TWI442477B - 半導體裝置之製造方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置之製造方法
本發明係關於具有在處理容器內處理基板的半導體裝置之製造方法及基板處理方法、以及在該製程中所適合使用的基板處理裝置。
近年來的閘極堆疊構造，係使用各式各樣的金屬膜作為閘極。隨著裝置形狀的微細化及複雜化就金屬膜的形成而言，可採用利用化學蒸鍍法，即CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)法或ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沉積)法的成膜(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2007/132884號手冊
然而，容易被氧化的金屬膜等，在形成後會容易氧化，其結果，造成無法完全地產生金屬膜本來的特性之問題。又，近年來的裝置，逐步薄膜化，而忌諱金屬電極中的氧，而有利用高溫熱處理製程來使下層絕緣膜增膜的情況。
本發明之目的在於提供一種半導體裝置之製造方法、基板處理方法、及基板處理裝置，其能將因金屬膜的氧化所引起的特性劣化抑制到最小限度。
根據本發明之一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內而形成，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而形成，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種基板處理方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係處理基板；處理氣體供給系統，係將處理氣體供給至前述處理容器內；鋁原料氣體供給系統，係將包含鋁的原料氣體供給至前述處理容器內；含氮氣體供給系統，係將含氮氣體供給至前述處理容器內；排氣系統，係將前述處理容器內排氣；及控制部，係將前述處理氣體供給系統、前述鋁原料氣體供給系統、前述含氮氣體供給系統、及前述排氣系統控制成，在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行下列製程：將前述處理氣體供給至已收容基板之前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；及將前述包含鋁的原料氣體及前述含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程。
根據本發明，便能提供一種半導體裝置之製造方法、基板處理方法、及基板處理裝置，其能將因金屬膜的氧化所引起的特性劣化抑制到最小限度。
 [用以實施發明的形態] (1)基板處理裝置的構成
首先，就本實施形態之基板處理裝置的構成，一邊參照第3、4圖一邊說明。第3圖係本發明之一實施形態的基板處理裝置之晶圓處理時的剖面構成圖，第4圖係本發明之一實施形態的基板處理裝置之晶圓搬送時的剖面構成圖。
(處理室)
如第3、4圖所示，本實施形態之基板處理裝置具備處理容器202。處理容器202，係例如橫剖面為圓形，構成作為扁平的密閉容器。又，處理容器202，係利用例如鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等金屬材料構成。在處理容器202內，形成有將作為基板的矽晶圓等晶圓200加以處理的處理室201。
(支持台)
在處理室201內，設有支持晶圓200的支持台203。在晶圓200直接接觸的支持台203的上面，設有例如，由石英(SiO2 )、碳、陶瓷、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2 O3 )、或氮化鋁(AlN)等所構成之作為支持板的承受器217。又，在支持台203，內建作為將晶圓200加熱的加熱手段(加熱源)的加熱器206。又，支持台203的下端部，貫穿處理容器202的底部。
(升降機構)
在處理室201的外部，設有使支持台203升降的升降機構207b。藉由使此升降機構207b作動而使支持台203升降，可使被支持在承受器217上的晶圓200升降。支持台203，係在搬送晶圓200時下降至在第4圖所示的位置(晶圓搬送位置)，在處理晶圓200時上升至在第3圖所示的位置(晶圓處理位置)。又，支持台203下端部的周圍，係由蛇腹(bellows)203a覆蓋著，將處理室201內保持成氣密。
(頂銷)
又，在處理室201的底面(地板面)，以在鉛直方向上聳立的方式設有例如3根頂銷208b。又，在支持台203(亦包含承受器217)，在與頂銷208b對應的位置分別設有使相關的頂銷208b貫穿的貫穿孔208a。於是，當使支持台203下降至晶圓搬送位置時，如第4圖所示，頂銷208b的上端部會從承受器217的上面突出，成為頂銷208b從下方支持晶圓200。又，當使支持台203上升至晶圓處理位置時，如第3圖所示，頂銷208b會從承受器217的上面埋沒，成為承受器217從下方支持晶圓200。又，頂銷208b，係與晶圓200直接接觸，所以較佳為，例如，以石英或氧化鋁等材質來形成。
(晶圓搬送口)
在處理室201(處理容器202)的內壁側面，設有用以將晶圓200搬送至處理室201內外的晶圓搬送口250。在晶圓搬送口250設有閘閥251，藉由打開閘閥251，來使處理室201內與搬送室(預備室)271內成為連通。搬送室271係形成在搬送容器(密閉容器)272內，在搬送室271內設有搬送晶圓200的搬送機器人273。在搬送機器人273，具備當搬送晶圓200時支持晶圓200的搬送臂273a。在使支持台203下降至晶圓搬送位置的狀態下，便可藉由打開閘閥251，來利用搬送機器人273在處理室201內與搬送室271內之間搬送晶圓200。在處理室201內所搬送的晶圓200，係如上述暫時載置在頂銷208b上。又，在搬送室271之與設有晶圓搬送口250之側相反的側，設有未圖示的載入閉鎖(load-lock)室，可利用搬送機器人273在載入閉鎖室內與搬送室271內之間搬送晶圓200。又，載入閉鎖室，係作為將未處理或處理完畢的晶圓200暫時收容的預備室的功能。
(排氣系統)
在處理室201(處理容器202)的內壁側面、晶圓搬送口250的相反側，設有將處理室201內的氣體環境排氣的排氣口260。在排氣口260係透過排氣腔室260a而連接有排氣管261，在排氣管261係依序串聯地連接有將處理室201內控制成既定壓力的APC(Auto Pressure Controller)等之壓力調整器262、原料回收阱263、及真空幫浦264。排氣系統(排氣線)主要是利用排氣口260、排氣腔室260a、排氣管261、壓力調整器262、原料回收阱263、真空幫浦264構成。
(氣體導入口)
在設於處理室201上部之後述的噴氣頭(shower head)240上面(天井壁)，設有用以將各種氣體供給至處理室201內的氣體導入口210。又，後面就連接至氣體導入口210的氣體供給系統的構成加以敘述。
(噴氣頭)
在氣體導入口210與處理室201之間，設有作為氣體分散機構的噴氣頭240。噴氣頭240具備：分散板240a，係用以使從氣體導入口210導入的氣體分散；及淋浴板240b，係用以使通過分散板240a的氣體進一步均勻分散地供給至支持台203上的晶圓200表面。在分散板240a及淋浴板240b，係設有複數個通氣孔。分散板240a係配置成與噴氣頭240上面及淋浴板240b對向，淋浴板240b係配置成與支持台203上的晶圓200對向。又，在噴氣頭240上面與分散板240a之間、及分散板240a與淋浴板240b之間，分別設有空間，該空間係分別發揮作為第1緩衝空間(分散室)240c及第2緩衝空間240d的功能，該第1緩衝空間240c係用以使供給自氣體導入口210的氣體分散，第2緩衝空間240d係用以使通過分散板240a的氣體擴散。
(排氣導管(duct))
在處理室201(處理容器202)的內壁側面，設有段差部201a。然後，此段差部201a係構成為將導通板(conductance plate)204保持在晶圓處理位置附近。導通板204係構成為作成在內周部設有收容晶圓200的穴之1片甜甜圈狀(環狀)的圓板。在導通板204的外周部，設有隔著既定間隔、配置排列在周方向上的複數個排出口204a。排出口204a，係以導通板204的外周部能支撐導通板204的內周部的方式不連續地形成。
另一方面，在支持台203的外周部，卡合有下板(lower plate)205。下板205具備環狀的凹部205b、及一體設計在凹部205b內側上部的凸緣部(flange portion)205a。凹部205b係以塞在支持台203的外周部、與處理室201的內壁側面的間隙的方式設置。在凹部205b的底部當中排氣口260附近的一部分，設有用以使氣體從凹部205b內朝排氣口260側排出(流通)的板排氣口205c。凸緣部205a，係發揮作為卡合在支持台203的上部外周緣上的卡合部的功能。藉由凸緣部205a卡合在支持台203的上部外周緣上，使得下板205成為會隨著支持台203的升降而與支持台203一起升降。
當支持台203上升至晶圓處理位置時，下板205也會上升至晶圓處理位置。其結果，使得保持在晶圓處理位置附近的導通板204，塞住下板205的凹部205b的上面部分，形成了將凹部205b的內部作為氣體流路區域的排氣導管259。又，此時，藉由排氣導管259(導通板204及下板205)及支持台203，來將處理室201內隔開成比排氣導管259還上方的處理室上部、及比排氣導管259還下方的處理室下部。又，導通板204及下板205，考慮將堆積在排氣導管259內壁的反應生成物加以蝕刻的情況(進行自我清潔(self-cleaning)的情況)，較佳為以可保持高溫的材料，例如，耐高溫高負荷用石英來構成。
