより活性酸素原子を発生させる
ようにしてもよい。また、他の装置例としては、処理ガ
ス供給手段のシャワーヘッドとして、多数の噴射孔を有
する複数のガス噴射管を、例えば格子状に組み合わせて
構成されるものを用いてもよい。この場合には、ガス噴
射管が格子状に配列されていることから、多くの紫外線
がこの石英製のシャワーヘッドを通過することなく被処
理体側に直接照射されることになる。従って、紫外線が
それ程シャワーヘッド内のオゾン等に吸収されずに済
み、改質効率を向上させることができる。この場合、ガ
ス噴射管の載置台上に対する投影面積は、被処理体の表
面の面積の２０％よりも小さく設定するのが好ましい。

【００１７】また、他の装置例としては、処理ガス供給
手段の一部として、被処理体を覆うことができるように
下端部が開放された容器状の蓋体を設け、この一側に噴
射孔を有する導入ヘッダ部を形成し、他側に排出口を有
する排出ヘッダ部を形成する。そして、改質時には、被
処理体を上から覆った状態でこの蓋体内に水平方向へ流
れるガス流を形成する。これによれば、被処理体の表面
近くで活性な酸素原子を高濃度に発生させることができ
るので、改質効率を大幅に向上させることができる。ま
た、被処理体の搬入及び搬出を可能とするために、蓋体
と載置台は、相対的に上下方向に接近及び離間可能とな
るようにしておく。

【００１８】更に、他の装置例としては、被処理体の表
面に形成された金属酸化膜を改質する金属酸化膜の改質
装置において、真空引き可能になされた処理容器と、こ
の処理容器内へ収容される被処理体を載置する載置台
と、オゾン或いはＮ₂Ｏガスを含む処理ガスを前記処理
容器内へ供給する処理ガス供給手段と、前記被処理体を
加熱するための加熱手段と、前記処理容器内を真空引き
する真空排気系とを備え、前記加熱手段は、前記被処理
体を４００℃〜８５０℃の範囲内に加熱するようにす
る。これによれば、紫外線を照射することなく、オゾン
或いはＮ₂ Ｏガスを供給しつつ被処理体を所定の温度に
維持することにより改質することができる。この場合、
改質のプロセス温度は４００℃〜８５０℃の範囲に設定
し、特に、４５０℃〜５００℃の範囲が好ましい。この
場合の加熱手段としては、例えば載置台の下方より加熱
ランプを用いて加熱するのが良い。また、処理容器の側
壁近傍で気相反応によりオゾンが分解するのを抑制する
ために、処理容器の側壁に冷却ジャケットを設けて、こ
の温度をオゾンの熱分解温度以下に冷却するのが好まし
い。絶縁膜となる改質の対象となる金属酸化膜として
は、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸
化バリウム、酸化ストロンチウム等を用いることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る成膜・改質集
合装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係る成膜・改質集合装置を示す概略斜視図、
図２は図１に示す装置の水平断面図、図３は図１に示す
装置を被処理体の搬送経路に沿って切断した時の断面図
である。

【００２０】まず、この成膜・改質集合装置の全体構成
について説明する。図示するように、この成膜・改質集
合装置２は、被処理体、例えば半導体ウエハに対して気
化状態の金属酸化膜原料と気化状態のアルコールの存在
下の真空雰囲気中にて金属酸化膜を形成する成膜装置４
と、この金属酸化膜を真空雰囲気下において活性酸素原
子に晒すことによって改質する改質装置６と、これらの
２つの装置４、６間を共通に連結して、真空状態を維持
しつつ、両装置間にウエハを移載する共通移載室８とに
より主に構成されている。更に、ここでは、ウエハの搬
入・搬出効率を向上させるために、複数の半導体ウエハ
を収容可能なカセットＣを収容して真空引き可能になさ
れて上記共通移載室８に連結されたカセット収容室１０
Ａ，１０Ｂを有しており、いわゆるクラスタツール化さ
れている。

【００２１】共通移載室８の一側には、それぞれゲート
バルブＧ１，Ｇ２を介して第１のカセット収容室１０Ａ
及び第２のカセット収容室１０Ｂがそれぞれ接続されて
いる。これらの両カセット収容室１０Ａ，１０Ｂは、こ
の装置全体のウエハ搬出入ポートを構成するものであ
り、それぞれ昇降自在なカセットステージ１８（図３参
照）を備えている。共通移載室８及び両カセット収容室
１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ気密構造に構成され、両カ
セット収容室１０Ａ，１０Ｂには、外部の作業室雰囲気
との間を開閉して大気開放可能にそれぞれゲートドアＧ
３，Ｇ４が設けられる。

【００２２】共通移載室８内の移載用アーム機構２８
は、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりな
り、両カセット収容室１０Ａ，１０Ｂと成膜装置４及び
改質装置６の間及び成膜装置４と改質装置６との間でウ
エハを移載するものである。そのために、アーム機構２
８のウエハ保持部であるアーム先端には、ウエハＷを吸
着保持するための吸引孔１２Ａが形成されており、この
吸引孔１２Ａは図示しない配管を介して真空ポンプに接
続されている。

【００２３】また、この共通移載室８内には、半導体ウ
エハＷの中心及びオリフラ（オリエンテーションフラッ
ト）を位置合わせするための回転ステージ２０が設けら
れており、図示しない発光部と受光部とにより位置合わ
せ手段を構成している。そして、この共通移載室８に
は、ゲートバルブＧ９，Ｇ１０を介してそれぞれ成膜装
置４及び改質装置６が連結されている。以上説明した上
記各室８，１０Ａ，１０Ｂには、室内に不活性ガス、例
えばＮ２ガスをパージするＮ２ガス供給系３０及び室内
の雰囲気を真空引きするための真空排気系３２がそれぞ
れ接続されており、独立して制御可能になされている。

【００２４】次に、成膜装置４について説明する。図４
は成膜装置を示す概略全体構成図、図５は成膜装置の本
体を示す構成図である。ここでは、金属酸化膜として酸
化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）をＣＶＤにより成膜する場合
について説明する。この成膜装置４は、装置本体１０４
と、これに原料ガスとして金属酸化膜原料を気化状態で
供給する原料供給手段１０６と、成膜レートを向上させ
るために成膜プロセス時に添加物としてアルコールを気
化状態で添加するアルコール供給手段１０８とにより主
に構成される。

【００２５】この原料供給手段１０６は、原料として液
状の金属酸化膜原料１１０、例えばＴａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）
₅ よりなる金属アルコキシドを貯留する密閉状態の原料
タンク１１２を有しており、このタンク１１２には加熱
ヒータ１１４を設けてこの原料１１０を流れ易い温度、
例えば２０〜５０℃程度に加熱している。この原料タン
ク１１２の気相部には、加圧管１１６の先端が上部より
導入されており、この加圧管１１６にはマスフローコン
トローラのような流量制御器１１８が介設されて、加圧
気体として例えばＨｅガスを原料タンク１１２内の気相
部へ導入し得るようになっている。また、この原料タン
ク１１２と上記装置本体１０４の天井部を連絡するよう
にして例えばステンレス管よりなる原料供給通路１２０
が設けられており、この通路１２０の原料導入口１２２
はタンク１１２内の液体原料中に浸漬させて底部近傍に
位置されて、液状の原料を通路１２０内に加圧搬送し得
るようになっている。この原料供給通路１２０は、装置
本体１０４に向けてその途中に液体流量制御器１２４お
よび気化器１２６を介設して、気化状態になされた原料
ガスを装置本体１０４へ導入するようになっている。

【００２６】原料タンク１１２から気化器１２６までの
原料供給通路１２０は、液流量が、通常、例えば５ｍｇ
／ｍｉｎ程度と非常に少ないために内径が０．１２５イ
ンチ程度の配管を用い、これに対して気化器１２６より
下流側の通路１２０は、ガス状態の原料を流すので内径
が大きな、例えば０．２５インチ程度になされた配管を
用いる。そして、この気化器１２６よりも下流側の原料
供給通路１２０には、例えばテープヒータよりなる保温
用ヒータ１２８が巻回されており、原料ガスの液化温度
よりも高く分解温度よりも低い温度、例えば１４０〜１
７５℃の範囲内で保温するようになっている。また、上
記気化器１２６には、気化用ガスとして例えばＨｅガス
を流量制御器１３０により流量制御しつつ供給するよう
になっている。

【００２７】一方、アルコール供給手段１０８は、液状
の添加物１３２としてアルコールを貯留する密閉状態の
アルコールタンク１３４を有しており、このタンク１３
４には加熱ヒータ１３６を設けてアルコール１３２を加
熱することにより、この気化を促進させるようになって
いる。このアルコールタンク１３４内には、バブリング
管１３８が導入されてその先端を、アルコール１３２内
に浸漬させて底部近傍に位置させている。そして、この
バブリング管１３８には流量制御器１４０が介設されて
おり、バブリング気体として例えばＯ₂ ガス或いはＮ₂
ガスを流量制御しつつ供給することにより、液状の添加
物アルコール１３２をバブリングして気化させるように
なっている。

【００２８】そして、このアルコールタンク１３４と上
記装置本体１０４の天井部を連絡するようにして例えば
ステンレス管よりなるアルコール供給通路１４２が設け
られており、この通路１４２の導入口１４４はアルコー
ルタンク１３４内の気相部に導入され、バブリングによ
って発生した気化アルコールを装置本体へ搬送し得るよ
うになっている。添加物として用いるアルコールの種類
は、特に限定されず、例えばメチルアルコール、エチル
アルコールなどの低級アルコールの他、炭素数６以上の
高級アルコールも用いることができる。アルコールタン
ク１３４へ供給する加圧気体はＯ₂ ガスやＮ₂ ガスに限
らず、例えばＨｅガスやＡｒガス等の不活性ガスを用い
てもよいし、アルコールタンク１３４の加熱温度は、ア
ルコールの種類にもよるが、例えばメチルアルコールの
場合には、２０〜４０℃の範囲内に設定するのが好まし
い。

