JP2010212391A

JP2010212391A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2010212391A
Application number: JP2009055950A
Authority: JP
Inventors: Arihito Ogawa; 有人小川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】より高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程Ｓ１０６と、前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程Ｓ１１０と、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に係り、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜やＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜などに用いる高誘電率絶縁膜の形成方法及び装置に関する。

この種の半導体装置の製造方法において、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）デバイスのゲート絶縁膜としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）などが用いられている。デバイスの高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜に対する薄膜化が要求されており、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜ではゲート絶縁膜を透過して流れてしまうリーク電流を抑制することが困難になりつつある。そこで、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の適用が検討されている。また、ＤＲＡＭのキャパシタにおいては、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ_２膜）や酸化アルミニウム膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜）などの高誘電率絶縁膜が使用され、それらの誘電率はおおよそ１５〜２０程度のものを用いている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。また、成膜工程と改質工程とを連続して行って、成膜工程において形成した膜中の特定元素を速やかに除去して膜を改質する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５８８１１号公報

Ｙ．Ｋ．Ｋｉｍｅｔａｌ．，Ｓｙｍｐ．ＶＬＳＩＴｅｃｈ．５２，１９９８Ｌ．Ｋａｎｇｅｔａｌ．，ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔ．ＶＯＬ．２１，Ｎｏ．４，２０００

しかしながら、さらなるデバイスの高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜トータルでの酸化膜換算膜厚（ＥＯＴ：ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＯｘｉｄｅＴｈｉｃｋｎｅｓｓ）の観点から、より誘電率の高い絶縁膜が要求され、かつ、リーク電流の観点から高い誘電率と広いバンドギャップの両立が求められている。

本発明の目的は、より高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程と、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第１処理室と、基板に対し熱処理を施す第２処理室と、基板を保持する保持室と、前記第１処理室、前記第２処理室および前記保持室との間に設けられ、前記第１処理室、前記第２処理室および前記保持室との間で基板を搬送する搬送室と、前記搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットと、基板を前記搬送ロボットにより前記第１処理室内に搬送し、前記第１処理室内で基板上に高誘電率絶縁膜を形成し、前記高誘電率絶縁膜が形成された基板を前記搬送ロボットにより前記第１処理室内から前記第２処理室内に搬送し、前記第２処理室内で前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施し、前記熱処理後の基板を前記搬送ロボットにより前記第２処理室内から前記保持室内に搬送し、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時における前記第２処理室内の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持するように制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、より高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係るクラスタ装置を示す平面断面図である。本発明の実施形態に係る成膜装置を示す正面断面図である。本発明の実施形態に係るＲＴＰ装置を示す正面断面図である。各ステップのウエハを示す拡大断面図である。実施例及び比較例にかかるプロセスシーケンス例を示す図である。実施例及び比較例にかかるＩｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ分析結果を示す図である。実施例及び比較例にかかる容量―電圧特性の関係を示す図である。実施例及び比較例にかかるＥＯＴと物理膜厚の関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図１は本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図２以降は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示している。
まず、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、構造的には図２に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。なお、本実施の形態に係るクラスタ装置においては、基板としてのウエハ２を搬送するためのウエハ搬送用キャリア（基板収納容器）として、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔｏｐｅｎｉｎｇｕｎｉｆｉｅｄｐｏｄ。以下、ポッドという）１が使用されている。

図２に示されているように、クラスタ装置１０は大気圧未満の圧力（負圧）に耐える構造に構成された搬送室としての第一ウエハ移載室（以下、負圧移載室という）１１を備えており、負圧移載室１１の筐体（以下、負圧移載室筐体という）１２は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。負圧移載室１１の中央部には負圧下においてウエハ２を移載する搬送ロボットとしてのウエハ移載装置（以下、負圧移載装置という）１３が設置されている。負圧移載装置１３はスカラ形ロボット（ＳＣＡＲＡ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｌｉａｎｃｅａｓｓｅｍｂｌｙｒｏｂｏｔａｒｍ）によって構成されている。

負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち長い側壁には、ウエハ２を保持する保持室としての搬入用予備室（以下、搬入室という）１４と搬出用予備室（以下、搬出室という）１５とがそれぞれ隣接して連結されている。搬入室１４の筐体と搬出室１５の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。

搬入室１４および搬出室１５の負圧移載室１１と反対側には、大気圧以上の圧力（以下、正圧という）を維持可能な構造に構成された第二ウエハ移載室（以下、正圧移載室という）１６が隣接して連結されており、正圧移載室１６の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。搬入室１４と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１７Ａが設置されており、搬入室１４と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１７Ｂが設置されている。搬出室１５と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１８Ａが設置されており、搬出室１５と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１８Ｂが設置されている。正圧移載室１６には正圧下でウエハ２を移載する第二ウエハ移載装置（以下、正圧移載装置という）１９が設置されており、正圧移載装置１９はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置１９は正圧移載室１６に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。正圧移載室１６の左側端部にはノッチ合わせ装置２０が設置されている。