在此，就在晶圓處理時之處理室201內的氣體流動加以說明。首先，從氣體導入口210供給至噴氣頭240上部的氣體，係經由第1緩衝空間(分散室)240c而從分散板240a的多數孔朝第2緩衝空間240d進入，進一步通過淋浴板240b的多數孔而供給至處理室201內，均勻地供給至晶圓200上。然後，供給至晶圓200上的氣體，係朝晶圓200的徑方向外側放射狀地流動。然後，接觸晶圓200後的剩餘氣體，係在位於晶圓200外周部的排氣導管259上，即，導通板204上，朝晶圓200的徑方向外側放射狀地流動，從設在導通板204的排氣口204a，朝排氣導管259內的氣體流路區域內(凹部205b內)排出。之後，氣體在排氣導管259內流動，經由板排氣口205c朝排氣口260排氣。藉由如此地流動氣體，來抑制氣體朝處理室下部，即，支持台203的背面或處理室201的底面側繞入。
<氣體供給系統>
接下來，就連接至上述之氣體導入口210的氣體供給系統的構成加以說明，一邊參照第2圖一邊說明。第2圖係本發明之實施形態的基板處理裝置所具有的氣體供給系統(氣體供給線)的構成圖。
本發明之實施形態的基板處理裝置所具有的氣體供給系統具有：起泡器(bubbler)，係作為將常溫下為液體狀態的液體原料氣化的氣化部；原料氣體供給系統，係將以起泡器使液體原料氣化所製得的原料氣體供給至處理室201內；及反應氣體供給系統，係將與原料氣體不同的反應氣體供給至處理室201內。進一步地，本發明之實施形態的基板處理裝置具有：沖洗氣體供給系統，係將沖洗氣體供給至處理室201內；及通風(vent)(旁路(bypass))系統，係不將來自起泡器的原料氣體供給至處理室201內而以旁通處理室201的方式排氣。以下，就各部分的構成加以說明。
<起泡器>
在處理室201的外部，設有；第1原料容器(第1起泡器)220a，係收容作為液體原料的第1原料(原料A)；及第2原料容器(第2起泡器)220b，係收容作為液體原料的第2原料(原料B)。第1起泡器220a、第2起泡器220b，係構成作為可分別將液體原料收容(填充)在內部的槽(tank)(密閉容器)，又，亦可構成作為利用起泡(bubbling)來使液體原料氣化而使原料氣體生成的氣化部。又，在第1起泡器220a、第2起泡器220b的周圍，設有將第1起泡器220a、第2起泡器220b及內部的液體原料加熱的副加熱器206a。作為第1原料，可使用例如包含Ti(鈦)元素的有機金屬液體原料的TDMAT(肆-二甲基-胺基-鈦，Tetrakis-Dimethyl-Amido-Titanium，Ti[N(CH3 )2 ]4 )，作為第2原料，可使用例如包含Al(鋁)元素的有機金屬液體原料的TMA(三甲基鋁，Trimethylaluminium，Al(CH3 )3 )。
在第1起泡器220a、第2起泡器220b，分別連接有第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b。在第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b的上游側端部，連接有未圖示的載氣供給源。又，在第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b的下游側端部，分別浸在第1起泡器220a、第2起泡器220b內所收容的液體原料內。在第1載氣供給管237a，設有：質量流量控制器(MFC)222a，係作為控制載氣的供給流量的流量控制器；及閥va1、va2，係控制載氣的供給。在第2載氣供給管237b，設有：質量流量控制器(MFC)222b，係作為控制載氣的供給流量的流量控制器；及閥vb1、vb2，係控制載氣的供給。又，作為載氣，較佳為使用不會與液體原料反應的氣體，適合使用例如N2 氣體或Ar氣體等惰性氣體。第1載氣供給系統、第2載氣供給系統(第1載氣供給線、第2載氣供給線)主要是分別利用第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b、MFC222a、222b、閥va1、va2、vb1、vb2來構成。
藉由上述構成，打開閥va1、va2、vb1、vb2，從第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b將利用MFC222a、222b予以流量控制的載氣分別供給至第1起泡器220a、第2起泡器220b內，藉以使收容在第1起泡器220a、第2起泡器220b內部的第1原料、第2原料分別藉由起泡來氣化便可生成第1原料氣體、第2原料氣體。又，第1原料氣體、第2原料氣體的供給流量，能從載氣的供給流量算出。即，能藉由控制載氣的供給流量來控制原料氣體的供給流量。
<原料氣體供給系統>
在第1起泡器220a、第2起泡器220b，分別連接有將生成在第1起泡器220a、第2起泡器220b內的第1原料氣體、第2原料氣體供給至處理室201內的第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b。第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b的上游側端部，係分別連通至存在於第1起泡器220a、第2起泡器220b的上部的空間。第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b的下游側端部合流，被連接至氣體導入口210。
又，在第1原料氣體供給管213a，從上游側開始依序設有閥va5、va3。閥va5係控制從起泡器220a朝第1原料氣體供給管213a內供給第1原料氣體的閥，設在起泡器220a的附近。閥va3，係控制從第1原料氣體供給管213a朝處理室201內供給第1原料氣體的閥，設在氣體導入口210的附近。又，在第2原料氣體供給管213b，從上游側開始依序設有閥vb5、vb3。閥vb5係控制從起泡器220b朝第2原料氣體供給管213b內供給第2原料氣體的閥，設在起泡器220b的附近。閥vb3，係控制從第2原料氣體供給管213b朝處理室201內供給第2原料氣體的閥，設在氣體導入口210的附近。閥va3、閥vb3及後述的ve3係構成作為高耐久高速氣體閥V。高耐久高速氣體閥V，係構成為能以短時間快速切換氣體供給及氣體排氣的積體閥(integrated valve)。又，閥ve3，係將第1原料氣體供給管213a的閥va3與氣體導入口210之間的空間、及第2原料氣體供給管213b的閥vb3與氣體導入口210之間的空間高速沖洗後，將沖洗處理室201內的沖洗氣體的導入加以控制的閥。
藉由上述構成，便可利用第1起泡器220a、第2起泡器220b分別使第1原料、第2原料氣化而使第1原料氣體、第2原料氣體發生，同時藉由打開閥va5、va3、vb5、vb3，從第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b朝處理室201內分別供給第1原料氣體、第2原料氣體。第1原料氣體供給系統、第2原料氣體供給系統(第1原料氣體供給線、第2原料氣體供給線)主要是利用第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b、閥va5、va3、vb5、vb3來分別構成。在本實施形態，係藉由第1原料氣體供給系統來構成供給包含鈦原子的原料氣體的鈦原料氣體供給系統，藉由第2原料氣體供給系統來構成供給包含鋁原子的原料氣體的鋁原料氣體供給系統。
又，第1原料供給系統、第2原料供給系統(第1原料供給線、第2原料供給線)主要是利用第1載氣供給系統、第2載氣供給系統、第1起泡器220a、第2起泡器220b、第1原料氣體供給系統、第2原料氣體供給系統來分別構成。在本實施形態，係藉由第1原料供給系統來構成鈦原料供給系統，藉由第2原料供給系統來構成鋁原料供給系統。
＜反應氣體供給系統＞
又，在處理室201的外部，設有供給反應氣體的反應氣體供給源220c。在反應氣體供給源220c，連接有反應氣體供給管213c的上游側端部。反應氣體供給管213c的下游側端部，係透過閥vc3連接氣體導入口210。在反應氣體供給管213c設有：質量流量控制器(MFC)222c，係作為控制反應氣體的供給流量的流量控制器；及閥vc1、vc2，係控制反應氣體的供給。作為反應氣體，可使用包含氮原子的氣體，例如氨(NH3 )氣體。反應氣體供給系統(反應氣體供給線)主要是利用反應氣體供給源220c、反應氣體供給管213c、MFC222c、閥vc1、vc2、vc3來構成。在本實施形態，係利用反應氣體供給系統，來構成供給包含氮原子的氣體的含氮氣體供給系統。
<沖洗氣體供給系統>
又，在處理室201的外部，設有用以供給沖洗氣體的沖洗氣體供給源220d、220e。在沖洗氣體供給源220d、220e分別連接有沖洗氣體供給管213d、213e的上游側端部。沖洗氣體供給管213d的下游側端部係透過閥vd3而連接至反應氣體供給管213c的閥vc3與氣體導入口210之間。沖洗氣體供給管213e的下游側端部係透過閥ve3而連接至第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b的閥va3、vb3與氣體導入口210之間。在沖洗氣體供給管213d、213e，分別設有：質量流量控制器(MFC)222d、222e，係作為控制沖洗氣體的供給流量的流量控制器；及閥vd1、vd2、ve1、ve2，係控制沖洗氣體的供給。作為沖洗氣體，可使用例如N2 氣體或Ar氣體等惰性氣體。沖洗氣體供給系統(沖洗氣體供給線)主要是利用沖洗氣體供給源220d、220e、沖洗氣體供給管213d、213e、MFC222d、222e、閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3來構成。
<通風(旁路)系統>
又，在比第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b的閥va3、vb3還上游側，分別連接有第1通風管215a、第2通風管215b的上游側端部。又，第1通風管215a、第2通風管215b的下游側端部合流，連接至比排氣管261的壓力調整器262還下游側、比原料回收阱263還上游側處。在第1通風管215a、第2通風管215b，分別設有用以控制氣體流通的閥va4、vb4。
