JP3181570B2 - Method of forming metal oxide film - Google Patents

Method of forming metal oxide film

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JP3181570B2 JP28869599A JP28869599A JP3181570B2 JP 3181570 B2 JP3181570 B2 JP 3181570B2 JP 28869599 A JP28869599 A JP 28869599A JP 28869599 A JP28869599 A JP 28869599A JP 3181570 B2 JP3181570 B2 JP 3181570B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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の形成方法に関する。
The present invention relates to, for example relates to the formation how the metal oxide film suitable for an insulating film such as tantalum oxide.

【0002】[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、多層化及び高
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。
2. Description of the Related Art In general, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing a film forming process and a pattern etching process on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. The specifications are becoming stricter year by year as the integration and integration increase,
For example, a very thin oxide film such as an insulating film or a gate insulating film of a capacitor in a device is required to be further thinned, and at the same time, a higher insulating property is required.

【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(Ta25 )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。
As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like can be used.
Recently, a metal oxide film such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) has tended to be used as a material having better insulating properties. Although this metal oxide film exhibits a highly reliable insulating property even if it is thin, it is possible to further improve the insulating property by performing a surface modification treatment after forming the metal oxide film. Discovered,
Japanese Patent No. 283022 discloses the technique.

【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
ンタルの有機化合物である金属アルコキシド(Ta(O
255 )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(Che
mical Vapor Deposition)によ
り酸化タンタル膜(Ta25 )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
を用いて上記金属酸化膜中に含まれるC−C結合等の有
機不純物を分解して脱離することによって上記酸化タン
タル膜を改質し、これにより一層、特性の良好な絶縁膜
を得ている。
In order to form this metal oxide film, for example, a case of forming tantalum oxide will be described. As disclosed in the above-mentioned publication, a metal alkoxide which is an organic compound of tantalum is used as a raw material for film formation. (Ta (O
C 2 H 5 ) 5 ) is supplied while bubbling with nitrogen gas or the like to maintain the semiconductor wafer at a process temperature of, for example, about 400 ° C., and to perform CVD (Che) under a vacuum atmosphere.
A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by a physical vapor deposition. In order to further improve the insulation properties as necessary, the semiconductor wafer is carried into an atmosphere containing ozone, and the semiconductor wafer is irradiated with ultraviolet rays from a mercury lamp under atmospheric pressure to activate the active oxygen atoms. Is generated, and the active oxygen atoms are used to decompose and desorb organic impurities such as C—C bonds contained in the metal oxide film, thereby modifying the tantalum oxide film. Good insulating film is obtained.

【0005】例えば図8は絶縁膜の金属酸化膜として金
属タンタルを成膜する従来方法の一例を示しており、ま
ず、成膜装置内において金属酸化膜原料として有機化合
物である気化状態の金属アルコキシドと気化状態のアル
コールを供給してこの真空雰囲気中にて半導体ウエハW
を成膜処理することにより金属酸化膜として所定の厚み
の酸化タンタル層(Ta25 )2を成膜する。この時
のプロセス温度は、例えば400℃程度で行なう。
For example, FIG. 8 shows an example of a conventional method of forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film. First, a vaporized metal alkoxide which is an organic compound is used as a metal oxide film material in a film forming apparatus. And the alcohol in a vaporized state is supplied to the semiconductor wafer W in this vacuum atmosphere.
To form a tantalum oxide layer (Ta 2 O 5 ) 2 having a predetermined thickness as a metal oxide film. The process temperature at this time is, for example, about 400 ° C.

【0006】次に、このウエハを改質装置に搬送して図
8(B)に示すように、オゾン(O3 )の雰囲気下にお
いて紫外線ランプによりウエハ表面に紫外線UVを照射
することにより、酸化タンタル層2中に含まれる有機不
純物のC−C結合やハイドロカーボン等を紫外線のエネ
ルギや活性酸素原子により切断してこれを脱離させ、酸
化タンタル層の改質を行なう。この改質処理のプロセス
温度は、酸化タンタルの非晶質状態(アモルファス状
態)を維持するようにこの結晶化温度以下の温度、例え
ば425℃程度で行なう。このように改質処理が終了し
たならば、次にこのウエハを熱処理装置に搬送し、酸素
ガスの存在下において酸化タンタル層2の結晶化温度以
上、例えば700℃以上に加熱し、この酸化タンタル層
2を結晶化させる。この結晶化アニールにより、酸化タ
ンタル層2は分子レベルで緻密化されて、且つ面内膜厚
も均一化させることができ、絶縁特性の良好な絶縁膜を
得ることが可能となる。
Next, the wafer is transferred to a reforming apparatus, and as shown in FIG. 8B, the wafer surface is irradiated with ultraviolet rays UV by an ultraviolet lamp in an ozone (O 3 ) atmosphere, thereby oxidizing the wafer. The C-C bonds and hydrocarbons of the organic impurities contained in the tantalum layer 2 are cut off by the energy of ultraviolet rays or active oxygen atoms and desorbed to modify the tantalum oxide layer. The reforming process is performed at a temperature lower than the crystallization temperature, for example, about 425 ° C. so as to maintain the amorphous state of tantalum oxide (amorphous state). After the modification process is completed, the wafer is then transferred to a heat treatment apparatus and heated to a temperature higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 2 in the presence of oxygen gas, for example, 700 ° C. or higher. The layer 2 is crystallized. By this crystallization annealing, the tantalum oxide layer 2 can be densified at the molecular level and the in-plane film thickness can be made uniform, so that an insulating film having good insulating properties can be obtained.

【0007】ところで、上記改質処理時における有機不
純物の脱離は、紫外線の金属酸化膜の厚さ方向への透過
量やオゾンの浸入の程度を考慮すると、金属酸化膜が薄
い程、効果的に改質を行なうことができるので、成膜処
理と改質処理を2回繰り返し行なって、最後に結晶化処
理を行うことによって、個々の改質処理を効果的に行な
い、これにより更に絶縁性を向上させるようにした技術
が、例えば特開平9−121035号公報に開示されて
いる。図9はこの時の従来の成膜方法の一例を示してい
る。まず、図9(A)に示すように成膜温度を略400
℃とし、金属アルコキシドとアルコール雰囲気の存在下
にて図8(A)で示したと同様に酸化タンタル2Aを成
膜し、次に、図9(B)に示すようにオゾンの存在下に
て紫外線UVを照射することにより酸化タンタル層2A
の改質を行なう。次に、図9(C)に示すように図9
(A)と同様なプロセス条件で2層目の酸化タンタル層
2Bを成膜し、次に、図9(D)に示すように図9
(B)と同様なプロセス条件で2層目の酸化タンタル層
2Bの改質を行なう。
By the way, in consideration of the amount of ultraviolet rays permeated in the thickness direction of the metal oxide film and the degree of penetration of ozone, the thinner the metal oxide film is, the more effective the desorption of organic impurities during the above-mentioned reforming treatment is. Since the film formation process and the reforming process are repeated twice, and finally the crystallization process is performed, the individual reforming processes can be effectively performed, thereby further improving the insulating property. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-121035 discloses a technique for improving the image quality. FIG. 9 shows an example of a conventional film forming method at this time. First, as shown in FIG.
8C, a film of tantalum oxide 2A was formed in the same manner as shown in FIG. 8A in the presence of a metal alkoxide and an alcohol atmosphere, and then, as shown in FIG. Tantalum oxide layer 2A by irradiating UV
Is reformed. Next, as shown in FIG.
A second tantalum oxide layer 2B is formed under the same process conditions as in FIG. 9A, and then, as shown in FIG.
The second tantalum oxide layer 2B is reformed under the same process conditions as (B).