正圧移載室１６の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３はウエハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように設定されている。これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３にはポッドオープナ２４がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ２４はポッド１を載置する載置台２５と、載置台２５に載置されたポッド１のキャップを着脱するキャップ着脱機構２６とを備えており、載置台２５に載置されたポッド１のキャップをキャップ着脱機構２６によって着脱することにより、ポッド１のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。ポッドオープナ２４の載置台２５に対してはポッド１が、図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって供給および排出されるようになっている。

図２に示されているように、負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち正圧移載室１６と反対側に位置する３枚の側壁には、第一処理ユニット３１と第二処理ユニット３２と第三処理ユニット３３とがそれぞれ隣接して連結されている。第一処理ユニット３１と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ４４が設置されている。第二処理ユニット３２と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ８２が設置されている。第三処理ユニット３３と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１１８が設置されている。また、負圧移載室筐体１２における７枚の側壁のうちの他の２枚の側壁には、第一クーリングユニット３５と、第二クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されており、第一クーリングユニット３５および第二クーリングユニット３６はいずれも処理済みのウエハ２を冷却するように構成されている。

クラスタ装置１０は後述するシーケンスフローを統括的に制御するためのコントローラ３７を備えている。

次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、図１に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。なお、ここでは第二処理ユニット３２は用いず、第一処理ユニット３１と第三処理ユニット３３を用いて処理する例について説明する。

図１に示されたウエハ投入ステップＳ１００においては、クラスタ装置１０の載置台２５に供給されたポッド１のキャップが、キャップ着脱機構２６によって取り外され、ポッド１のウエハ出し入れ口が開放される。ポッド１が開放されると、正圧移載室１６に設置された正圧移載装置１９はウエハ搬入搬出口を通してポッド１からウエハ２を１枚ずつピックアップし、搬入室１４に投入し、ウエハ２を搬入室用仮置き台に移載して行く。この移載作業中には、搬入室１４の正圧移載室１６側はゲートバルブ１７Ａによって開かれており、また、搬入室１４の負圧移載室１１側はゲートバルブ１７Ｂによって閉じられており、負圧移載室１１内の圧力は、例えば、１００Ｐａに維持されている。

図１に示されたウエハローディングステップＳ１０２においては、搬入室１４の正圧移載室１６側がゲートバルブ１７Ａによって閉じられ、搬入室１４が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。搬入室１４内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって開かれる。次に、負圧移載室１１の負圧移載装置１３は搬入室用仮置き台からウエハ２を１枚ずつピックアップして負圧移載室１１に搬入する。その後、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって閉じられる。続いて、第一処理ユニット３１のゲートバルブ４４が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示された界面層形成ステップおよび高誘電率絶縁膜形成ステップを実施する第一処理ユニット３１に搬送して、第一処理ユニット３１の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。なお、ウエハの第一処理ユニット３１への搬入に際しては、搬入室１４および負圧移載室１１が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハの第一処理ユニット３１への搬入に伴って第一処理ユニット３１の処理室に侵入することは確実に防止される。

本実施の形態においては、第一処理ユニット３１は、構造的には図３に示されているように、枚葉式ウォームウオール形基板処理装置として構成されており、機能的にはＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置またはサイクリックＣＶＤ装置（以下、成膜装置という）４０として構成されている。図３に示されているように、成膜装置４０は第１処理室としての処理室４１を形成する筐体４２を備えている。筐体４２の負圧移載室１１との境にはウエハ搬入搬出口４３が開設されており、ウエハ搬入搬出口４３はゲートバルブ４４によって開閉されるように構成されている。筐体４２により形成される処理室４１内には、ウエハ２を支持する支持台４５が設けられている。支持台４５の上部にはウエハ２を支持するサセプタ４６が設けられている。支持台４５の内部にはヒータ４７が設けられている。ヒータ４７はサセプタ４６上に載置されるウエハ２を加熱する。ヒータ４７はウエハ２の温度が所定の温度となるように温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ４８により制御される。処理室４１の外部には回転機構（回転手段）４９が設けられている。回転機構４９は処理室４１内の支持台４５を回転させてサセプタ４６上のウエハ２を回転させる。処理室４１の外部には昇降機構（昇降手段）５０が設けられている。昇降機構５０は支持台４５を処理室４１内において昇降させる。

処理室４１の上部にはガスをシャワー状に噴出するシャワーヘッド５１が設けられており、シャワーヘッド５１はサセプタ４６と対向するように設けられている。シャワーヘッド５１は分散板５１ａとシャワー板５１ｂとを有する。分散板５１ａは不図示の多数個のガス噴出口５１ｆを有し、内部に供給されたガスを分散させる。シャワー板５１ｂは不図示の多数個のガス噴出口５１ｅを有し、分散板５１ａにより分散されたガスを処理室４１内へシャワー状に噴出させる。シャワーヘッド５１の天井部と分散板５１ａとの間には、第一バッファ空間５１ｃが設けられており、分散板５１ａとシャワー板５１ｂとの間には第二バッファ空間５１ｄが設けられている。