藉由上述構成，便可利用關閉閥va3、vb3，打開閥va4、vb4，來將在第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b內流動的氣體，不供給至處理室201內，而是透過第1通風管215a、第2通風管215b使處理室201旁通，分別由排氣管261朝處理室201外排氣。第1通風系統、第2通風系統(第1通風線、第2通風線)主要是藉由第1通風管215a、第2通風管215b、閥va4、vb4來分別構成。
又，在第1起泡器220a、第2起泡器220b的周圍，設有副加熱器206a係如上述般，此外，也在第1載氣供給管237a、第2載氣供給管237b、第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b、第1通風管215a、第2通風管215b、排氣管261、處理容器202、噴氣頭240等的周圍設有副加熱器206a。副加熱器206a係以將這些構件，藉由加熱至例如100℃以下的溫度，來防止在這些構件內部的原料氣體再液化的方式構成。
<控制部(控制器)>
又，本實施形態的基板處理裝置，具有：控制器280，係作為控制基板處理裝置的各部分的動作之控制部。控制器280控制閘閥251、升降機構207b、搬送機器人273、加熱器206、副加熱器206a、壓力調整器(APC)262、真空幫浦264、閥va1~va5、vb1~vb5、vc1~vc3、vd1~vd3、ve1~ve3、流量控制器222a、222b、222c、222d、222e等的動作。
(2)基板處理製程
接下來，就使用上述的基板處理裝置，作為半導體裝置的製造製程之一製程，在晶圓上形成薄膜的基板處理製程，一邊參照第1圖及第5圖一邊說明。第5圖係本發明之實施形態的基板處理製程的流程圖。又，第1圖係在本發明之實施形態的基板處理製程中金屬膜形成製程及氧化防止層形成製程之成膜序列圖。又，在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部分的動作係由控制器280控制。
又，在此，就在同一處理室內、在將處理室內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行金屬膜形成製程及氧化防止層形成製程的例子加以說明，其中金屬膜形成製程係對已在表面透過作為界面層之SiON膜形成作為高介電率閘極絕緣膜的HfSiON膜的晶圓，供給作為處理氣體的Ti原料氣體(TDMAT氣體)及含氮氣體(NH3 氣體)，利用作為化學蒸鍍法的CVD法來在晶圓上(HfSiO膜上)形成作為金屬閘極(metal gate electrode)的金屬膜(TiN膜)；氧化防止層形成製程係對晶圓交替地供給Al原料氣體(TMA氣體)及含氮氣體(NH3 氣體)，利用作為化學蒸鍍法的ALD法來在金屬膜(TiN膜)上形成氧化防止層(AlN層)。又，在本說明書中，所謂金屬膜的用語，係指以包含金屬原子的導電性物質構成的膜。對此，除了以金屬單體所構成之導電性金屬單體膜以外，也包含了導電性的氮化金屬膜、導電性的氧化金屬膜、導電性的氮氧化金屬膜、導電性的金屬複合膜、導電性的金屬合金膜、導電性的矽化金屬膜、導電性的碳化金屬膜(metal carbide film)等。又，TiN膜為導電性的氮化金屬膜。以下，對此詳細地說明。
<基板搬入製程(S1)、基板載置製程(S2)>
首先，使升降機構207b作動，使支持台203下降至第4圖所示的晶圓搬送位置。然後，打開閘閥251，使處理室201與搬送室271連通。然後，利用搬送機器人273，在以搬送臂273a支持的狀態下將處理對象的晶圓200從搬送室271內朝處理室201內搬入(S1)。搬入處理室201內的晶圓200被暫時載置在從支持台203的上面突出的頂銷208b上。若搬送機器人273的搬送臂273a從處理室201內回到搬送室271內，便將閘閥251關閉。
接著，使升降機構207b作動，使支持台203上升至第3圖所示之晶圓處理位置。其結果，頂銷208b會從支持台203的上面埋沒，晶圓200被載置在支持台203上面的承受器217上(S2)。
<壓力調整製程(S3)、升溫製程(S4)>
接著，利用壓力調整器(APC)262，以使處理室201內的壓力成為既定的處理壓力之方式控制(S3)。又，調整供給至加熱器206的電力，以使晶圓200的表面溫度成為既定的處理溫度之方式控制(S4)。在此，既定的處理溫度、處理壓力係指在後述的金屬膜形成製程中，可利用CVD法來形成TiN膜的處理溫度、處理壓力，且，在後述的氧化防止層形成製程中，可利用ALD法來形成AlN膜的處理溫度、處理壓力。即，在金屬膜形成製程所使用之第1原料氣體會自己分解的程度的處理溫度、處理壓力，在氧化防止層形成製程所使用之第2原料氣體不會自己分解的程度的處理溫度、處理壓力。
又，在基板搬入製程(S1)、基板載置製程(S2)、壓力調整製程(S3)、及升溫製程(S4)中，使真空幫浦264作動，關閉閥va3、vb3、vc3，打開閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3，藉以將N2 氣體一直流入處理室201內。藉此，可抑制粒子附著至晶圓200上。
製程S1~S4並行，使第1原料氣化使第1原料氣體生成(預備氣化)。即，打開閥va1、va2、va5，從第1載氣供給管237a將已利用MFC222a予以流量控制的載氣供給至第1起泡器220a內，藉以使已收容在第1起泡器220a內部的第1原料利用起泡來氣化而使第1原料氣體生成(預備氣化製程)。在此預備氣化製程，係使真空幫浦264作動，在將閥va3關閉下，打開閥va4，藉以不將第1原料氣體供給至處理室201內而旁通處理室201來排氣。以第1起泡器來使第1原料氣體安定地生成要花上既定的時間。因此，在本實施形態，預先使第1原料氣體生成，藉由切換閥va3、va4的開關，來切換第1原料氣體的流路。其結果，便能藉由閥的切換，來迅速地開始或停止將第1原料氣體穩定供給至處理室201內而較佳。
<金屬膜形成製程(S6)> (第1原料氣體及反應氣體供給製程)
接著，在使真空幫浦264作動下，關閉閥va4，打開閥va3，開始將第1原料氣體(Ti原料氣體)供給至處理室201內。又，同時地，打開閥vc1、vc2、vc3，開始將反應氣體(NH3 氣體)供給至處理室201內。第1原料氣體及反應氣體係利用噴氣頭240分散而均勻地供給至處理室201內的晶圓200上。剩餘的第1原料氣體及反應氣體，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣。此時將處理溫度、處理壓力定為第1原料氣體會自己分解的程度的處理溫度、處理壓力，所以已供給至晶圓200上的第1原料氣體會熱分解，又，與反應氣體反應而產生CVD反應，藉此在晶圓200上形成作為金屬膜的TiN膜。正確地說，TiN分子堆積在隔著SiON膜形成在晶圓200表面之HfSiON膜上，形成TiN膜。
又，當將第1原料氣體及反應氣體供給至處理室201內時，為了促進處理室201內之第1原料氣體及反應氣體擴散，使閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3在打開下，將N2 氣體一直流入處理室201內是較佳的。
在打開閥va3、vc1、vc2、vc3而開始供給第1原料氣體及反應氣體後，經過既定時間，一形成所需膜厚的TiN膜，便關閉閥va3、vc1、vc2、vc3，打開閥va4，停止朝處理室201內供給第1原料氣體及反應氣體。又，同時地，關閉閥va1、va2，亦停止朝第1起泡器220a供給載氣。
(沖洗製程)
關閉閥va3、vc1、vc2、vc3，停止供給第1原料氣體及反應氣體後，打開閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3，將N2 氣體供給至處理室201內。N2 氣體係利用噴氣頭240分散而供給至處理室201內，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣。藉此，將殘留在處理室201內的第1原料氣體或反應氣體或反應副生成物除去，利用N2 氣體沖洗處理室201內(沖洗製程)。
又，在金屬膜形成製程(S6)中，為接下來的氧化防止層形成製程(S8)作準備，使第2原料氣化而使第2原料氣體生成(預備氣化)。即，打開閥vb1、vb2、vb5，從第2載氣供給管237b將利用MFC222b予以流量控制的載氣供給至第2起泡器220b內，藉以使已收容在第2起泡器220b內的第2原料利用起泡來氣化而使第2原料氣體生成(預備氣化製程)。在此預備氣化製程，藉由使真空幫浦264作動，同時在將閥vb3關閉下，打開閥vb4，不將第2原料氣體供給至處理室201內而旁通處理室201來排氣。以第2起泡器來使第2原料氣體安定地生成要花上既定的時間。因此，在本實施形態，預先使第2原料氣體生成，藉由切換閥vb3、vb4的開關，來切換第2原料氣體的流路。其結果，便能藉由閥的切換，來迅速地開始或停止將第2原料氣體穩定供給至處理室201內而較佳。
<氧化防止層形成製程(S8)> (第2原料氣體供給製程)
接著，在使真空幫浦264作動下，關閉閥vb4，打開閥vb3，開始將第2原料氣體(A1原料)供給至處理室201內。第2原料氣體係利用噴氣頭240分散而均勻地供給至處理室201內的晶圓200上。剩餘的第2原料氣體，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣(第2原料氣體供給製程)。又，此時將處理溫度、處理壓力定為第2原料氣體不會自己分解的程度的處理溫度、處理壓力，所以已供給至晶圓200上的第2原料氣體吸附在晶圓200表面。正確地說，第2原料氣體的氣體分子吸附至已於上述的金屬膜形成製程(S6)形成在晶圓200上的TiN膜上。
