JP2012142367A - Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体デバイスには、上下の電極膜に挟まれたキャパシタ絶縁膜を備えたMIM(Metal−Insulator−Metal)構造を有するものがある。誘電率を高めるため、キャパシタ絶縁膜としては例えばチタン酸化(TiO)膜等が用いられる。TiO膜は、例えば基板が収容された処理室内に、チタン含有ガスと酸素含有ガスとを供給することにより形成される。 Some semiconductor devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) have an MIM (Metal-Insulator-Metal) structure including a capacitor insulating film sandwiched between upper and lower electrode films. In order to increase the dielectric constant, for example, a titanium oxide (TiO) film is used as the capacitor insulating film. The TiO film is formed, for example, by supplying a titanium-containing gas and an oxygen-containing gas into a processing chamber in which a substrate is accommodated.
TiO膜は、特にブルッカイト型構造やルチル型構造を有する結晶構造をとることで誘電率が増す。しかしながら、例えば下部電極膜となるチタン窒化(TiN)膜を下地膜としてTiO膜を形成すると、TiO膜はブルッカイト型構造等よりも誘電率の低いアナターゼ型構造を有する結晶構造となってしまう場合があった。 The dielectric constant of the TiO film is increased by taking a crystal structure having a brookite structure or a rutile structure. However, for example, when a TiO film is formed using a titanium nitride (TiN) film as a lower electrode film as a base film, the TiO film may have a crystal structure having an anatase structure having a lower dielectric constant than a brookite structure or the like. there were.
本発明の目的は、TiN膜の上部に形成するTiO膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とし、TiO膜の誘電率を高めることが可能な半導体デバイスの製造方法および基板処理装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate capable of increasing the dielectric constant of a TiO film by making the crystal structure of at least a part of the TiO film formed on the TiN film into a brookite structure or a rutile structure. It is to provide a processing device.
本発明の一態様は、基板の上に形成されたチタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成するジルコニウム酸化膜形成工程と、前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成するチタン酸化膜形成工程と、を有し、前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御することにより、前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造とし、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とする半導体デバイスの製造方法である。 One embodiment of the present invention includes a zirconium oxide film forming step of forming a zirconium oxide film on a titanium nitride film formed on a substrate, and a titanium oxide film formation of forming a titanium oxide film on the zirconium oxide film And controlling the film thickness of the zirconium oxide film to change the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film into a cubic structure or a tetragonal structure, whereby the titanium oxide film This is a method for manufacturing a semiconductor device in which at least a part of the crystal structure is a brookite structure or a rutile structure.
本発明の他の態様は、チタン窒化膜が形成された基板を収容する処理室と、前記基板を加熱する加熱部と、前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給するジルコニウム含有ガス供給部と、前記処理室内にチタン含有ガスを供給するチタン含有ガス供給部と、前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、前記加熱部、前記ジルコニウム含有ガス供給部、前記チタン含有ガス供給部、前記酸素含有ガス供給部および前記排気部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記基板が収容された前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記ジルコニウム含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、前記チタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成させ、前記ジルコニウム酸化膜を加熱させて前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を相転移させ、前記処理室内にチタン含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に前記酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記チタン含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、相転移させた前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成させるよう制御し、前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御しておくことにより、前記ジルコニウム酸化膜を加熱して前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと相転移させ、こ
れにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とするように構成される基板処理装置である。
In another aspect of the present invention, a processing chamber that houses a substrate on which a titanium nitride film is formed, a heating unit that heats the substrate, a zirconium-containing gas supply unit that supplies a zirconium-containing gas into the processing chamber, A titanium-containing gas supply unit that supplies a titanium-containing gas into the processing chamber; an oxygen-containing gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas into the processing chamber; an exhaust unit that exhausts the atmosphere in the processing chamber; the heating unit; A control unit that controls the zirconium-containing gas supply unit, the titanium-containing gas supply unit, the oxygen-containing gas supply unit, and the exhaust unit, and the control unit includes zirconium in the processing chamber in which the substrate is accommodated. Supplying and exhausting the containing gas, supplying and exhausting the oxygen-containing gas into the processing chamber, supplying and exhausting the zirconium-containing gas and supplying and exhausting the oxygen-containing gas This cycle is repeated a predetermined number of times to form a zirconium oxide film on the titanium nitride film, and the zirconium oxide film is heated to change the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film. The titanium-containing gas is supplied and exhausted in the processing chamber, the oxygen-containing gas is supplied and exhausted in the processing chamber, and the supply and exhaust of the titanium-containing gas and the supply and exhaust of the oxygen-containing gas are performed in one cycle. By performing this cycle a predetermined number of times, a titanium oxide film is controlled to be formed on the phase-changed zirconium oxide film, and the zirconium oxide film is controlled by controlling the film thickness of the zirconium oxide film. The film is heated to change the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film to a cubic structure or a tetragonal structure. The phases were transferred to the system structure, thereby, at least a part of the crystal structure of the titanium oxide layer is a substrate processing apparatus configured to brookite structure or rutile structure.
本発明によれば、TiN膜の上部に形成するTiO膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とし、TiO膜の誘電率を高めることが可能な半導体デバイスの製造方法および基板処理装置が得られる。 According to the present invention, at least a part of the crystal structure of the TiO film formed on the TiN film has a brookite structure or a rutile structure, and a semiconductor device manufacturing method and substrate capable of increasing the dielectric constant of the TiO film A processing device is obtained.
<本発明の一実施形態>
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、その構成を以下に説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
First, the configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below.
(1)基板処理装置の全体構成
図1は、本実施形態に係る基板処理装置101の斜透視図である。図1に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置101は筐体111を備えている。基板としてのウエハ200を筐体111内外へ搬送するには、複数のウエハ200を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット110が使用される。筐体111の正面には、カセット110を筐体111内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口(基板収納容器搬入搬出口、図示せず)が設けられている。カセット搬入搬出口の筐体111内側には、カセットステージ(基板収納容器受渡し台)114が設けられている。カセット110は、図示しない工場内搬送装置によってカセットステージ114上に載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。
(1) Overall Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a perspective view of a
カセット110は、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、工場内搬送装置によって、カセットステージ114上に載置されるように構成されている。カセットステージ114は、カセット110を筐体111の後方に向けて90°回転させてカセット110内のウエハ200を水平姿勢とさせ、カセット110のウエハ出し入れ口を筐体111内の後方に向かせることが可能なように構成されている。
The
筐体111内を前後方向でみた略中央部には、カセット棚(基板収納容器載置棚)105が設置されている。カセット棚105は、複数段、複数列にて複数個のカセット110を保管するように構成されている。カセット棚105には、後述するウエハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される移載棚123が設けられている。また、カセットステージ114の上方には、予備カセット棚107が設けられ、予備のカセット110を保管するように構成されている。
A cassette shelf (substrate storage container mounting shelf) 105 is installed in a substantially central portion of the
カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置(基板収納容器搬送装置)118が設けられている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ(基板収納容器昇降機構)118aと、カセット110を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収納容器搬送機構)118bと、を備えている。これらカセットエレベータ118aとカセット搬送機構118bとの連続動作により、カセットステージ114、移載棚123を除くカセット棚105の所定位置、予備カセット棚107、移載棚123の間で、カセット110を搬送するように構成されている。
A cassette transfer device (substrate container transfer device) 118 is provided between the
カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構(基板移載機構)125が設けられている。ウエハ移載機構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置(基板移載装置)125aと、ウエハ移載装置125aを昇降させるウエハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bと、を備えている。なお、ウエハ移載装置125aは、ウエハ200を水平姿勢で保持するツイーザ(基板保持体)125cを備えている。これらウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連続動作により、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からピックアップして後述するボート(基板保持具)217へ装填(ウエハチャージ)したり、ウエハ200をボート217から脱装(ウエハディスチャージ)して移載棚123上のカセット110内へ収納したりするように構成されている。
A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is provided behind the