処理室４１の外部には、液体原料である第一原料を供給する第一原料供給源５２ａと、液体原料である第二原料を供給する第二原料供給源５２ｄとが設けられている。第一原料供給源５２ａには第一液体原料供給管５３ａが接続されており、第二原料供給源５２ｄには第二液体原料供給管５３ｄが接続されている。第一液体原料供給管５３ａおよび第二液体原料供給管５３ｄはそれぞれ、原料の液体供給流量を制御する流量制御装置（流量制御手段）としての液体流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）５４ａ、５４ｄを介して、原料を気化する気化器５５ａ、５５ｄに接続されている。気化器５５ａ、５５ｄには第一原料ガス供給管５６ａ、第二原料ガス供給管５６ｄがそれぞれ接続されており、第一原料ガス供給管５６ａ、第二原料ガス供給管５６ｄはバルブ５７ａ、５７ｄを介してシャワーヘッド５１にそれぞれ接続されている。

また、処理室４１の外部には不活性ガス供給源５２ｃが設けられており、不活性ガス供給源５２ｃは非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する。不活性ガス供給源５２ｃには不活性ガス供給管５３ｃが接続されており、不活性ガス供給管５３ｃの途中には不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置（流量制御手段）としてのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）５４ｃが設けられている。不活性ガス供給管５３ｃはガス流量コントローラ５４ｃよりも下流側で二つの供給管に分岐している。分岐した一方の供給管はバルブ５７ｃを介して第一原料ガス供給管５６ａに接続され、分岐した他方の供給管はバルブ５７ｅを介して第二原料ガス供給管５６ｄに接続されている。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２を用いる。

第一原料ガス供給管５６ａでは、気化器５５ａにて第一原料を気化して得た第一原料ガスと、不活性ガス供給管５３ｃからの不活性ガスとが混合される。第二原料ガス供給管５６ｄでは、気化器５５ｄにて第二原料を気化して得た第二原料ガスと、不活性ガス供給管５３ｃからの不活性ガスとが混合される。混合されたガスは第一原料ガス供給管５６ａおよび第二原料ガス供給管５６ｄからシャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃにそれぞれ供給される。第一原料ガス供給管５６ａ、第二原料ガス供給管５６ｄ、不活性ガス供給管５３ｃにそれぞれ設けられたバルブ５７ａ、５７ｄ、５７ｃ、５７ｅは開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御する。

処理室４１の外部にはオゾナイザ５８が設けられており、オゾナイザ５８は酸素ガス（Ｏ_２）からオゾンガス（Ｏ_３）を生成する。オゾナイザ５８の上流側には酸素ガス供給管５３ｂが設けられており、酸素ガス供給管５３ｂには酸素ガス供給源５２ｂが接続されている。酸素ガス供給源５２ｂは酸素ガスをオゾナイザ５８に酸素ガス供給管５３ｂを介して供給する。酸素ガス供給管５３ｂには酸素ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ５４ｂとバルブ５７ｂとが設けられている。バルブ５７ｂは開閉することにより、酸素ガスの供給を制御する。オゾナイザ５８の下流側にはオゾンガス供給管５９ｂが設けられており、オゾンガス供給管５９ｂはバルブ６０ｂを介してシャワーヘッド５１に接続されている。オゾンガス供給管５９ｂはオゾナイザ５８によって生成されたオゾンガスをシャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃに供給する。バルブ６０ｂを開閉することにより、オゾンガスの供給を制御する。なお、オゾナイザ５８の代わりに水蒸気発生器を設け、酸化剤としてオゾン（Ｏ_３）ガスの代わりに水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を用いるようにしてもよい。

筐体４２の下部側壁には排気口６１が設けられており、排気口６１には排気管６２の一端が接続されている。排気管６２の他端は排気装置（排気手段）としての真空ポンプ６３および除害装置（図示せず）に接続されている。排気口６１および排気管６２で排気系が構成されている。排気管６２には圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ６４と、原料回収トラップ６５とが設けられている。圧力コントローラ６４は処理室４１内の圧力を制御する。原料回収トラップ６５は原料を回収する。

第一原料ガス供給管５６ａと第二原料ガス供給管５６ｄとオゾンガス供給管５９ｂとには、原料回収トラップ６５に接続された第一原料ガスバイパス管（ベント管）６６ａと、第二原料ガスバイパス管（ベント管）６６ｃと、オゾンガスバイパス管（ベント管）６６ｂとがそれぞれ設けられている。バイパス管６６ａ、６６ｃ、６６ｂには、バルブ６７ａ、６７ｃ、６７ｂがそれぞれ設けられている。

処理室４１内の支持台４５上には整流板としてのプレート６８が設けられており、プレート６８はシャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを介して供給されたガスの流れを調整する。プレート６８は円環（リング）形状であり、ウエハ２の周囲に位置する。シャワーヘッド５１を介してウエハ２に供給されたガスはウエハ２の径方向外方に向かって流れ、プレート６８上を通り、プレート６８と筐体４２の側壁（内壁）との間を通り、排気口６１より排気される。

バルブ５７ａ〜６７ｃ、流量コントローラ５４ａ〜５４ｄ、温度コントローラ４８、圧力コントローラ６４、気化器５５ａ、５５ｄ、オゾナイザ５８、回転機構４９、昇降機構５０の制御は、主制御部（主制御手段）としてのメインコントローラ６９が行う。なお、メインコントローラ６９の制御は、コントローラ３７により行う。