【0008】この時、1層目と2層目の酸化タンタル層
2A、2Bの厚みの合計が図8中の酸化タンタル層2の
略厚みと同じになるようにそれぞれの膜厚が設定される
ので、各酸化タンタル層2A、2Bの厚みは、図8に示
す酸化タンタル層2の厚みよりも薄くなる。その結果、
膜厚が薄くなった分だけ個々の改質処理時において効果
的に有機不純物を脱離させることができるので、酸化タ
ンタル層2A、2Bの絶縁性を一層、向上させることが
可能となる。そして、改質処理されたウエハは、図9
(E)に示すように、先の図8(C)にて説明したと同
様なプロセス条件で熱処理を行ない、ここで1層目と2
層目の酸化タンタル層2A、2Bを同時に結晶化処理す
る。
At this time, the thicknesses of the first and second tantalum oxide layers 2A and 2B are set so that the total thickness of the tantalum oxide layers 2A and 2B is substantially the same as the thickness of the tantalum oxide layer 2 in FIG. Therefore, the thickness of each tantalum oxide layer 2A, 2B is smaller than the thickness of tantalum oxide layer 2 shown in FIG. as a result,
Since the organic impurities can be effectively desorbed at the time of the individual reforming process by the reduced thickness, the insulating properties of the tantalum oxide layers 2A and 2B can be further improved. Then, the wafer subjected to the reforming process is shown in FIG.
As shown in FIG. 8E, heat treatment is performed under the same process conditions as those described with reference to FIG.
The second tantalum oxide layers 2A, 2B are simultaneously crystallized.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に所
定の一連のプロセスを行なって一定の結果物を得る場合
には、当然のこととして工程数が少ない方が製品コスト
も削除できるし、また、工程が少なくなった分だけ設備
コストを削除したり、スループットも向上させることが
可能となる。しかるに、上述したような従来の成膜方法
にあっては、図8(B)と図8(C)の各工程及び図9
(D)と図9(E)の各工程のようにかなり類似する工
程同士でも別の熱処理装置で行なうようにしていること
から、全体の工程数が多くなり、製品コストの上昇やス
ループットの低下をもたらす結果となっていた。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、電気的特
性の良好な金属酸化膜を少ない工程数で形成できる金属
酸化膜の形成方法を提供することにある。本発明の他の
目的は、改質処理と結晶化処理を同一チャンバ内で連続
的に、或いは同時に行なうことができる金属酸化膜の形
成方法を提供することにある。
In general, when a predetermined result is obtained by performing a predetermined series of processes, naturally, the smaller the number of steps, the lower the product cost. In addition, it is possible to reduce equipment costs and to improve the throughput by reducing the number of processes. However, in the conventional film forming method as described above, each step shown in FIGS. 8B and 8C and FIG.
Since the steps similar to each other as shown in FIG. 9D and those shown in FIG. 9E are performed by different heat treatment apparatuses, the number of steps is increased, resulting in an increase in product cost and a decrease in throughput. Was the result. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a form how the metal oxide film can be formed with a small number of steps good metal oxide film of the electrical characteristics. Another object of the present invention is to provide continuous crystallization process the reforming process in the same chamber, or formation how the metal oxide film can be performed simultaneously.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に規定する発明
は、被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化
性ガスの存在下の雰囲気中にて金属酸化膜の初期膜を形
成する初期膜形成工程と、前記被処理体を前記金属酸化
膜の結晶化温度以上の温度に晒すようにした初期膜結晶
化工程と、前記初期膜の表面に気化状態の金属酸化膜原
料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて金属酸化膜の主
膜を形成する主膜形成工程と、前記被処理体を前記金属
酸化膜の結晶化温度以上の温度に晒すようにした主膜結
晶化工程とを有する金属酸化膜の形成方法である。これ
により、電気的特性の良好な金属酸化膜を少ない工程数
で形成することが可能となる。また、結晶化された初期
膜の上に主膜を堆積させているので、主膜の堆積密度が
向上してその分、電気的特性を向上させることが可能と
なる。
According to a first aspect of the present invention, an initial metal oxide film is formed on a surface of an object to be processed in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film raw material and an oxidizing gas. An initial film forming step of forming, an initial film crystallization step of exposing the object to be processed to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the metal oxide film, and a metal oxide film raw material in a vaporized state on the surface of the initial film. A main film forming step of forming a main film of a metal oxide film in an atmosphere in the presence of an oxidizing gas; and a main film crystal for exposing the object to be processed to a temperature higher than a crystallization temperature of the metal oxide film. And forming a metal oxide film. This makes it possible to form a metal oxide film having good electrical characteristics in a small number of steps. Further, since the main film is deposited on the crystallized initial film, the deposition density of the main film is improved, and accordingly, the electrical characteristics can be improved.

【0011】請求項2に規定するように、前記主膜形成
工程と前記主膜結晶化工程との間に、前記被処理体を活
性酸素原子雰囲気下にて前記主膜の結晶化温度以下の状
態に晒してこれを改質する主膜改質工程を行なうように
してもよい。これによれば、主膜を改質処理により絶縁
性を向上でき、しかも、改質時に主膜に浸透する活性酸
化原子が結晶化されている下地の初期膜にブロックされ
てそれ以上下方に浸透することはなく、従って、両者相
まって電気的特性を一層向上させることが可能となる。
As defined in claim 2, between the main film forming step and the main film crystallization step, the object to be processed is kept under an active oxygen atom atmosphere at a temperature lower than a crystallization temperature of the main film. A main film reforming step of exposing to a state and modifying the state may be performed. According to this, the insulating property of the main film can be improved by the reforming treatment, and the active oxide atoms that permeate the main film at the time of the reforming are blocked by the crystallized initial film of the base and permeate further downward. Therefore, it is possible to further improve the electrical characteristics in combination.

【0012】請求項3に規定するように、前記初期膜形
成工程と前記初期膜結晶化工程との間に、前記被処理体
を活性酸素原子雰囲気下にて前記初期膜の結晶化温度以
下の状態に晒してこれを改質する初期膜改質工程を行な
うようにしてもよい。これによれば、下地の初期膜も結
晶化に先立って改質されるので、全体の絶縁性を一層向
上させることが可能となる。また、請求項4に規定する
ように、前記主膜形成工程と前記主膜改質工程と前記主
膜結晶化工程とを、この順序で複数回繰り返し行なうよ
うにしてもよい。これによれば、厚い主膜を形成する場
合には、主膜を分割して処理することにより、これを完
全に改質及び結晶化することが可能となり、一度に厚い
主膜を処理する場合と比較して、その電気的特性を向上
させることが可能となる。
As defined in claim 3, between the initial film forming step and the initial film crystallization step, the object to be processed is kept under an active oxygen atom atmosphere at a temperature lower than a crystallization temperature of the initial film. An initial film reforming step of modifying the film by exposing it to a state may be performed. According to this, since the underlying initial film is also modified prior to crystallization, it is possible to further improve the overall insulating properties. Further, the main film forming step, the main film modifying step, and the main film crystallization step may be repeatedly performed in this order a plurality of times. According to this, when forming a thick main film, it is possible to completely modify and crystallize the main film by dividing and processing the main film. It is possible to improve the electrical characteristics as compared with.

【0013】請求項5に規定する発明は、被処理体の表
面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の
雰囲気中にて金属酸化膜の初期膜を形成する初期膜形成
工程と、前記被処理体を活性酸素原子雰囲気下にて前記
初期膜の結晶化温度以上の状態に晒して改質と結晶化を
同時に行なう初期膜改質結晶化工程と、前記初期膜の表
面に気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の
雰囲気中にて金属酸化膜の主膜を形成する主膜形成工程
と、前記被処理体を活性酸素原子雰囲気下にて前記主膜
の結晶化温度以上の状態に晒して改質と結晶化を同時に
行なう主膜改質結晶化工程とを有するようにしたもので
ある。これによれば、初期膜及び主膜に、それぞれの改
質処理と結晶化処理とを同時に行なうようにしたので、
金属酸化膜の電気的特性を向上できることは勿論のこ
と、処理工程数を大幅に削減してスループットを向上す
ることが可能となる。
The invention defined in claim 5 is an initial film forming step of forming an initial film of a metal oxide film on the surface of the object to be processed in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide material and an oxidizing gas. An initial film reforming crystallization step of exposing the object to be processed to a temperature higher than the crystallization temperature of the initial film under an atmosphere of active oxygen atoms to simultaneously perform modification and crystallization; A main film forming step of forming a main film of the metal oxide film in an atmosphere in the presence of a metal oxide film raw material and an oxidizing gas in a vaporized state, and subjecting the object to be processed to an atmosphere of an active oxygen atom. A main film reforming crystallization step of simultaneously performing the reforming and the crystallization by exposing to a state higher than the crystallization temperature is provided. According to this, each of the initial film and the main film is subjected to the respective modification treatment and crystallization treatment at the same time.
Not only can the electrical characteristics of the metal oxide film be improved, but also the throughput can be improved by greatly reducing the number of processing steps.

【0014】請求項6に規定するように、前記改質工程
及び改質結晶化工程では前記被処理体の表面に紫外線を
照射するようにしてもよい。これによれば、改質処理を
迅速に且つ完全に行なうことが可能となる。金属酸化膜
原料としては、金属アルコキシドが用いられ、金属酸化
膜としては例えば酸化タンタル層を形成する。また、活
性酸素原子としては、オゾンを用いることができる。更
に、金属酸化膜として酸化タンタルを適用する場合に
は、改質工程のプロセス温度は、700℃よりも低い温
度であり、結晶化工程のプロセス温度は700℃以上で
ある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the modification step and the modified crystallization step, the surface of the object may be irradiated with ultraviolet rays. According to this, the reforming process can be performed quickly and completely. As a metal oxide film raw material, a metal alkoxide is used, and as the metal oxide film, for example, a tantalum oxide layer is formed. In addition, ozone can be used as an active oxygen atom. Further, when tantalum oxide is used as the metal oxide film, the process temperature in the reforming step is lower than 700 ° C., and the process temperature in the crystallization step is 700 ° C. or higher.