筐体111の後部上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ(炉口開閉機構)147により開閉されるように構成されている。なお、処理炉202の構成については後述する。
A
処理炉202の下方には、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からボート(基板保持具)217へ装填・脱装する空間である移載室124が設けられている。移載室124内には、ボート217を昇降させて処理炉202内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ(基板保持具昇降機構)115が設けられている。ボートエレベータ115の昇降台には、連結具としてのアーム128が設けられている。アーム128上には、ボート217を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115によりボート217が上昇したときに処理炉202の下端部を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ219が水平姿勢で設けられている。
Below the
ボート217は複数本の保持部材を備えており、複数枚(例えば、50枚から150枚程度)のウエハ200を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。
The
カセット棚105の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット134aが設けられている。クリーンユニット134aは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体111の内部に流通させるように構成されている。
Above the
また、ウエハ移載装置エレベータ125bおよびボートエレベータ115の反対側、筐
体111の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置125a、ボート217を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体111の外部に排気されるように構成されている。
In addition, a clean unit (not shown) including a supply fan and a dustproof filter is installed on the opposite side of the wafer
(2)基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置101の動作について説明する。
(2) Operation of Substrate Processing Apparatus Next, the operation of the
まず、カセット110が、工場内搬送装置によってカセット搬入搬出口(図示せず)から搬入され、ウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、筐体111の後方に向けて90°回転させられる。その結果、カセット110内のウエハ200は水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口は筐体111内の後方を向く。
First, the
次に、カセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105(移載棚123を除く)ないし予備カセット棚107の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚105ないし予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは直接、移載棚123に搬送される。
Next, the
カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200は、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット110からピックアップされ、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連続動作によって移載室124の後方にあるボート217に装填(ウエハチャージ)される。ボート217にウエハ200を受け渡したウエハ移載機構125は、カセット110に戻り、次のウエハ200をボート217に装填する。
When the
予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填されると、処理炉202の下端部を閉じていた炉口シャッタ147が開放される。続いて、シールキャップ219がボートエレベータ115によって上昇されることにより、ウエハ200群を保持したボート217が処理炉202内へ搬入(ボートロード)される。ボートロードした後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ200およびカセット110は、上述の手順とは逆の手順で筐体111の外部へ搬出される。
When a predetermined number of
(3)処理炉の構成
続いて、本実施形態に係る処理炉202の構成について、図2、および図3を参照しながら説明する。図2は、図1に示す基板処理装置101の処理炉202の構成図であって、特に処理室201部分を断面図で示してある。また図3は、図2の処理炉202部分のA−A断面図である。
(3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the
(処理室)
本実施形態に係る処理炉202は、例えばALD(Atomic Layer Deposition)法によるバッチ式縦型ホットウォール型の処理炉として構成されている。図2に示すように、処理炉202は、反応管203とマニホールド209とを備えている。反応管203は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に構成されている。マニホールド209は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状に構成されている。反応管203は、マニホールド209により下端部側から縦向きに支持されている。反応管203の下端部、マニホールド209
の上部および下部の開口端部にはそれぞれ環状のフランジが設けられている。反応管203下端部とマニホールド209上端部のフランジとの間にはOリングなどの封止部材220が設けられ、両者の間は気密に封止されている。
(Processing room)
The
An annular flange is provided at each of the upper and lower opening end portions of each. A sealing
反応管203及びマニホールド209の内部には、基板としてのウエハ200を複数積層して収容する処理室201が形成されている。そして、基板保持具としてのボート217が、上述した基板保持具昇降機構としてのボートエレベータ115によって下方から処理室201内に挿入されるように構成されている。
Inside the
ボート217は、複数枚(例えば50枚から150枚程度)のウエハ200を、略水平状態で所定の隙間(基板ピッチ間隔)をもって多段に保持するように構成されている。ウエハ200を装填したボート217の最大外径は、反応管203及びマニホールド209の内径よりも小さくなるように構成されている。ボート217は、ボート217を保持する保持体としてのボート支持台218を介してシールキャップ219上に搭載されている。シールキャップ219はマニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。ボートエレベータ115が上昇した際には、マニホールド209下端部のフランジとシールキャップ219との間に設けられた封止部材220によって、両者の間は気密に封止されるように構成されている。先に述べた反応管203とマニホールド209との間、並びにマニホールド209とシールキャップ219との間が気密に封止されることで、処理室201内の気密性が保たれる。また、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を垂直方向に昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬送することが可能となっている。
The
シールキャップ219の下方には、回転機構267が設けられている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されており、処理室201内の気密性を保持したまま、複数のウエハ200を搭載したボート217を回転させることができるように構成されている。ボート217を回転させることで、ウエハ200の処理均一性を向上させることができる。
A
反応管203の外周には反応管203と同心円状の円筒形状に、加熱部としてのヒータ207が設けられており、処理室201内に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱するように構成されている。ヒータ207は、保持板としてのヒータベース210に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータベース210は、マニホールド209に固定されている。
On the outer periphery of the
反応管203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づき、ヒータ207への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、後述する多孔ノズル270a、270b、270cと同様に、L字形状に構成されており、反応管203の内壁に沿って設けられている。
A
(多孔ノズル)
処理室201内には、処理室201内にウエハ200の積層方向に沿って立設され、複数のガス供給口248a、248b、248cをそれぞれ有する多孔ノズル270a、270b、270cが配設されている。多孔ノズル270a、270b、270cは、垂直部と水平部とを有するL字形状にそれぞれ構成されている。多孔ノズル270a、270b、270cの垂直部は、反応管203の内壁を沿うように鉛直方向にそれぞれ配設されている。多孔ノズル270a、270b、270cの水平部は、マニホールド209の側壁をそれぞれ貫通するように設けられている。
(Porous nozzle)
In the
多孔ノズル270a、270b、270cの垂直部側面には、複数のガス供給口248a、248b、248cが鉛直方向に配列するようにそれぞれ設けられている。ガス供給口248a、248b、248cは、積層されたウエハ200の間にそれぞれ開口するように構成されている。ガス供給口248a、248b、248cは、処理室201内の略中心(処理室201内に搬入されたウエハ200の略中心)を向くようにそれぞれ構成されており、ガス供給口248a、248b、248cから供給されるガスは、それぞれ処理室201内の略中心に向けて噴射されるように構成されている。なお、ガス供給口248a、248b、248cの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一であってもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくなっていてもよい。
A plurality of
(酸素含有ガス供給部)
多孔ノズル270aの上流端(水平端)には、例えば酸素(O)含有ガスとしてのオゾン(O3)ガスを供給する酸素含有ガス供給管232aの下流端が接続されている。酸素含有ガス供給管232aには、上流側から順に図示しないO3ガス供給源、流量制御機構であるマスフローコントローラ241a、開閉弁であるバルブ252aが設けられている。バルブ252aを開けることにより、マスフローコントローラ241aにより流量制御しながら、O3ガス供給源から処理室201内にO3ガスを供給可能なように構成されている。
(Oxygen-containing gas supply unit)
The downstream end of an oxygen-containing
酸素含有ガス供給管232aのバルブ252aの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管234aの下流端が接続されている。不活性ガス供給管234aには、上流側から順に図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ243a、バルブ254aが設けられている。バルブ254aを開けることにより、マスフローコントローラ243aにより流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。不活性ガスを供給することで、例えばO3ガスの供給終了後、不活性ガスをパージして処理室201内に残留したO3ガスを排除したり、ガス供給管232a不使用時に他のガスを供給する場合に、他のガスの逆流を防止したりすることができる。
A downstream end of an inert
主に、酸素含有ガス供給管232a、O3ガス供給源、マスフローコントローラ241a、バルブ252a、多孔ノズル270a、ガス供給口248aにより、処理室201内に酸素含有ガスとしてのO3ガスを供給する酸素含有ガス供給部が構成される。
Oxygen that supplies O 3 gas as an oxygen-containing gas into the
なお、多孔ノズル270aは、図3に示すように、例えば多孔ノズル270b、270cと近接する位置に設けられている。ただし図2においては、多孔ノズル270a等の詳細な構造を示すため、便宜上、多孔ノズル270aを含む酸素含有ガス供給部を多孔ノズル270b、270cと対向する紙面右側の位置に図示している。
In addition, as shown in FIG. 3, the
(ジルコニウム含有ガス供給部)
ジルコニウム(Zr)含有ガスが、例えば液体原料としてのTEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム:Zr(NEtMe)4)を気化させて得られるTEMAZガスである場合について説明する。TEMAZは常温で液体であるため、処理室201内にTEMAZガスを供給するには、TEMAZを加熱して気化させてから供給する方法、キャリアガスとなるヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、窒素(N2)ガスなどの不活性ガスをTEMAZの液体の中に供給し、TEMAZを気化させたガスをキャリアガスと共に処理室201内へと供給する方法(バブリング方式)などがある。以下に述べるのは、例としてキャリアガスを使用したバブリング方式により、TEMAZガスを供給する場合の構成である。
(Zirconium-containing gas supply unit)
The case where the zirconium (Zr) -containing gas is, for example, a TEMAZ gas obtained by vaporizing TEMAZ (tetrakisethylmethylaminozirconium: Zr (NEtMe) 4 ) as a liquid raw material will be described. Since TEMAZ is a liquid at room temperature, in order to supply TEMAZ gas into the
多孔ノズル270bの上流端(水平端)には、Zr含有ガスとしてのTEMAZガスを供給するZr含有ガス供給管233bの下流端が接続されている。Zr含有ガス供給管233bの更に上流側には、TEMAZ容器261bを介して、キャリアガスを供給するキャリアガス供給管232bが設けられている。キャリアガス供給管232bには上流側から順に、図示しないキャリアガス供給源、マスフローコントローラ241b、バルブ252b、TEMAZ容器261bが設けられている。TEMAZ容器261b内にはTEMAZの液体が貯留されており、キャリアガス供給管232bの下流端はTEMAZの液体中に浸漬されている。そして、Zr含有ガス供給管233bの上流端はTEMAZ容器261b内のTEMAZの液面上方に配置されている。Zr含有ガス供給管233bの下流側にはバルブ253bが設けられ、Zr含有ガス供給管233bの下流端は、上述のように多孔ノズル270bの上流端に接続されている。Zr含有ガス供給管233bにはヒータ281bが設けられ、Zr含有ガス供給管233bを例えば130℃程度に保っている。バルブ252bを開けることにより、マスフローコントローラ241bにより流量制御しながら、キャリアガス供給源からTEMAZ容器261b内にキャリアガスを供給してTEMAZの気化ガスを発生させることが可能なように構成されている。そして、バルブ253bを開けることにより、TEMAZ容器261b内で気化させたTEMAZガスをキャリアガスと共に処理室201内に供給することが可能なように構成されている。
A downstream end of a Zr-containing
Zr含有ガス供給管233bのバルブ253bの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管234bの下流端が接続されている。不活性ガス供給管234bには、上流側から順に図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ243b、バルブ254bが設けられている。バルブ254bを開けることにより、マスフローコントローラ243bにより流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。
A downstream end of an inert
主に、キャリアガス供給管232b、キャリアガス供給源、マスフローコントローラ241b、バルブ252b、TEMAZ容器261b、Zr含有ガス供給管233b、バルブ253b、多孔ノズル270b、ガス供給口248bにより、処理室201内にZr含有ガスとしてのTEMAZガスを供給するZr含有ガス供給部が構成される。
Mainly in the
(チタン含有ガス供給部)
チタン(Ti)含有ガスが、例えば液体原料としてのテトラクロロチタン(TiCl4)を気化させて得られるTiCl4ガスである場合について説明する。TiCl4は常温で液体であるため、TEMAZの場合と同様、ここでは例としてキャリアガスを使用したバブリング方式により、TiCl4ガスを供給する場合の構成について述べる。
(Titanium-containing gas supply unit)
The case where the titanium (Ti) -containing gas is TiCl 4 gas obtained by vaporizing, for example, tetrachlorotitanium (TiCl 4 ) as a liquid raw material will be described. Since TiCl 4 is a liquid at room temperature, a configuration in the case of supplying TiCl 4 gas by a bubbling method using a carrier gas will be described as an example here as in the case of TEMAZ.