次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う図１に示された界面層形成ステップＳ１０４および高誘電率絶縁膜形成ステップＳ１０６を、成膜装置４０を使用して高誘電率膜であるハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）膜をＡＬＤ法、または、サイクリックＣＶＤ法によってウエハ２上に成膜する場合について説明する。なお、以下の説明において、成膜装置４０を構成する各部の動作はメインコントローラ６９により制御される。

ここで、高誘電率膜が形成される前のウエハ２の構造は、図５（ａ）に示されているようになっている。すなわち、シリコンウエハ２には素子分離領域３が形成されており、この素子分離領域３で分離された活性領域にはＰウエル領域４とＮウエル領域５とが形成されている。

本実施形態では、ハフニウム系プリカーサとしては、ＴＤＭＡＨｆ（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４）を使用し、アルミニウム系プリカーサとしては、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）を使用して、これらの原料を気化器で気化して得た原料ガスを用いる例について説明する。

図３において、支持台４５がウエハ搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ４４が開かれ、ウエハ搬入搬出口４３が開放されると、ウエハ２が処理室４１内に負圧移載装置１３により搬入される（ウエハ搬入ステップ）。ウエハ２が処理室４１内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ４４が閉じられる。支持台４５がウエハ搬送位置からそれよりも上方のウエハ処理位置まで上昇する。その間に、ウエハ２は突き上げピン上からサセプタ４６上に載置される（ウエハ載置ステップ）。

支持台４５がウエハ処理位置に到達すると、ウエハ２は回転機構４９により回転される。また、ヒータ４７に電力が供給されることにより、ウエハ２は所定の処理温度となるように均一に加熱される（ウエハ昇温ステップ）。同時に、処理室４１内は真空ポンプ６３により排気され、所定の処理圧力となるように制御される（圧力調整ステップ）。なお、ウエハ搬送時やウエハ昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管５３ｃに設けられたバルブ５７ｃ、５７ｅは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源５２ｃより処理室４１内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物のウエハ２への付着を防ぐことができる。

まず、界面層形成ステップＳ１０４について説明する。
処理室４１内の圧力が所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室４１内にオゾンガスが供給される。すなわち、バルブ５７ｂが開かれると、酸素ガス供給源５２ｂから供給された酸素ガスが酸素ガス供給管５３ｂを通り、ガス流量コントローラ５４ｂで流量制御されてオゾナイザ５８へ供給される。オゾナイザ５８はオゾンガスを生成する。オゾンガスが生成された後に、バルブ６７ｂが閉じられると共に、バルブ６０ｂが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ５８からオゾンガス供給管５９ｂを通り、シャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを介してウエハ２上へシャワー状に供給される。ウエハ２に対して供給されたオゾンガスは排気管６２より排気される。オゾンガスがウエハ２表面に接触することにより、図５（ｂ）に示されているように、ウエハ２表面に極薄い界面層としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）６が形成される（界面層形成ステップ）。なお、このときオゾン（Ｏ_３）ガスの代わりに水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を用いるようにしてもよい。

オゾンガスの供給が所定時間行われ、界面層としてのシリコン酸化膜６が形成された後に、バルブ６０ｂが閉じられ、オゾンガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ５７ｃ、５７ｅは開いたままの状態なので、処理室４１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室４１へ供給された不活性ガスは排気管６２より排気される。これにより、処理室４１内が不活性ガスによりパージされ、処理室４１内の残留ガスが除去される（パージステップ）。

処理室４１内のパージが所定時間行われ、ウエハ２の温度や処理室４１内の圧力がそれぞれ、所定の処理温度や所定の処理圧力に到達して安定した後に、高誘電率絶縁膜形成ステップＳ１０６が行われる。

次に、高誘電率絶縁膜形成ステップＳ１０６について説明する。
ウエハ２表面に界面層としてのシリコン酸化膜６が形成された後に、ウエハ２の温度や処理室４１内の圧力がそれぞれ、所定の成膜温度や所定の成膜圧力に到達して安定すると、処理室４１内に第一原料ガスが供給される。すなわち、第一原料供給源５２ａから供給された第一原料としての有機金属液体原料、例えば、ＴＤＭＡＨｆが第一液体原料供給管５３ａを通り、液体流量コントローラ５４ａで流量制御され、気化器５５ａへ供給される。気化器５５ａは第一原料を気化させる。バルブ６７ａが閉じられると共に、バルブ５７ａが開かれると、第一原料が気化した第一原料ガスは第一原料ガス供給管５６ａを通り、シャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを経由してウエハ２上へ供給される。このときも、バルブ５７ｃ、５７ｅは開いたままの状態とされ、処理室４１内には不活性ガスが常に流される。第一原料ガスと不活性ガスとは第一原料ガス供給管５６ａ内で混合されてシャワーヘッド５１に導かれ、第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを経由してサセプタ４６上のウエハ２上へシャワー状に供給される（第一原料ガス供給ステップ）。ウエハ２に対して供給された第一原料ガスは、排気管６２より排気される。なお、第一原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。