【００２９】一方、上記装置本体１０４は、図５に示す
ように例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処
理容器１４６を有している。この処理容器１４６の底部
１４６Ａの中心部には、給電線挿通孔１４８が形成され
ると共に周辺部には、真空引きポンプ、例えばターボ分
子ポンプ１５０及びドライポンプ１５２を介設した真空
排気系１５４に接続された排気口１５６が設けられてお
り、容器内部を真空引き可能としている。この排気口１
５６は、容器底部１４６Ａに複数個、例えば等間隔で同
一円周上に４個程度設けられ、各排気口１５６は、真空
排気系１５４により共通に連通されている。

【００３０】この処理容器１４６内には、非導電性材
料、例えばアルミナ製の円板状の載置台１５８が設けら
れ、この載置台１５８の下面中央部には下方に延びる中
空円筒状の脚部１６０が一体的に形成され、この脚部１
６０の下端は上記容器底部１４６Ａの給電線挿通孔１４
８の周辺部にＯリング等のシール部材１６２を介在させ
てボルト１６４等を用いて気密に取り付け固定される。
従って、この中空脚部１６０内は、外側に開放され、処
理容器１４６内に対して気密状態となっている。

【００３１】上記載置台１５８には、例えば、ＳｉＣに
よりコーティングされたカーボン製の抵抗発熱体１６６
が埋め込まれており、この上面側に載置される被処理体
としての半導体ウエハＷを所望の温度に加熱し得るよう
になっている。この載置台１５８の上部は、内部に銅な
どの導電板よりなるチャック用電極１６８を埋め込んだ
薄いセラミックス製の静電チャック１７０として構成さ
れており、この静電チャック１７０が発生するクーロン
力により、この上面にウエハＷを吸着保持するようにな
っている。尚、この静電チャック１７０の表面にＨｅガ
スなどのバックサイドガスを流してウエハへの熱伝導性
を向上させたり、ウエハ裏面への成膜を防止するように
してもよい。また、この静電チャック１７０に代えてメ
カニカルクランプを用いるようにしてもよい。

【００３２】上記抵抗発熱体１６６には、絶縁された給
電用のリード線１７２が接続され、このリード線１７２
は、処理容器１４６内に晒すことなく円筒状の脚部１６
０内及び給電線挿通孔１４８を通って外へ引き出され、
開閉スイッチ１７４を介して給電部１７６に接続され
る。また、静電チャック１７０のチャック用電極１６８
には、絶縁された給電用のリード線１７８が接続され、
このリード線１７８も処理容器１４６内に晒すことなく
円筒状の脚部１６０内及び給電線挿通孔１４８を通って
外へ引き出され、開閉スイッチ１８０を介して高圧直流
電源１８２に接続される。尚、ウエハを加熱する手段と
して上記抵抗発熱体１６６に代え、ハロゲンランプ等の
加熱ランプを用いて加熱するようにしてもよい。

【００３３】載置台１５８の周辺部の所定の位置には、
複数のリフタ孔１８４が上下方向に貫通させて設けられ
ており、このリフタ孔１８４内に上下方向に昇降可能に
ウエハリフタピン１８６が収容されており、ウエハＷの
搬入・搬出時に図示しない昇降機構によりリフタピン１
８６を昇降させることにより、ウエハＷを持ち上げた
り、持ち下げたりするようになっている。このようなウ
エハリフタピン１８６は、一般的にはウエハ周縁部に対
応させて３本設けられる。

【００３４】また、処理容器１４６の天井部には、シャ
ワーヘッド１８８が一体的に設けられた天井板１９０が
Ｏリング等のシール部材１９２を介して気密に取り付け
られており、上記シャワーヘッド１８８は載置台１５８
の上面の略全面を覆うように対向させて設けられ、載置
台１５８との間に処理空間Ｓを形成している。このシャ
ワーヘッド１８８は処理容器１４６内に成膜用の原料ガ
ス等をシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッ
ド１８８の下面の噴射面１９４にはガスを噴出するため
の多数の噴射孔１９６が形成される。

【００３５】このシャワーヘッド１８８内は、原料ガス
用ヘッド空間１８８Ａとアルコール用ヘッド空間１８８
Ｂとに２つに区画されており、原料ガス用ヘッド空間１
８８Ａに連通されるガス導入ポート１９８には前記気化
器１２６から延びる原料供給通路１２０を接続して気化
状態の金属酸化膜原料を導入するようになっている。ま
た、アルコール用ヘッド空間１８８Ｂに連通されるガス
導入ポート１１００には前記アルコール供給通路１４２
を接続して気化状態のアルコールを導入するようになっ
ている。そして、上記噴射孔１９６は、原料ガス用ヘッ
ド空間１８８Ａに連通される原料ガス用噴射孔１９６Ａ
とアルコール用ヘッド空間１８８Ｂに連通されるアルコ
ール用噴射孔１９６Ｂの２つの群に分けられており、両
噴射孔１９６Ａ、１９６Ｂから噴出された原料ガスとア
ルコールとを処理空間Ｓにて混合して、いわゆるポスト
ミックス状態で供給するようになっている。尚、ガス供
給方式は、このポストミックスに限らず、シャワーヘッ
ド内で両ガスを予め混合させるようにしてもよい。

【００３６】また、シャワーヘッドの側壁にはこの部分
の温度を原料ガスの分解を防止するために、例えば１４
０〜１７５℃程度に冷却するための冷却ジャケット１１
０２が設けられており、これに６０℃程度の冷媒、例え
ば温水を流すようになっている。尚、このシャワーヘッ
ド１８８と載置台１５８との間の距離は略１０〜３０ｍ
ｍ程度に設定されている。

【００３７】また、処理容器１４６の側壁には、壁面を
冷却するために例えば冷媒を流す冷却ジャケット１１０
４が設けられており、これに例えば６０℃程度の温水を
冷媒として流し、側面を原料ガスが液化しないで、且つ
熱分解しない温度、例えば１４０〜１７０℃の範囲内に
維持するようになっている。また、この容器１４６の側
壁の一部には、ウエハ搬出入口１１０６が設けられ、こ
こに真空引き可能になされた前記共通移載室８との間を
連通・遮断する前記ゲートバルブＧ９を設けている。
尚、図示されていないがパージ用のＮ₂ ガスの供給手段
を設けているのは勿論である。

【００３８】次に、改質装置６について説明する。ここ
では、上記成膜装置４にて形成したウエハ表面の金属酸
化膜を改質して、より絶縁耐圧の優れた絶縁膜を形成す
ることを目的とする。図８は改質装置を示す構成図であ
る。図示するように、この改質装置６は、例えばアルミ
ニウムにより筒体状に成形された処理容器２０４を有し
ている。この処理容器２０４の底部２０４Ａの周辺部に
は、複数の排気口２０６が設けられており、この排気口
２０６には、真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプ２０
８及びドライポンプ２１０を介設した真空引き系２１２
が接続されており、容器内部を真空引き可能としてい
る。

【００３９】処理容器２０４内には、非導電性材料、例
えばアルミナ製の円板状の載置台２１４が設けられ、こ
の載置台２１４の下面中央部は容器底部２０４Ａを上下
に貫通して設けられた中空の回転軸２１６の先端に支持
固定されている。この回転軸２１６の容器底部との貫通
部には、磁性流体シール２１８を介設しており、これを
気密に回転可能に支持して上記載置台２１４を必要に応
じて回転し得るようになっている。尚、この回転軸２１
６は、図示しない回転モータ等からの駆動力により回転
可能になされている。

【００４０】上記載置台２１４には、載置台加熱手段と
して例えば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン
製の抵抗発熱体２２０が埋め込まれており、この上面側
に載置される被処理体としての半導体ウエハＷを所望の
温度に加熱し得るようになっている。この載置台２１４
の上部は、内部に銅などの導電板よりなるチャック用電
極２２２を埋め込んだ薄いセラミック製の静電チャック
２２４として構成されており、この静電チャック２２４
が発生するクーロン力により、この上面にウエハＷを吸
着保持するようになっている。この静電チャック２２４
の表面にＨｅガスなどのバックサイドガスを流してウエ
ハへの熱伝導性を向上させるようにしてもよい。

【００４１】上記抵抗発熱体２２０には、絶縁された給
電用のリード線２２６が接続され、このリード線２２６
は、処理容器２０４内に晒されることなく中空の回転軸
２１６内を通って外へ引き出され、開閉スイッチ２２８
を介して給電部２３０に接続される。また、静電チャッ
ク２２４のチャック用電極２２２には、絶縁された給電
用のリード線２３２が接続され、このリード線２３２も
処理容器２０４内に晒されることなく中空の回転軸２１
６内を通って外へ引き出され、開閉すスイッチ２３４を
介して高圧直流電源２３６に接続される。尚、ウエハを
加熱する手段として上記抵抗発熱体２２０に代え、ハロ
ゲンランプ等の加熱ランプを用いて加熱するようにして
もよい。

【００４２】載置台２１４の周辺部の所定の位置には、
複数のリフタ孔２３８が上下方向に貫通して設けられて
おり、このリフタ孔２３８に対応させて上下方向に昇降
可能にウエハリフタピン２４０が配置されている。そし
て、このウエハリフタピン２４０は、容器底部２０４Ａ
貫通して上下動可能になされたピン昇降ロッド２４１に
よって一体的に昇降移動可能になされている。また、こ
のロッド２４１の貫通部には金属性の伸縮ベローズ２４
２が設けられており、ロッド２４１が気密性を保持しつ
つ上下動することを許容している。このように、ピン２
４０を昇降させることにより、ウエハＷを持ち上げた
り、持ち下げたりするようになっている。このようなウ
エハリフタピン２４０は、一般的にはウエハ周縁部に対
応させて３本設けられる。