多孔ノズル270cの上流端(水平端)には、Ti含有ガスとしてのTiCl4ガスを供給するTi含有ガス供給管233cの下流端が接続されている。Ti含有ガス供給管233cの更に上流側には、TiCl4容器261cを介して、キャリアガスを供給するキャリアガス供給管232cが設けられている。キャリアガス供給管232cには、上流側から順に図示しないキャリアガス供給源、マスフローコントローラ241c、バルブ252c、TiCl4容器261cが設けられている。TiCl4容器261c内にはTiCl4の液体が貯留されており、キャリアガス供給管232cの下流端はTiCl4の液体中に浸漬されている。そして、Ti含有ガス供給管233cの上流端はTiCl4容器261c内のTiCl4の液面上方に配置されている。Ti含有ガス供給管233cの下流側にはバルブ253cが設けられ、Ti含有ガス供給管233cの下流端は、上述のように多孔ノズル270cの上流端に接続されている。Ti含有ガス供給管233cにはヒータ281cが設けられ、Ti含有ガス供給管233cを例えば40℃程度に保っている。バルブ252cを開けることにより、マスフローコントローラ241cにより流量制御しながら、キャリアガス供給源からTiCl4容器261c内にキャリアガスを供給してT
iCl4の気化ガスを発生させることが可能なように構成されている。そして、バルブ253cを開けることにより、TiCl4容器261c内で気化させたTiCl4ガスをキャリアガスと共に処理室201内に供給することが可能なように構成されている。
A downstream end of a Ti-containing
It is configured so that a vaporized gas of iCl 4 can be generated. By opening the
Ti含有ガス供給管233cのバルブ253cの下流側にはさらに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管234cの下流端が接続されている。不活性ガス供給管234cには、上流側から順に図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ243c、バルブ254cが設けられている。バルブ254cを開けることにより、マスフローコントローラ243cにより流量制御しながら、不活性ガス供給源から処理室201内に不活性ガスを供給可能なように構成されている。
A downstream end of an inert
主に、キャリアガス供給管232c、キャリアガス供給源、マスフローコントローラ241c、バルブ252c、TiCl4容器261c、Ti含有ガス供給管233c、バルブ253c、多孔ノズル270c、ガス供給口248cにより、処理室201内にTi含有ガスとしてのTiCl4ガスを供給するTi含有ガス供給部が構成される。
Mainly, in the
(排気部)
マニホールド209の側壁には、排気管231が接続されている。排気管231には、上流側から順に処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ251、真空排気装置としての真空ポンプ246が設けられている。APCバルブ251は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに弁を開度調節することが可能な開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、APCバルブ251の開閉弁の開度を調整することにより、処理室201内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。
(Exhaust part)
An
主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ251、真空ポンプ246により、処理室201内の雰囲気を排気する排気部が構成される。
The
なお、排気管231は、図3に示すように、例えば多孔ノズル270cと近接する位置に設けられている。ただし図2においては、排気管231等の詳細な構造を示すため、便宜上、排気管231を含む排気部を多孔ノズル270b、270cと対向する紙面右側の位置に図示している。
As shown in FIG. 3, the
(制御部)
制御部であるコントローラ280は、マスフローコントローラ241a、241b、241c、243a、243b、243c、APCバルブ251、バルブ252a、252b、252c、253b、253c、254a、254b、254c、温度センサ263、ヒータ207、圧力センサ245、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、マスフローコントローラ241a、241b、241c、243a、243b、243cの流量調整動作、APCバルブ251、バルブ252a、252b、252c、253b、253c、254a、254b、254cの開閉動作、APCバルブ251の圧力調整動作、温度センサ263の温度検出動作、ヒータ207の温度調整動作、圧力センサ245の圧力検出動作、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作の制御が行われる。
(Control part)
The
(4)半導体デバイスの製造方法
続いて、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばMIM構造のキャパシタを有するDRAM等の半導体デバイスの製造工程
の一工程として実施される。図4に、本実施形態に係る半導体デバイス1の主要構造部を示す。半導体デバイス1の主要構造部は、図5に示す工程に従って、例えばシリコン(Si)からなるウエハ200の上に、チタン窒化(TiN)膜からなる下部電極膜310、ジルコニウム酸化(ZrO)膜からなるシードバリア膜320、チタン酸化(TiO)膜からなるキャパシタ絶縁膜330、金(Au)膜からなる上部電極膜340をこの順に積層し、所定のレジストパターン(図示せず)をマスクとしてドライエッチング等により各膜をエッチングして形成される。
(4) Manufacturing Method of Semiconductor Device Next, the substrate processing process according to this embodiment will be described. The substrate processing process according to the present embodiment is performed as one process of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM having a capacitor having an MIM structure, for example. FIG. 4 shows main structural portions of the semiconductor device 1 according to the present embodiment. The main structure of the semiconductor device 1 is formed of a
上記半導体デバイス1が有するTiO膜等の高誘電率絶縁膜は、特にハーフピッチが40nm以降のDRAMにおけるキャパシタ絶縁膜への適用が検討されている。ハーフピッチが50nm程度のDRAMで用いられてきたHfO膜やZrO膜に替えて、例えばTiO膜を用いることで、キャパシタ絶縁膜の誘電率を高めて等価酸化膜厚(EOT:Equivalent Oxide Thickness)を低減することが可能となる。 Application of the high dielectric constant insulating film such as a TiO film of the semiconductor device 1 to a capacitor insulating film in a DRAM having a half pitch of 40 nm or more is being studied. In place of the HfO film and the ZrO film that have been used in the DRAM having a half pitch of about 50 nm, for example, a TiO film is used, so that the dielectric constant of the capacitor insulating film is increased and an equivalent oxide film thickness (EOT: Equivalent Oxide Thickness) is increased. It becomes possible to reduce.
TiO膜をキャパシタ絶縁膜に適用するにあたっては、誘電率に影響を及ぼすTiO膜の結晶構造の制御、及びバンドギャップが小さいTiO膜のリーク電流密度の低減が課題となる。本実施形態においては上記課題を解決するため、TiO膜の結晶構造の種膜(シード膜)となり、かつ、リーク電流防止膜(バリア膜)となる所定の結晶構造を備えるZrO膜をシードバリア膜として形成する。以下、本実施形態に係る各工程について詳述する。 When the TiO film is applied to the capacitor insulating film, there are problems in controlling the crystal structure of the TiO film that affects the dielectric constant and reducing the leakage current density of the TiO film having a small band gap. In this embodiment, in order to solve the above-described problem, a ZrO film having a predetermined crystal structure that becomes a seed film (seed film) of a crystal structure of a TiO film and also serves as a leakage current prevention film (barrier film) is used as a seed barrier film. Form as. Hereinafter, each process according to the present embodiment will be described in detail.
〔下部電極膜形成工程〕
まず、処理炉202における基板処理工程に先駆けて、本実施形態に係る処理炉202とは異なる処理炉にて、Siからなるウエハ200上に下部電極膜としてのTiN膜を形成する。このときTiN膜は、例えば非ルチル型構造の結晶構造を持つ結晶質膜として形成される。
[Lower electrode film formation process]
First, prior to the substrate processing step in the
〔処理炉202による基板処理工程〕
続いて、本実施形態に係る処理炉202により実施される基板処理工程として、例えばALD法を用いた成膜について説明する。例えば従来のCVD(Chemical Vapor Deposition)法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを基板に同時に供給し、またALD法であれば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを基板に交互に供給する。そして、ガス供給時の供給流量、供給時間、処理室201内の温度、プラズマ方式の場合はプラズマパワー等の成膜条件を制御することにより、シリコン酸化(SiO)膜やシリコン窒化(SiN)膜等を形成する。例えばSiO膜の形成においては、膜の組成比が化学量論組成であるO/Si≒2となるように成膜条件を制御する。SiN膜の形成においては、膜の組成比が化学量論組成であるN/Si≒1.33となるように成膜条件を制御する。
[Substrate processing step by the processing furnace 202]
Subsequently, as a substrate processing step performed by the
あるいは、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、成膜条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち、少なくともひとつの元素が他の元素よりも化学量論組成に対して過剰となるように、成膜条件を制御する。このように、形成される膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ、成膜を行なうことが可能である。 Alternatively, the film formation conditions can be controlled so that the composition ratio of the film to be formed becomes a predetermined composition ratio different from the stoichiometric composition. That is, the film formation conditions are controlled so that at least one element out of a plurality of elements constituting the film to be formed becomes excessive with respect to the stoichiometric composition than the other elements. As described above, film formation can be performed while controlling the ratio of a plurality of elements constituting the film to be formed, that is, the composition ratio of the film.
上述のように、ALD法においては所望の膜を構成する元素の含有ガスを1種類ずつ交互に基板に供給し、1原子層単位で基板上に吸着させて表面反応により成膜を行なう。例えばSiO膜の場合、シリコン(Si)含有ガスと酸素(O)含有ガスとをそれぞれ供給する工程を1サイクルとし、成膜速度が0.1nm/サイクルであれば、20サイクルを実施することで2nmのSiO膜を形成できる。 As described above, in the ALD method, a gas containing an element constituting a desired film is alternately supplied to the substrate one by one and adsorbed on the substrate in units of one atomic layer to form a film by surface reaction. For example, in the case of a SiO film, the process of supplying each of a silicon (Si) -containing gas and an oxygen (O) -containing gas is one cycle, and if the deposition rate is 0.1 nm / cycle, 20 cycles are performed A 2 nm SiO film can be formed.
以下、ALD法により異なる種類の元素を含む複数種類のガスを基板に交互に供給して、化学量論組成を主要組成とする膜を形成するシーケンス例について説明する。本実施形態に係るZrO膜の化学量論組成はO/Zr≒2であり、以下に形成するZrO膜は、ZrO2を含む任意の組成比を持つジルコニウム酸化膜である。また、本実施形態に係るTiO膜の化学量論組成はO/Ti≒2であり、以下に形成するTiO膜は、TiO2を含む任意の組成比を持つチタン酸化膜である。 Hereinafter, an example of a sequence for forming a film having a stoichiometric composition as a main composition by alternately supplying a plurality of types of gases containing different types of elements to the substrate by the ALD method will be described. The stoichiometric composition of the ZrO film according to this embodiment is O / Zr≈2, and the ZrO film to be formed below is a zirconium oxide film having an arbitrary composition ratio including ZrO 2 . The stoichiometric composition of the TiO film according to this embodiment is O / Ti≈2, and the TiO film formed below is a titanium oxide film having an arbitrary composition ratio including TiO 2 .