又，當朝處理室201內供給第2原料氣體時，為了防止第2原料氣體侵入反應氣體供給管213c內，還有為了促進在處理室201內之第2原料氣體的擴散，使閥vd1、vd2、vd3在打開下，將N2 氣體一直流入處理室201內是較佳的。
在打開閥vb3而開始供給第2原料氣體後，一經過既定時間，便關閉閥vb3，打開閥vb4，停止朝處理室201內供給第2原料氣體。
(沖洗製程)
關閉閥vb3，停止供給第2原料氣體後，打開閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3，將N2 氣體供給至處理室201內。N2 氣體係利用噴氣頭240分散而供給至處理室201內，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣。藉此，將殘留在處理室201內的第2原料氣體除去，利用N2 氣體沖洗處理室201內。(沖洗製程)。
(反應氣體供給製程)
處理室201內的沖洗一結束，便打開閥vc1、vc2、vc3，開始將反應氣體(NH3 氣體)供給至處理室201內。反應氣體係利用噴氣頭240分散而均勻地供給至處理室201內的晶圓200上，與吸附在晶圓200表面的第2原料氣體反應，藉此，將AlN膜生成在晶圓200上。正確地說，反應氣體係與吸附於TiN膜(於上述的金屬膜形成製程(S6)形成在晶圓200上)上之第2原料氣體的氣體分子反應，藉此，在TiN膜上生成低於1原子層(低於1)程度的AlN膜。剩餘的反應氣體或反應副生成物，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣(反應氣體供給製程)。又，當將反應氣體供給至處理室201內時，為了防止反應氣體侵入第1原料氣體供給管213a、第2原料氣體供給管213b內，還有為了促進在處理室201內之反應氣體的擴散，使閥ve1、ve2、ve3在打開下，將N2 氣體一直流入處理室201內是較佳的。
在打開閥vc1、vc2、vc3而開始供給反應氣體後，一經過既定時間，便關閉閥vc1、vc2、vc3，停止朝處理室201內供給反應氣體。
(沖洗製程)
關閉閥vc1、vc2、vc3，停止供給反應氣體後，打開閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3，將N2 氣體供給至處理室201內。N2 氣體係利用噴氣頭240分散而供給至處理室201內，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣。藉此，將殘留在處理室201內的反應氣體或反應副生成物除去，利用N2 氣體沖洗處理室201內。(沖洗製程)
(循環處理)
將以上的第2原料氣體供給製程、沖洗製程、反應氣體供給製程、沖洗製程作為1個循環，藉由進行將此ALD循環實施既定次數(n個循環)的循環處理，來在已於上述的金屬膜形成製程(S6)形成在晶圓200(HfSiON膜)上的TiN膜上，形成作為既定膜厚的氧化防止層的AlN膜。作為氧化防止層的AlN膜，係以覆蓋TiN膜表面的全面之方式形成。又，氧化防止層形成製程(S8)結束後，關閉閥vb1、vb2，停止朝第2起泡器220b供給載氣。
<殘留氣體除去製程(S10)>
在晶圓200上，形成既定膜厚的金屬膜及氧化防止層後，將處理室201內抽真空，打開閥vd1、vd2、vd3、ve1、ve2、ve3，將N2 氣體供給至處理室201內。N2 氣體係利用噴氣頭240分散而供給至處理室201內，在排氣導管259內流動，被朝排氣口260、排氣管261排氣。藉此，將殘留在處理室201內的氣體或反應副生成物除去，利用N2 氣體沖洗處理室201內。
<基板搬出製程(S11)>
之後，利用與上述的基板搬入製程(S1)、基板載置製程(S2)所示之操作順序相反的操作順序，將已形成既定膜厚的金屬膜及氧化防止層後的晶圓200從處理室201內搬出至搬送室271內，完成本實施形態之基板處理製程。
又，作為在本實施形態之金屬膜形成製程(S6)的晶圓200的處理條件，係例示：處理溫度：250~450℃，較佳為350~450℃，處理壓力：30~266Pa，較佳為30~100Pa，第1原料(TDMAT)供給流量：10~1000sccm，反應氣體(NH3 )供給流量：50~500 sccm，膜厚(TiN)：10~30nm。
又，作為在本實施形態之氧化防止層形成製程(S8)的晶圓200的處理條件，係例示：處理溫度：250~450℃，較佳為350~450℃，處理壓力：30~266Pa，較佳為30~100Pa，第2原料(TMA)供給流量：10~1000sccm，反應氣體(NH3 )供給流量：50~500 sccm，膜厚(AlN)：1~5nm，較佳為3nm。
又，若將處理溫度定為低於250℃，則在金屬膜形成製程(S6)中，會使利用CVD的成膜反應不發生。又，若處理溫度超過450℃，則在金屬膜形成製程(S6)中，成膜速率爆發性地上升，使得難以控制膜厚。因此，為了要在金屬膜形成製程(S6)中，使利用CVD的成膜反應產生、可以控制膜厚，就必須將處理溫度定為250℃以上、450℃以下。又，若將處理溫度定為350℃以上，則膜中的不純物變少，電阻率變低，所以是較佳的。
又，在本實施形態，較佳為將利用CVD法的金屬膜形成製程(S6)及利用ALD法的氧化防止層形成製程(S8)，以同一處理溫度及/或同一處理壓力來進行。即，在本實施形態，較佳為將金屬膜形成製程(S6)及氧化防止層形成製程(S8)，以一定的處理溫度及/或一定的處理壓力來進行。將處理溫度、處理壓力設定在上述例示範圍內的既定值的話，便能將利用CVD法的成膜及利用ALD法的成膜，以同一條件來實現。此情況，當從金屬膜形成製程(S6)轉移至氧化防止層形成製程(S8)時，便不須要處理溫度變更製程、處理壓力變更製程，可使產出量(throughput)提高。
(3)實施形態的效果
根據本實施形態，在形成作為金屬膜的TiN膜後，在不將TiN膜曝露於大氣而維持在真空氣體環境下，以就地(in-situ)在TiN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜(AlN蓋(AlN cap))的方式進行，所以能利用AlN膜來阻隔(block)大氣中的氧，可抑制TiN膜之因大氣中的氧所造成的氧化。依此方式，根據本實施形態，便能藉由利用AlN蓋的氧障壁效果(oxygen barrier effect)，來將TiN膜的氧化影響壓抑成最小限度，而可將由TiN膜表面的氧化所產生的電阻增大或EOT增加等之特性劣化壓抑成最小限度。
又，根據本實施形態，並非同時進行利用CVD法形成作為金屬膜的TiN膜、及利用ALD法形成作為氧化防止層的AlN膜，而是分開進行。又，在金屬膜形成製程(S6)中，在第1原料氣體及反應氣體供給製程之後實施沖洗製程，確實地在處理室201內進行氣體置換。又，在氧化防止層形成製程(S8)中，亦可在循環處理的最後進行沖洗，處理室201內可確實地進行氣體置換。藉此，在處理室201內第1原料氣體與第2原料氣體不會混合，而能抑制在處理室201內之因第1原料氣體與第2原料氣體的氣相反應所造成的粒子的發生，能使TiN膜或AlN膜的膜厚均勻性或組成均勻性提高。又，假如同時進行利用CVD法形成TiN膜、及利用ALD法形成AlN膜的話，就必須考慮第1原料氣體與第2原料氣體的混合時間或反應，使膜厚控制或組成控制變得困難。又，依氣體種的組合而定，會有因第1原料氣體與第2原料氣體的氣相反應而發生粒子，TiN膜或AlN膜的膜厚均勻性或組成均勻性惡化的情況。
又，根據本實施形態，在利用CVD法的TiN膜的成膜方面，係使用較高溫的製程，所以使得作為在AlN膜的成膜之ALD前驅物(precursor)係選擇分解溫度較高者。即，成為在高溫下實施CVD/ALD，可不必使用電漿等之損害源(在無電漿下)，利用熱來減少膜中的殘留不純物。
<本發明的其他實施形態>
在上述的實施形態，係就利用起泡來使被收容在起泡器內部的液體原料氣化的例子加以說明，但亦可取代起泡器而以使用氣化器來使液體原料氣化的方式來進行。
又，在上述的實施形態，係就在金屬膜形成製程(S6)中使用TDMAT作為Ti原料的例子加以說明，但亦可取代TDMAT而以使用TiCl4 等的Ti原料的方式來進行。又，在上述的實施形態，係就在金屬膜形成製程(S6)中對晶圓同時供給Ti原料及NH3 等反應氣體的例子加以說明，但在使用TDMAT的情況亦可以單獨供給Ti原料方式來進行。在TDMAT中包含Ti原子及N原子雙方，因此即使以單獨供給TDMAT的方式來進行亦能形成TiN膜。
又，在上述的實施形態，係就在金屬膜形成製程(S6)中利用CVD法形成TiN膜的例子加以說明，但TiN膜亦可利用ALD法形成。此情況，成為將第1原料氣體供給製程、沖洗製程、反應氣體供給製程、沖洗製程作為1個循環，藉由進行將此ALD循環實施既定次數(m個循環)的循環處理，在晶圓200上形成TiN膜。即，當形成TiN膜時，可使用化學蒸鍍法當中CVD法、ALD法之任一方法。
又，亦可考慮利用PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積)法形成TiN膜，但是PVD-TiN膜係密度高、難被氧化，所以應用本發明的必要性低。另一方面，以CVD法或ALD法等之化學蒸鍍法所形成的TiN膜容易被氧化，若成膜後放置在大氣中便會有10~30%濃度的氧進入(發生隨時間經過的變化)。在該狀態下，若進行在例如1000℃下的活性化退火(spike)，則TiN膜中的氧便會突破HfSiON膜等High-k膜而抵達SiON膜等之界面層，因界面層增膜而使得EOT增加。即，本發明，可說是在以CVD法或ALD法等之化學蒸鍍法形成TiN膜的情況下，會變得特別有效的發明。
又，在上述的實施形態，係就在氧化防止層形成製程(S8)中使用TMA作為Al原料的例子加以說明，但亦可取代TMA而使用AlCl3 等Al原料的方式來進行。