【0015】、上記成膜方法を実施するためには、被
処理体に対して気化状態の金属酸化膜原料と酸化性ガス
の存在下の雰囲気中にて金属酸化膜を形成する少なくと
も1つの成膜装置と、前記被処理体に活性酸素原子を晒
すことによって前記金属酸化膜を改質する改質工程と前
記被処理体を前記金属酸化膜の結晶化温度以上の温度に
晒すことによって結晶化を行なう結晶化工程とを選択的
に、或いは同時に行なうことができる熱処理装置と、前
記被処理体を移載するために前記成膜装置と前記熱処理
装置とに共通に連結された共通搬送装置とを備えた成膜
処理システムを用いることができる。
[0015] In order to implement the above-mentioned film forming method, at least one of forming a metal oxide film in an atmosphere in the presence of an oxidizing gas and a metal oxide film material vaporized state with respect to the target object A film forming apparatus, a modification step of modifying the metal oxide film by exposing the target object to active oxygen atoms, and a crystallizing process by exposing the target object to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the metal oxide film. Heat treatment apparatus capable of selectively or simultaneously performing a crystallization step for performing crystallization, and a common transfer apparatus commonly connected to the film forming apparatus and the heat treatment apparatus for transferring the object to be processed. Can be used.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る金属酸化膜の
形成方法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処理システムを示す概略斜視図で
ある。図示するように、この成膜処理システム3は、被
処理体、例えば半導体ウエハWに対して気化状態の金属
酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の真空雰囲気中にて非
晶質状態の金属酸化膜を形成する2台の成膜装置4、6
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処理と、活性酸素雰
囲気下においてウエハを上記金属酸化膜の結晶温度以上
に加熱することによってこれを結晶化させる結晶化処理
とを同時に、或いは選択的に行なうことができる2台の
熱処理装置8、10と、これらの各装置4、6、8、1
0間と共通に連結されて、真空状態を維持しつつ、各装
置間にウエハを移載する共通搬送装置1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
通搬送装置1に連結されたカセット収容室14A,14
Bを有しており、いわゆるクラスタツール化されてい
る。
Be described in detail with reference to an embodiment of the formation how the metal oxide film according to the present invention in the following DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a film forming system according to the present invention. As shown in the figure, the film forming processing system 3 is configured such that an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W, is vaporized in a vacuum atmosphere in the presence of a metal oxide film raw material and an oxidizing gas. Two film forming apparatuses 4 and 6 for forming an oxide film
And modifying the metal oxide film by exposing the metal oxide film to active oxygen atoms in a vacuum atmosphere, and crystallizing the wafer by heating the wafer to a temperature equal to or higher than the crystal temperature of the metal oxide film in the active oxygen atmosphere. Two heat treatment apparatuses 8 and 10 capable of simultaneously or selectively performing the crystallization treatment to be performed, and each of these apparatuses 4, 6, 8, and 1
It is mainly connected to a common transfer device 1 that is connected in common with the unit 0 and transfers a wafer between the devices while maintaining a vacuum state. Further, here, in order to improve the efficiency of loading and unloading wafers, a cassette C which can accommodate a plurality of semiconductor wafers and is evacuated and evacuated and connected to the common transfer device 1 in the cassette accommodation chamber 14A , 14
B, which is a so-called cluster tool.

【0017】共通搬送装置1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14
A及び第2のカセット収容室14Bがそれぞれ接続され
ている。これらの両カセット収容室14A,14B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、それぞれ昇降及び旋回自在なカセットステージ(図
示せず)を備えている。共通搬送装置1及び両カセット
収容室14A,14Bは、それぞれ気密構造に構成さ
れ、両カセット収容室14A,14B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G3,G4が設けられ、開放されたゲートドアG
3、G4を介してカセットCが搬出入される。
One side of the common transfer device 1 is connected to the first cassette accommodating chamber 14 via gate valves G1 and G2, respectively.
A and the second cassette storage chamber 14B are connected to each other. These two cassette storage chambers 14A and 14B
It constitutes a wafer loading / unloading port of the entire apparatus, and includes a cassette stage (not shown) which can be moved up and down and swivel. The common transfer device 1 and the two cassette storage chambers 14A and 14B are each configured in an airtight structure, and the two cassette storage chambers 14A and 14B have gate doors G3 that can be opened and closed to and from the atmosphere of an external work chamber so as to be open to the atmosphere. , G4 provided and the gate door G opened
3. The cassette C is carried in / out via G4.

【0018】共通搬送装置1内の移載用アーム機構16
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14A,14Bと各成膜装置4、
6及び各熱処理装置8、10との間でウエハを移載する
ものである。そして、この共通搬送装置1には、各ゲー
トバルブG5,G6、G7、G8を介してそれぞれ成膜
装置4、熱処理装置8、熱処理装置10及び成膜装置6
が連結されている。以上説明した上記各装置1、4、
6、8、10及びカセット収容室14A、14Bには、
内部に不活性ガス、例えばN2 ガスをパージするN2
ス供給系(図示せず)及び内部の雰囲気を真空引きする
ための真空排気系(図示せず)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。
Transfer arm mechanism 16 in common transfer device 1
Is composed of a multi-joint arm that can be bent and extended, and can rotate. The cassette accommodation chambers 14A and 14B and the film forming devices 4 and
The wafer is transferred between the heat treatment apparatus 6 and each of the heat treatment apparatuses 8 and 10. The common transfer device 1 is provided with the film forming device 4, the heat treatment device 8, the heat treatment device 10, and the film formation device 6 via the gate valves G5, G6, G7, and G8, respectively.
Are connected. Each of the above-described devices 1, 4,
6, 8, 10 and the cassette storage chambers 14A, 14B
An N 2 gas supply system (not shown) for purging an inert gas, for example, N 2 gas, and a vacuum evacuation system (not shown) for evacuating the internal atmosphere are connected to each other. Controllable.

【0019】上記成膜装置4、6や熱処理装置8、10
は、本発明者が先の出願(特開平10−79377号公
報)にて開示したものを用いればよい。この場合、先の
出願の改質装置はここでは熱処理装置として用いる。上
記各成膜装置4、6は、ウエハ表面に非晶質状態の金属
酸化膜として、例えば酸化タンタル(Ta25 )層を
CVDにより成膜するものであり、金属酸化膜原料とし
て有機化合物である液状の金属アルコキシド、例えばT
a(OC255 を例えばHeガスでバブリングして
供給し、この供給ガスと酸化性ガスであるO2 等との混
合ガス雰囲気下にてCVD成膜反応を行なう。尚、同じ
構造の成膜装置を2台設けた理由は、スループットを向
上させるためである。また、酸化性ガスとしては、O2
の他に、O3 、N2 O、NO、NO2 、気化状態のアル
コール等を用いることができる。
The film forming apparatuses 4 and 6 and the heat treatment apparatuses 8 and 10
May be used as disclosed by the present inventor in an earlier application (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-79377). In this case, the reforming device of the earlier application is used here as a heat treatment device. Each of the film forming apparatuses 4 and 6 is for forming, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer as a metal oxide film in an amorphous state on a wafer surface by CVD. A liquid metal alkoxide such as T
a (OC 2 H 5 ) 5 is supplied by bubbling with, for example, He gas, and a CVD film forming reaction is performed in a mixed gas atmosphere of the supplied gas and an oxidizing gas such as O 2 . The reason why two film forming apparatuses having the same structure are provided is to improve the throughput. Further, as the oxidizing gas, O 2
Besides, O 3 , N 2 O, NO, NO 2 , alcohol in a vaporized state, or the like can be used.

【0020】熱処理装置8、10は、加熱ヒータ内蔵の
載置台上に設置したウエハ表面を活性酸素原子に晒し、
ウエハ表面に形成されている金属酸化膜を改質する改質
処理と、この金属酸化膜を結晶化する結晶化処理とを選
択的に、或いは同時に行なう装置である。活性酸素原子
としてはオゾン(O3 )を外部より導入したり、内部で
発生させたりすればよいし、また、N2 Oガスを用いて
活性酸素原子を発生させてもよい。この場合、主に改質
処理を行なう時に用いるために装置の天井部などに紫外
線照射手段18を設けており、この紫外線エネルギも利
用して金属酸化膜中に存在するC−C結合やハイドロカ
ーボン等の有機不純物を分解し、これを脱離させる。こ
のように2台の熱処理装置8、10を設けた理由は、ス
ループットを向上させるためである。この改質処理は、
有機不純物の脱離を完全ならしめるために主に金属酸化
膜の結晶化温度以下の温度で行なう。また、結晶化処理
は、ヒータへの供給電力を増加して金属酸化膜の結晶化
温度以上の温度で行なう。更に、改質処理と結晶化処理
とを同時に行なう時は、結晶化温度以上の温度で行な
う。
The heat treatment apparatuses 8 and 10 expose the surface of the wafer placed on a mounting table with a built-in heater to active oxygen atoms.
This apparatus selectively or simultaneously performs a reforming process for reforming a metal oxide film formed on a wafer surface and a crystallization process for crystallizing the metal oxide film. As active oxygen atoms, ozone (O 3 ) may be introduced from the outside or generated internally, or active oxygen atoms may be generated using N 2 O gas. In this case, an ultraviolet irradiation means 18 is provided on the ceiling or the like of the apparatus mainly for use in performing the reforming treatment, and the C—C bond or hydrocarbon existing in the metal oxide film is also utilized by utilizing the ultraviolet energy. And other organic impurities are decomposed and desorbed. The reason why the two heat treatment devices 8 and 10 are provided is to improve the throughput. This reforming process
In order to completely remove organic impurities, the process is mainly performed at a temperature lower than the crystallization temperature of the metal oxide film. The crystallization process is performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide film by increasing the power supplied to the heater. Further, when the reforming process and the crystallization process are performed simultaneously, they are performed at a temperature higher than the crystallization temperature.