図6は、処理炉202により実施される基板処理工程のフロー図である。また、図7は、本実施形態に係る各ガスの供給を交互に繰り返す際のそれぞれのガス供給タイミングを例示するタイミングチャート図である。以下の説明において、図2に示す処理炉202を構成する各部の動作は、コントローラ280により制御される。
FIG. 6 is a flowchart of a substrate processing process performed by the
(基板搬入工程S10)
まず、TiN膜が形成された複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。そして、複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータ115によって持ち上げて処理室201内に搬入(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ219は封止部材220を介してマニホールド209の下端を気密に封止した状態となる。基板搬入工程S10においては、バルブ254a、254b、254cを開けて、処理室201内にN2ガス等のパージガスとしての不活性ガスを供給し続けることが好ましい。
(Substrate carrying-in process S10)
First, a plurality of
(減圧工程S20、昇温工程S30)
続いて、バルブ254a、254b、254cを閉じ、処理室201内を真空ポンプ246により排気する。また、ウエハ200が所望の温度、具体的には150℃以上350℃以下の範囲内であって、例えば250℃となるように、ヒータ207によって処理室201内の温度を制御する。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構267によりボート217を回転させ、ウエハ200の回転を開始する。
(Decompression step S20, temperature raising step S30)
Subsequently, the
なお、基板搬入工程S10〜昇温工程S30と並行して、液体原料としてのTEMAZを気化させたZr含有ガスとしてのTEMAZガスを生成(予備気化)させておく。すなわち、バルブ253bを閉じたまま、バルブ252bを開けることにより、マスフローコントローラ241bにより流量制御しながら、図示しないキャリアガス供給源からTEMAZ容器261b内にキャリアガスを供給して、予めTEMAZガスを気化させておく。TEMAZガスが不使用のときは、気化されたTEMAZガスを、例えば図示しない排気管によって処理室201をバイパスして排気しておく。
In parallel with the substrate loading step S10 to the temperature raising step S30, a TEMAZ gas as a Zr-containing gas obtained by vaporizing TEMAZ as a liquid raw material is generated (preliminary vaporization). That is, by opening the
また、このとき、液体原料としてのTiCl4を気化させたTi含有ガスとしてのTiCl4ガスを生成(予備気化)させておく。すなわち、バルブ253cを閉じたまま、バルブ252cを開けることにより、マスフローコントローラ241cにより流量制御しながら、図示しないキャリアガス供給源からTiCl4容器261c内にキャリアガスを供給して、予めTiCl4ガスを気化させておく。TiCl4ガスが不使用のときは、気化されたTiCl4ガスを、例えば図示しない排気管によって処理室201をバイパスして排気しておく。
At this time, it keeps the TiCl 4 gas as Ti-containing gas obtained by vaporizing the TiCl 4 as the liquid raw material to generate (preliminary vaporization). That is, by opening the
バブリング方式により、TEMAZガスやTiCl4ガスを安定した状態で供給するには、ガスの気化のため所定の時間を要する。後述するガスの供給開始に先駆けて、上記のように予めTEMAZガスやTiCl4ガスを気化させておくことで安定供給可能な状態
としておくことができる。
In order to supply the TEMAZ gas and the TiCl 4 gas in a stable state by the bubbling method, a predetermined time is required for gas vaporization. Prior to the start of gas supply to be described later, the TEMAZ gas or TiCl 4 gas can be vaporized in advance as described above to ensure a stable supply state.
(ジルコニウム酸化膜形成工程S40)
後述するキャパシタ絶縁膜としてのTiO膜の形成にあたっては、TiO膜の下地膜の結晶構造が、TiO膜の結晶構造に影響を及ぼし得る。つまり、下部電極膜上に直接的にTiO膜を形成すると、下部電極膜が何であるかがTiO膜の結晶構造に影響を及ぼす。例えば、ルチル型の結晶構造をとるルテニウム(Ru)膜を下地膜とした場合、誘電率の高いルチル型のTiO膜が得られやすい。しかし、例えばTiN膜を下地膜とした場合、その上に形成されるTiO膜は、ルチル型(比誘電率:114)やブルッカイト型(比誘電率:78)よりも誘電率の低いアナターゼ型(比誘電率:48)となってしまい易い。
(Zirconium oxide film forming step S40)
In forming a TiO film as a capacitor insulating film, which will be described later, the crystal structure of the base film of the TiO film can affect the crystal structure of the TiO film. That is, when a TiO film is directly formed on the lower electrode film, what the lower electrode film is has an influence on the crystal structure of the TiO film. For example, when a ruthenium (Ru) film having a rutile crystal structure is used as a base film, a rutile TiO film having a high dielectric constant is easily obtained. However, for example, when a TiN film is used as a base film, the TiO film formed thereon is an anatase type (dielectric constant: 114) or an anatase type (dielectric constant: 78) having a lower dielectric constant than a rutile type (relative dielectric constant: 78). Dielectric constant: 48).
そこで本実施形態においては、TiO膜の下地膜として、TiN膜の上にシードバリア膜としてのZrO膜を形成する。すなわち、後述する図6のS41〜S44を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する(S45)ことにより、TiN膜の上に所定膜厚のZrO膜を形成する。このとき、ZrO膜は、例えば非晶質膜として形成される。その後、相転移工程S46にて、ZrO膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと相転移させる。 Therefore, in this embodiment, a ZrO film as a seed barrier film is formed on the TiN film as a base film for the TiO film. That is, S41 to S44 of FIG. 6 described later is one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times (S45), thereby forming a ZrO film having a predetermined thickness on the TiN film. At this time, the ZrO film is formed as an amorphous film, for example. Thereafter, in the phase transition step S46, at least a part of the crystal structure of the ZrO film is phase-transformed into a cubic structure or a tetragonal structure.
このように、TiO膜をTiN膜の上に直接形成するのではなく、立方晶系又は正方晶系の結晶構造を少なくとも一部に有するZrO膜を下地膜とし、これを介してTiO膜を形成することで、TiN膜の影響を抑え、TiO膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とすることができ、TiO膜の誘電率を高めることができる。また、ZrO膜により、リーク電流密度の低減を図ることが可能である。以下、ジルコニウム含有ガス供給工程S41〜相転移工程S46について詳述する。 In this way, the TiO film is not formed directly on the TiN film, but a ZrO film having at least a part of a cubic or tetragonal crystal structure is used as a base film, and a TiO film is formed therethrough. As a result, the influence of the TiN film can be suppressed, the crystal structure of at least a part of the TiO film can be changed to a brookite structure or a rutile structure, and the dielectric constant of the TiO film can be increased. Further, the leakage current density can be reduced by the ZrO film. Hereinafter, the zirconium-containing gas supply step S41 to the phase transition step S46 will be described in detail.
(ジルコニウム含有ガス供給工程S41)
ジルコニウム含有ガス供給工程S41では、処理室201内にZr含有ガスとしてのTEMAZガスを流し、TiN膜の上にTEMAZ分子等を吸着させる。具体的には、バルブ253bを開けることにより、TEMAZ容器261b内で気化させたTEMAZガスをキャリアガスと共に処理室201内に供給する。このとき、APCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を30Pa以上500Pa以下の範囲内であって、例えば100Paに維持する。TEMAZガスとともに供給するキャリアガスの流量は、例えば5slmとする。TEMAZガス(及びキャリアガス)の供給時間は、例えば1秒以上360秒以下の範囲内とする。所定時間が経過したら、バルブ253bを閉じ、TEMAZガスの供給を停止する。
(Zirconium-containing gas supply step S41)
In the zirconium-containing gas supply step S41, a TEMAZ gas as a Zr-containing gas is flowed into the
なお、Zr含有ガスを供給する間、酸素含有ガス供給管232aに接続される不活性ガス供給管234a、およびTi含有ガス供給管233cに接続される不活性ガス供給管234cのバルブ254a、254cを開けて不活性ガスを流すと、酸素含有ガス供給管232a及びTi含有ガス供給管233cの側にTEMAZガスが回り込むのを防ぐことができる。
During the supply of the Zr-containing gas, the inert
このとき処理室201内に流れているガスは、TEMAZガス並びにN2ガス等の不活性ガスのみであり、O3ガス等の酸素含有ガスは存在しない。したがって、TEMAZガスは気相反応を起こすことなく、ウエハ200上のTiN膜の表面部分と化学吸着(表面反応)を起こして、TEMAZ分子の吸着層またはZr層を形成する。TEMAZ分子の吸着層とは、TEMAZ分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Zr層とは、Zrにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるZr薄膜をも含む。なお、以下においては、これらすべてを指してZr含有層ともいう。
At this time, the gas flowing into the
(排気工程S42)
バルブ252b、253bを閉じ、処理室201内へのTEMAZガスの供給を停止した後は、APCバルブ251を開けて処理室201内の雰囲気を排気し、残留しているTEMAZの気化ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、不活性ガス供給管234a、234b、234cからそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ234a、234b、234cを閉じて排気工程S42を終了する。
(Exhaust process S42)
After the
(酸素含有ガス供給工程S43)
酸素含有ガス供給工程S43では、処理室201内に酸素含有ガスとしてのO3ガスを流し、TiN膜の上にZrO層を形成する。具体的には、バルブ252aを開けることにより、マスフローコントローラ241aにより流量制御しながら、図示しないO3ガス供給源から処理室201内にO3ガスを供給する。このとき、APCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を30Pa以上500Pa以下の範囲であって、例えば130Paに維持する。また、O3ガスの濃度を例えば250g/m3とし、O3ガスの流量を例えば15slmとする。O3ガスの供給時間は、例えば120秒とする。所定時間が経過したら、バルブ252aを閉じ、O3ガスの供給を停止する。
(Oxygen-containing gas supply step S43)
In the oxygen-containing gas supply step S43, an O 3 gas as an oxygen-containing gas is flowed into the
なお、ZrO膜の成膜初期、具体的にはZrOが0.5nm〜2nm程度の層であるときには、O3ガスを比較的低濃度とすると、下地のTiN膜が酸化されるのを抑制することができる。一方、形成途中のZrO層がTiN膜の酸化を充分に抑制できる厚さとなったら、O3ガスを高濃度とすると、形成されるZrO膜の中の不純物を低減させることができ、膜質を向上させることができる。具体的には、ZrO膜の成膜初期にはO3ガスを200g/N・m3以下とし、それ以降は200g/N・m3以上とする。 Note that when the ZrO film is initially formed, specifically, when ZrO is a layer having a thickness of about 0.5 nm to 2 nm, the underlying TiN film is prevented from being oxidized by setting the O 3 gas to a relatively low concentration. be able to. On the other hand, when the ZrO layer being formed has a thickness that can sufficiently suppress the oxidation of the TiN film, increasing the concentration of O 3 gas can reduce impurities in the formed ZrO film and improve the film quality. Can be made. Specifically, the O 3 gas is set to 200 g / N · m 3 or less at the initial stage of the formation of the ZrO film, and thereafter 200 g / N · m 3 or more.