【００４３】また、処理容器２０４の天井部には、後述
する紫外線に対して透明な耐熱材料、例えば石英よりな
る薄い容器状のシャワーヘッド２４４が設けられてお
り、この下面にはこのヘッド２４４内に導入された処理
ガスを処理空間Ｓに向けて放射する多数の噴射孔２４６
が設けられている。このシャワーヘッド２４４のガス導
入口２４８は容器側壁を気密に貫通して外部に臨ませて
おり、これに処理ガス供給手段２４７のガス導入管２５
８に接続されている。このガス導入管２５８には、マス
フローコントローラ２５０を介して公知のオゾン発生器
２５２が接続されており、ここで発生したオゾンを上記
シャワーヘッド２４４に向けて処理ガスとして送出する
ようになっている。オゾンを発生するために、このオゾ
ン発生器２５２には、酸素ガスのみならず、発生効率を
向上させるための添加ガス、例えばＮ₂ガスやＮ₂ガスと
Ｈ₂ガスの混合ガスなどを微量加えるようになってい
る。尚、処理ガスとしてオゾンに代え、Ｎ₂Ｏガスを用
いるようにしてもよい。また、このシャワーヘッド２４
４と載置台２１４との間の距離Ｌ１は、ウエハの搬入搬
出時のスペースを確保するために５０ｍｍ程度に設定さ
れる。

【００４４】一方、処理容器２０４の天井部には、ウエ
ハ径よりも大きく設定された円形の開口２５４が形成さ
れており、この開口には、紫外線に対して透明な材料、
例えば石英により形成された円形の透過窓２５６が天井
部との間でＯリング等のシール部材２５９を介して固定
枠２６０により気密に取り付けられている。この透過窓
２５６は、大気圧に対して耐え得るように厚さが例えば
２０ｍｍ程度に設定されている。

【００４５】そして、この透過窓２５６の上方には、処
理容器２０４内に向けて紫外線ＵＶを放射するための紫
外線照射手段２６２が設けられており、これより放出さ
れる紫外線ＵＶにより活性酸素原子を発生させるように
なっている。具体的には、この紫外線照射手段２６２に
は、水銀を封入した略球形の水銀封入ランプ２６４と、
このランプ２６４に照射するマイクロ波を発生するマイ
クロ波発生手段２６６と、上記ランプ２６４の上側を覆
って処理容器２０４内に向けて紫外線を反射する反射鏡
２６８とにより主に構成されている。上記マイクロ波
発生手段２６６は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を発生するものであり、これと上記水銀封入ランプ２６
４との間で導波管２７０により接続されており、発生し
たマイクロ波をこの導波管２７０を介してランプ２６４
まで伝搬してランプ２６４に照射して紫外線を発生させ
るようになっている。この水銀封入ランプ２６４は、紫
外線を発生する通常の冷陰極管ランプと異なり、大きな
電力を導入して多量の紫外線を発生し得るものである。
上記反射鏡２６８は、例えばアルミニウムをドーム状に
成形することにより構成されており、この曲率は紫外線
の反射光が載置台２１４の表面に略均等に反射されるよ
うに設定されている。尚、上記水銀封入ランプ２６４に
代え、活性酸素原子の発生効率が高い１８０ｎｍ以下の
波長の紫外線を多量に放出するエキシマランプを用いて
もよい。

【００４６】また、処理容器２０４の側壁には、壁面を
冷却するために例えば冷媒を流す冷却ジャケット２７２
が設けられており、これに例えば２０℃程度の冷水を冷
媒として流すようになっている。そして、この容器側壁
の一部には、ウエハ搬出入口２７４が設けられ、ここに
真空引き可能になされた前記共通移載室８との間を連通
・遮断する、ゲートバルブＧ１０を設けている。尚、図
示されてないが、パージ用のＮ₂ガスの供給手段を設け
ているのは勿論であり、以後説明する各処理容器も同様
である。

【００４７】次に、以上のように構成された成膜・改質
集合装置に基づいて行なわれる成膜・改質処理について
説明する。まず、半導体ウエハの全体の流れについて説
明する。未処理のウエハＷを例えば２５枚収容したカセ
ットＣが第１のカセット収容室１０Ａ内のカセットステ
ージ１８上に載置され、続いてゲートドアＧ３を閉じて
この室内をＮ₂ガスの不活性ガス雰囲気にする。次に、
ゲートバルブＧ１を開き、カセットＣ内のウエハＷが共
通移載室８内の移載用アーム機構２８に真空吸着され、
予め不活性ガス雰囲気にされている共通移載室８内にウ
エハを搬入する。そして、このウエハを回転ステージ２
０上に載置することにより、ウエハＷのオリフラ合わせ
及び中心位置合わせを行なう。

【００４８】そして、共通移載室８内を、例えば０．１
〜０．２Ｔｏｒｒ程度の真空度に減圧して、ウエハＷを
成膜のためにゲートバルブＧ９を介して成膜装置４へ導
入する。尚、成膜装置４内における成膜処理については
後述する。

【００４９】例えばＴａ₂Ｏ₅等の金属酸化膜が成膜処理
されたウエハＷは、移載用アーム機構２８により成膜装
置４から予め真空状態に維持された共通移載室８内に取
り出され、次に、ゲートバルブＧ１０を介して予め真空
状態になされている改質装置６内に導入され、ここで、
金属酸化膜の改質処理を行なう。尚、改質処理について
は後述する。この改質処理中においては、次の未処理の
ウエハＷが、成膜装置４へ導入され、成膜処理も併せて
行なわれている。このようにして、改質装置６におい
て、ウエハ表面の金属酸化膜の改質操作が終了したなら
ば、この処理済みのウエハは移載用アーム機構２８によ
り改質装置６から取り出され、ゲートバルブＧ１０を閉
じた後に共通移載室８内にＮ₂ガスをパージして圧力調
整を行なう。

【００５０】圧力調整後は、この処理済みのウエハＷ
を、ゲートバルブＧ２を介して処理済みウエハを収容す
る第２のカセット収容室１０Ｂ内のカセットＣに収容
し、載置することになる。

【００５１】このように、共通移載室８により成膜装置
４と改質装置６とを連結するようにして、成膜済みのウ
エハＷを、真空雰囲気中を介してそのまま改質装置６内
へ移載することとしたので、この移載時に圧力調整時間
がほとんど必要とされることはない。従って、成膜処理
から改質処理へとスムーズに移行することができ、その
分、成膜・改質のための処理時間を短くしてスループッ
トを向上させることが可能となる。また、本実施例で
は、後述するように成膜工程自体及び改質工程自体もそ
れぞれ処理時間を大幅に短縮することができるので、こ
れらと相俟って、成膜・改質工程全体に要する時間を大
幅に短くでき、スループットを大幅に向上させることが
可能となる。

【００５２】次に、処理の効率化が図られた成膜工程と
改質工程についてそれぞれ説明する。まず、成膜工程に
ついて説明する。真空状態に維持された処理容器１４６
内に、共通移載室８側からウエハ搬出入口１１０６を介
して未処理の半導体ウエハＷを搬入し、これを載置台１
５８上に載置して静電チャック１７０のクーロン力によ
り吸着保持する。そして、抵抗発熱体１６６によりウエ
ハＷを所定のプロセス温度に維持すると共に、処理容器
１４６内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持しつ
つ、原料ガスとアルコールを供給して成膜を開始する。

【００５３】原料供給手段１０６においては、原料タン
ク１１２内に、流量制御されたＨｅガス等の加圧気体を
導入することにより、この圧力で液状のＴａ（ＯＣ₂ Ｈ
₅ ）₅ よりなる金属酸化膜原料１１０が液体流量制御器
１２４により流量制御されつつ原料供給通路１２０内を
圧送される。この時の加圧気体の供給量は、例えば数１
００ＳＣＣＭであり、また、液体原料の供給量は、成膜
レートにもよるが、例えば数ｍｇ／ｍｉｎ程度と非常に
少量である。また、原料タンク１１２内の原料１１０は
加熱ヒータ１１４により暖められてその粘性が低下して
いるので、比較的スムーズに供給通路１２０内を圧送す
ることができる。圧送された液状の原料は、気化器１２
６にて、例えば２００〜５００ＳＣＣＭ程度に流量制御
された、Ｈｅガス等の気化用ガスにより気化され、ガス
状になって、更に原料供給通路１２０を下流側に流れて
行き、処理容器１４６のシャワーヘッド１８８に導入さ
れる。この時、下流側の原料供給通路１２０は保温用ヒ
ータ１２８に所定の温度、例えば１３０℃程度に加熱さ
れているので、原料ガスが再液化することも、或いは熱
分解することもなく安定的にシャワーヘッド１８８まで
流すことができる。シャワーヘッド１８８に到達した原
料ガスは、原料ガス用ヘッド空間１８８Ａに一旦流れ込
み、これより噴射面１９４に設けた原料ガス用噴射孔１
９６Ａから処理空間Ｓに供給されることになる。

【００５４】一方、アルコール供給手段１０８において
は、添加物としてアルコール１３２を貯留したアルコー
ルタンク１３４内に、流量制御されたＮ₂ ガス或いはＯ
₂ ガス等のバブリング気体が導入され、この気体のバブ
リングによりアルコールが気化されてアルコール供給通
路１４２内を流れて行く。この時、アルコールタンク１
３４内のアルコール１３２は、加熱ヒータ１３６により
暖められているので、容易に気化することができる。ま
た、バブリング気体の流量は、成膜レートにもよるが、
例えば１〜２リットル／ｍｉｎであり、アルコールの添
加量は、原料である金属アルコキシドに対して０．１〜
４．０％程度の範囲内に設定する。アルコール供給通路
１４２内を流れたガス状のアルコールはシャワーヘッド
１８８のアルコール用ヘッド空間１８８Ｂに到達し、こ
れより噴射面１９４に設けたアルコール用の噴射孔１９
６Ｂから処理空間Ｓに供給されることになる。この場
合、アルコールの添加量は、バブリング気体の流量制御
を行なう流量制御器１４０により、精度良くコントロー
ルすることができる。