第一原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ５７ａが閉じられ、第一原料ガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ５７ｃ、５７ｅは開いたままの状態なので、処理室４１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室４１へ供給された不活性ガスは排気管６２より排気される。これにより、処理室４１内が不活性ガスによりパージされ、処理室４１内の残留ガスが除去される（パージステップ）。

処理室４１内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室４１内に第二原料ガスが供給される。すなわち、第二原料供給源５２ｄから供給された第二原料としての有機金属液体原料、例えば、ＴＭＡが第二液体原料供給管５３ｄを通り、液体流量コントローラ５４ｄで流量制御され、気化器５５ｄへ供給される。気化器５５ｄは第二原料を気化させる。バルブ６７ｃが閉じられると共に、バルブ５７ｄが開かれると、気化した第二原料ガスは第二原料ガス供給管５６ｄを通り、シャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄおよびシャワー板５１ｂを経由してウエハ２上へ供給される。このときも、バルブ５７ｅ、５７ｃは開いたままの状態とされ、処理室４１内には不活性ガスが常に流される。第二原料ガスと不活性ガスとは第二原料ガス供給管５６ｄ内で混合されてシャワーヘッド５１に導かれ、第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを経由してサセプタ４６上のウエハ２上へシャワー状に供給される（第二原料ガス供給ステップ）。ウエハ２に対して供給された第二原料ガスは、排気管６２より排気される。なお、第二原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。

第二原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ５７ｄが閉じられ、第二原料ガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ５７ｅ、５７ｃは開いたままの状態なので、処理室４１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室４１へ供給された不活性ガスは排気管６２より排気される。これにより、処理室４１内が不活性ガスによりパージされ、処理室４１内の残留ガスが除去される（パージステップ）。

処理室４１内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室４１内に酸化剤としてのオゾンガスが供給される。すなわち、前述のように、オゾナイザ５８からのオゾンガスの供給を停止することなく処理室４１をバイパスするように流しておいた状態で、バルブ６７ｂが閉じられると共に、バルブ６０ｂが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ５８からオゾンガス供給管５９ｂを通り、シャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを経由してウエハ２上へシャワー状に供給される（酸化剤供給ステップ）。ウエハ２に対して供給されたオゾンガスは排気管６２より排気される。なお、このときも、バルブ５７ｃ、５７ｅは開いたままの状態とされ、処理室４１内には不活性ガスが常に供給される。なお、酸化剤としては、オゾン（Ｏ_３）ガスの代わりに水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を用いるようにしてもよい。

オゾンガスの供給が所定時間行われた後、バルブ６０ｂが閉じられ、オゾンガスのウエハ２への供給が停止される。このときも、バルブ５７ｃ、５７ｅは開いたままの状態なので、処理室４１内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室４１へ供給された不活性ガスは排気管６２より排気される。これにより、処理室４１内が不活性ガスによりパージされ、処理室４１内の残留ガスが除去される（パージステップ）。

処理室４１内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、再び、バルブ６７ａが閉じられると共に、バルブ５７ａが開かれると、気化した第一原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド５１の第一バッファ空間５１ｃ、分散板５１ａ、第二バッファ空間５１ｄ、シャワー板５１ｂを経由してウエハ２上へ供給される。すわなち、第一原料ガス供給ステップが実施される。

以上の第一原料ガス供給ステップ、パージステップ、第二原料ガス供給ステップ、パージステップ、酸化剤供給ステップおよびパージステップを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、図５（ｃ）に示されているように、ウエハ２表面に形成された界面層としてのシリコン酸化膜６上に高誘電率絶縁膜としての非晶質（アモルファス）のハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）膜７が形成される（高誘電率絶縁膜形成ステップ）。

なお、高誘電率膜形成ステップＳ１０６をサイクリックＣＶＤ法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスが熱分解し、ウエハ２上に数〜数十原子層程度の高誘電率膜が形成される。酸化剤供給ステップにおいては、酸化剤によりウエハ２上に形成された数〜数十原子層程度の高誘電率膜よりＣ、Ｈ等の不純物が除去される。

また、高誘電率膜形成ステップＳ１０６をＡＬＤ法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスはウエハ２上に吸着する。酸化剤供給ステップでは、ウエハ２上に吸着した原料と酸化剤とが反応することによりウエハ２上に１原子層未満程度の高誘電率膜が形成される。なお、このとき、酸化剤により高誘電率膜中に混入するＣ、Ｈ等の不純物を脱離させることができる。

サイクリックＣＶＤ法によりハフニウムアルミネート膜を成膜する処理条件としては、処理温度：３９０〜４５０℃、処理圧力：５０〜４００Ｐａ、第一原料（ＴＤＭＡＨｆ）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／分、第二原料（ＴＭＡ）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／分、酸化剤供給流量：１００〜３０００ｓｃｃｍが例示される。
また、ＡＬＤ法によりハフニウムアルミネート膜を成膜する処理条件としては、処理温度：２００〜３５０℃、処理圧力：５０〜４００Ｐａ、第一原料（ＴＤＭＡＨｆ）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／分、第二原料（ＴＭＡ）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／分、酸化剤供給流量：１００〜３０００ｓｃｃｍが例示される。