また、酸素含有ガスを供給する間、Zr含有ガス供給管233bに接続される不活性ガス供給管234b、およびTi含有ガス供給管233cに接続される不活性ガス供給管234cのバルブ254b、254cを開けて不活性ガスを流すと、Zr含有ガス供給管233b及びTi含有ガス供給管233cの側にO3ガスが回り込むことを防ぐことができる。
Further, while supplying the oxygen-containing gas, the inert
このようにO3ガスを供給することにより、TiN膜の上に吸着したZr含有層が酸化されて、1原子層未満から数原子層のZrOの薄膜がTiN膜の上に形成される。 By supplying the O 3 gas in this way, the Zr-containing layer adsorbed on the TiN film is oxidized, and a ZrO thin film of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the TiN film.
(排気工程S44)
バルブ252aを閉じ、処理室201内へのO3ガスの供給を停止した後は、APCバルブ251を開けて処理室201内の雰囲気を排気し、残留しているO3ガス等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、不活性ガス供給管234a、234b、234cからそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。
(Exhaust process S44)
After the
(所定回数実施工程S45)
上記S41〜S44を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、TiN膜の上に所定膜厚のZrO膜を形成する。図7に、上述のサイクルをm回実施する例を示す。図7の横軸は経過時間を示し、縦軸は各ガスの供給タイミングを示している。サイクルの実施回数(mの数値)を任意に変えることで、形成されるZrO膜の厚さを制御することができる。
(Predetermined number of execution steps S45)
The S41 to S44 are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a ZrO film having a predetermined thickness on the TiN film. FIG. 7 shows an example in which the above cycle is performed m times. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the supply timing of each gas. The thickness of the ZrO film to be formed can be controlled by arbitrarily changing the number of cycles (the value of m).
なお、ZrO膜の膜厚は、例えば4nm以上とする。このようにZrO膜の膜厚を制御して所定膜厚以上とすることにより、後述する相転移工程S46にて、ZrO膜の少なく
とも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと、より確実に相転移させることができる。これによって、ZrO膜の上に形成されるTiO膜を所定の結晶構造とすることができ、誘電率を高めてEOTを低減させることが可能となる。
Note that the thickness of the ZrO film is, for example, 4 nm or more. Thus, by controlling the film thickness of the ZrO film to be equal to or larger than the predetermined film thickness, at least a part of the crystal structure of the ZrO film is changed to a cubic structure or a tetragonal structure in a phase transition step S46 described later. Thus, the phase transition can be more reliably performed. As a result, the TiO film formed on the ZrO film can have a predetermined crystal structure, and the dielectric constant can be increased and EOT can be reduced.
またこのとき、ZrO膜の膜厚は、例えば12nm以下とする。デバイス構造上の観点からは、キャパシタ構造全体の膜厚が増すことは好ましくないからである。つまり、キャパシタ構造全体の膜厚を抑えるためには、上記の相転移が可能な膜厚の範囲内で、ZrO膜をなるべく薄膜化することが好ましい。 At this time, the thickness of the ZrO film is, for example, 12 nm or less. This is because it is not preferable to increase the film thickness of the entire capacitor structure from the viewpoint of the device structure. That is, in order to suppress the film thickness of the entire capacitor structure, it is preferable to make the ZrO film as thin as possible within the range of the film thickness that allows the phase transition.
(相転移工程S46)
所定膜厚のZrO膜が形成されたら、バルブ254a、254b、254cを開けて、処理室201内にN2ガス等の不活性ガスを供給する。また、ヒータ207への通電具合を制御して、ウエハ200を例えば350℃以上450℃以下の温度に昇温する。このとき、APCバルブ251の開度を調整して、処理室201内圧力を10Pa以上500Pa以下の範囲内であって、例えば20Paに維持する。不活性ガスの流量は、例えば1slm以上10slm以下の範囲内であって、例えば5slmとする。不活性ガスの供給時間は、例えば1秒以上3時間以下の範囲内とする。所定時間が経過したら、ウエハ200が、例えば次に実施するチタン酸化膜形成工程S50における処理温度、具体的には450℃以下の所定温度になるよう、ヒータ207への通電具合を制御する。また、バルブ254a、254b、254cを閉じ、不活性ガスの供給を停止する。
(Phase transition step S46)
When the ZrO film having a predetermined thickness is formed, the
上記のようにZrO膜を昇温することにより、加熱による相転移が起こり、ZrO膜の少なくとも一部の結晶構造が立方晶系構造又は正方晶系構造となる。このとき、上述のように、ZrO膜の膜厚を例えば4nm以上に制御しておくことで、より確実にZrO膜の結晶構造を相転移させることが可能となる。 By raising the temperature of the ZrO film as described above, a phase transition due to heating occurs, and at least a part of the crystal structure of the ZrO film becomes a cubic structure or a tetragonal structure. At this time, as described above, by controlling the film thickness of the ZrO film to, for example, 4 nm or more, it becomes possible to more reliably phase-transform the crystal structure of the ZrO film.
(チタン酸化膜形成工程S50)
続いて、ZrO膜の上にキャパシタ絶縁膜としてのTiO膜を形成する。すなわち、図6のS51〜S54を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する(S55)ことにより、ZrO膜の上に所定膜厚のTiO膜を形成する。少なくとも一部が立方晶系構造又は正方晶系構造となっているZrO膜の上にTiO膜を形成することで、TiO膜は、少なくとも一部がブルッカイト型構造又はルチル型構造に形成される。
(Titanium oxide film forming step S50)
Subsequently, a TiO film as a capacitor insulating film is formed on the ZrO film. That is, S51 to S54 in FIG. 6 are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times (S55), thereby forming a TiO film having a predetermined thickness on the ZrO film. By forming a TiO film on a ZrO film having at least a part of a cubic structure or a tetragonal structure, at least a part of the TiO film is formed into a brookite structure or a rutile structure.
(チタン含有ガス供給工程S51)
チタン含有ガス供給工程S51では、処理室201内にTi含有ガスとしてのTiCl4ガスを流し、ZrO膜の上にTiCl4分子等を吸着させる。具体的には、バルブ253cを開けることにより、TiCl4容器261c内で気化させたTiCl4ガスをキャリアガスと共に処理室201内に供給する。このときAPCバルブ251の開度を調整して、処理室201内の圧力を30Pa以上500Pa以下の範囲内であって、例えば100Paに維持する。TiCl4ガスとともに供給するキャリアガスの流量は、例えば3slmとする。TiCl4ガス(及びキャリアガス)の供給時間は、例えば40秒とする。所定時間が経過したら、バルブ253cを閉じ、TiCl4ガスの供給を停止する。
(Titanium-containing gas supply step S51)
In the titanium-containing gas supply step S51, TiCl 4 gas as a Ti-containing gas is flowed into the
なお、Ti含有ガスを供給する間、酸素含有ガス供給管232aに接続される不活性ガス供給管234aおよび、Zr含有ガス供給管233bに接続される不活性ガス供給管234bのバルブ254a、254bを開けて不活性ガスを流すと、酸素含有ガス供給管232a及びZr含有ガス供給管233bの側にTiCl4ガスが回り込むことを防ぐことができる。
During the supply of the Ti-containing gas, the inert
このとき処理室201内に流れているガスは、TiCl4ガス並びにN2ガス等の不活
性ガスのみであり、O3ガス等の酸素含有ガスは存在しない。したがって、TiCl4ガスは気相反応を起こすことなく、ZrO膜の表面部分と化学吸着(表面反応)を起こして、TiCl4分子の吸着層またはTi層を形成する。TiCl4分子の吸着層とは、TiCl4分子の連続的な吸着層のほか、不連続な吸着層をも含む。Ti層とは、Tiにより構成される連続的な層のほか、これらが重なってできるTi薄膜をも含む。なお、以下においては、これらすべてを指してTi含有層ともいう。
At this time, the gas flowing into the
(排気工程S52)
バルブ252c、253cを閉じ、処理室201内へのTiCl4ガスの供給を停止した後は、APCバルブ251を開けて処理室201内を排気し、残留しているTiCl4の気化ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、不活性ガス供給管234a、234b、234cからそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ234a、234b、234cを閉じて排気工程S52を終了する。
(Exhaust process S52)
After the
(酸素含有ガス供給工程S53)
酸素含有ガス供給工程S53では、上述の酸素含有ガス供給工程S43と同様の手順にて、処理室201内に酸素含有ガスとしてのO3ガスを流し、ZrO膜の上にTiO層を形成する。また、処理条件についても、酸素含有ガス供給工程S43と同様とすることができるが、O3ガスの供給時間は例えば60秒とする。また、このとき、酸素含有ガス供給工程S43と同様、処理室201内に不活性ガスを供給してもよい。
(Oxygen-containing gas supply step S53)
In the oxygen-containing gas supply step S53, an O 3 gas as an oxygen-containing gas is flowed into the
このようにO3ガスを供給することにより、ZrO膜の上に吸着したTi含有層が酸化されて、1原子層未満から数原子層のTiOの薄膜がZrO膜の上に形成される。 By supplying the O 3 gas in this way, the Ti-containing layer adsorbed on the ZrO film is oxidized, and a TiO thin film having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the ZrO film.