【００５５】このように処理空間Ｓに噴出された原料ガ
スとガス状のアルコールは、この処理空間Ｓで混合され
て反応し、ウエハ表面に、例えば酸化タンタル膜（Ｔａ
₂ Ｏ₅ ）を堆積し、成膜することになる。この時、添加
されたアルコールの直接の作用により成膜反応が促進さ
れ、また、アルコールの分解により水分が生じ、この水
分によっても成膜反応が促進され、結果的に、成膜反応
を大幅に向上させて成膜レートを大きくすることが可能
となる。この場合、添加物として供給するアルコールの
種類は問わず、メチルアルコール、エチルアルコール等
の低級アルコールのみならず、高級アルコールを用いて
もよい。

【００５６】図６はプロセス温度と成膜レートの関係を
示すグラフであり、実線はアルコールを添加した本発明
の曲線、波線はアルコールを添加しない従来方法の曲線
である。処理条件は、金属アルコキシドに対するアルコ
ールの添加量は２％であり、アルコールとしてはエタノ
ールを用いた。また、プロセス圧力は、０．２〜０．３
Ｔｏｒｒに設定した。グラフから明かなように波線で示
す従来方法の場合には、１ｎｍ／ｍｉｎ前後の成膜レー
トであるのに対して、本発明のようにアルコールを添加
するとプロセス温度にあまり関係なく、１０ｎｍ／ｍｉ
ｎ前後の高い成膜レートを示しており、略１０倍の成膜
レートを達成することができた。また、基板のプロセス
温度は、２５０〜４５０℃の範囲内に設定する。プロセ
ス温度が２５０℃よりも低いと、成膜速度が十分に得ら
れない。逆に、４５０℃よりも高いと成膜速度が速くな
り、ウエハ内の膜厚均一性についての制御性が悪くな
る。

【００５７】また、図７は金属アルコキシドに対するア
ルコールの添加量と成膜レートの関係を示すグラフであ
る。この時の処理条件は、基板のプロセス温度が４００
℃、原料ガスであるＴａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ の供給量が５
ｍｇ／ｍｉｎ、原料ガスとアルコールの全流量が２００
０ｃｃ、プロセス圧力が０．１２Ｔｏｒｒ、成膜時間が
６０ｓｅｃ、アルコールの種類がエタノールである。グ
ラフから明らかなように、アルコールの添加量を増加す
る程、成膜レートが大きくなっており、成膜レートを一
般に要求される３ｎｍ／ｍｉｎ以上にするためには０．
１％以上のアルコールを添加する必要があり、また、添
加量が４．０％よりも大きくなると成膜速度が速くな
り、制御性が悪くなる。従って、アルコールの添加量
は、０．１〜４．０％の範囲内に設定する。バブリング
気体として、Ｎ₂ ガスやＨｅガス等の不活性ガスを用い
てもよいが、Ｏ₂ ガスを用いることにより、酸素分圧を
高めることができ、より良好な絶縁耐圧を有する膜を形
成できる。

【００５８】アルコールを添加するために、ここでは原
料ガスの供給系とは別に、アルコールの供給系を設けて
両者を処理容器内で、いわゆるポストミックスさせてい
るが、これに限らず、例えば原料タンク１１２内に液状
の金属酸化膜原料とアルコールとの混合液を貯留してお
き、この混合液を気化器１２６にて気化させることによ
り原料ガスと気化アルコールとを混合状態で装置本体１
０４へ供給するようにしてもよい。これによれば、アル
コール供給手段１０８を別途設ける必要がなくなり、ま
た、シャワーヘッド１８８の構造も簡単化することが可
能となる。

【００５９】また、ここでは、金属酸化膜として酸化タ
ンタルを成膜する場合を例にとって説明したが、これに
限定されず、他の金属酸化膜、例えば酸化チタン、酸化
ジルコニウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムを形
成する場合にも適用でき、原料はそれらの金属の金属ア
ルコキシドを用いる。更に、上記した金属酸化膜以外に
は、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、
酸化鉛等を形成する場合にも本発明を適用することがで
きる。このように、金属酸化膜を形成するに際して、ア
ルコール供給手段を設けて、金属酸化膜原料にアルコー
ルを添加して反応させるようにしたので、金属酸化膜の
成膜レートを大幅に向上させることができ、従って、成
膜工程のスループットも向上させることができる。ま
た、金属酸化膜原料とアルコールを予め混合させて混合
液とし、これを気化させて供給するようにした場合に
は、アルコール供給手段を設ける必要がないので、装置
を複雑化することなく上記した効果を発揮することがで
きる。

【００６０】次に、改質工程について説明する。ここで
改質される金属酸化膜は例えば集積回路のキャパシタン
スやゲート絶縁膜などとして用いられる。まず、上述の
ように金属酸化膜が形成されている半導体ウエハＷを、
真空状態に維持された処理容器２０４内に、共通移載室
８側からウエハ搬出入口２７４を介して導入し、これを
載置台２１４上に載置して静電チャック２２４のクーロ
ン力により吸着保持する。そして、抵抗発熱体２２０に
よりウエハＷを所定のプロセス温度に維持すると共に、
処理容器２０４内を真空引きして所定のプロセス圧力に
維持しつつ、処理ガスとしてオゾンを供給して改質処理
を開始する。

【００６１】処理ガス供給手段２４７のオゾン発生器２
５２には、酸素と添加ガスとして僅かな量の例えばＮ₂
ガスを供給することによりオゾン（Ｏ₃ ）が発生され、
オゾンを成分主体とするオゾンと酸素とＮ₂ ガスの混合
ガスが処理ガスとして流量制御されつつガス導入管２５
８を介してシャワーヘッド２４４内に導入され、多数の
噴射孔２４６より処理空間Ｓに向けて噴出される。微量
な添加ガスを加える理由は、前述のようにオゾン発生器
２５２によるオゾン発生効率を高めるためである。

【００６２】一方、これと同時に、紫外線照射手段２６
２のマイクロ波発生手段２６６からは２．４５ＧＨｚの
マイクロ波が発生されており、このマイクロ波は導波管
２７０を介して伝搬された後に水銀封入ランプ２６４に
向けて照射される。このマイクロ波の照射により水銀封
入ランプ２６４からは多量の紫外線ＵＶが放出され、こ
の紫外線ＵＶは直接、或いはドーム状の反射鏡２６８で
反射された後に石英製の透過窓２５６を透過して所定の
真空圧に維持された処理容器２０４内に入り、更に、石
英製のシャワーヘッド２４４を透過して処理空間Ｓにお
けるオゾンを主体成分とする処理ガス中に注がれる。

【００６３】ここで、オゾンは紫外線の照射により励起
されて多量の活性酸素原子２７８を発生し、この活性酸
素原子２７８が先のウエハ表面に形成されている金属酸
化膜に作用してこれを略完全に酸化し、改質を行なうこ
とになる。この場合、処理容器２０４は真空状態に維持
されていることから、発生した活性酸素原子２７８が他
のガス原子或いはガス分子と衝突する確立が非常に少な
くなって、その分、従来装置のように大気圧下で処理を
行なった場合と比較して、活性酸素原子２７８の密度が
向上し、改質処理を迅速に行なうことができる。この改
質処理によって、金属酸化膜の絶縁性を迅速に且つ大幅
に向上させることが可能となる。

【００６４】紫外線照射手段２６２のドーム状の反射鏡
２６８は、これからの反射光を載置台２１４の表面上に
略均等に分布させるような適正な曲率に設定されている
ので、発生した紫外線ＵＶが無駄なく活性酸素原子２７
８の発生のためにに使用することができる。また、改質
処理中にあっては、回転軸２１６に支持された載置台２
１４は、この上に載置されたウエハＷを一体的に回転し
ているので、ウエハ面上における改質ムラの発生をなく
すことができ、金属酸化膜の前面を略均等に改質するこ
とができる。

【００６５】改質中における容器の圧力は、１〜６００
Ｔｏｒｒの範囲内に設定する。この範囲外の圧力では、
改質の進行が遅かったり、或いは十分でなく、金属酸化
膜の絶縁耐圧が低下してしまう。また、改質プロセス時
のウエハ温度は、３２０〜７００℃の範囲内に設定す
る。ウエハ温度が３２０℃よりも小さい場合は、絶縁耐
圧が十分でなく、また、７００℃を越えると、金属の結
晶化温度が７００〜７５０℃程度であることから、結晶
化により十分な改質を得ることができない。

【００６６】ここで使用した水銀封入ランプ２６４は大
きな電力を投入できることからガスの活性化に寄与でき
る波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍを主体とする紫外線を多
量に放出することができ、その分、改質の迅速化を図る
ことが可能である。また、このランプ２６４に代えて、
ガスの活性化に更に寄与できる波長１８０ｎｍ以下の紫
外線を多量に放出するエキシマランプを用いれば、一
層、改質の迅速化を期待することができる。添加ガスと
しては、上記したＮ₂ ガスに限定されず、Ｎ₂ ガスとＨ
₂ ガスの混合気体でもよい。また、シャワーヘッド２４
４に供給する処理ガスは、オゾンに代えて、Ｎ₂ Ｏガス
を供給しても全く同様な作用効果を生ぜしめることがで
きる。ここで、改質に関する公知の実験結果についてグ
ラフを用いて詳しく説明する。図９はオゾン雰囲気中に
て紫外線を照射した時の、照射時間と絶縁特性（リーク
電流）との関係を示すグラフであり、改質時のプロセス
圧力は７６０Ｔｏｒｒである。ここでは、金属酸化膜を
ゲート絶縁膜として用いている。