以上のようにして、図５（ｃ）に示されているように、ウエハ２上に形成された界面層としてのシリコン酸化膜６上に高誘電率絶縁膜としてのハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）膜７が形成される。ハフニウムアルミネート膜の形成が終了すると、真空下での搬送ステップＳ１０８として、ゲートバルブ４４が開かれ、成膜済みのウエハ２は負圧移載装置１３によって第一処理ユニット３１から負圧に維持された負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。続いて、ゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示された熱処理ステップを実施する第三処理ユニット３３に搬送して、第三処理ユニット３３の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。

本実施の形態においては、熱処理ステップを実施する第三処理ユニット３３には、図４に示されたＲＴＰ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置１１０が使用されている。
図４に示されているように、ＲＴＰ装置１１０はウエハ２を処理する第２処理室としての処理室１１１を形成した筐体１１２を備えており、筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成されたカップ１１３と、カップ１１３の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート１１４と、カップ１１３の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート１１５とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。カップ１１３の側壁の一部には排気口１１６が処理室１１１の内外を連通するように開設されており、排気口１１６には処理室１１１を大気圧未満（以下、負圧という）に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されている。カップ１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウエハ２を処理室１１１に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウエハ搬入搬出口１１７はゲートバルブ１１８によって開閉されるようになっている。

ボトムプレート１１５の下面の中心線上には昇降駆動装置１１９が設置されており、昇降駆動装置１１９はボトムプレート１１５に挿通されてボトムプレート１１５に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸１２０を昇降させるように構成されている。昇降軸１２０の上端には昇降板１２１が水平に固定されており、昇降板１２１の上面には複数本（通常は３本または４本）のリフタピン１２２が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン１２２は昇降板１２１の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ２を下から水平に支持して昇降させるようになっている。

ボトムプレート１１５の上面における昇降軸１２０の外側には支持筒１２３が突設されており、支持筒１２３の上端面の上には冷却プレート１２４が水平に架設されている。冷却プレート１２４の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されており、第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６は第一支柱１２７および第二支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６の電力供給電線１２９はボトムプレート１１５を挿通して外部に引き出されている。

処理室１１１にはタレット１３１が処理室１１１と同心円に配置されている。タレット１３１は内歯平歯車１３３の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車１３３はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３２によって水平に支承されている。内歯平歯車１３３には原動側平歯車１３４が噛合されており、原動側平歯車１３４はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３５によって水平に支承され、ボトムプレート１１５の下に設置されたサセプタ回転装置１３６によって回転駆動されるようになっている。タレット１３１の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム１３７が水平に架設されており、アウタプラットホーム１３７の内側にはインナプラットホーム１３８が水平に架設されている。インナプラットホーム１３８の内周の下端部にはサセプタ１４０が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部１３９に係合されて保持されている。サセプタ１４０の各リフタピン１２２に対向する位置には挿通孔１４１がそれぞれ開設されている。

トッププレート１１４にはアニールガス供給管１４２および不活性ガス供給管１４３が処理室１１１に連通するようにそれぞれ接続されている。また、トッププレート１１４には放射温度計のプローブ１４４が複数本、互いに半径方向にウエハ２の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ２の上面と対向するように挿入されており、放射温度計は複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。トッププレート１１４の他の場所にはウエハ２の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置１４５が設置されている。放射率測定装置１４５はレファレンスプローブ１４６を備えており、レファレンスプローブ１４６はレファレンスプローブ用モータ１４７によって垂直面内で回転されるようになっている。レファレンスプローブ１４６の上側には参照光を照射するレファレンスランプ１４８がレファレンスプローブ１４６の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ１４６は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ２からの光子密度とレファレンスランプ１４８からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。

次に、図１に示された熱処理ステップＳ１１０を、以上の構成に係るＲＴＰ装置を使用して、ウエハ２上に形成されたハフニウムアルミネート膜７にアニールを施す場合について説明する。すなわち、高誘電率絶縁膜を緻密化もしくは結晶化するステップについて説明する。

ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウエハ２は、第三処理ユニット３３であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１に負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１１７から搬入され、複数本のリフタピン１２２の上端間に移載される。ウエハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載装置１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口１１７がゲートバルブ１１８により閉じられる。また、昇降軸１２０が昇降駆動装置１１９によって下降されることにより、リフタピン１２２の上のウエハ２がサセプタ１４０の上に受け渡される。処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は１０〜１００００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように排気口１１６を通じて排気される。また、処理室１１１内の酸素分圧は２５０００Ｐａ以下、好ましくは１〜１０００Ｐａ程度の圧力に維持される。

ウエハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウエハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が内歯平歯車１３３および原動側平歯車１３４を介してサセプタ回転装置１３６によって回転される。サセプタ１４０に保持されたウエハ２はサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、６００〜１０５０℃の範囲内の所定の温度となるように第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって急速に加熱され、そのまま処理温度に保持される。この回転および加熱中に、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、サセプタ１４０の上に保持されたウエハ２は第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウエハ２上のハフニウムアルミネート膜７は全面にわたって均一にアニールされる。このアニールの処理時間は、５〜１２０秒間である。以上の熱処理ステップにより、図５（ｄ）に示されているようにウエハ２には、緻密化若しくは結晶化されたハフニウムアルミネート膜８が形成される。以上の熱処理ステップ終了後、第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６による加熱を終了し、ウエハ２を急冷する。