又，在上述的實施形態，係就形成TiN膜作為金屬膜的情況加以說明，但本發明並不限定於此種形態，亦可應用於形成氮化鋁鈦膜(TiAlN膜)等來作為金屬膜的情況。又，TiAlN膜為導電性的金屬複合膜。
又，在上述的實施形態，係就使用SiON膜作為界面層的例子加以說明，但亦可取代SiON膜而使用SiO2 膜來作為界面層。又，在上述的實施形態，係就使用HfSiON膜作為高介電率閘極絕緣膜的例子加以說明，但亦可取代HfSiON膜而使用HfSiO膜、HfO膜、HfON膜、HfAlO膜、HfLaO膜等高介電率絕緣膜來作為高介電率閘極絕緣膜。
又，在上述的實施形態，係就在晶圓上隔著作為界面層的SiON膜、作為高介電率閘極絕緣膜的HfSiON膜形成作為金屬閘極的TiN膜，在其上形成作為氧化防止層的AlN膜的例子加以說明，但是之後，在AlN膜上形成鎢(W)膜等金屬膜。如此一來，在將本發明應用至閘極堆疊的情況下，雖然殘留著AlN膜不會有問題，但是此AlN膜，亦可以在形成W膜等金屬膜前加以蝕刻的方式來進行。在該情況下，例如，能以Ar電漿等來蝕刻AlN膜。例如，在形成W膜等金屬膜的裝置中，在非氧氣體環境下利用Ar電漿蝕刻AlN膜，使TiN膜的表面露出後，能不將該TiN膜表面曝露於大氣而仍維持在非氧氣體環境下，就地在該TiN膜上形成W膜等金屬膜。
<本發明之其他的實施態樣>
又，在上述的實施形態，係就使用一次處理1片基板的單片式裝置作為基板處理裝置來成膜的例子加以說明，但本發明並不限定於上述的實施形態。例如，亦可以使用一次處理複數片基板的批次式縱型裝置作為基板處理裝置來成膜之方式來進行。以下，就使用此縱型裝置來成膜的方法加以說明。
第6圖係在本實施形態適合使用之縱型裝置的縱型處理爐的概略構成圖，(a)係以縱剖面顯示處理爐302部分，(b)係以第6圖(a)的A-A線剖面圖顯示處理爐302部分。
如第6圖(a)所示，處理爐302具有作為加熱手段(加熱機構)的加熱器307。熱器307為圓筒形狀，藉由被作為保持板之加熱器基底支撐而垂直地予以安裝。
在加熱器307的內側，與加熱器307呈同心圓狀地配置有作為反應管的製程管(process tube)303。製程管303係例如由石英(SiO2 )或碳化矽(SiC)等之耐熱性材料所構成，形成為上端閉塞、下端開口之圓筒形狀。在製程管303的筒中空部形成有處理室301，構成為可在藉由後述的晶舟317、以水平姿勢於垂直方向上多段整列的狀態下收容作為基板的晶圓200。
在製程管303的下方，與製程管303呈同心圓狀地配置有歧管309。歧管309係例如由不鏽鋼等所構成，形成為上端及下端開口的圓筒形狀。歧管309，係銜接至製程管303，以支撐製程管303之方式設置。又，在歧管309與製程管303之間設有作為密封構件的O型環320a。歧管309被加熱器基底所支撐，藉以使製程管303成為被垂直地安裝的狀態。利用製程管303及歧管309來形成反應容器。
在歧管309中，以貫穿歧管309側壁的方式連接有作為第1氣體導入部之第1噴嘴333a、作為第2氣體導入部之第2噴嘴333b。第1噴嘴333a及第2噴嘴333b係分別具有水平部及垂直部的L字形狀，水平部係連接至歧管309，垂直部係在製程管303的內壁與晶圓200之間的圓弧狀空間，以沿著從製程管303的下部到上部的內壁，朝向晶圓200的積載方向聳立的方式設置。在第1噴嘴333a、第2噴嘴333b的垂直部的側面分別設有供給氣體之供給孔的第1氣體供給孔348a、第2氣體供給孔348b。此第1氣體供給孔348a、第2氣體供給孔348b，係分別從下部涵蓋到上部地具有同一開口面積，並以相同的開口間距設置。
連接至第1噴嘴333a、第2噴嘴333b的氣體供給系統，係與上述實施形態相同。但是，在本實施形態，與上述實施形態的不同點在於：第1原料氣體供給系統及第2原料氣體供給系統連接至第1噴嘴333a，反應氣體供給系統連接至第2噴嘴333b。即，在本實施形態，亦可以利用各自的噴嘴來供給原料氣體(第1原料氣體、第2原料氣體)、與反應氣體的方式來進行。
在歧管309，設有將處理室301內的氣體環境排氣的排氣管331。在排氣管331，係構成為透過作為壓力檢測器的壓力感測器345及作為壓力調整器的APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥342，而連接作為真空排氣裝置的真空幫浦346，根據利用壓力感測器345所檢測的壓力資訊來調整APC閥342，藉以使處理室301內的壓力成為既定壓力(真空度)而能進行真空排氣。又，APC閥342，係構成為如下的開關閥：將閥加以開關而能將處理室301內真空排氣、停止真空排氣，進一步地調整閥開度而能調整處理室301內的壓力。
在歧管309的下方，設有作為可將歧管309的下端開口氣密地閉塞的爐口蓋體的密封蓋319。密封蓋319，係成為從垂直方向下側抵接至歧管309的下端。密封蓋319係例如由不鏽鋼等金屬所構成，形成為圓盤狀。在密封蓋319的上面，設有作為與歧管309的下端抵接的密封構件之O型環320b。在密封蓋319之與處理室301相反的側，設置有使後述的晶舟317旋轉的旋轉機構367。旋轉機構367的旋轉軸355係貫穿密封蓋319而連接至晶舟317，構成為藉由使晶舟317旋轉來使晶圓200旋轉。密封蓋319，係構成為可藉由配置在製程管303外部之作為升降機構的晶舟升降機315而在垂直方向上升降，藉此可將晶舟317對處理室301內搬入、搬出。
作為基板保持具的晶舟317，係由例如石英或碳化矽等耐熱材料所構成，使複數片晶圓200以水平姿勢且在使中心相互地對齊的狀態下整列而多段地保持。又，在晶舟317的下部，設有由例如石英或碳化矽等耐熱材料所構成的隔熱構件318，構成為使來自加熱器307的熱難以傳遞至密封蓋319側。在製程管303內，設置有作為溫度檢測器的溫度感測器363，構成為根據利用溫度感測器363所檢測出的溫度資訊來調整朝加熱器307的通電程度，藉以使處理室301內的溫度成為所要的溫度分布。溫度感測器363，係與第1噴嘴333a及第2噴嘴333b同樣地，沿著製程管303的內壁設置。
控制部(控制手段)之控制器380，係控制APC閥342、加熱器307、溫度感測器363、真空幫浦346、旋轉機構367、晶舟升降機315、閥va1~va5、vb1~vb5、vc1~vc3、vd1~vd3、ve1~ve3、流量控制器222a、222b、222c、222d、222e等的動作。
接下來，就使用上述構成的縱型裝置的處理爐，作為半導體裝置之製造製程之一製程，在晶圓上形成薄膜的基板處理製程加以說明。在此，係就以下的例子加以說明，在同一處理室內，在將處理室內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行下列製程：金屬膜形成製程，係對在表面隔著作為界面層的SiON膜而形成有作為高介電率閘極絕緣膜的HfSiON膜的晶圓，供給作為處理氣體的Ti原料氣體(TiCl4 氣體)及含氮氣體(NH3 氣體)，利用作為化學蒸鍍法的CVD法來在晶圓上(HfSiON膜上)形成作為金屬閘極(metal gate electrode)的金屬膜(TiN膜)；及氧化防止層形成製程，係對晶圓交替地供給Al原料氣體(TMA氣體)及含氮氣體(NH3 氣體)，利用作為化學蒸鍍法的ALD法來在金屬膜(TiN膜)上形成氧化防止層(AlN膜)。又，在以下的說明中，構成縱型裝置的各部分的動作係藉由控制器380來控制。
將複數片晶圓200裝填至晶舟317(wafer charge，晶圓裝填)。然後，如第6圖(a)所示，將已保持複數片晶圓200的晶舟317，以晶舟升降機315抬起而搬入處理室301內(boat load，晶舟搬入)。在此狀態下，密封蓋319成為透過O型環320b而將歧管309的下端密封的狀態。
以使處理室301內成為所要壓力(真空度)的方式利用真空幫浦346將處理室301內真空排氣。此時，以壓力感測器345測定處理室301內的壓力，根據此所測定的壓力來回饋控制APC閥342。又，以使處理室301內成為所要溫度的方式利用加熱器307加熱。此時，以使處理室301內成為所要溫度分布的方式，根據溫度感測器363檢測出的溫度資訊來回饋控制對加熱器307的通電程度。接下來，藉由利用旋轉機構367使晶舟317旋轉，來使晶圓200旋轉。
之後，藉由進行金屬膜形成製程，在晶圓200(HfSiON膜)上形成TiN膜。之後，不將TiN膜曝露於大氣而在維持真空氣體環境下，就地進行氧化防止層形成製程，藉以在TiN膜上形成AlN膜。又，金屬膜形成製程的操作順序，係與上述實施形態中之金屬膜形成製程(S6)相同。又，氧化防止層形成製程的操作順序，係與上述實施形態中之氧化防止層形成製程(S8)相同。
在晶圓200上，形成既定膜厚的金屬膜及氧化防止層後，進行處理室301內的抽真空，將N2 氣體供給、排氣至處理室301內。藉此，將殘留在處理室301內的氣體或反應副生成物除去，利用N2 氣體沖洗處理室301內。
之後，利用晶舟升降機315來使密封蓋319下降，使歧管309的下端開口，同時將形成既定膜厚的金屬膜及氧化防止層後的晶圓200，在使其保持在晶舟317的狀態下從歧管309的下端搬出至製程管303的外部(boat unload，卸載晶舟)。之後，從晶舟317取出處理完畢的晶圓200(wafer discharge，排出晶圓)，完成本實施形態的基板處理製程。
又，在本實施形態中，與上述實施形態相同，亦可以使用TDMAT作為Ti原料的方式來進行。又，使用TDMAT的情況亦可以單獨供給Ti原料的方式來進行。又，在金屬膜形成製程中亦可以利用ALD法來形成TiN膜的方式來進行。又，在本實施形態中，與上述實施形態相同，在氧化防止層形成製程中亦可以使用AlCl3 作為Al原料的方式來進行。又，在本實施形態中，與上述實施形態相同，亦可取代TiN膜而使用TiAlN膜等來作為金屬膜。又，亦可取代SiON膜而使用SiO2 膜來作為界面層。又，亦可取代HfSiON膜而使用HfSiO膜、HfO膜、HfON膜、HfAlO膜、HfLaO膜等之高介電率絕緣膜來作為高介電率閘極絕緣膜。