(排気工程S54)
上述の排気工程S44と同様の手順にて、処理室201内から残留ガスを排除する。このとき、不活性ガスをパージしてもよい。
(Exhaust process S54)
Residual gas is removed from the
(所定回数実施工程S55)
上記S51〜S54を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、ZrO膜の上に所定膜厚、例えば6nm以上15nm以下のTiO膜を形成する。図7に、上述のサイクルをn回実施する例を示す。サイクルの実施回数(nの数値)を任意に変えることで、形成されるTiO膜の厚さを制御することができる。
(Predetermined number of execution steps S55)
The above S51 to S54 are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a TiO film having a predetermined film thickness, for example, 6 nm to 15 nm on the ZrO film. FIG. 7 shows an example in which the above cycle is performed n times. The thickness of the TiO film to be formed can be controlled by arbitrarily changing the number of cycles (the value of n).
TiN膜の上に直接TiO膜を形成した場合、上述のように、アナターゼ型のTiO膜となってしまい易い。例えばこれを、上記相転移工程S46のような加熱によりルチル型やブルッカイト型のTiO膜に相転移させようとすると、TiO膜の膜厚を50nm以上に形成したうえで、800℃以上の高温での加熱処理が必要となってしまう。TiO膜の膜厚がこのように厚くなってしまうことはデバイス構造上好ましくなく、高温での加熱処理は半導体デバイス、特に電極特性に悪影響を及ぼしかねない。 When a TiO film is directly formed on a TiN film, as described above, an anatase TiO film is likely to be formed. For example, if this is to be phase-transformed into a rutile or brookite type TiO film by heating as in the phase transition step S46, the TiO film is formed to a thickness of 50 nm or more, and at a high temperature of 800 ° C. or more. This heat treatment becomes necessary. Such a thick TiO film is not preferable in terms of the device structure, and heat treatment at a high temperature may adversely affect semiconductor devices, particularly electrode characteristics.
しかし、本実施形態によれば、立方晶系又は正方晶系の結晶構造を少なくとも一部に有するZrO膜を介してTiO膜を形成する。これにより、加熱による相転移を経るまでもなく、少なくとも一部の結晶構造がブルッカイト型構造又はルチル型構造となったTiO膜を、450℃以下の温度にて形成することができる。このとき、TiO膜の膜厚としては、デバイス構造上の観点から好ましい膜厚、例えば上述のように、6nm以上15nm以下の膜厚を選択することができる。 However, according to the present embodiment, the TiO film is formed through the ZrO film having at least a part of the cubic or tetragonal crystal structure. As a result, a TiO film having at least a part of the crystal structure of a brookite structure or a rutile structure can be formed at a temperature of 450 ° C. or less without going through a phase transition by heating. At this time, as the film thickness of the TiO film, a film thickness that is preferable from the viewpoint of the device structure, for example, a film thickness of 6 nm or more and 15 nm or less can be selected as described above.
(降温工程S60、常圧復帰工程S70)
所望の膜厚のZrO膜及びTiO膜が形成されたら、ヒータ207への電力供給を停止し、ボート217およびウエハ200を所定の温度にまで降下させる。温度を降下させる間、バルブ254a、254b、254cを開放したまま維持し、処理室201内にパージガスの供給を継続する。これにより、処理室201内をパージガスで置換すると共に、処理室201内の圧力を常圧に復帰させる。
(Temperature drop step S60, normal pressure return step S70)
When the ZrO film and the TiO film having desired thicknesses are formed, the power supply to the
(基板搬出工程S80)
ウエハ200が所定の温度にまで降下し、処理室201内が常圧に復帰したら、上述の手順とは逆の手順により、成膜後のウエハ200を処理室201内から搬出する。すなわち、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を下降して、マニホールド209の下端を開口するとともに、処理済のウエハ200をボート217に保持した状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。なお、ボート217を搬出するときには、バルブ254a,254b,254cを開け、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。以上により、処理炉202による基板処理工程を終了する。
(Substrate unloading step S80)
When the
〔上部電極膜形成工程〕
図5に示す上部電極膜形成工程は、例えば処理炉202とは異なる処理炉にて行なう。先の工程で形成したTiO膜の上に上部電極膜としてのAu膜を形成する。以上の工程を経て、本実施形態に係る半導体デバイス1の製造工程の一工程を終了する。
[Upper electrode film formation process]
The upper electrode film forming step shown in FIG. 5 is performed in a processing furnace different from the
(5)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつまたは複数の効果を奏する。
(5) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
(a)本実施形態によれば、TiN膜上にTiO膜を直接形成するのではなく、少なくとも一部の結晶構造が立方晶系構造又は正方晶系構造となっているZrO膜の上にTiO膜を形成する。これによって、TiN膜の上部に形成するTiO膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とし、TiO膜の誘電率を高めることが可能となる。 (A) According to the present embodiment, a TiO film is not directly formed on a TiN film, but a TiO film is formed on a ZrO film in which at least a part of the crystal structure is a cubic structure or a tetragonal structure. A film is formed. As a result, at least a part of the crystal structure of the TiO film formed on the TiN film has a brookite structure or a rutile structure, and the dielectric constant of the TiO film can be increased.
キャパシタ絶縁膜としてのTiO膜を形成する際、TiO膜の結晶構造は、TiO膜の下地膜としてどのような膜を選択するかにより影響を受け得る。例えば、TiN膜を下地膜としてTiO膜を形成した場合には、ルチル型やブルッカイト型よりも誘電率の低いアナターゼ型のTiO膜となってしまい易い。 When forming the TiO film as the capacitor insulating film, the crystal structure of the TiO film can be influenced by what kind of film is selected as the base film of the TiO film. For example, when a TiO film is formed using a TiN film as a base film, an anatase TiO film having a dielectric constant lower than that of a rutile or brookite type is likely to be obtained.
上記結晶構造による誘電率の違いは、それぞれの結晶内部の分極子密度の違いにより生じる。図8は、本実施形態に係るTiO膜の同一分子数あたりの結晶構造の違いを示す図面であって、(a)はアナターゼ型構造の結晶状態を示す模式図であり、(b)はブルッカイト型構造の結晶状態を示す模式図である。図中、黒球がTi原子であり、白球がO原子である。図8(b)に示すように、TiO膜がブルッカイト型構造をとる場合、図8(a)のアナターゼ型構造に比べて同一分子数あたりの表面積が減少し、電荷密度が上がって誘電率が高くなる。 The difference in dielectric constant due to the crystal structure is caused by the difference in polarizer density inside each crystal. FIG. 8 is a drawing showing the difference in crystal structure per number of molecules of the TiO film according to the present embodiment, where (a) is a schematic diagram showing the crystal state of the anatase structure, and (b) is brookite. It is a schematic diagram which shows the crystal state of a mold structure. In the figure, black spheres are Ti atoms and white spheres are O atoms. As shown in FIG. 8B, when the TiO film has a brookite structure, the surface area per the same number of molecules is reduced compared to the anatase structure in FIG. 8A, the charge density is increased, and the dielectric constant is increased. Get higher.
本実施形態では、TiO膜の結晶構造の種膜(シード膜)となるZrO膜を介してTiO膜を形成するので、TiN膜の上部にTiO膜を形成する場合であっても、TiO膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とし、TiO膜の誘電率を高めることが可能となる。したがって、誘電率の高いキャパシタ絶縁膜が得られ、EOTを低減することができる。 In this embodiment, since the TiO film is formed via the ZrO film that becomes the seed film (seed film) of the crystal structure of the TiO film, even if the TiO film is formed on the TiN film, the TiO film At least a part of the crystal structure can be a brookite structure or a rutile structure, and the dielectric constant of the TiO film can be increased. Therefore, a capacitor insulating film having a high dielectric constant can be obtained, and EOT can be reduced.
(b)また、本実施形態によれば、ZrO膜の膜厚を、加熱による相転移が可能となるような膜厚以上に制御する。これによって、より確実にZrO膜の少なくとも一部の相転移を起こさせ、TiO膜の結晶構造をより確実に制御することができる。 (B) Further, according to the present embodiment, the thickness of the ZrO film is controlled to be equal to or greater than a thickness that enables phase transition by heating. Thereby, it is possible to cause the phase transition of at least a part of the ZrO film more reliably and to control the crystal structure of the TiO film more reliably.
(c)また、本実施形態によれば、上記所定の結晶構造を有するZrO膜の上に形成されるTiO膜は、少なくとも一部の結晶構造がブルッカイト型構造又はルチル型構造に形成される。よって、所望の結晶構造を得るために、例えばTiO膜を加熱して相転移させるなどの工程が不要となる。 (C) Further, according to the present embodiment, at least a part of the TiO film formed on the ZrO film having the predetermined crystal structure has a brookite structure or a rutile structure. Therefore, in order to obtain a desired crystal structure, for example, a step such as heating the TiO film to cause phase transition is not necessary.
例えばアナターゼ型構造に形成されたTiO膜を、加熱によりルチル型やブルッカイト型のTiO膜に相転移させるには、TiO膜は所定値以上の膜厚、例えば50nm以上の膜厚を有していなければならず、加熱温度は例えば800℃以上を要する。 For example, in order to change the phase of a TiO film formed in an anatase structure into a rutile or brookite type TiO film by heating, the TiO film must have a film thickness of a predetermined value or more, for example, a film thickness of 50 nm or more. The heating temperature must be 800 ° C. or higher, for example.