ＲＴＰ装置１１０において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室１１１が排気口１１６によって所定の負圧となるように排気された後に、真空下での搬送ステップＳ１１２として、ゲートバルブ１１８が開かれ、アニールが施されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１１１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。なお、このときウエハ２の温度は３００〜４００℃程度である。

なお、界面層形成ステップ、高誘電率絶縁膜形成ステップ、熱処理ステップ実施後のウエハは、第一クーリングユニット３５または第二クーリングユニット３６が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。

クラスタ装置１０での熱処理ステップ後の図１に示されたウエハアンローディングステップＳ１１４においては、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を負圧移載室１１から搬出室１５へ搬送し、搬出室１５の搬出室用仮置き台の上に移載する。この際には、事前に、搬出室１５の正圧移載室１６側がゲートバルブ１８Ａによって閉じられ、搬出室１５が排気装置（図示せず）により負圧に排気される。搬出室１５が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われることとなる。ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。

なお、上述の熱処理ステップＳ１１０の後の真空下での搬送ステップＳ１１２からウエハアンローディングステップＳ１１４においてウエハ２の温度が３００〜４００℃程度から室温程度になるまでの間、処理室１１１、負圧移載室１１、搬出室１５、第一クーリングユニット３５及び第二クーリングユニット３６内を真空かつ熱処理時と同等もしくはそれ以下の低酸素分圧に維持すると共に不活性ガス雰囲気とする。これによりアニールされたハフニウムアルミネート膜８は、室温程度の温度となるまで酸素の供給がない状態で保持される。このため、ハフニウムアルミネート膜８内には適度の量の酸素欠損が維持され、従来よりも高い誘電率を有するハフニウムアルミネート膜８が得られることとなる。なお、これらの圧力制御や雰囲気制御は、コントローラ３７により行われる。ここで、ウエハ２の温度が室温程度となるまでの間の各室内の好ましい酸素分圧は、２５０００Ｐａ以下、好ましくは１〜１０００Ｐａ程度である。

これらの動作により、ウエハ２には高い誘電率を有する緻密化もしくは結晶化されたハフニウムアルミネート膜８が形成される。

以上の作動が繰り返されることにより、搬入室１４に一括して搬入された２５枚のウエハ２について、図１に示された各ステップが順次に実施されて行く。２５枚のウエハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウエハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。

図１に示されたウエハ排出ステップＳ１１６においては、負圧かつ低酸素分圧に維持された搬出室１５内に窒素ガスが供給され、搬出室１５内が大気圧となった後に、搬出室１５の正圧移載室１６側が、ゲートバルブ１８Ａによって開かれる。次いで、載置台２５に載置された空のポッド１のキャップが、ポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によって開かれる。続いて、正圧移載室１６の正圧移載装置１９は搬出室１５からウエハ２をピックアップして正圧移載室１６に搬出し、正圧移載室１６のウエハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納（チャージング）して行く。処理済みの２５枚のウエハ２のポッド１への収納が完了すると、ポッド１のキャップがポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド１が閉じられる。

本実施の形態においては、クラスタ装置１０における一連のステップが終了したウエハ２はポッド１に気密に収納された状態で、ゲート電極形成ステップＳ１２０を実施する成膜装置に、図１に示されたポッドの工程内搬送ステップＳ１１８により搬送されて行く。ゲート電極形成ステップを実施する成膜装置としては、例えば、バッチ式縦形ホットウォール形ＣＶＤ装置、枚葉式ＡＬＤ装置、枚葉式ＣＶＤ装置等がある。

[実施例]
本発明の実施例におけるプロセスシーケンス例を図６に示す。図６（ａ）は、Ｉｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ測定用のサンプルを作成するためのプロセスシーケンスフローを示しており、図６（ｂ）は、ＭＯＳキャパシタ用のサンプルを作成するためのプロセスシーケンスフローを示している。これらのプロセスシーケンスにより、上記各サンプルを作成した。図中のステップのうちＳｉＯ_２ｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ＨｆＡｌＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＤＡが上述の実施形態における界面層形成ステップ（Ｓ１０４）、高誘電率絶縁膜形成ステップ（Ｓ１０６）、熱処理ステップ（Ｓ１１０）にそれぞれ対応している。本実施例では、これらのステップのうち、ＨｆＡｌＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＤＡを上述の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置を用いて行った。すなわち、第１処理ユニット３１である成膜装置４０の処理室４１にてＨｆＡｌＯ膜を所望の膜厚まで成膜し（ＨｆＡｌＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、その後、第３処理ユニット３３であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１にてＨｆＡｌＯ膜を窒素雰囲気下で熱処理して結晶化させ（ＰＤＡ）、ウエハ２の温度が室温程度となるまでの間はウエハ２のおかれる処理室１１１、負圧移載室１１、搬出室１５、第一クーリングユニット３５及び第二クーリングユニット３６内を真空、かつ、酸素分圧が低い状態（２５０００Ｐａ以下）に維持した。なお、ＨｆＡｌＯ膜の成膜ではハフニウム系プリカーサとしてＴＤＭＡＨｆを、アルミニウム系プリカーサとしてＴＭＡを、酸化剤としてＨ_２Ｏを用いた。