[實施例] (實施例1)
作為本發明之實施例1，係就將作為氧化防止層的AlN膜形成在TiN膜及TiAlN膜上的情況、及不形成的情況之TiN膜及TiAlN膜的電阻率之大氣放置時間依存性加以說明。又，AlN膜係利用ALD法以與上述的實施形態相同的方法形成。TiN膜係利用CVD法以與上述的實施形態相同的方法形成。TiAlN膜，係藉由交替地重複進行利用ALD法形成AlN膜、及利用CVD法形成TiN膜來形成。膜皆是使用上述實施形態中之基板處理裝置來形成。又，當時的處理條件係設定為上述實施形態所記載之處理條件範圍內的條件。
第7圖(a)，係顯示不在TiN膜及TiAlN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜的情況下(以下稱為「無AlN蓋的情況」)，TiN膜及TiAlN膜的電阻率之大氣放置時間依存性的圖。第7圖(a)的橫軸顯示在無AlN蓋的情況下TiN膜及TiAlN膜露出至大氣時間(放置時間)，縱軸顯示TiN膜及TiAlN膜的電阻率。又，圖中的○符號表示在無AlN蓋的情況下含Al率為0%之TiN膜的電阻率。圖中的□符號表示在無AlN蓋的情況下含Al率為30%之TiAlN膜的電阻率。圖中的△符號表示在無AlN蓋的情況下含Al率為20%之TiAlN膜的電阻率。圖中的◇符號表示在無AlN蓋的情況下含Al率為15%之TiAlN膜的電阻率。
第7圖(b)，係顯示在TiN膜及TiAlN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜的情況下(以下稱為「有AlN蓋的情況」)，TiN膜及TiAlN膜的電阻率之大氣放置時間依存性的圖。第7圖(b)的橫軸顯示在有AlN蓋的情況下TiN膜及TiAlN膜露出至大氣時間(放置時間)，縱軸顯示TiN膜及TiAlN膜的電阻率。又，圖中的○符號表示在有AlN蓋的情況下含Al率為0%之TiN膜的電阻率。圖中的□符號表示在有AlN蓋的情況下含Al率為30%之TiAlN膜的電阻率。圖中的△符號表示在有AlN蓋的情況下含Al率為20%之TiAlN膜的電阻率。圖中的◇符號表示在有AlN蓋的情況下含Al率為15%之TiAlN膜的電阻率。
由第7圖(a)可知，在無AlN蓋的情況之TiN膜，電阻率會隨著大氣放置時間的經過而顯著地上升。另一方面，可知即使是在無AlN蓋的情況之TiAlN膜中，也會因Al的濃度不同，電阻率會隨著大氣放置時間的經過而上升。即，可知在無AlN蓋的情況下，不論是TiN膜還是TiAlN膜，電阻率都會隨著大氣放置時間的經過而上升，容易被氧化。相對於此，由第7圖(b)可知，在有AlN蓋的情況下，不論是TiN膜還是TiAlN膜，即使大氣放置時間經過電阻率也幾乎不會上升，難以被氧化。能由此確認AlN膜係作用為氧阻隔層，其阻隔了大氣中的氧被取入TiN膜或TiAlN膜的膜中。
又，在不在TiN膜或TiAlN膜的表面上形成AlN膜，即AlN蓋的情況下，成為大氣中的氧容易被取入TiN膜或TiAlN膜的膜中。然而，若利用TiN膜或TiAlN膜等構成的閘極，即金屬閘極(metal gate electrode)中包含許多氧，則金屬閘極中的氧會因實施高溫熱處理而通過、穿越基底膜的HfSiON膜等之High-k膜，擴散至SiON膜或SiO2 膜等界面層，結果EOT增加，而有妨礙電晶體的按比例微縮(scaling)的情況。對此，能藉由在金屬閘極上形成AlN膜，即AlN蓋，來解決此課題。就此，將在接下來的實施例2中詳細地說明。
(實施例2)
作為本發明之實施例2，在以閘極優先製程(gate first process)作成之閘極堆疊中，針對在TiN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜的情況(有AlN蓋的情況)及不形成的情況(無AlN蓋的情況)的剖面TEM影像分析加以說明。有AlN蓋的評估樣本，係在矽晶圓上形成SiON膜作為界面層，在其上形成HfSiON膜作為高介電率閘極絕緣膜，在其上形成TiN膜作為金屬閘極(metal gate electrode)，在其上形成AlN膜作為氧化防止層，進一步在其上形成W膜而作成。無AlN蓋的評估樣本，係在矽晶圓上形成SiON膜作為界面層，在其上形成HfSiON膜作為高介電率閘極絕緣膜，在其上形成TiN膜作為金屬閘極，進一步在其上形成W膜而作成。又，所有的評估樣本都會在閘極堆疊形成後，進行在1000℃下的活性化退火(Spike)。
第8圖係顯示以閘極優先製程作成之閘極堆疊的剖面TEM影像的圖。第8圖(a)係在晶圓上依序形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、AlN膜(3nm)、W膜，進行活性化退火後之評估樣本的剖面TEM影像。第8圖(b)係在晶圓上依序形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、AlN膜(5nm)、W膜，進行活性化退火後之評估樣本的剖面TEM影像。第8圖(c)係在晶圓上依序形成SiON膜、HfSiON膜、PVD-TiN膜、W膜，進行活性化退火後之評估樣本的剖面TEM影像。第8圖(d)係在晶圓上依序形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、W膜，進行活性化退火後之評估樣本的剖面TEM影像。又，AlN膜係利用ALD法以與上述的實施形態相同的方法形成。TiN膜係利用CVD法以與上述的實施形態相同的方法形成。所有的膜都是使用上述實施形態中之基板處理裝置來形成。又，當時的處理條件係設定為上述實施形態所記載之處理條件範圍內的條件。又，SiON膜、HfSiON膜係以通常的CVD法形成，PVD-TiN膜、W膜係以通常的PVD法，即物理蒸鍍法形成。又，亦可取代SiON膜而使用SiO2 膜作為界面層。又，亦可取代HfSiON膜而使用HfSiO膜、HfO膜、HfON膜、HfAlO膜、HfLaO膜等高介電率絕緣膜來作為高介電率閘極絕緣膜。
知道在第8圖(a)、(b)之CVD-TiN/AlN構造，即有AlN蓋的情況，作為界面層所形成之SiON膜未增膜。即知道在第8圖(a)、(b)之有AlN蓋的情況，係與使用第8圖(c)中之PVD-TiN膜(未取入氧的TiN膜)的情況同等的等級(level)。另一方面，知道在使用第8圖(d)中之無AlN蓋的CVD-TiN膜的情況，作為界面層所形成之SiON層會增膜。由此可知，在實際的閘極堆疊中，仍能確認利用AlN膜，即AlN蓋來防止TiN膜氧化的效果，能抑制EOT的增加。
(實施例3)
作為本發明之實施例3，係就以閘極優先製程所作成的閘極堆疊中EOT與實效功函數之AlN膜(作為氧化防止層)的膜厚依存性加以說明。第9圖(a)顯示評估樣本構造。評估樣本，係在矽晶圓(Si sub.)上形成SiON膜作為界面層，在其上形成HfSiON膜作為高介電率閘極絕緣膜，在其上形成10nm之CVD-TiN膜作為金屬閘極，在其上形成AlN膜(AlN蓋，AlN capping)作為氧化防止層，進一步在其上形成W膜，之後，進行在1000℃下的活性化退火(Spike)而作成。又，AlN膜係利用ALD法以與上述的實施形態相同的方法形成。TiN膜係利用CVD法以與上述的實施形態相同的方法形成。所有的膜都是使用上述實施形態中之基板處理裝置來形成。又，當時的處理條件係設定為上述實施形態所記載之處理條件範圍內的條件。又，SiON膜、HfSiON膜係以通常的CVD法形成。W膜係以通常的PVD法形成。又，亦可取代SiON膜而使用SiO2 膜作為界面層。又，亦可取代HfSiON膜而使用HfSiO膜、HfO膜、HfON膜、HfAlO膜、HfLaO膜等高介電率絕緣膜來作為高介電率閘極絕緣膜。第9圖(b)係顯示EOT與實效功函數之AlN膜的膜厚依存性的圖。第9圖(b)，橫軸表示AlN膜的膜厚，左側的縱軸表示EOT，右側的縱軸表示實效功函數。圖中○符號及□符號，分別表示EOT及實效功函數。又，在此評估，準備了將AlN膜的膜厚變更為0nm、3nm、5nm、10nm之4種樣本。所謂AlN膜的膜厚0nm係表示無AlN蓋的情況。又，實效功函數係表示在1000℃下的活性化退火(Spike)後的資料。
由第9圖(b)可知，相較於無AlN蓋(AlN膜的膜厚0nm)的情況，有AlN蓋的情況，在AlN膜的膜厚10nm以下的範圍中，能將EOT降低成比無AlN蓋的情況還低。又，知道將AlN膜的膜厚定為5nm會比定為10nm還能降低EOT，進一步地將AlN膜的膜厚定為3nm會比定為5nm還能降低EOT。又，知道在AlN膜的膜厚3nm程度下EOT成為與PVD-TiN的EOT同等，又，實效功函數成為與PVD-TiN的實效功函數同等。又，若AlN膜的膜厚超過3nm，則雖然也能將EOT降低成比無AlN蓋的情況還低，卻有EOT增加的傾向，考慮其原因是因為AlN膜的膜厚變厚而Al會擴散至TiN電極中。
由此可知，從降低EOT的觀點來看，較佳為將作為氧化防止層的AlN膜的膜厚定為10nm以下。更具體而言，較佳為將作為氧化防止層的AlN膜的膜厚定為3nm以上、10nm以下，更佳為定為3nm以上、5nm以下。又，從降低EOT及確保實效功函數的觀點來看，知道較佳為將作為氧化防止層的AlN膜的膜厚定為3nm程度。又，AlN膜的膜厚3nm程度，係指可獲得與在利用PVD法，即物理蒸鍍法只將TiN膜形成與上述的CVD-TiN膜同等的厚度(10nm)的情況下所獲得的EOT及實效功函數同等的EOT及實效功函數的膜厚。
(實施例4)
作為本發明之實施例4，就以閘極優先製程所作成的閘極堆疊中之漏電流與EOT的關係加以說明。在本實施例，使用與實施例2相同的評估樣本。第10圖係顯示漏電流與EOT的關係圖的圖。第10圖的橫軸表示EOT，縱軸表示漏電流。圖中▼表示利用CVD-TiN/AlN構造(有AlN蓋)的評估樣本的結果，○表示利用PVD-TiN構造(無AlN蓋)的評估樣本的結果，□表示利用CVD-TiN構造(無AlN蓋)的評估樣本的結果。