【００６７】これによれば、改質時間を０分から、１０
分、６０分と大きくする程、リーク電流が少なくなって
印加ゲート電圧に対する耐圧が次第に高くなっており、
特性が次第に改善されていくことを示している。従っ
て、オゾン存在下における紫外線照射による改質処理が
非常に有効であることが判明する。図１０はオゾン存在
下での紫外線照射による改質プロセス圧力と絶縁耐圧と
の関係を示すグラフであり、この時の改質時間は１０分
である。図中、実線で示すようにプロセス圧力が１．０
〜６００Ｔｏｒｒの範囲内では基準とする絶縁耐圧２．
０Ｖを上回って良好な特性を示しており、特に、１０．
０Ｔｏｒｒの圧力を中心とする５．０〜２００Ｔｏｒｒ
程度の範囲内における特性が最も良好であることが判明
する。尚、図中、一点鎖線は、改質処理なしの場合の特
性を示している。また、大気圧処理ではシャワーヘッド
とウエハの距離を短くして、生成した活性酸素の寿命が
短くてもウエハ表面にこれを到達させなければならな
い。しかし、真空中ではシャワーヘッドとウエハの距離
を長くしても、大気圧と同等な効果を得ることができ
る。この理由は、真空中では生成した活性酸素原子の寿
命が長くなるために、十分な量の活性酸素原子がウエハ
表面に供給されるからである。

【００６８】図１１は絶縁耐圧の活性酸素処理の温度依
存性を示すグラフであり、横軸には絶対温度の逆数、縦
軸に実効電界強度を取ってある。この時の改質プロセス
圧力は、１．０Ｔｏｒｒであり、改質時間は１０分であ
る。このグラフから明らかなように、改質時のプロセス
温度を上げる程、絶縁耐圧が良好となっており、特に、
絶縁耐圧を下限の実効電界強度１２．５ＭＶ／ｃｍ以上
とするにはプロセス温度を３２０℃以上に設定するのが
よいことが判明する。ただし、改質プロセス温度は、金
属酸化膜の成膜温度以下に設定する必要があるので、そ
の上限は、略４５０℃である。

【００６９】図１２は絶縁耐圧の活性酸素の処理時間依
存性を示すグラフであり、添加ガスを加えた場合と加え
ない場合とを比較している。グラフから明らかなよう
に、添加ガスを加えない場合（曲線Ｂ）と比較して、添
加ガスを加えた場合（曲線Ａ）の方が、短時間で、迅速
に改質処理を行なうことができることが判明する。これ
は添加ガスの存在により、活性酸素原子の濃度が高くな
ったことによるものと考えられる。この添加ガスは、こ
こではＮ₂ ガスとＨ₂ ガスの混合ガスであり、Ｏ₂ に対
して１％程度の量で加えている。このＮ₂ ガスとＨ₂ ガ
スの比は９７％対３％であり、Ｏ₂ を１〜２リットル供
給している。

【００７０】尚、上記実施例では、紫外線照射手段とし
てマイクロ波の照射により紫外線を放出する水銀封入ラ
ンプを用いたが、これに代えて、マイクロ波を用いるこ
となく紫外線を放出する通常の紫外線ランプを用いるよ
うにしてもよい。図１３はこのような改質装置を示す構
成図であり、図８に示す構成部分と同一部分については
同一符号を付して説明を省略する。すなわち、この構成
においては、紫外線照射手段２６２は、複数の円筒体状
の紫外線ランプ２８０を有しており、ここでは７本の紫
外線ランプ２８０を石英製の透過窓２５６の外側に、載
置台２１４の載置面に対向させて平行となるように配列
している。ランプ２８０の数は、単に一例を示したに過
ぎず、必要とする紫外線強度を得るために適宜増加され
る。このような紫外線ランプとしては例えば２０Ｗ程度
の小さな電力で多くの紫外線を放出することが可能な冷
陰極管を用いることができる。また、この紫外線ランプ
２８０の形状は、円筒体状の直管形状に限定されず、こ
れを例えばＵ字状、Ｗ状、或いは蛇行状に屈曲変形させ
たランプも使用することができる。

【００７１】この複数の紫外線ランプ２８０の全体は、
箱状のケーシング２８２により覆われており、このその
内側にはランプより上方に向かう紫外線を下方に向けて
反射するための反射鏡２８４が設けられている。このよ
うに構成された装置も、図８に示す装置と同様な作用効
果を発揮し、紫外線ランプ２８０から放射された紫外線
ＵＶが、透過窓２５６及びシャワーヘッド２４４を透過
して処理空間Ｓに照射されると、ここに存在するオゾン
等の処理ガスが活性化されて活性酸素原子２７８を発生
する。そして、この活性酸素原子２７８が、半導体ウエ
ハＷの表面に形成されている金属酸化膜に作用してこれ
を完全に酸化し、改質することになる。特に、この実施
例においては、図８に示す装置と比較してマイクロ波発
生手段を用いていないので、構造が簡単化でき、コスト
もその分、抑制することができる。

【００７２】上記図８及び図１３に示す構造において
は、シャワーヘッド２４４は、円盤状の容器内にオゾン
を導入するような構造となっている。しかしながら、シ
ャワーヘッド２４４内のオゾンの圧力がある程度高い場
合には、紫外線ＵＶがこのシャワーヘッド２４４内のオ
ゾンに吸収されてウエハ表面に十分に到達できなかった
り、或いはシャワーヘッド２４４内で生成された活性な
酸素原子が消滅しないでウエハ表面に到達する確率が小
さくなる場合もある。そこで、図１４及び図１５に示す
ようにシャワーヘッドを、例えば格子状に配設した複数
のガス噴射管により構成するようにしてもよい。図１４
は本発明の改質装置の第３の実施例の主要部を示す構成
図、図１５は図１４に示す装置のシャワーヘッドを示す
下面図である。尚、図示例において、先の実施例と同一
部分については同一符号を付して説明を省略する。ま
た、この図示例においては、主要部のみを記載してお
り、ここで説明する部分以外の他の部分については、図
８或いは図１３に示す構成と同様に形成されている。

【００７３】図示するように、ここでは紫外線ランプ２
８０として例えば低圧水銀ランプが用いられており、こ
れより発生する例えば波長が２５４ｎｍの紫外線の９０
％以上を透過させる透過窓２５６の上方に上記ランプ２
８０が設けられる。そして、この透過窓２５６の直下
に、透過窓２５６の材料と同じように紫外線を９０％以
上透過させる石英よりなるシャワーヘッド２４４が設け
られる。具体的には、このシャワーヘッド２４４は、ウ
エハＷの直径よりも大きなリング状になされた管径の太
い分配リング管２１１０と、この分配リング管２１１０
間に縦横に格子状に配設して接続した複数のガス噴射管
２１１２により構成される。このリング管２１１０及び
ガス噴射管２１１２の内径は、それぞれ１６ｍｍと４．
３５ｍｍ程度であり、各ガス噴射管の下面側には、直径
が例えば０．３〜０．５ｍｍ程度の多数の噴射孔２４６
が等ピッチで形成されており、オゾン含有の処理ガスを
噴出し得るようになっている。

【００７４】この場合、各ガス噴射管２１１２の載置台
２１４上のウエハＷに対する投影面積は、ウエハ表面の
面積の２０％よりも小さく設定するのが好ましく、ガス
噴射管２１１２の格子間の空間部２１１４に、より多く
の紫外線ＵＶが通過して直接ウエハ面に照射するように
なっている。以上のように構成した場合には、このシャ
ワーヘッド２４４に導入されたオゾン含有の処理ガス
は、まず、リング状の分配リング管２１１０に沿って回
り込んで、各ガス噴射管２１１２に流入する。そして、
この処理ガスはガス噴射管２１１２に設けた多数の噴射
孔２４６より処理容器２０４内に供給されることにな
り、ウエハ面に対して均一にオゾンガスを供給するする
ことができる。

【００７５】また、格子状の各ガス噴射管２１１２の間
は空間部２１１４として形成されるので、多くの紫外線
ＵＶがこの空間部２１１４を通過することにより、シャ
ワーヘッド２４４内のオゾンと干渉することなく多くの
紫外線ＵＶがウエハ表面に直接照射することになり、従
って、ウエハ表面上における活性種の量がその分多くな
って、改質をより効率的に行なうことができる。特に、
各ガス噴射管１１２の投影面積をウエハ表面の２０％よ
りも小さく、すなわち空間部２１１４の面積比である開
口度を８０％以上とすることにより、良好な改質処理を
行なって特性の良好な絶縁膜等を得ることができる。ま
た、改質時に、載置台２１４を回転すればウエハ面内に
亘って均一な改質処理を行なうことができる。

【００７６】図１６はガス噴射管の開口率（１００−投
影面積の％）と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。
この時のＴａ₂ Ｏ₅ の膜厚は、１０ｎｍであり、グラフ
から明らかなように開口率を８０％以下（投影面積は２
０％より小）とすることにより、絶縁耐圧は１．８ボル
ト以上となり、良質な絶縁膜を形成できることが判明す
る。また、処理時のウエハ温度を４００℃とし、処理圧
力を１Ｔｏｒｒとし、１５０ｇ／ｍ³ のオゾン濃度で処
理を行なったところ、図９に示す減圧下１０分処理の電
流−電圧特性を得るのに、５分以下の処理で済み、効率
的に処理を行なうことができた。更に、このような処理
は、処理時の真空度が１〜５００Ｔｏｒｒの範囲内にお
いて行なっても、同様な顕著な膜質改善効果を得ること
ができた。