【0021】尚、紫外線照射手段18は、処理を促進さ
せるために設けたが、これに限定されず設けなくてもよ
い。また、加熱ヒータに替えてウエハの昇降温を迅速に
できる加熱ランプを用いてもよい。また、活性酸素原子
としてはオゾン(O3 )を外部より導入したり、内部で
発生させたりすればよい。この熱処理装置としては、例
えば特開平10−79377号公報に開示されているよ
うに、マイクロ波を用いたプラズマ生成手段でオゾン等
の活性酸素原子を発生させ、これをチャンバ内のウエハ
上へ導入するようにした装置も用いることができる。
Although the ultraviolet irradiation means 18 is provided to promote the processing, it is not limited to this and may not be provided. Further, a heating lamp which can quickly raise and lower the temperature of the wafer may be used instead of the heater. As the active oxygen atom, ozone (O 3 ) may be introduced from outside or generated inside. As this heat treatment apparatus, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-79377, active oxygen atoms such as ozone are generated by a plasma generation means using microwaves and introduced into a wafer in a chamber. A device adapted to do so can also be used.

【0022】次に、以上のように構成された成膜処理シ
ステム3を用いて行なわれる本発明の成膜方法について
説明する。ここでは、絶縁膜として薄い金属酸化膜を2
回(2層)、すなわち初期膜と主膜とを成膜する場合を
例にとって説明する。まず、半導体ウエハWの全体的な
流れについて説明する。このウエハWの表面には、すで
に例えばドープドポリシリコン膜やシリコン窒化膜等が
前工程で形成されている。ウエハのサイズは、例えば8
インチのものを用い、未処理のウエハWを例えば25枚
収容したカセットCを第1のカセット収容室14A内の
カセットステージ(図示せず)上に載置し、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
囲気にすると共に、この収容室14内を真空引きする。
Next, a film forming method of the present invention performed using the film forming system 3 configured as described above will be described. Here, a thin metal oxide film is used as an insulating film.
A description will be given by taking as an example the case of forming the initial film and the main film twice (two layers). First, the overall flow of the semiconductor wafer W will be described. On the surface of the wafer W, for example, a doped polysilicon film, a silicon nitride film, or the like is already formed in a previous step. The size of the wafer is, for example, 8
A cassette C containing, for example, 25 unprocessed wafers W is placed on a cassette stage (not shown) in the first cassette accommodating chamber 14A, and then the gate door G3 is closed. The interior of the chamber is set to an inert gas atmosphere of N 2 gas, and the inside of the accommodation chamber 14 is evacuated.

【0023】次に、ゲートバルブG1を開き、カセット
収容室14A内を予め真空引きされて不活性ガス雰囲気
になされた共通搬送装置1内と連通し、この装置1内の
移載用アーム機構16を用いてウエハWを搬入する。次
に、ゲートバルブG5を介して、このウエハWを予め真
空引きされている一方の成膜装置4内へ搬入し、ここで
初期膜である金属酸化膜として例えば酸化タンタル(T
25 )層を成膜する。このように初期膜形成工程を
終了したならば、このウエハWを真空状態に維持されて
いる共通搬送装置1内に移載用アーム機構16を用いて
取り出し、次に、開かれたゲートバルブG6を介してこ
のウエハWを予め真空状態になされている熱処理装置8
内へ搬入する。そして、ここでオゾンの雰囲気下、或い
はN2 等の不活性ガスの雰囲気下においてウエハWを、
初期膜である金属酸化膜、すなわちここでは酸化タンタ
ル層の結晶化温度以上、例えば700℃以上に昇温した
状態で所定の時間保持し、初期膜を結晶化することによ
り、初期膜結晶化工程を行なう。
Next, the gate valve G1 is opened, and the interior of the cassette accommodating chamber 14A is evacuated in advance and communicates with the common carrier 1 in an inert gas atmosphere. The wafer W is loaded by using. Next, the wafer W is loaded into one of the film forming apparatuses 4 which has been evacuated in advance through a gate valve G5, and as a metal oxide film as an initial film, for example, tantalum oxide (T
a 2 O 5 ) layer is formed. After the initial film forming step is completed, the wafer W is taken out into the common transfer apparatus 1 maintained in a vacuum state by using the transfer arm mechanism 16, and then the opened gate valve G6 is opened. Heat treatment apparatus 8 in which the wafer W is previously evacuated through
Carry in. Then, the wafer W is placed under an atmosphere of ozone or an atmosphere of an inert gas such as N 2 here.
The initial film crystallization process is performed by holding the metal oxide film as the initial film, that is, the crystallization temperature of the tantalum oxide layer here, at a temperature raised to, for example, 700 ° C. or more, for a predetermined time and crystallizing the initial film. Perform

【0024】このようして、初期膜結晶化工程を終了し
たならば、このウエハWを再度成膜装置4(或いは成膜
装置6でもよい)内へ移載する。そして、このウエハW
の表面に、先の初期膜形成工程と同じプロセス条件で主
膜となる金属酸化膜として、例えば酸化タンタル層を所
定の厚さだけ形成することにより主膜形成工程を行な
う。このようにして、主膜形成工程を終了したならば、
このウエハWを再度熱処理装置8(或いは熱処理装置1
0でもよい)内へ移載する。そして、このウエハWを主
膜の結晶化温度以上の温度に所定の時間維持し、この主
膜を、先の初期膜結晶化条件と同じプロセス条件で結晶
化することにより主膜結晶化工程を行なう。このよう
に、主膜結晶化工程を終了したならば、この処理済みの
ウエハWを共通搬送装置1内に取り出し、そして、これ
を第2のカセット収容室14B内のカセットC内に収容
することになる。
After the initial film crystallization step is completed, the wafer W is transferred again into the film forming apparatus 4 (or the film forming apparatus 6). Then, this wafer W
The main film forming step is performed by forming a predetermined thickness of, for example, a tantalum oxide layer as a metal oxide film serving as a main film on the surface of the substrate under the same process conditions as the initial film forming step. After the main film forming step is completed in this way,
This wafer W is again subjected to the heat treatment apparatus 8 (or the heat treatment apparatus 1).
(May be 0). Then, the wafer W is maintained at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the main film for a predetermined time, and the main film is crystallized under the same process conditions as the initial film crystallization conditions, thereby performing the main film crystallization step. Do. After the main film crystallization step is completed, the processed wafer W is taken out into the common transfer device 1 and stored in the cassette C in the second cassette storage chamber 14B. become.

【0025】次に、上記各工程について図2を参照して
説明する。図2は本発明方法の第1実施例を示す図であ
る。まず、図2(A)に示すように第1の成膜装置4内
でウエハW上に初期膜として第1の酸化タンタル層20
を所定の厚みで形成する。この時の原料ガスは液状の金
属アルコキシドであるTa(OC255 をHeガス
でバブリングすることにより供給し、これと同時にO2
などの酸化性ガスを供給する。金属アルコキシドの供給
量は、成膜レートにもよるが、例えば数mg/min程
度である。成膜のプロセス圧力は0.2〜0.3Tor
r程度、プロセス温度は250〜450℃の範囲内、例
えば400℃に設定し、例えば厚さt1が20〜50
Å、例えば35Å程度の酸化タンタル層20を成膜す
る。この場合、原料として有機物を使用しているので酸
化タンタル層20中に有機不純物が混入することは避け
られず、また、酸化タンタル層20は、非晶質状態とな
っており、これにより初期膜形成工程を終了する。
Next, each of the above steps will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the method of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a first tantalum oxide layer 20 is formed as an initial film on a wafer W in a first film forming apparatus 4.
Is formed with a predetermined thickness. The source gas at this time is supplied by bubbling Ta (OC 2 H 5 ) 5, which is a liquid metal alkoxide, with He gas, and at the same time, O 2
Supply oxidizing gas such as. The supply amount of the metal alkoxide depends on the film formation rate, but is, for example, about several mg / min. Process pressure for film formation is 0.2-0.3 Torr
r, the process temperature is set in the range of 250 to 450 ° C., for example, 400 ° C., and the thickness t1 is, for example, 20 to 50.
The tantalum oxide layer 20 having a thickness of, for example, about 35 ° is formed. In this case, since an organic substance is used as a raw material, it is unavoidable that organic impurities are mixed in the tantalum oxide layer 20. Further, the tantalum oxide layer 20 is in an amorphous state, and as a result, The forming step is completed.