しかし、本実施形態では、加熱による相転移を経ずとも所望の結晶構造のTiO膜を得ることができる。すなわち、450℃以下の比較的低温の成膜条件にて電極特性への悪影響を抑えつつ、TiO膜の膜厚をデバイス構造上好ましい膜厚、例えば6nm以上15nm以下の範囲とすることができる。 However, in this embodiment, a TiO film having a desired crystal structure can be obtained without undergoing phase transition by heating. That is, the film thickness of the TiO film can be set to a film thickness preferable for the device structure, for example, in the range of 6 nm to 15 nm, while suppressing adverse effects on the electrode characteristics under relatively low temperature film formation conditions of 450 ° C. or lower.
(d)また、本実施形態によれば、ジルコニウム酸化膜形成工程S40と、チタン酸化膜形成工程S50と、をそれぞれ1回ずつ行って、ZrO膜とTiO膜との二層構造を形成している。これによって、ZrO膜がリーク電流防止膜(バリア膜)としての役割を果たし、キャパシタ絶縁膜としてのTiO膜からのリーク電流密度を低減することができる。 (D) According to the present embodiment, the zirconium oxide film forming step S40 and the titanium oxide film forming step S50 are each performed once to form a two-layer structure of the ZrO film and the TiO film. Yes. Thus, the ZrO film serves as a leakage current preventing film (barrier film), and the leakage current density from the TiO film as the capacitor insulating film can be reduced.
バンドギャップの小さいTiO膜をキャパシタ絶縁膜に用いる場合、ZrO膜やハフニウム酸化(HfO)膜との積層膜構造とすることで、リーク電流密度を低減させることが可能となる場合がある。係る積層膜の形成には、例えば本実施形態のように各膜を1回ずつ形成してZrO膜(又はHfO膜)とTiO膜との二層膜とする手法に限られず、それぞれ1原子層未満から数原子層に形成した各膜を交互に複数回積み重ねて(ラミネート成膜を行って)ZrTiO膜(又はHfTiO膜)とする手法が考えられる。 When a TiO film having a small band gap is used for the capacitor insulating film, the stacked layer structure with a ZrO film or a hafnium oxide (HfO) film may be able to reduce the leakage current density. The formation of such a laminated film is not limited to the method of forming each film once and forming a two-layer film of a ZrO film (or HfO film) and a TiO film as in the present embodiment, for example, and each atomic layer A method is conceivable in which ZrTiO films (or HfTiO films) are formed by alternately laminating each film formed in a few atomic layers from less than a plurality of times (by laminating films).
参考例として、図9に、HfO膜及びTiO膜を交互にラミネート成膜したHfTiO膜をキャパシタ絶縁膜として有する半導体デバイスのI−V特性を示す。図9の横軸は半導体デバイスへの印加電圧Vg(V)を示し、縦軸はリーク電流密度I(A/cm2)を示す。図中、実線は半導体デバイスの備えるキャパシタ絶縁膜(HfTiO膜)中のTiの組成比が50%のときのデータであり、一点鎖線はTiの組成比が12%のときのデータ、破線はTiの組成比が6%のときのデータである。Tiの組成比が50%、12%、6%の、参考例に係る各半導体デバイスは、ウエハ200の上にTiN膜からなる下部電極膜と、TiO膜及びHfO膜をラミネート成膜したHfTiO膜からなるキャパシタ絶縁膜と、Au膜からなる上部電極膜とが形成されてなる。ラミネート成膜後、各半導体デバイスのHfTiO膜は700℃で加熱処理されている。
As a reference example, FIG. 9 shows IV characteristics of a semiconductor device having, as a capacitor insulating film, an HfTiO film in which HfO films and TiO films are alternately laminated. The horizontal axis of FIG. 9 indicates the voltage Vg (V) applied to the semiconductor device, and the vertical axis indicates the leakage current density I (A / cm 2 ). In the figure, the solid line is data when the composition ratio of Ti in the capacitor insulating film (HfTiO film) included in the semiconductor device is 50%, the alternate long and short dash line is data when the composition ratio of Ti is 12%, and the broken line is Ti The data is when the composition ratio is 6%. Each semiconductor device according to the reference example having a Ti composition ratio of 50%, 12%, and 6% includes a lower electrode film made of a TiN film on a
上記において、印加電圧が1.5Vのときリーク電流密度が1×10−7A/cm2未満となることをスペック値とすると、上記いずれのTiの組成比においてもスペック値を満たさず、また、Tiの組成比が増大するとともにリーク電流密度も増大している。これにより、キャパシタ絶縁膜をラミネート成膜した場合、良好なI−V特性が得られないことがわかる。このことは、ZrO膜及びTiO膜をラミネート成膜したキャパシタ絶縁膜(ZrTiO膜)においても同様であると考えられる。 In the above, if the specification value is that the leakage current density is less than 1 × 10 −7 A / cm 2 when the applied voltage is 1.5 V, the specification value is not satisfied in any of the above Ti composition ratios. As the Ti composition ratio increases, the leakage current density also increases. Thus, it can be seen that when the capacitor insulating film is laminated, good IV characteristics cannot be obtained. This is considered to be the same for the capacitor insulating film (ZrTiO film) in which the ZrO film and the TiO film are laminated.
しかし、本実施形態では、ZrO膜とTiO膜とを1回ずつ形成して積層膜としたので、ラミネート成膜による場合に比べてリーク電流密度の低減効果がより高いと推察される
。
However, in this embodiment, since the ZrO film and the TiO film are formed once to form a laminated film, it is presumed that the effect of reducing the leakage current density is higher than in the case of the laminated film formation.
(e)また、本実施形態によれば、ジルコニウム含有ガス供給工程S41〜排気工程S44を1サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する(所定回数実施工程S45)ALD法により、TiN膜の上に所定膜厚のZrO膜を形成する。これによって、ZrO膜の膜厚を高精度に制御することができ、より確実にZrO膜の少なくとも一部の相転移を起こすことができる。 (E) Further, according to the present embodiment, the zirconium-containing gas supply step S41 to the exhaust step S44 are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times (predetermined number of times execution step S45). A ZrO film having a predetermined thickness is formed. Thereby, the film thickness of the ZrO film can be controlled with high accuracy, and the phase transition of at least a part of the ZrO film can be caused more reliably.
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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で種々変更可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
例えば、上述の実施形態においては、Zr含有ガスとしてTEMAZガスを用いる場合について説明したが、Zr含有ガスはこれに限られず、例えばZr(O−tBu)4ガス、TDMAZ(テトラキスジメチルアミノジルコニウム:Zr(NMe2)4)ガス、TDEAZ(テトラキスジエチルアミノジルコニウム:Zr(NEt2)4)ガス、Zr(MMP)4ガス等を使用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the TEMAZ gas is used as the Zr-containing gas has been described. However, the Zr-containing gas is not limited to this. For example, Zr (O-tBu) 4 gas, TDMAZ (tetrakisdimethylaminozirconium: Zr (NMe 2 ) 4 ) gas, TDEAZ (tetrakisdiethylaminozirconium: Zr (NEt 2 ) 4 ) gas, Zr (MMP) 4 gas, or the like can be used.
また、上述の実施形態においては、Ti含有ガスとしてTiCl4ガスを用いる場合について説明したが、Ti含有ガスはこれに限られず、例えばTDMAT(テトラキスジメチルアミノチタン:Ti(NMe2)4)ガス、TDEAT(テトラキスジエチルアミノチタン:Ti(NEt2)4)ガス等を使用することができる。 In the above embodiments, descriptions have been given of the case using a TiCl 4 gas as a Ti-containing gas, a Ti-containing gas is not limited to this, for example, TDMAT (tetrakis-dimethylamino titanium: Ti (NMe 2) 4) gas, TDEAT (tetrakisdiethylaminotitanium: Ti (NEt 2 ) 4 ) gas or the like can be used.
また、上述の実施形態においては、酸素含有ガスとしてO3ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスはこれに限られず、例えば酸素(O2)ガスや、H2Oガス(水蒸気)等を使用することができる。特に、ZrO膜の成膜初期にO3ガスよりも酸化力の弱いH2Oガスを用いれば、下部電極膜の酸化を抑制する効果が高まる。 In the above-described embodiment, the case where O 3 gas is used as the oxygen-containing gas has been described. However, the oxygen-containing gas is not limited thereto, and for example, oxygen (O 2 ) gas, H 2 O gas (water vapor), or the like. Can be used. In particular, if H 2 O gas having a lower oxidizing power than O 3 gas is used at the initial stage of forming the ZrO film, the effect of suppressing the oxidation of the lower electrode film is enhanced.
また、上述の実施形態においては、相転移工程S46を処理炉202で実施することとしたが、係る工程は、例えばランプ加熱ユニット等を備える加熱炉等にて実施してもよい。また、加熱中の雰囲気ガスとしては、N2(窒素)ガス以外にも、Ar(アルゴン)ガス、H2(水素)ガス、O2(酸素)ガス等を用いることができる。
In the above-described embodiment, the phase change step S46 is performed in the
また、上述の実施形態においては、MIM構造のキャパシタを有するDRAMを例に挙げて説明したが、本発明が適用される半導体デバイスは例えばトレンチ型DRAMやスタック型DRAMであってもよく、MOSFETやフラッシュメモリのゲート絶縁膜や電荷保持膜等、他の絶縁膜を形成する場合にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the DRAM having the MIM structure capacitor has been described as an example. However, the semiconductor device to which the present invention is applied may be, for example, a trench type DRAM or a stacked type DRAM. The present invention can also be applied to the case where other insulating films such as a gate insulating film and a charge holding film of a flash memory are formed.
また、本実施形態にかかる製造方法を実施する基板処理装置として、ALD法を用いた縦型処理炉を例に挙げて説明したが、本発明は例えばCVD法やプラズマ技術を用いた各種基板処理装置にて実施をすることが可能である。また、例えば下部電極膜形成工程から上部電極膜形成工程までを含む一連の工程を、同一の処理炉で行なうことも可能である。 Moreover, although the vertical processing furnace using the ALD method has been described as an example of the substrate processing apparatus for performing the manufacturing method according to the present embodiment, the present invention is, for example, various substrate processing using the CVD method or plasma technology. It is possible to carry out with an apparatus. Further, for example, a series of processes including a lower electrode film forming process to an upper electrode film forming process can be performed in the same processing furnace.