【００７７】尚、ここでは複数のガス噴射管２１１２を
格子状に組んだ場合を例にとって説明したが、一定の広
さの空間部２１１４を確保できるならば、これらのガス
噴射管の形状及び配列は限定されず、例えば直線状に並
列に配置してもよいし、或いは同心円状或いは渦巻状に
配列するようにしてもよい。前述した実施例や図１４及
び図１５に示す構造においては、処理容器内の全域にオ
ゾンを供給する構造であるが、図１７乃至図１９に示す
ようにオゾンを局部的に供給するようにしてもよい。図
１７は本発明の第４の実施例の主要部を示す構成図、図
１８は図１７に示す装置の載置台が降下した状態を示す
図、図１９は図１７に示す装置のシャワーヘッドを示す
断面図である。

【００７８】尚、図示例においては、先の実施例と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。また、この
図示例においては、主要部のみを記載しており、ここで
説明する部分以外の他の部分については、図８、図１
３、図１４に示す構成と同様に形成されている。図示す
るように、このシャワーヘッド２４４は、載置台２１４
の上面を覆うことができるように下端部が開放された円
形容器状の蓋体２１１６を有している。この蓋体２１１
６は、ウエハＷの直径も少し大きく、載置台２１４の直
径よりも僅かに小さく設定され、全体が紫外線透過性の
石英により構成されている。この蓋体２１１６の一側に
は、横方向に向けた多数の噴射孔２４６を有する導入ヘ
ッダ部２１１８が円弧状に形成され、これにガス導入管
２５８が接続される。また、蓋体２１１６の他側には、
排出口２１２０を有する排出ヘッダ部２１２２が設けら
れており、蓋体２１１６内に水平方向に流れるガス流を
形成し得るようになっている。上記排出口２１２０は、
上記蓋体２１１６の周方向に沿って円弧状に形成された
スリット形状をしており、上述したような均一な水平ガ
ス流を形成するようになっている。また、この排出ヘッ
ダ部２１２２の外周には、処理容器２０４内に開放され
た開口２１２４が形成される。

【００７９】また、この載置台２１４は、ウエハの搬入
搬出を行なうために、図示しない昇降機構により、処理
容器内の真空を維持しつつ僅かな距離だけ、昇降移動可
能になされており、蓋体２１１６に対して、接近及び離
間可能としている。図１８は載置台２１４を降下した状
態を示している。処理容器２０４内の真空を維持するた
めに、載置台２１４の周囲に、例えばベローズ２１２６
を設けている。尚、載置台２１４に代えて、蓋体２１１
６を昇降移動可能としてもよい。この実施例において
は、図１７に示す状態において、導入ヘッダ部２１１８
に導入されたオゾン含有の処理ガスは、ここに設けた噴
射孔２４６より蓋体２１１６内に流入し、この中を水平
方向に向かうガス流となって反対側の排出ヘッダ部２１
２２に流入する。この流入したガスは、真空引きされて
いる処理容器２０４内に、開口２１２４を介して流出す
ることになる。

【００８０】この場合、蓋体２１１６内という狭い空間
内で、しかもウエハ表面に近い部分で活性な酸素原子を
高濃度に発生させることができるので、改質処理を効率
的に行なうことができるのみならず、特性の更に良好な
改質膜を得ることができる。蓋体２１１６の下端部は、
載置台２１４の上面周縁部に接するか、或いは接しない
で非常に接近させた状態で設置する。この場合にも、改
質時に載置台２１４を回転するようにすれば、ウエハ面
内の改質処理を一層均一化させることができる。尚、載
置台２１４を周縁部と中心部に２分割して蓋体２１１６
と当接するリング状の周縁部をリング状の固定載置台と
することにより、ウエハＷを回転しつつ、蓋体２１１６
の下端部を固定載置台に接した状態で処理ができ、しか
も、開口２１２４以外からのガス漏れを抑制できるの
で、蓋体２１１６内の活性酸素濃度を一層向上させるこ
とができる。

【００８１】このような構成により、処理時の真空度が
１〜５００Ｔｏｒｒの範囲内で顕著な膜質改善効果を得
ることができた。また、処理時のウエハ温度を４００℃
とし、処理圧力を１Ｔｏｒｒとし、１５０ｇ／ｍ³ のオ
ゾン濃度で処理を行なったところ、図９に示す減圧下１
０分処理の電流−電圧特性を得るのに、４分以下の処理
で済み、効率的な処理を行なうことができた。

【００８２】以上説明した実施例にあっては、紫外線照
射手段２６２を構成する紫外線ランプ２８０を処理容器
２０４の外側へ配置したが、これに限らず、処理容器２
０４の内側の配置するようにしてもよい。図２０はこの
ような改質装置を示す構成であり、図１３に示す構成部
分と同一構成部分については同一符号を付している。す
なわち、この構成においては、紫外線照射手段２６２を
構成する紫外線ランプ２８０を、シャワーヘッド２４４
の直下に並列的に配置しており、処理容器２０４内に設
けている。従って、図１３に示す構成において必要とさ
れた石英製の透過窓２５６は不要となる。また、シャワ
ーヘッド２４４を取り付けている容器天井部には、反射
鏡２８４が設けられており、ランプ２８０より上方に向
かう紫外線を下方に反射させて効率的に紫外線を用いる
ようになっている。

【００８３】このように構成された装置も、図１３に示
す装置と同様な作用効果を発揮し、紫外線ランプ２８０
から放射された紫外線ＵＶは、処理空間Ｓに存在するオ
ゾン等の処理ガスに照射されて活性酸素原子２７８を発
生する。そして、この活性酸素原子２７８が、半導体ウ
エハＷの表面に形成されている金属酸化膜に作用してこ
れを略完全に酸化し、改質するようになっている。

【００８４】この実施例においては、紫外線ランプ２８
０を処理容器２０４内へ収容した結果、このランプ２８
０とウエハＷとの間が非常に接近させることができ、従
って、その分、ランプ２８０より放射される紫外線を有
効に利用することができるので、改質速度を更に向上さ
せることができる。更に、図１３に示す装置と比較して
オゾンを用いる必要がなく、従って、ガスの除害やオゾ
ン発生装置が必要でなくなり、大幅に省面積、コストダ
ウンを図ることが可能となる。また、この実施例では反
射鏡２８４を容器天井部に設けたが、これを設けない場
合には、シャワーヘッド２４４の構成材料を、紫外線に
対して透明な石英に代え、通常のステンレススチールや
表面がアルマイト処理されたアルミアルマイトを用いる
ようにしてもよい。これによれば、製作が比較的難しい
石英製のシャワーヘッドを用いた場合よりも、コストの
上昇を抑制することができる。

【００８５】以上の各実施例においては、活性酸素原子
を発生するために、オゾンやＮ₂ Ｏガスに紫外線を照射
するようにしているが、これに代えてプラズマにより酸
素やＮ₂ Ｏガスを励起させて活性酸素原子を発生させる
ようにしてもよい。図２１は、このような改質装置を示
す構成図であり、図８に示す構成部分と同一部分につい
ては同一符号を付して説明を省略する。この発明の特徴
は、先の実施例で用いていた紫外線照射手段２６２に代
えて、プラズマ生成手段２８６を用いている点である。
すなわち、このプラズマ生成手段２８６は、例えば石英
等により構成されたプラズマ発生容器２８８を有してお
り、このプラズマ発生容器２８８は、中空円筒体状に成
形されてその下方がロート状に拡開されている。そし
て、このプラズマ発生容器２８８は処理容器２０４の天
井部２０４Ｂの中心部に上下方向に貫通するようにして
その開口部を載置面に臨ませて設けられており、その貫
通部にはシール部材２９０を介設して気密性を持たせて
いる。従って、プラズマ発生容器２８８内は、処理容器
２０４内と連通され、処理空間の一部として構成される
ことになる。

【００８６】このプラズマ発生容器２８８の天井部に
は、処理ガス導入ノズル２９２が設けられ、このノズル
２９２には、途中にマスフローコントローラ２９４が介
設されたガス供給管２９６が接続されて流量制御しつつ
処理ガスをプラズマ発生容器２８８内へ導入し得るよう
になっている。ここで用いる処理ガスとしては、先の実
施例で用いられたオゾン、Ｎ₂ Ｏガスは勿論のこと、酸
素ガス自体も用いることができ、また、同様にＮ₂ Ｏガ
スや、Ｎ₂ ガスとＨ₂ ガスの混合ガスも添加ガスとして
微量加えるようにしてもよい。そして、プラズマ発生容
器２８８の上部は、導電性材料よりなるマイクロ波受け
部２９８により覆われており、この受け部２９８は導波
管２１００を介して、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を発生するマイクロ波発生器２１０２に接続され、処
理ガスに直接マイクロ波を作用させることにより活性酸
素原子を発生させるようになっている。

【００８７】この構成においても先の図８に示す装置と
同様な作用効果を生ずる。すなわち、処理ガス導入ガス
ノズル２９２よりプラズマ発生容器２８８内に導入され
た処理ガス、例えばＯ₂ ガスやＮ₂ Ｏガス等にマイクロ
波発生器２１０２にて発生した２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を直接照射することによりプラズマが発生し、この
プラズマのエネルギーにより活性酸素原子２７８を生ぜ
しめる。この発生した活性酸素原子２７８は、プラズマ
発生容器２８８内を流下して拡開された容器下端よりウ
エハ表面上に全体に亘って降り注がれ、ウエハ表面に形
成されている金属酸化膜を迅速に且つ短時間で略完全に
酸化し、これを改質することになる。この時の改質プロ
セスの圧力は、プラズマの発生効率と活性酸素原子２７
８の発生効率を考慮すると、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範
囲が好ましく、また、ウエハのプロセス温度は、３２０
〜７００℃の範囲が好ましい。

【００８８】また、プラズマを発生させるマイクロ波も
２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数のマイクロ波
を用いてもよいのは勿論である。また、上記実施例で
は、プラズマを発生させるに際して、マイクロ波を用い
るようにしたが、これに代えて、高周波を用いるように
してもよい。図２２はこのような装置の構成図を示して
おり、図２１に示す構成部分と同一部分については同一
符号を付している。すなわち、この構成においてはプラ
ズマ発生手段２８６のプラズマ発生容器２８８に高周波
コイル２１０４を巻回して設け、このコイル２１０４に
マッチング回路２１０６を介して例えば１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源２１０８が接続されており、処理ガスに
この高周波電界を印加することによりプラズマを発生さ
せるようになっている。