【0026】このようにして初期膜形成工程が終了した
ならば、ウエハWを熱処理装置8へ搬入し、初期膜結晶
化工程へ移行する。この初期膜結晶化工程においては、
図2(B)に示すように活性酸素原子として例えばオゾ
ンを供給し、或いはオゾンを供給しないでN2 等の不活
性ガスを供給し、プロセス圧力を1〜600Torr程
度の範囲内に設定する。また、プロセス温度は初期膜で
ある酸化タンタル層の結晶化温度以上、すなわち700
℃以上、例えば800℃に設定し、所定の時間維持す
る。これにより、初期膜20は結晶化されることにな
る。この場合、オゾン雰囲気下にて結晶化することによ
り、オゾンの熱分解で発生する活性な酸素原子の効果に
より、結晶化と同時に膜中の酸素欠陥の生成を防止でき
る、という利点を有する。
When the initial film forming step is completed as described above, the wafer W is carried into the heat treatment apparatus 8, and the process proceeds to the initial film crystallization step. In this initial film crystallization step,
As shown in FIG. 2B, for example, ozone is supplied as active oxygen atoms, or an inert gas such as N 2 is supplied without supplying ozone, and the process pressure is set in a range of about 1 to 600 Torr. The process temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer as the initial film, that is, 700 ° C.
C. or higher, for example, 800 ° C., and maintained for a predetermined time. Thus, the initial film 20 is crystallized. In this case, crystallization in an ozone atmosphere has an advantage that the generation of oxygen defects in the film can be prevented at the same time as the crystallization due to the effect of active oxygen atoms generated by the thermal decomposition of ozone.

【0027】このようにして、初期膜結晶化工程を終了
したならば、例えば再度第1の成膜装置4内で、図2
(C)に示すようにウエハW上に主膜として第2の酸化
タンタル層22を形成する主膜形成工程を行なう。この
成膜工程においては、図2(C)に示すように主膜とし
て非晶質状態の第2層目の酸化タンタル層22を成膜す
る。この時の成膜条件は、先に行われた初期膜形成工程
の場合と、原料ガス、その流量、プロセス圧力、プロセ
ス温度等は全く同じに設定し、また、膜厚t2もt1と
同じ、例えば20〜50Å、例えば35Å程度に設定す
る。このように、結晶化されている初期膜20の上に主
膜22を堆積するようにしているので、結晶化状態の初
期膜に倣うようにして主膜22の原子が配列され、これ
を緻密化させることが可能となる。
After the initial film crystallization step is completed in this way, for example, the first
As shown in (C), a main film forming step of forming a second tantalum oxide layer 22 as a main film on the wafer W is performed. In this film forming step, a second tantalum oxide layer 22 in an amorphous state is formed as a main film as shown in FIG. The film forming conditions at this time are the same as those in the case of the initial film forming step performed previously, such as the raw material gas, the flow rate, the process pressure, the process temperature, etc., and the film thickness t2 is also the same as t1. For example, it is set to 20 to 50 degrees, for example, about 35 degrees. As described above, since the main film 22 is deposited on the crystallized initial film 20, the atoms of the main film 22 are arranged so as to follow the initial film in the crystallized state. It becomes possible to make it.

【0028】このように、主膜形成工程が終了したなら
ば、このウエハWを、例えば再度熱処理装置8内へ移載
して、図2(D)に示すように主膜22の結晶化工程を
行なう。この場合、先の初期膜結晶化工程と同じプロセ
ス条件で処理を行ない、ウエハWを酸化タンタル層の結
晶化温度以上、例えば800℃に設定して所定の時間維
持し、主膜22を結晶化する。このように形成した酸化
タンタル層の絶縁性を評価した結果、リーク電流は非常
に少なく、電気的特性を向上させることができた。この
理由は、結晶化された初期膜20の上に主膜22を形成
するようにしたので、この主膜22が緻密化して上述の
ように電気的特性の改善に寄与したものと考えられる。
また、ここでは初期膜20の厚さt1と主膜22の厚さ
t2を同じ厚さとしたが、t1<t2としてもよく、こ
の場合には、初期膜20が結晶化されて緻密となること
で、主膜22の結晶化を十分に行っても酸化タンタルと
シリコンの界面の酸化を抑制でき、実効的な薄膜化を達
成できる、という利点を有する。この点は、以下に説明
する他の実施例においても同様である。上記第1実施例
では、酸化タンタル層の改質処理を行なわなかったが、
主膜である酸化タンタル層の改質処理を行なうようにし
てもよい。
After the main film forming step is completed, the wafer W is transferred again, for example, into the heat treatment apparatus 8 and the main film 22 is crystallized as shown in FIG. Perform In this case, the process is performed under the same process conditions as the initial film crystallization step, the wafer W is set at a temperature higher than the crystallization temperature of the tantalum oxide layer, for example, 800 ° C., and maintained for a predetermined time, and the main film 22 is crystallized. I do. As a result of evaluating the insulating properties of the tantalum oxide layer thus formed, the leak current was very small, and the electrical characteristics could be improved. It is considered that the reason is that the main film 22 is formed on the crystallized initial film 20, so that the main film 22 is densified and contributes to the improvement of the electrical characteristics as described above.
Although the thickness t1 of the initial film 20 and the thickness t2 of the main film 22 are the same here, t1 <t2 may be satisfied. In this case, the initial film 20 is crystallized and becomes dense. Therefore, even if the main film 22 is sufficiently crystallized, there is an advantage that the oxidation of the interface between tantalum oxide and silicon can be suppressed, and an effective thinning can be achieved. This is the same in the other embodiments described below. In the first embodiment, the modification treatment of the tantalum oxide layer was not performed.
The tantalum oxide layer, which is the main film, may be modified.

【0029】図3はこのような本発明方法の第2実施例
を示す図である。この第2実施例では、第1実施例の主
膜形成工程と主膜結晶化工程との間に、ウエハを活性酸
素原子の雰囲気下にて主膜の結晶化温度以下の状態に晒
してこれを改質する主膜改質工程を行っている。従っ
て、図2(A)、(B)、(C)、(D)の各工程は、
図3(A)、(B)、(C)、(E)の各工程に対応
し、図3(D)に示す主膜改質工程のみが加えられる。
ここでは、図3(D)に示す主膜改質工程と図3(E)
に示す主膜改質工程とを同一の熱処理装置内で連続的に
行なう場合を例にとって説明する。すなわち、この第2
実施例では、図3(C)に示すように主膜形成工程が終
了したならば、ウエハWを熱処理装置8へ搬入し、主膜
改質工程へ移行する。
FIG. 3 shows a second embodiment of the method of the present invention. In the second embodiment, between the main film forming step and the main film crystallization step of the first embodiment, the wafer is exposed to a state below the crystallization temperature of the main film in an atmosphere of active oxygen atoms. The main film reforming step of reforming the main film is performed. Therefore, each step of FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D
Corresponding to the steps of FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3E, only the main film reforming step shown in FIG. 3D is added.
Here, the main film reforming step shown in FIG.
An example in which the main film reforming step shown in (1) is continuously performed in the same heat treatment apparatus will be described. That is, this second
In the embodiment, when the main film forming step is completed as shown in FIG. 3C, the wafer W is loaded into the heat treatment apparatus 8 and the process proceeds to the main film modifying step.

【0030】この主膜改質工程においては、図3(D)
に示すように活性酸素原子として例えばオゾンを供給
し、更に紫外線照射手段18から多量の紫外線を照射す
る。これにより、オゾンは紫外線の照射により励起され
て更に、多量の活性酸素原子を発生し、これがウエハ表
面に形成されている主膜の酸化タンタル層22中の有機
不純物を酸化し、これと同時に、紫外線のエネルギによ
り有機不純物のC−C結合等を切断して分解させ、この
結果、有機不純物を略完全に脱離させることができる。
この時、紫外線としては波長が185nm、254nm
を主体とする紫外線を多量に照射し、プロセス圧力は1
〜600Torr程度の範囲内、プロセス温度は酸化タ
ンタル層22の結晶化温度である700℃よりも低い、
例えば320〜700℃の範囲内の425℃程度に設定
する。プロセス温度が320℃より小さな場合は、絶縁
耐圧が十分でなく、700℃を越えると結晶化が始まっ
て十分な改質を行なうことができない。また、改質時間
は膜厚にもよるが、30秒以上行なうのが好ましく、こ
こでは例えば60秒程度行なう。
In this main film reforming step, FIG.
As shown in (1), for example, ozone is supplied as active oxygen atoms, and a large amount of ultraviolet light is irradiated from the ultraviolet irradiation means 18. As a result, the ozone is excited by the irradiation of ultraviolet rays, and further generates a large amount of active oxygen atoms, which oxidize organic impurities in the tantalum oxide layer 22 of the main film formed on the wafer surface, and at the same time, The energy of ultraviolet rays cuts and decomposes the C—C bond and the like of the organic impurity, and as a result, the organic impurity can be almost completely eliminated.
At this time, the wavelength of the ultraviolet light is 185 nm, 254 nm.
Irradiates a large amount of ultraviolet light mainly composed of
The process temperature is lower than 700 ° C., which is the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 22, within the range of about −600 Torr.
For example, it is set to about 425 ° C. within a range of 320 to 700 ° C. If the process temperature is lower than 320 ° C., the withstand voltage is not sufficient. If the process temperature exceeds 700 ° C., crystallization starts and sufficient reforming cannot be performed. Although the modification time depends on the film thickness, it is preferably performed for 30 seconds or more, and here, for example, about 60 seconds.