從第10圖可知，CVD-TiN/AlN構造(有AlN蓋)的EOT，比PVD-TiN構造(無AlN蓋)或CVD-TiN構造(無AlN蓋)的EOT還減少。又，知道了CVD-TiN/AlN構造(有AlN蓋)的漏電流係成為與PVD-TiN構造(無AlN蓋)的漏電流同等或比其還少。由這些事情確認了易受氧化影響的CVD-TiN膜等之CVD金屬膜，可藉由在其表面設置如AlN蓋層的氧化防止層(氧阻隔層)，來實現與PVD金屬膜，即利用物理蒸鍍法所形成之金屬膜(metal film)同等或更佳的特性。
<本發明之較佳態樣>
以下，就本發明之較佳態樣加以附註。
根據本發明之一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
較佳地，將前述氮化鋁膜的膜厚定為10nm以下。
又較佳地，將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm以上、10nm以下。
又較佳地，將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm以上、5nm以下。
又較佳地，將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm。
又較佳地，將前述氮化鋁膜的膜厚定為可獲得與在利用物理蒸鍍法將前述金屬膜只形成與前述金屬膜同等厚度的情況下，所獲得的EOT及/或實效功函數同等的EOT及/或實效功函數的膜厚。
又較佳地，前述氮化鋁膜係以全面覆蓋前述金屬膜表面的方式形成。
又較佳地，前述金屬膜係利用CVD法或ALD法形成。
又較佳地，前述金屬膜係包含鈦的膜。
又較佳地，前述金屬膜係包含鈦及氮的膜。
又較佳地，前述金屬膜係氮化鈦膜或氮化鋁鈦膜。
又較佳地，前述金屬膜係氮化鈦膜，該氮化鈦膜係使用包含鈦的原料氣體及前述含氮氣體作為前述處理氣體，利用CVD法或ALD法形成。
又較佳地，前述金屬膜係氮化鋁鈦膜，該氮化鋁鈦膜係使用包含鈦的原料氣體、前述包含鋁的原料氣體、及前述含氮氣體作為前述處理氣體，利用CVD法或ALD法形成。
又較佳地，前述氮化鋁膜係使用前述包含鋁的原料氣體及前述含氮氣體，利用ALD法形成。
又較佳地，前述氮化鈦膜或前述氮化鋁鈦膜之形成、及前述氮化鋁膜之形成，係在將前述基板的溫度保持為相同溫度帶的狀態下進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將包含鈦的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成氮化鈦膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述氮化鈦膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述氮化鈦膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述氮化鈦膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將包含鈦的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用CVD法來在前述基板上形成氮化鈦膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用ALD法來在前述氮化鈦膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述氮化鈦膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述氮化鈦膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種基板處理方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；及將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行。
根據本發明之另一態樣，提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係處理基板；處理氣體供給系統，係將處理氣體供給至前述處理容器內；鋁原料氣體供給系統，係將包含鋁的原料氣體供給至前述處理容器內；含氮氣體供給系統，係將含氮氣體供給至前述處理容器內；排氣系統，係將前述處理容器內排氣；及控制部，係將前述處理氣體供給系統、前述鋁原料氣體供給系統、前述含氮氣體供給系統、及前述排氣系統控制成，在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行下列製程：將前述處理氣體供給至已收容基板之前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；及將前述包含鋁的原料氣體及前述含氮氣體供給至前述處理容器內而排氣，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程。
200．．．晶圓(基板)
201．．．處理室
202．．．處理容器
203．．．支持台
206．．．加熱器
213a．．．第1原料氣體供給管
213b．．．第2原料氣體供給管
213c．．．反應氣體供給管
213d．．．沖洗氣體供給管
213e．．．沖洗氣體供給管
237a．．．第1載氣供給管
237b．．．第2載氣供給管
220a．．．第1起泡器
220b．．．第2起泡器
280．．．控制器
第1圖係在本發明之實施形態的基板處理製程中成膜序列圖。
第2圖係本發明之實施形態的基板處理裝置所具有的氣體供給系統的構成圖。
第3圖係本發明之實施形態的基板處理裝置之晶圓處理時的剖面構成圖。
第4圖係本發明之實施形態的基板處理裝置之晶圓搬送時的剖面構成圖。
第5圖係本發明之實施形態的基板處理製程的流程圖。
第6圖係在本實施形態適合使用之縱型裝置的縱型處理爐的概略構成圖，(a)係以縱剖面顯示處理爐部分，(b)係以第6圖(a)的A-A線剖面圖顯示處理爐部分。
第7圖係顯示實施例1的評估結果的圖，(a)顯示不在TiN膜及TiAlN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜的情況下，TiN膜及TiAlN膜的電阻率之大氣放置時間依存性，(b)顯示在TiN膜及TiAlN膜上形成作為氧化防止層的AlN膜的情況下，TiN膜及TiAlN膜的電阻率之大氣放置時間依存性。
第8圖係顯示以實施例2之閘極優先製程作成之閘極堆疊的剖面TEM影像的圖，(a)係在晶圓上形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、AlN膜(3nm)、W膜的樣本的剖面TEM影像，(b)係在晶圓上形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、AlN膜(5nm)、W膜的樣本的剖面TEM影像，(c)係在晶圓上形成SiON膜、HfSiON膜、PVD-TiN膜、W膜的樣本的剖面TEM影像，(d)係在晶圓上形成SiON膜、HfSiON膜、CVD-TiN膜、W膜的樣本的剖面TEM影像。
第9圖係說明以實施例3之閘極優先製程作成的閘極堆疊中EOT與實效功函數之AlN膜的膜厚依存性的圖，(a)顯示評估樣本構造，(b)顯示EOT與實效功函數之AlN膜的膜厚依存性。
第10圖係顯示以實施例4之閘極優先製程作成的閘極堆疊中之漏電流與EOT的關係的圓。

Claims (13)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成包含氮化鋁鈦膜的金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程；藉由在非氧氣體環境下蝕刻前述氮化鋁膜來使前述金屬膜的表面露出之製程；及在使前述金屬膜的表面露出後，在前述金屬膜的表面上形成包含金屬的上部膜之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行，前述氮化鋁鈦膜係使用包含鈦的原料氣體、包含前述鋁的原料氣體、及前述含氮氣體，利用CVD法或ALD法形成，前述氮化鋁膜係使用包含鋁的原料氣體、及前述含氮氣體，利用ALD法形成，使前述金屬膜的表面露出之製程、及形成前述上部膜 之製程係在非氧氣體環境下連續地進行。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中將前述氮化鋁膜的膜厚定為10nm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm以上、10nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm以上、5nm以下。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中將前述氮化鋁膜的膜厚定為3nm。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中前述氮化鋁膜係以全面覆蓋前述金屬膜表面的方式形成。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中前述金屬膜之形成及前述氮化鋁膜之形成，係在將前述基板的溫度保持為相同溫度帶的狀態下進行。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中前述氮化鋁鈦膜之形成及前述氮化鋁膜之形成，係在將前述基板的溫度保持為相同溫度帶的狀態下進行。