【００８９】この実施例においても、先の図２１に示す
実施例と同様な作用効果を生ずる。すなわちプラズマ処
理容器２８８内に導入された処理ガスに、高周波電源２
１０８からの例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印
加することによりプラズマが発生し、このプラズマのエ
ネルギーにより活性酸素原子２７８を生ぜしめる。この
活性酸素原子２７８は、プラズマ発生容器２８８内を流
下してウエハ表面の金属酸化膜を迅速に且つ短時間で略
完全に改質することになる。この時の、プロセス圧力及
びウエハ温度は、図２１に示す場合と同じ条件である。
特に、本実施例においては、プラズマ発生用に高周波を
用いているので、マイクロ波を用いた場合と同様な効果
を得ることができるという利点を有する。

【００９０】以上の各実施例では、改質処理を行なうに
際して、紫外線ＵＶを用いた場合を例にとって説明した
が、ウエハ温度を４００℃以上に設定すれば、紫外線を
用いることなくオゾンをウエハ表面で熱分解することに
より生成される活発な酸素原子によって、酸化タンタル
膜の絶縁性を効率良く改善することが可能である。図２
３は、このような改質処理を行なう本発明装置の第８の
実施例を示す構成図、図２４は図２３に示す装置のシャ
ワーヘッドを示す下面図、図２５はウエハ温度と絶縁耐
圧との関係を示すグラフである。尚、図示例において、
先の実施例と同一部分については同一符号を付して説明
を省略する。この図示例においては、主要部のみを記載
しており、ここで説明する部分以外の他の部分について
は、先の実施例と同様に構成されている。

【００９１】この実施例においては、加熱手段として複
数の例えばハロゲンランプよりなる加熱ランプ２１３０
を用いており、この加熱ランプ２１３０を、処理容器２
０４の底部に設けた石英製の透過窓２５６の下方に配置
している。また、ここで用いる載置台２１３２は、先の
実施例で用いた抵抗発熱体内蔵の厚い載置台とは異な
り、非常に薄く形成された例えばＳｉＣコートされたカ
ーボン製の載置台を用いており、容器底部から複数の石
英製の支柱２１３４により支持されている。また、処理
容器２０４内に設けられるシャワーヘッド２４４は、周
辺部に設けた分配リング管２１３６と、４つの接続管２
１３８を介して中央部に設けた中空円盤状の円盤ヘッド
部２１４０よりなり、このヘッド部２１４０の下面に多
数の噴射孔２４６を設けて処理ガスを処理容器２０４内
へ供給できるようになっている。

【００９２】また、ウエハＷとシャワーヘッド２４４の
下面との間の距離Ｌ１は、できるだけ小さくし、例えば
１０ｍｍ程度に設定し、気相反応の生ずるのを抑制し
て、主に表面反応によりオゾンの分解を促進するように
なっている。また、処理容器２０４の側壁には、これを
コールドウォールとするための冷却ジャケット２７２が
配設されている。以上のように構成した場合には、シャ
ワーヘッド２４４に導入されたオゾン含有の処理ガス
は、分配リング管２１３６から接続管２１３８を介して
円盤ヘッド部２１４０へ流入し、これより多数の噴射孔
２４６を介して処理容器２０４内のウエハ上に均一に供
給されることになる。

【００９３】一方、加熱ランプ２１３０から放射された
熱線は透過窓２５６を透過して載置台２１３２の裏面に
当たってこれを加熱し、載置されているウエハＷを間接
的に所定の温度に加熱することになる。この場合、ウエ
ハ温度を４００℃〜８５０℃の範囲内に設定することに
より、紫外線を用いることなく、オゾンをウエハ表面で
熱分解して活性な酸素原子を生成でき、ウエハ表面を改
質して酸化タンタル膜の絶縁性を改善することができ
る。特に、ウエハＷとシャワーヘッド２４４との間の距
離Ｌ１が大きいと、ヘッド２４４より放出されたオゾン
が途中で気相反応により分解して発生した活性酸素がウ
エハ面に到達する前に消滅する場合が多くなるが、本実
施例のようにウエハ表面とシャワーヘッド２４４の下面
を、例えば１０ｍｍ程度までに接近させることにより、
加熱されたウエハ表面で主としてオゾンの分解が生じて
極めて高濃度の活性酸素原子を得ることができ、従っ
て、発生した活性酸素原子を効率的にウエハ表面に作用
させて効率良く改質処理を行なうことができ、しかも、
膜質の特性も改善することができる。

【００９４】この場合、処理容器２０４の側壁を冷却ジ
ャケット２７２により冷却して、オゾンの熱分解温度、
例えば３００℃以下に維持しているので、ウエハ表面以
外に流出するオゾンの熱分解を抑制してウエハ表面上の
みでオゾンの分解を促進でき、一層、改質効率等を向上
させることができる。尚、処理ガスとしてオゾンを含有
させたが、これに代えてＮ₂ Ｏを用いるようにしてもよ
い。図２５に示すグラフから明らかなように、厚さ１０
ｎｍのＴａ₂ Ｏ₅ 膜を形成したところ、絶縁耐圧はウエ
ハ温度は４７５℃をピークとして４５０℃〜５００℃の
範囲が最も好ましく、４００℃以下になると、絶縁耐圧
が１．８ボルト以下になって特性が劣化する。また、温
度が８００℃程度までは、特性が良好な絶縁膜を得るこ
とができる。

【００９５】また、処理時のウエハ温度を４００℃と
し、処理圧力を１Ｔｏｒｒとし、１５０ｇ／ｍ³ のオゾ
ン温度で処理を行なったところ、図９に示す減圧下１０
分処理の電流−電圧特性を得るのに、４分以下の処理で
済み、効率的な処理を行なうことができた。尚、実施例
において、シャワーヘッド構造として、他の構造、例え
ば図８に示すような構造を用いてもよいし、或いは加熱
ランプを用いることなく、図８に示した構造のように、
抵抗発熱体内蔵の載置台を用いてもよい。

【００９６】以上の各実施例においては、改質対象の金
属酸化膜としてウエハ表面に形成された酸化タンタルを
改質する場合を例にとって説明したが、これに限定され
ず、他の金属酸化膜、例えば酸化チタン、酸化ジルコニ
ウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムを改質する場
合にも適用できる。更に、上記した金属酸化膜以外に
は、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、
酸化鉛等を形成する場合にも本発明を適用することがで
きる。

【００９７】このように、被処理体に形成されている金
属酸化膜を改質するに際して、処理ガスに紫外線を照射
することにより発生した活性酸素原子を真空雰囲気中に
て被処理体に作用させるようにしたので、活性酸素原子
の寿命を延ばしてこの密度を高くでき、金属酸化膜を迅
速に且つ短時間で絶縁耐圧の高い絶縁膜に改質してスル
ープットを向上させることができる。また、紫外線照射
手段として、マイクロ波により紫外線を発生する水銀封
入ランプを用いることにより、多量の紫外線を照射でき
るので、その分、活性酸素原子を多く発生させて改質処
理を一層迅速に行なうことができる。更に、紫外線照射
手段として、冷陰極管などの紫外線ランプを用いること
により、コスト高をそれ程招来することなく、迅速に且
つ短時間で金属酸化膜の改質処理を行なうことができ
る。

【００９８】また、被処理体に形成されている金属酸化
膜を改質するに際して、真空雰囲気下で処理ガスにマイ
クロ波、或いは高周波電界を印加してプラズマを発生さ
せ、このプラズマのエネルギーにより活性酸素原子を生
ぜしめて金属酸化膜に作用させるようにしたので、活性
酸素原子の寿命を延ばしてこの密度を高くでき、金属酸
化膜を迅速に且つ短時間で絶縁耐圧の高い絶縁膜に改質
してスループットを向上させることができる。尚、以上
述べた実施例では、被処理体として半導体ウエハを例に
とって説明したが、これに限定されず、例えばガラス基
板やＬＣＤ基板に形成されている金属酸化膜を改質する
場合にも適用し得る。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る成膜・
改質集合装置によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。気化状態のアルコールの存在下で
金属酸化膜を成膜することにより、成膜レートを大幅に
向上させることができ、また、この金属酸化膜を真空雰
囲気下において活性酸素原子により改質することにより
改質処理を迅速に且つ短時間で行なうことができるの
で、成膜から改質までの一連の流れを迅速に行なってス
ループットを向上させることができる。

【０１００】また、改質処理を真空雰囲気下で行なうよ
うにし、且つ成膜装置にて成膜した被処理体を、真空雰
囲気に維持された共通移載室を介して真空状態の改質装
置内へ搬入できるようにしたので、圧力調整のための時
間をほとんど要することがなく、円滑に被処理体を成膜
装置から改質装置へ移載することができる。従って、移
載に要する時間を大幅に削減でき、この分、スループッ
トを大幅に向上させることができる。特に、カセット収
容室、搬送室、ロードロック室も併設することにより、
被処理体の搬入から搬出に至るまでの操作を更に効率化
させて迅速に行なうことができる。

【０１０１】また、改質装置において、シャワーヘッド
を複数のガス噴射管を組み合わせ構成することにより、
シャワーヘッド内を通過する紫外線が減少してここで紫
外線が吸収されることを防止できる。従って、多くの紫
外線を直接被処理体の表面に到達させて、この表面近傍
における活性酸素原子の発生量を多くでき、その分、改
質効率を上げて、且つ膜質の特性を向上させることがで
きる。また、改質装置において、シャワーヘッドを、被
処理体の表面を覆うことができる蓋体として構成するこ
とにより、この蓋体内で集中的にオゾン等を分解させて
高濃度の活性酸素原子を形成でき、その分、改質効率を
上げて、且つ膜質の特性を大幅に向上させることができ
る。更に、改質装置において、被処理体を４００℃〜８
５０℃の範囲内に加熱してオゾン或いはＮ₂ Ｏガスを供
給することにより、紫外線やマイクロ波を用いることな
く改質処理を効率良く行なうことができ、しかも、膜質
の特性も大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜・改質集合装置を示す概略斜
視図である。