【0031】尚、酸化タンタル層20の厚さt1が上記
した厚みよりも薄い場合には、紫外線照射を行なうこと
なくオゾンのみの供給で改質処理を行なってもよい。こ
のようにして主膜改質工程が終了したならば、同じ熱処
理装置8内でウエハ温度を急速に昇温して結晶化温度で
ある700℃以上、例えば800℃まで昇温し、図3
(D)に示すように主膜結晶化工程へ移行する。これに
より、主膜の金属酸化膜である第2の酸化タンタル層2
2は改質処理され、結晶化温度である700℃以上で酸
化タンタル層22が結晶化されることになる。すなわ
ち、この工程では、同一チャンバ内で主膜の金属酸化膜
22の改質処理と結晶化処理を連続的に行うことが可能
となる。この時のプロセス温度を図4を参照して更に詳
しく説明すると、ウエハWの温度及び熱処理装置8内の
温度が共に450℃程度の状態でウエハWをこの熱処理
装置8内へ搬入すると、この温度状態を所定の時間、例
えば2分程度維持して主膜22の改質処理を行い、その
後、直ちにこの装置内の加熱ヒータへの供給電力を増加
してウエハWの温度を急激に上昇して、700℃以上、
例えば750℃まで昇温する。この時、昇温速度は、例
えば100℃/secである。
When the thickness t1 of the tantalum oxide layer 20 is smaller than the above-described thickness, the reforming process may be performed by supplying only ozone without performing ultraviolet irradiation. When the main film reforming step is completed in this manner, the temperature of the wafer is rapidly increased in the same heat treatment apparatus 8 to increase the crystallization temperature to 700 ° C. or more, for example, 800 ° C.
The process proceeds to the main film crystallization step as shown in (D). Thereby, the second tantalum oxide layer 2 which is a metal oxide film of the main film is formed.
2 is modified, and the tantalum oxide layer 22 is crystallized at a crystallization temperature of 700 ° C. or higher. That is, in this step, it is possible to continuously perform the modification process and the crystallization process of the metal oxide film 22 as the main film in the same chamber. The process temperature at this time will be described in more detail with reference to FIG. 4. When the wafer W is loaded into the heat treatment apparatus 8 with both the temperature of the wafer W and the temperature in the heat treatment apparatus 8 being about 450 ° C., The state is maintained for a predetermined time, for example, about 2 minutes, and the reforming process of the main film 22 is performed. Then, immediately thereafter, the power supply to the heater in the apparatus is increased to rapidly raise the temperature of the wafer W. , 700 ° C or higher,
For example, the temperature is raised to 750 ° C. At this time, the heating rate is, for example, 100 ° C./sec.

【0032】この時、600℃程度までの昇温の間は主
膜の酸化タンタル層22に対して改質処理が施されるこ
とになる。そして、700℃を越えた温度領域では、酸
化タンタル層22の結晶化処理が行なわれることにな
る。尚、酸化タンタル層の改質温度の上限600℃と結
晶化温度の700℃の間には100℃程度の幅が存在す
るが、この理由は結晶化はある一定の温度を境として瞬
時に生ずるのではなく、一定の温度幅を持って徐々に進
行して行くからである。従って、この600〜700℃
の間は、酸化タンタル層22の改質も行なわれると同時
に、結晶化も徐々に開始されて、両処理が同時並行で進
んで行くことになる。
At this time, the reforming process is performed on the tantalum oxide layer 22 of the main film while the temperature is raised to about 600 ° C. Then, in a temperature region exceeding 700 ° C., the crystallization of the tantalum oxide layer 22 is performed. Note that there is a width of about 100 ° C. between the upper limit of the reforming temperature of the tantalum oxide layer, 600 ° C., and the crystallization temperature of 700 ° C., because the crystallization occurs instantaneously after a certain temperature. Rather, it proceeds gradually with a certain temperature range. Therefore, this 600-700 ° C
During this time, the tantalum oxide layer 22 is reformed, and at the same time, crystallization is also started gradually, so that both processes proceed simultaneously and in parallel.

【0033】この場合、酸化タンタル層22の改質の時
間T1は、この層の厚さにもよるが、例えば厚みが45
Å程度の時には120sec程度に設定する。これに対
して、結晶化現象は略瞬時に生ずるので、温度700℃
以上の時間T2の長さは例えば60sec程度に設定す
ればよい。また、結晶化温度は700〜800℃の範囲
が好ましく、800℃よりも高いと、酸化タンタル層の
下地がより酸化されて、実効的な膜厚が増加しやすい。
また、半導体デバイスへの熱的な影響が大きく、特性が
劣化する、という不都合が生ずる。処理後のウエハは、
熱処理装置8内にN2 ガスパージを行うと同時に、42
5℃程度まで降温し、圧力調整した後にこの装置8から
搬出される。
In this case, the time T1 for the modification of the tantalum oxide layer 22 depends on the thickness of the layer.
At about Å, set to about 120 sec. On the other hand, since the crystallization phenomenon occurs almost instantaneously,
The length of the above time T2 may be set to, for example, about 60 seconds. Further, the crystallization temperature is preferably in the range of 700 to 800 ° C. If the crystallization temperature is higher than 800 ° C., the base of the tantalum oxide layer is more oxidized, and the effective film thickness tends to increase.
In addition, there is an inconvenience that the thermal effect on the semiconductor device is large and the characteristics are deteriorated. The processed wafer is
At the same time as performing N 2 gas purging in the heat treatment apparatus 8,
After the temperature is lowered to about 5 ° C. and the pressure is adjusted, it is carried out of the device 8.

【0034】この場合、主膜22を改質する時に用いる
活性酸素原子が2つの酸化タンタル層20、22を浸透
してその下層の例えばSiO2 膜等に達してSiO2
の厚さを助長する恐れがあるが、ここでは主膜22の下
層の初期膜20が前述のように結晶化アニール処理され
ているので、この結晶化された初期膜20が活性酸素原
子に対して保護膜、すなわちバリヤーとして作用し、そ
れ以上の活性酸素原子の浸透を防止することができる。
従って、主膜22の改質によって、この酸化タンタル層
20、22の全体の絶縁特性(電気的特性)を一層向上
させることが可能となる。この場合、結晶化された初期
膜20を活性酸素原子に対するバリヤ層として作用させ
るためには、この厚さは少なくとも10〜15Å程度は
必要である。
In this case, the active oxygen atoms used for modifying the main film 22 penetrate the two tantalum oxide layers 20 and 22 and reach the lower layer, for example, the SiO 2 film to promote the thickness of the SiO 2 film. However, since the initial film 20 below the main film 22 has been subjected to the crystallization annealing treatment as described above, this crystallized initial film 20 is a protective film against active oxygen atoms, that is, It acts as a barrier and prevents further penetration of active oxygen atoms.
Therefore, by modifying the main film 22, it is possible to further improve the insulating properties (electrical properties) of the entire tantalum oxide layers 20, 22. In this case, in order for the crystallized initial film 20 to act as a barrier layer against active oxygen atoms, the thickness must be at least about 10 to 15 °.

【0035】ここで、上記第2実施例の特性を評価する
ために、酸化タンタル層20、22の全体(70mm=
35mm+35mm)の絶縁特性を調べた。比較のため
に、本発明のように初期膜と主膜とに2つに分割して堆
積させるのではなく、一度に70mmの酸化タンタル層
を堆積し、これを改質及び結晶化させてなる絶縁層につ
いての評価を行なった。図5はこの時の第2実施例の評
価と比較例の評価を示すグラフである。評価するにあた
って、デバイスが室温の時と90度の時の両者について
行なった。この図から明らかなように、比較例の場合
は、室温の時も90度の時も印加電圧が正、負の場合、
共に印加電圧に比例してリーク電流も直線状に増加して
あまり特性上好ましくない。これに対して、この第2実
施例の場合には、室温の時も90度の時も印加電圧が
正、負に関係なく1.5V程度まではリーク電流が非常
に少なく、良好な特性を示していることが判明した。
Here, in order to evaluate the characteristics of the second embodiment, the entire tantalum oxide layers 20, 22 (70 mm =
(35 mm + 35 mm). For comparison, a 70 mm tantalum oxide layer is deposited at a time, not modified and crystallized, instead of being divided into two as an initial film and a main film as in the present invention. The insulation layer was evaluated. FIG. 5 is a graph showing the evaluation of the second embodiment and the evaluation of the comparative example at this time. The evaluation was performed both when the device was at room temperature and when it was at 90 degrees. As is clear from this figure, in the case of the comparative example, when the applied voltage is positive and negative at both room temperature and 90 degrees,
In both cases, the leakage current increases linearly in proportion to the applied voltage, which is not preferable in terms of characteristics. On the other hand, in the case of the second embodiment, the leakage current is very small up to about 1.5 V regardless of whether the applied voltage is positive or negative at both room temperature and 90 degrees, and good characteristics are obtained. It turned out to be showing.

【0036】尚、この第2実施例では、主膜形成工程
と、主膜改質工程と、主膜結晶化工程は、1回のみ行な
っているが、改質時間は主膜の厚さに指数関数的に比例
して長くなるので、主膜が厚い場合、例えば50Å以上
の場合には、全体の処理時間を短くするために、主膜一
層の厚さが50Å以下になるように分割して堆積し、上
記3つの工程をその順序で複数回繰り返して所望の厚さ
の酸化タンタル層を得るようにしてもよい。上記第2実
施例では、主膜22についてだけ改質処理を行なった
が、初期膜20についても改質処理を行なうようにして
もよい。
In the second embodiment, the main film forming step, the main film reforming step, and the main film crystallization step are performed only once, but the reforming time depends on the thickness of the main film. If the main film is thick, for example, 50 ° or more, the main film is divided so that the thickness of one main film becomes 50 ° or less in order to shorten the entire processing time. Then, the above three steps may be repeated a plurality of times in that order to obtain a tantalum oxide layer having a desired thickness. In the second embodiment, the reforming process is performed only on the main film 22, but the reforming process may also be performed on the initial film 20.