  9. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將處理氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成金屬膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容 器內，利用化學蒸鍍法來在前述金屬膜上形成氮化鋁膜之製程；將形成前述金屬膜及前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程；藉由在非氧氣體環境下蝕刻前述氮化鋁膜來使前述金屬膜的表面露出之製程；及在使前述金屬膜的表面露出後，在前述金屬膜的表面上形成包含金屬的上部膜之製程，形成前述金屬膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行，使前述金屬膜的表面露出之製程、及形成前述上部膜之製程係在非氧氣體環境下連續地進行。
  10. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將含鈦的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成氮化鈦膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述氮化鈦膜上形成氮化鋁膜之製程；將在前述氮化鈦膜上形成前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程； 藉由在非氧氣體環境下蝕刻前述氮化鋁膜來使前述氮化鈦膜的表面露出之製程；及在使前述氮化鈦膜的表面露出後，在前述氮化鈦膜的表面上形成包含金屬的上部膜之製程，形成前述氮化鈦膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行，使前述氮化鈦膜的表面露出之製程、及形成前述上部膜之製程係在非氧氣體環境下連續地進行。
  11. 如申請專利範圍第10項之半導體裝置之製造方法，其中前述氮化鈦膜係利用CVD法或ALD法形成，前述氮化鋁膜係利用ALD法形成。
  12. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入處理容器內之製程；將含鈦的原料氣體、含氮氣體及含鋁的原料氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述基板上形成氮化鋁鈦膜之製程；將包含鋁的原料氣體及含氮氣體供給至前述處理容器內，利用化學蒸鍍法來在前述氮化鋁鈦膜上形成氮化鋁膜之製程；將在前述氮化鋁鈦膜上形成前述氮化鋁膜後的前述基板從前述處理容器內搬出之製程；藉由在非氧氣體環境下蝕刻前述氮化鋁膜來使前述 氮化鋁鈦膜的表面露出之製程；及在使前述氮化鋁鈦膜的表面露出後，在前述氮化鋁鈦膜的表面上形成包含金屬的上部膜之製程，形成前述氮化鋁鈦膜之製程及形成前述氮化鋁膜之製程，係在將前述處理容器內保持為非氧氣體環境的狀態下連續地進行，使前述氮化鋁鈦膜的表面露出之製程、及形成前述上部膜之製程係在非氧氣體環境下連續地進行。
  13. 如申請專利範圍第12項之半導體裝置之製造方法，其中前述氮化鋁鈦膜係利用CVD法或ALD法形成，前述氮化鋁膜係利用ALD法形成。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5971870B2 (ja) * 2013-11-29 2016-08-17 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体
US10134732B2 (en) * 2014-04-07 2018-11-20 International Business Machines Corporation Reduction of negative bias temperature instability
US9970108B2 (en) * 2014-08-01 2018-05-15 Lam Research Corporation Systems and methods for vapor delivery in a substrate processing system
KR102216575B1 (ko) * 2014-10-23 2021-02-18 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 티타늄 알루미늄 및 탄탈륨 알루미늄 박막들
JP6548622B2 (ja) * 2016-09-21 2019-07-24 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム
TWI713117B (zh) * 2017-01-05 2020-12-11 聯華電子股份有限公司 製作金屬閘極結構的方法
WO2018213295A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-22 Tokyo Electron Limited In-situ selective deposition and etching for advanced patterning applications
JP6979888B2 (ja) * 2018-01-18 2021-12-15 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法及び成膜システム
US20210115560A1 (en) * 2018-06-28 2021-04-22 Tokyo Electron Limited Film forming method, film forming system, and film forming apparatus
JP7138518B2 (ja) 2018-08-31 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜システム
US11489059B2 (en) * 2020-01-14 2022-11-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices, FinFET devices and methods of forming the same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100385946B1 (ko) * 1999-12-08 2003-06-02 삼성전자주식회사 원자층 증착법을 이용한 금속층 형성방법 및 그 금속층을장벽금속층, 커패시터의 상부전극, 또는 하부전극으로구비한 반도체 소자
DE10049257B4 (de) * 1999-10-06 2015-05-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Verfahren zur Dünnfilmerzeugung mittels atomarer Schichtdeposition
KR100368311B1 (ko) * 2000-06-27 2003-01-24 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 게이트 형성 방법
JP4257701B2 (ja) 2003-07-07 2009-04-22 コバレントマテリアル株式会社 ＡｌＮ半導体及びその製造方法
US20050275944A1 (en) * 2004-06-11 2005-12-15 Wang Jian J Optical films and methods of making the same
KR100756035B1 (ko) * 2006-01-03 2007-09-07 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 이의 제조 방법
KR100773751B1 (ko) * 2006-05-09 2007-11-09 주식회사 아이피에스 박막 증착 방법
JPWO2007132884A1 (ja) * 2006-05-17 2009-09-24 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法および基板処理装置
JP2008031541A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Tokyo Electron Ltd Ｃｖｄ成膜方法およびｃｖｄ成膜装置
KR100873890B1 (ko) * 2006-11-17 2008-12-15 삼성전자주식회사 상변화 메모리 유닛, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는상변화 메모리 장치 및 그 제조 방법
JP2008192914A (ja) 2007-02-06 2008-08-21 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR101358854B1 (ko) * 2007-09-06 2014-02-06 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 상기 반도체 소자의 금속 게이트 형성 방법
JP5277657B2 (ja) 2008-02-18 2013-08-28 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5513767B2 (ja) * 2008-06-25 2014-06-04 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置および半導体装置

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