【図２】図１に示す装置の水平断面図である。

【図３】図１に示す装置を被処理体の搬送経路に沿って
切断した時の断面図である。

【図４】本発明に係る成膜装置を示す概略全体構成図で
ある。

【図５】成膜装置の本体を示す構成図である。

【図６】プロセス温度と成膜レートとの関係を示す図で
ある。

【図７】金属アルコキシドに対するアルコールの添加量
と成膜レートとの関係を示す図である。

【図８】改質装置の第１の実施例を示す構成図である。

【図９】オゾン雰囲気中にて紫外線を照射した時の、照
射時間と絶縁特性（リーク電流）との関係を示すグラフ
である。

【図１０】オゾン存在下での紫外線照射による改質プロ
セス圧力と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。

【図１１】絶縁耐圧の活性酸素処理の温度依存性を示す
グラフである。

【図１２】絶縁耐圧の活性酸素の処理時間依存性を示す
グラフである。

【図１３】改質装置の第２の実施例を示す構成図であ
る。

【図１４】本発明の改質装置の第３の実施例の主要部を
示す構成図である。

【図１５】図１４に示す装置のシャワーヘッドを示す下
面図である。

【図１６】ガス噴射管の開口率（１００−投影面積の
％）と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。

【図１７】本発明の第４の実施例の主要部を示す構成図
である。

【図１８】図１７に示す装置の載置台が降下した状態を
示す図である。

【図１９】図１７に示す装置のシャワーヘッドを示す断
面図である。

【図２０】本発明の改質装置の第５の実施例を示す構成
図である。

【図２１】本発明の改質装置の第６の実施例を示す構成
図である。

【図２２】本発明の改質装置の第７の実施例を示す構成
図である。

【図２３】改質処理を行なう本発明装置の第８の実施例
を示す構成図である。

【図２４】図２３に示す装置のシャワーヘッドを示す下
面図である。

【図２５】ウエハ温度と絶縁耐圧との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

２成膜・改質集合装置４成膜装置６改質装置８共通移載室１０Ａ、１０Ｂカセット収容室１２搬送用アーム機構２８移載用アーム機構１０４装置本体１０６原料供給手段１０８アルコール供給手段１１０金属アルコキシド（金属酸化膜原料）１３２添加物（アルコール）１３４アルコールタンク１４６処理容器１５４真空排気系１５８載置台１８８シャワーヘッド２０４処理容器２１２真空排気系２１４載置台２２０抵抗発熱体（載置台加熱手段）２４７処理ガス供給手段２５２オゾン発生器２６２紫外線照射手段２６４水銀封入ランプ２６６マイクロ波発生手段２６８反射鏡２７８活性酸素原子２８０紫外線ランプ２８４反射鏡２８６プラズマ生成手段２８８プラズマ発生容器２１００導波管２１０２マイクロ波発生器２１０４高周波コイル２１０８高周波電源２１１０分配リング管２１１２ガス噴射管２１１６蓋体２１１８導入ヘッダ部２１２２排出ヘッダ部２１３０加熱ランプＷ半導体ウエハ（被処理体）

フロントページの続き (56)参考文献特開平７−122621（ＪＰ，Ａ) 特開平８−69998（ＪＰ，Ａ) 特開平２−283022（ＪＰ，Ａ) 特開平４−285173（ＪＰ，Ａ) 特開平５−267182（ＪＰ，Ａ) 特開平５−102422（ＪＰ，Ａ) 特開平６−163519（ＪＰ，Ａ) 特開平６−163527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/40 C23C 16/44 H01L 21/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体に対して気化状態の金属酸化膜
原料と気化状態のアルコールとが含まれている真空雰囲
気中にて金属酸化膜を形成する成膜装置と、前記金属酸
化膜を真空雰囲気下において活性酸素原子に晒すことに
よって改質する改質装置と、前記成膜装置と前記改質装
置とに共通に連結され、真空状態を維持しつつ前記成膜
装置と前記改質装置との間で前記被処理体を移載する共
通移載室とを備えたことを特徴とする成膜・改質集合装
置。
【請求項２】前記共通移載室内には、前記被処理体を
保持しつつ搬送するために旋回及び屈伸自在になされた
移載用アーム機構を備えたことを特徴とする請求項１記
載の成膜・改質集合装置。
【請求項３】複数の被処理体を収容可能なカセットを
収容して真空引き可能になされると共に前記共通移載室
に連結されたカセット収容室を備えたことを特徴とする
請求項１または２記載の成膜・改質集合装置。
【請求項４】前記成膜装置は、真空引き可能になされ
た処理容器と、この処理容器内に収容される被処理体を
載置する載置台と、前記処理容器内に気化状態の金属酸
化膜原料を供給する原料供給手段と、前記処理容器内を
真空引きする真空排気系と、前記処理容器内に気化状態
のアルコールを供給するアルコール供給手段とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至３記載の成膜・改質集合
装置。
【請求項５】前記成膜装置は、真空引き可能になされ
た処理容器と、この処理容器内に収容される被処理体を
載置する載置台と、前記処理容器内に気化状態の金属酸
化膜原料とアルコールを混合状態で供給する原料供給手
段と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系とを有
することを特徴とする請求項１乃至３記載の成膜・改質
集合装置。
【請求項６】前記金属酸化膜原料は、金属アルコキシ
ドであることを特徴とする請求項４または５記載の成膜
・改質集合装置。
【請求項７】前記改質装置は、真空引き可能になされ
た処理容器と、この処理容器内へ収容される被処理体を
載置する載置台と、オゾン或いはＮ₂Ｏガスを含む処理
ガスを前記処理容器内へ供給する処理ガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気中に紫外線を照射して活性酸素
原子を生ぜしめる紫外線照射手段と、前記処理容器内を
真空引きする真空排気系とを有することを特徴とする請
求項１乃至６記載の成膜・改質集合装置。
【請求項８】前記紫外線照射手段は、水銀を封入した
水銀封入ランプと、この水銀封入ランプにマイクロ波を
印加して紫外線を発生させるためのマイクロ波発生手段
と、発生した紫外線を前記載置台上に向けて集光させて
均等に照射する反射鏡とを有することを特徴とする請求
項７記載の成膜・改質集合装置。
【請求項９】前記紫外線照射手段は、前記被処理体の
平面に対向するように平行に配列された複数の紫外線ラ
ンプよりなることを特徴とする請求項７記載の成膜・改
質集合装置。
【請求項１０】前記改質装置は、真空引き可能になさ
れた処理容器と、Ｏ₂ガス、オゾン及びＮ₂Ｏガスの内、
少なくともいずれか１つを含む処理ガスを前記処理容器
内へ導入する処理ガス供給手段と、マイクロ波、或いは
高周波電界を印加してプラズマを生ぜしめることによっ
て前記処理ガスから活性酸素原子を発生させるプラズマ
生成手段と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系
とを有することを特徴とする請求項１乃至６記載の成膜
・改質集合装置。
【請求項１１】前記載置台を加熱するための載置台加
熱手段を有することを特徴とする請求項７乃至１０記載
の成膜・改質集合装置。
【請求項１２】前記処理ガス供給手段は、前記紫外線
照射手段と前記載置台との間に配置されたシャワーヘッ
ドを有し、このシャワーヘッドは、噴射孔を有する複数
のガス噴射管を組み合わせてなることを特徴とする請求
項７乃至１１記載の成膜・改質集合装置。
【請求項１３】前記複数のガス噴射管は、格子状に組
み合わされていることを特徴とする請求項１２記載の成
膜・改質集合装置。
【請求項１４】前記複数のガス噴射管の前記載置台上
に対する投影面積は、前記被処理体の表面の面積の２０
％よりも小さいことを特徴とする請求項１４または１３
記載の成膜・改質集合装置。
【請求項１５】前記処理ガス供給手段は、前記載置台
の上面を覆うことができるように下端部が開放された容
器状の蓋体を有し、この蓋体の一側には、多数の噴射孔
を有する導入ヘッダ部が形成され、他側には排出口を有
する排出ヘッダ部が形成され、前記蓋体内に水平方向に
流れるガス流を形成するようになっていることを特徴と
する請求項７乃至１１記載の成膜・改質集合装置。
【請求項１６】前記蓋体と前記載置台は、相対的に上
下方向に接近及び離間可能になされていることを特徴と
する請求項１５記載の成膜・改質集合装置。
【請求項１７】前記改質装置は、真空引き可能になさ
れた処理容器と、この処理容器内へ収容される被処理体
を載置する載置台と、オゾン或いはＮ₂Ｏガスを含む処
理ガスを前記処理容器内へ供給する処理ガス供給手段
と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処
理容器内を真空引きする真空排気系とを備え、前記加熱
手段は、前記被処理体を４００℃〜８５０℃の範囲内に
加熱することを特徴とする請求項１乃至６記載の成膜・
改質集合装置。
【請求項１８】前記加熱手段は、前記載置台の下方に
設けた複数の加熱ランプよりなることを特徴とする請求
項１７記載の成膜・改質集合装置。
【請求項１９】前記処理容器の側壁には、この容器側
壁をオゾンの熱分解温度より低い温度に冷却するための
冷却ジャケットが設けられることを特徴とする請求項１
７または１８記載の成膜・改質集合装置。
【請求項２０】前記金属酸化膜は、酸化タンタル、酸
化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸化スト
ロンチウムの内、いずれか１つを含むことを特徴とする
請求項１乃至１９記載の成膜・改質集合装置。