【0037】図6はこのような本発明方法の第3実施例
を示す図である。この第3実施例では、先の第2実施例
の各工程に加えて、初期膜形成工程と初期膜結晶化工程
との間に、初期膜改質工程を行なっている。従って、図
3(A)、(B)、(C)、(D)、(E)の各工程
は、図6(A)、(C)、(D)、(E)、(F)の各
工程に対応し、図6(B)に示す初期膜改質工程のみが
加えられる。この初期膜改質工程のプロセス条件は、先
の第2実施例の主膜改質工程の場合と同じである。すな
わち、図6(A)に示すように初期膜形成工程が終了し
たならば、ウエハWを熱処理装置8へ搬入し、初期膜改
質工程へ移行する。
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the method of the present invention. In the third embodiment, an initial film modifying step is performed between an initial film forming step and an initial film crystallization step in addition to the steps of the second embodiment. Accordingly, each of the steps of FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, and 3E corresponds to the steps of FIGS. 6A, 6C, 6D, 6E, and 6F. Corresponding to each step, only the initial film modification step shown in FIG. 6B is added. The process conditions of the initial film reforming step are the same as those of the main film reforming step of the second embodiment. That is, when the initial film forming step is completed as shown in FIG. 6A, the wafer W is loaded into the heat treatment apparatus 8 and the process proceeds to the initial film modifying step.

【0038】この初期膜改質工程においては、図6
(B)に示すように活性酸素原子として例えばオゾンを
供給し、更に紫外線照射手段18から多量の紫外線を照
射する。これにより、オゾンは紫外線の照射により励起
されて更に、多量の活性酸素原子を発生し、これがウエ
ハ表面に形成されている初期膜の酸化タンタル層20中
の有機不純物を酸化し、これと同時に、紫外線のエネル
ギにより有機不純物のC−C結合等を切断して分解さ
せ、この結果、有機不純物を略完全に脱離させることが
できる。この時、紫外線としては波長が185nm、2
54nmを主体とする紫外線を多量に照射し、プロセス
圧力は1〜600Torr程度の範囲内、プロセス温度
は酸化タンタル層20の結晶化温度である700℃より
も低い、例えば320〜700℃の範囲内の425℃程
度に設定する。プロセス温度が320℃より小さな場合
は、絶縁耐圧が十分でなく、700℃を越えると結晶化
が始まって十分な改質を行なうことができない。また、
改質時間は膜厚にもよるが、30秒以上行なうのが好ま
しく、ここでは例えば60秒程度行なう。
In this initial film reforming step, FIG.
As shown in (B), for example, ozone is supplied as active oxygen atoms, and a large amount of ultraviolet light is irradiated from the ultraviolet irradiation means 18. As a result, the ozone is excited by the irradiation of the ultraviolet rays, and further generates a large amount of active oxygen atoms, which oxidize the organic impurities in the tantalum oxide layer 20 of the initial film formed on the wafer surface, and at the same time, The energy of ultraviolet rays cuts and decomposes the C—C bond and the like of the organic impurity, and as a result, the organic impurity can be almost completely eliminated. At this time, the wavelength of the ultraviolet light is 185 nm, 2
A large amount of ultraviolet light having a wavelength of 54 nm is irradiated, the process pressure is in the range of about 1 to 600 Torr, and the process temperature is lower than 700 ° C., which is the crystallization temperature of the tantalum oxide layer 20, for example, in the range of 320 to 700 ° C. About 425 ° C. If the process temperature is lower than 320 ° C., the withstand voltage is not sufficient. If the process temperature exceeds 700 ° C., crystallization starts and sufficient reforming cannot be performed. Also,
Although the modification time depends on the film thickness, it is preferably performed for 30 seconds or more, and here, for example, about 60 seconds.

【0039】このようにして、初期膜改質工程が終了し
たならば、先の第2実施例の主膜結晶化工程への移行時
と同様に、同じ熱処理装置8内でウエハ温度を急速に昇
温して結晶化温度である700℃以上、例えば800℃
まで昇温し、図6(C)に示すように初期膜結晶化工程
へ移行する。この場合には、初期膜20も改質されるの
で、その分、初期膜20の膜質が向上して絶縁膜全体の
特性を更に向上させることが可能となる。また、この第
3実施例では、酸化タンタル膜20、22の改質処理と
結晶化処理とを連続的に行なうようにしているが、これ
に限定されず、処理時間を更に短縮化するために、改質
処理と結晶化処理とを同時に行なうようにしてもよい。
When the initial film reforming step is completed in this way, the wafer temperature is rapidly increased in the same heat treatment apparatus 8 as in the case of the transition to the main film crystallization step of the second embodiment. The temperature is raised to a crystallization temperature of 700 ° C. or more, for example, 800 ° C.
Then, the process proceeds to the initial film crystallization step as shown in FIG. In this case, since the initial film 20 is also modified, the quality of the initial film 20 is improved accordingly, and the characteristics of the entire insulating film can be further improved. Further, in the third embodiment, the modification process and the crystallization process of the tantalum oxide films 20 and 22 are performed continuously. However, the present invention is not limited to this, and in order to further shorten the processing time. Alternatively, the modification process and the crystallization process may be performed simultaneously.

【0040】図7はこのような本発明方法の第4実施例
を示す図である。この第4実施例では先の第3実施例の
図6(B)に示す工程と図6(C)に示す工程を結合し
て初期膜改質結晶化工程(図7(B))として表し、更
に図6(E)に示す工程と図6(F)に示す工程を結合
して主膜改質結晶化工程(図7(D))として表してい
る。この場合、両プロセス温度は、当然のこととして酸
化タンタル膜の結晶化温度である700℃以上、例えば
800℃に設定し、また、活性酸素原子としてオゾン等
を供給し、或いはオゾンを供給しつつ紫外線も照射す
る。
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of such a method of the present invention. In the fourth embodiment, the process shown in FIG. 6B and the process shown in FIG. 6C of the previous third embodiment are combined and represented as an initial film modification crystallization process (FIG. 7B). Further, the step shown in FIG. 6E and the step shown in FIG. 6F are combined to form a main film modifying crystallization step (FIG. 7D). In this case, both process temperatures are naturally set to 700 ° C. or more, for example, 800 ° C., which is the crystallization temperature of the tantalum oxide film, and ozone or the like is supplied as active oxygen atoms, or while ozone is supplied. Irradiates ultraviolet rays.

【0041】このように、改質処理と結晶化処理を同時
に行なうようにすれば、工程数が大幅に減少し、スルー
プットを大幅に向上させることが可能となる。尚、前記
第2及び第3実施例では改質工程と結晶化工程とを同一
チャンバ内で連続的に行なうようにしたが、これらの両
工程をそれぞれ異なるチャンバで行なうようにしてもよ
い。上記実施例では、金属酸化膜として酸化タンタル層
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、酸化チタン層、酸化ジルコニウム層、酸化バリウ
ム層、酸化ストロンチウム層、或いはバリウム・ストロ
ンチウム・チタン酸化物層(BaX Sr1-X TiY
3 )、PZT酸化物層(PbZr1-X TiX3 )、S
BT酸化物(SrX Bi1-X TaYZ )、ZrSiO
4 やHfSiO4 などの金属シリケート層及びこれら酸
化物の化合物層を成膜する場合にも適用し得るのは勿論
である。
As described above, when the reforming process and the crystallization process are performed simultaneously, the number of steps is greatly reduced, and the throughput can be greatly improved. In the second and third embodiments, the reforming step and the crystallization step are performed continuously in the same chamber. However, both of these steps may be performed in different chambers. In the above embodiment, the case where the tantalum oxide layer is formed as the metal oxide film has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The titanium oxide layer, the zirconium oxide layer, the barium oxide layer, the strontium oxide layer, or the barium / strontium oxide layer is used. titanium oxide layer (Ba X Sr 1-X Ti Y O
3 ), PZT oxide layer (PbZr 1-x Ti x O 3 ), S
BT oxide (Sr X Bi 1-x Ta Y O Z ), ZrSiO
Of course, the present invention can be applied to the case of forming a metal silicate layer such as 4 or HfSiO 4 and a compound layer of these oxides.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属酸化
膜の形成方法によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。金属酸化膜を形成する際に、初期
膜を形成して結晶化した後に、この上に主膜を形成する
ようにしたので、主膜の堆積密度が高まり、この結果、
絶縁特性を高くできると共に全体の工程数を削減するこ
とができる。また、初期膜を結晶化することにより、後
工程で改質処理を行なってもこの初期膜が活性酸素原子
に対してバリヤとして作用し、結果的に、絶縁膜の特性
を高く維持することができる。更に、金属酸化膜を結晶
化するに先立って改質することにより、その膜質を向上
させて、絶縁性の向上も図ることができる。特に、改質
処理時や結晶化処理時に紫外線を照射することにより、
表面の金属酸化膜の改質を迅速に行なうことができる。
以上の結果、製品コストを削除でき、スループットも向
上させることができる。また、改質処理と結晶化処理と
を同時に行なうことにより、スループットを一層向上さ
せることができる。
As described in the foregoing, according to the formation how the metal oxide film of the present invention can exhibit excellent effects and advantages as follows. When forming the metal oxide film, after forming and crystallizing the initial film, the main film is formed thereon, so that the deposition density of the main film increases, and as a result,
Insulation characteristics can be improved and the number of entire steps can be reduced. In addition, by crystallizing the initial film, even if a modification process is performed in a later step, the initial film acts as a barrier against active oxygen atoms, and as a result, the characteristics of the insulating film can be maintained high. it can. Furthermore, by modifying the metal oxide film prior to crystallization, the quality of the film can be improved and the insulating property can be improved. In particular, by irradiating ultraviolet rays during the modification process or the crystallization process,
The modification of the metal oxide film on the surface can be performed quickly.
As a result, the product cost can be eliminated and the throughput can be improved. Further, by simultaneously performing the modification treatment and the crystallization treatment, the throughput can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る成膜処理システムを示す概略斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a film forming system according to the present invention.