[比較例]
上述の実施例と同様に、上記各サンプル（Ｉｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ測定用サンプル、ＭＯＳキャパシタ用サンプル）を作成した。ただし、ＨｆＡｌＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＤＡは次のように行った。すなわち、第１処理ユニット３１である成膜装置４０の処理室４１にてＨｆＡｌＯ膜を所望の膜厚まで成膜し（ＨｆＡｌＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、その後、第３処理ユニット３３であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１にてＨｆＡｌＯ膜を窒素雰囲気下で熱処理して結晶化させるが（ＰＤＡ）、熱処理の後、ウエハの温度が室温程度となる前にウエハ２を大気に晒した。

図７は、実施例及び比較例にかかるＩｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ測定用サンプルにおけるＩｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ分析結果を示す図である。
図８は、実施例及び比較例にかかるＭＯＳキャパシタ用サンプルにおける容量―電圧特性の関係を示す図である。
図９は、実施例及び比較例にかかるＭＯＳキャパシタ用サンプルにおけるＥＯＴと物理膜厚の関係を示す図である。

図７のＩｎ−ｐｌａｎｅＸＲＤ分析結果によれば、実施例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜は、３０度付近に一つのピークがあり、また、３５度付近に二つめのピークがあることから、結晶構造としては正方晶もしくは立方晶である可能性が高いことが分かった。一方、比較例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜は、２８度および３１．６度付近にピークがあることから結晶構造としては単斜晶である可能性が高いことが分かった。
また、図８に示す容量―電圧特性から、実施例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜を絶縁膜として用いたＭＯＳキャパシタから得られた容量は、比較例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜を絶縁膜として用いたＭＯＳキャパシタから得られた容量と比較すると高い容量値が得られたことが分かった。
さらに、図９に示すＥＯＴと物理膜厚の関係から、実施例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜の誘電率は約３４となり、比較例の方法により形成されたＨｆＡｌＯ膜の誘電率の約３倍の誘電率が得られることが分かった。

尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では枚葉式ウォームウォールタイプの高誘電率絶縁膜成膜装置（成膜装置４０）と、ランプ加熱式急速昇降温熱処理装置（ＲＴＰ装置１１０）をインテグレートした装置（クラスタ装置１０）を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、高誘電率絶縁膜成膜装置としては、枚葉式コールドウォールタイプの装置や枚葉式ホットウォールタイプの装置を用いる場合にも適用でき、さらには、高誘電率絶縁膜形成工程と熱処理工程を同一反応管内にて処理する場合にも適用できる。さらには、バッチ式ホットウォールタイプの装置にて高誘電率絶縁膜形成工程および熱処理工程を実施する場合にも適用できる。

尚、ゲート絶縁膜を形成するための高誘電率膜の形成材料としては、ＨｆＡｌＯ以外に、ＨｆＳｉＯ，ＨｆＳｉＯＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＨｆＡｌＯｘ、ＨｆＡｌＯＮ、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３等がある。

本発明によれば、成膜したハフニウムアルミネート膜（ＨｆＡｌＯ膜）等の高誘電率絶縁膜を結晶化する際、酸素分圧を極力少なくした状態にて結晶化させるための熱処理を実施し、その後ウエハ温度を室温に戻すまでの間も高誘電率絶縁膜を低酸素分圧下に保持する。これにより、高誘電率絶縁膜中の酸素欠損を適度に作りだし、結果、従来よりも高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成できる。

以下、本発明の好ましい態様について付記する。

好ましくは、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を２５０００Ｐａ以下とする。

また好ましくは、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を１〜１０００Ｐａとする。

２ウエハ（基板）
１０クラスタ装置
１１負圧移載室
１３負圧移載装置
１４搬入室
１５搬出室
１６正圧移載室
３１第１処理ユニット
３２第２処理ユニット
３３第３処理ユニット

Claims

基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程と、
熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第１処理室と、
基板に対し熱処理を施す第２処理室と、
基板を保持する保持室と
前記第１処理室、前記第２処理室および前記保持室との間に設けられ、前記第１処理室、前記第２処理室および前記保持室との間で基板を搬送する搬送室と、
前記搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットと、
基板を前記搬送ロボットにより前記第１処理室内に搬送し、前記第１処理室内で基板上に高誘電率絶縁膜を形成し、前記高誘電率絶縁膜が形成された基板を前記搬送ロボットにより前記第１処理室内から前記第２処理室内に搬送し、前記第２処理室内で前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施し、前記熱処理後の基板を前記搬送ロボットにより前記第２処理室内から前記保持室内に搬送し、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時における前記第２処理室内の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持するように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。