【図2】本発明方法の第1実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the method of the present invention.

【図3】本発明方法の第2実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the method of the present invention.

【図4】改質処理と結晶化処理とを連続的に行なう時の
プロセス温度の変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change in process temperature when a reforming process and a crystallization process are continuously performed.

【図5】第2実施例の評価と比較例の評価を示すグラフ
である。
FIG. 5 is a graph showing the evaluation of the second embodiment and the evaluation of the comparative example.

【図6】本発明方法の第3実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the method of the present invention.

【図7】本発明方法の第4実施例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the method of the present invention.

【図8】絶縁膜の金属酸化膜として金属タンタルを成膜
する従来方法の一例を示す図である。
FIG. 8 is a view showing an example of a conventional method for forming a metal tantalum film as a metal oxide film of an insulating film.

【図9】従来の成膜方法の一例を示す図である。FIG. 9 is a view showing an example of a conventional film forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 共通搬送室 3 成膜処理システム 4,6 成膜装置 8,10 熱処理装置 16 移載用アーム機構 20 初期膜(第1の酸化タンタル層) 22 主膜(第2の酸化タンタル層) W 半導体ウエハ(被処理体) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Common transfer chamber 3 Film-forming processing system 4,6 Film-forming apparatus 8,10 Heat treatment apparatus 16 Transfer arm mechanism 20 Initial film (first tantalum oxide layer) 22 Main film (second tantalum oxide layer) W Semiconductor Wafer (workpiece)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−79377(JP,A) 特開 平7−122621(JP,A) 特開 平2−283022(JP,A) 特開 平9−121035(JP,A) 特開2000−164831(JP,A) 特開2000−200889(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/31 C23C 16/00 - 16/56 Continuation of front page (56) References JP-A-10-79377 (JP, A) JP-A-7-122621 (JP, A) JP-A-2-283022 (JP, A) JP-A 9-121035 (JP) JP-A-2000-164831 (JP, A) JP-A-2000-200889 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01L 21/31 C23C 16 / 00-16/56

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜
原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて金属酸化膜の
初期膜を形成する初期膜形成工程と、前記被処理体を前
記金属酸化膜の結晶化温度以上の温度に晒すようにした
初期膜結晶化工程と、前記初期膜の表面に気化状態の金
属酸化膜原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて金属
酸化膜の主膜を形成する主膜形成工程と、前記被処理体
を前記金属酸化膜の結晶化温度以上の温度に晒すように
した主膜結晶化工程とを有することを特徴とする金属酸
化膜の形成方法。
An initial film forming step of forming an initial film of a metal oxide film in an atmosphere in the presence of a raw material of a metal oxide film in a vaporized state and an oxidizing gas on a surface of the object to be processed; An initial film crystallization step in which the metal oxide film is exposed to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide film; and a metal oxide film is formed on the surface of the initial film in an atmosphere in the presence of a vaporized metal oxide film raw material and an oxidizing gas. A metal oxide film, comprising: a main film forming step of forming a main film of a film; and a main film crystallization step of exposing the object to be processed to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the metal oxide film. Formation method.
【請求項2】 前記主膜形成工程と前記主膜結晶化工程
との間に、前記被処理体を活性酸素原子雰囲気下にて前
記主膜の結晶化温度以下の状態に晒してこれを改質する
主膜改質工程を行なうようにしたことを特徴とする請求
項1記載の金属酸化膜の形成方法。
2. Between the main film forming step and the main film crystallization step, the object to be processed is exposed to a temperature lower than the crystallization temperature of the main film in an active oxygen atom atmosphere to improve the condition. 2. The method for forming a metal oxide film according to claim 1, wherein a main film reforming step is performed.
【請求項3】 前記初期膜形成工程と前記初期膜結晶化
工程との間に、前記被処理体を活性酸素原子雰囲気下に
て前記初期膜の結晶化温度以下の状態に晒してこれを改
質する初期膜改質工程を行なうようにしたことを特徴と
する請求項1または2記載の金属酸化膜の形成方法。
3. An object to be processed is exposed to a temperature lower than a crystallization temperature of the initial film in an active oxygen atom atmosphere between the initial film forming step and the initial film crystallization step to improve the condition. 3. The method for forming a metal oxide film according to claim 1, wherein an initial film reforming step is performed.
【請求項4】 前記主膜形成工程と前記主膜改質工程と
前記主膜結晶化工程とを、この順序で複数回繰り返し行
なうことを特徴とする請求項2または3記載の金属酸化
膜の形成方法。
4. The metal oxide film according to claim 2, wherein the main film forming step, the main film modifying step, and the main film crystallization step are repeated a plurality of times in this order. Forming method.
【請求項5】 被処理体の表面に気化状態の金属酸化膜
原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて金属酸化膜の
初期膜を形成する初期膜形成工程と、前記被処理体を活
性酸素原子雰囲気下にて前記初期膜の結晶化温度以上の
状態に晒して改質と結晶化を同時に行なう初期膜改質結
晶化工程と、前記初期膜の表面に気化状態の金属酸化膜
原料と酸化性ガスの存在下の雰囲気中にて金属酸化膜の
主膜を形成する主膜形成工程と、前記被処理体を活性酸
素原子雰囲気下にて前記主膜の結晶化温度以上の状態に
晒して改質と結晶化を同時に行なう主膜改質結晶化工程
とを有することを特徴とする金属酸化膜の形成方法。
5. An initial film forming step of forming an initial film of a metal oxide film in an atmosphere in the presence of a metal oxide film raw material in a vaporized state and an oxidizing gas on a surface of the object to be processed; An initial film reforming and crystallization step of simultaneously performing modification and crystallization by exposing the film to a temperature higher than the crystallization temperature of the initial film under an active oxygen atom atmosphere, and forming a vaporized metal oxide film material on the surface of the initial film. A main film forming step of forming a main film of a metal oxide film in an atmosphere in the presence of an oxidizing gas; and setting the object to be processed in a state of at least the crystallization temperature of the main film in an active oxygen atom atmosphere. A method for forming a metal oxide film, comprising: a main film reforming crystallization step of simultaneously performing reforming and crystallization by exposure.
【請求項6】 前記改質工程及び改質結晶化工程では前
記被処理体の表面に紫外線を照射することを特徴とする
請求項2乃至5のいずれかに記載の金属酸化膜の形成方
法。
6. The method for forming a metal oxide film according to claim 2, wherein in the modifying step and the modified crystallization step, a surface of the object is irradiated with ultraviolet rays.
【請求項7】 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1乃至6のいずれかに
記載の金属酸化膜の形成方法。
7. The method for forming a metal oxide film according to claim 1, wherein the metal oxide film raw material is a metal alkoxide.
【請求項8】 前記金属酸化膜は、酸化タンタルよりな
ることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の
金属酸化膜の形成方法。
8. The method according to claim 1, wherein the metal oxide film is made of tantalum oxide.
【請求項9】 前記活性酸素原子は、オゾンによって形
成されることを特徴とする請求項2乃至8のいずれかに
記載の金属酸化膜の形成方法。
9. The method according to claim 2, wherein said active oxygen atoms are formed by ozone.
【請求項10】 前記改質工程のプロセス温度は、70
0℃よりも低い温度であり、前記結晶化工程のプロセス
温度は700℃以上であることを特徴とする請求項2乃
至8のいずれかに記載の金属酸化膜の形成方法。
10. The process temperature of the reforming step is 70
The method for forming a metal oxide film according to claim 2, wherein the temperature is lower than 0 ° C., and the process temperature of the crystallization step is 700 ° C. or higher.
【請求項11】 前記酸化性ガスは、O 、O 、N
O、NO、NO 及び気化状態のアルコールの内、
少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項
1乃至10のいずれかに記載の金属酸化膜の形成方法。
11. The oxidizing gas may be O 2 , O 3 , N
Of the 2 O, NO, NO 2 and alcohol in the vaporized state,
The method for forming a metal oxide film according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the metal oxide films is included.
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