(実施例1)
まずは、本発明の実施例1について説明する。本実施例では、ベアシリコンウエハに対し、上述の実施形態に係る基板処理工程(S10〜S80)と同様の工程により、ZrO膜とTiO膜とをこの順に形成した。このとき、TiO膜の膜厚を10nmの一定値とし、ZrO膜の膜厚が1.5nm、4.0nm、6.5nmと異なるサンプルをそれぞれ用意した。これらのサンプルについて、X線回折(XRD:X−Ray Diffract
ion)により、ZrO膜及びTiO膜の結晶構造の状態を調べた。
Example 1
First, Example 1 of the present invention will be described. In this example, the ZrO film and the TiO film were formed in this order on the bare silicon wafer by the same process as the substrate processing process (S10 to S80) according to the above-described embodiment. At this time, samples each having a TiO film thickness of 10 nm and different ZrO film thicknesses of 1.5 nm, 4.0 nm, and 6.5 nm were prepared. For these samples, X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffract)
ion), the state of the crystal structure of the ZrO film and the TiO film was examined.
図10に、係るX線回折の測定結果を示す。図10の横軸は回折角度(°)を示し、縦軸は回折強度(任意単位)を示す。図中、実線はZrO膜の膜厚が6.5nmのサンプルのデータであり、一点鎖点は4.0nmのデータ、点線は1.5nmのデータである。 FIG. 10 shows the measurement result of the X-ray diffraction. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the diffraction angle (°), and the vertical axis indicates the diffraction intensity (arbitrary unit). In the figure, the solid line is data of a sample having a ZrO film thickness of 6.5 nm, the alternate long and short dash is data of 4.0 nm, and the dotted line is data of 1.5 nm.
図10に示すように、ZrO膜の膜厚が6.5nm及び4.0nmのサンプルにおいては、立方晶系のZrO2の存在を示す回折角度が30°の付近及び50°の付近にピークが得られていることから、ZrO膜の少なくとも一部の結晶構造が立方晶系となっていることがわかる。また、ブルッカイト型のTiO2の存在を示す回折角度が30°の付近にピークが得られていることから、TiO膜の少なくとも一部の結晶構造がブルッカイト型となっていることがわかる。 As shown in FIG. 10, in the samples with the ZrO film thicknesses of 6.5 nm and 4.0 nm, the peaks at the diffraction angles indicating the presence of cubic ZrO 2 are around 30 ° and around 50 °. As a result, it can be seen that the crystal structure of at least a part of the ZrO film is cubic. In addition, since a peak is obtained in the vicinity of a diffraction angle of 30 ° indicating the presence of brookite-type TiO 2 , it can be seen that at least a part of the crystal structure of the TiO film is a brookite-type.
一方、ZrO膜の膜厚が1.5nmのサンプルにおいては、立方晶系のZrO2やブルッカイト型のTiO2を示す30°及び50°にピークは見られず、アナターゼ型のTiO2の存在を示す25°の付近にピークが得られている。したがって、ZrO膜の立方晶系への相転移がほとんど起こらず、その上に形成されたTiO膜は略アナターゼ型となってしまったことがわかる。 On the other hand, in the sample having a ZrO film thickness of 1.5 nm, no peaks are observed at 30 ° and 50 ° indicating cubic ZrO 2 and brookite type TiO 2 , and the presence of anatase type TiO 2 is observed. A peak is obtained in the vicinity of 25 °. Therefore, it can be seen that almost no phase transition of the ZrO film to the cubic system occurs, and the TiO film formed thereon has become substantially anatase type.
以上のデータより、加熱によるZrO膜の立方晶系への相転移を起こさせるには、ZrO膜の膜厚が所定値以上でなければならないことがわかる。本実施例においては、ZrO膜の膜厚が4.0nmであれば、少なくとも一部を立方晶系へと相転移させることができた。 From the above data, it can be seen that the thickness of the ZrO film must be greater than or equal to a predetermined value in order to cause the phase transition of the ZrO film to the cubic system by heating. In this example, when the thickness of the ZrO film was 4.0 nm, at least a part of the ZrO film could be transformed into a cubic system.
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例では、上述の実施形態の図4に示す半導体デバイス1と同様の構造を備える半導体デバイスを製造した。このとき、TiO膜の膜厚を10nmの一定値とし、ZrO膜の膜厚が1.5nm、5.0nm、6.5nmと異なるサンプルをそれぞれ用意した。これらのサンプルについてEOTを測定した。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this example, a semiconductor device having the same structure as the semiconductor device 1 shown in FIG. 4 of the above-described embodiment was manufactured. At this time, samples having different thicknesses of the TiO film having a constant value of 10 nm and different ZrO film thicknesses of 1.5 nm, 5.0 nm, and 6.5 nm were prepared. EOT was measured for these samples.
図11に、係る測定結果を示す。図11の横軸はZrO膜とTiO膜との合計膜厚(nm)を示し、縦軸はEOT(nm)を示す。 FIG. 11 shows the measurement result. The horizontal axis in FIG. 11 indicates the total film thickness (nm) of the ZrO film and the TiO film, and the vertical axis indicates EOT (nm).
図11に示すように、ZrO膜の膜厚が1.5nm(合計膜厚が11.5nm)のときに比べ、ZrO膜の膜厚が5.0nm(合計膜厚が15.0nm)のとき、及びZrO膜の膜厚が6.5nm(合計膜厚が16.5nm)のとき、EOTはともに減少している。また、ZrO膜の膜厚が5.0nmとなる付近でEOTが極小値を持つことがわかる。 As shown in FIG. 11, when the thickness of the ZrO film is 5.0 nm (total thickness is 15.0 nm), compared to when the thickness of the ZrO film is 1.5 nm (total thickness is 11.5 nm). In addition, when the film thickness of the ZrO film is 6.5 nm (total film thickness is 16.5 nm), the EOT decreases. It can also be seen that the EOT has a minimum value in the vicinity where the thickness of the ZrO film becomes 5.0 nm.
上述の実施例1の結果より、膜厚が4.0nm程度でZrO膜の相転移が可能であることから、5.0nm及び6.5nmでの係るEOTの低下は、ZrO膜及びTiO膜において所望の結晶構造が得られたことによる効果であると考えられる。なお、ZrO膜の膜厚が6.5nmのときにみられるEOTの若干の増加は、単純にZrO膜とTiO膜との合計膜厚が増加したことによるものと考えられる。 From the result of Example 1 described above, since the phase transition of the ZrO film is possible at a film thickness of about 4.0 nm, the decrease in EOT at 5.0 nm and 6.5 nm is observed in the ZrO film and the TiO film. This is considered to be an effect obtained by obtaining a desired crystal structure. Note that the slight increase in EOT seen when the film thickness of the ZrO film is 6.5 nm is considered to be simply due to an increase in the total film thickness of the ZrO film and the TiO film.
一方、ZrO膜の膜厚が1.5nmにおいては、ZrO膜とTiO膜との合計膜厚が減少しているにもかかわらず、EOTが増加している。これは、ZrO膜の膜厚が減少するに従って、上述の実施例1でみられたような立方晶系への相転移が起こりづらくなり、その上に形成されるTiO膜においてもアナターゼ型構造の占める割合が増加したためと考えられる。 On the other hand, when the thickness of the ZrO film is 1.5 nm, the EOT increases despite the decrease in the total thickness of the ZrO film and the TiO film. This is because, as the film thickness of the ZrO film decreases, the phase transition to the cubic system as seen in the above-mentioned Example 1 hardly occurs, and the TiO film formed thereon also has an anatase type structure. This is thought to be due to an increase in the share.
上述の実施例1のデータとも考え併せると、ZrO膜の膜厚が4.0nm以上であれば、ZrO膜の少なくとも一部をより確実に相転移させることができ、EOTにおいて優位な結果が得られることがわかる。 In combination with the data of Example 1 described above, if the thickness of the ZrO film is 4.0 nm or more, at least a part of the ZrO film can be phase-shifted more reliably, and a superior result can be obtained in EOT. I understand that
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様は、
基板の上に形成されたチタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成するジルコニウム酸化膜形成工程と、
前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成するチタン酸化膜形成工程と、を有し、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御することにより、前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造とし、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とする
半導体デバイスの製造方法である。
One embodiment of the present invention provides:
A zirconium oxide film forming step of forming a zirconium oxide film on the titanium nitride film formed on the substrate;
A titanium oxide film forming step of forming a titanium oxide film on the zirconium oxide film,
By controlling the film thickness of the zirconium oxide film, the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film is changed to a cubic structure or a tetragonal structure, whereby a crystal structure of at least a part of the titanium oxide film is formed. Is a manufacturing method of a semiconductor device having a brookite structure or a rutile structure.
本発明の他の態様は、
基板の上に形成されたチタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成するジルコニウム酸化膜形成工程と、
前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成するチタン酸化膜形成工程と、を有し、
前記ジルコニウム酸化膜形成工程は、
前記基板が収容された処理室内にジルコニウム含有ガスを供給して排気する工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給して排気する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、前記チタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成する工程と、
前記ジルコニウム酸化膜を加熱して前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を相転移させる工程と、を有し、
前記チタン酸化膜形成工程は、
前記処理室内にチタン含有ガスを供給して排気する工程と、
前記処理室内に前記酸素含有ガスを供給して排気する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、相転移した前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成する工程を有し、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御しておくことにより、前記ジルコニウム酸化膜を加熱して前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと相転移させ、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とする
半導体デバイスの製造方法である。
Another aspect of the present invention is:
A zirconium oxide film forming step of forming a zirconium oxide film on the titanium nitride film formed on the substrate;
A titanium oxide film forming step of forming a titanium oxide film on the zirconium oxide film,
The zirconium oxide film forming step includes
Supplying and exhausting a zirconium-containing gas into a processing chamber containing the substrate;
Supplying and exhausting an oxygen-containing gas into the processing chamber, and performing this cycle a predetermined number of times to form a zirconium oxide film on the titanium nitride film;
Heating the zirconium oxide film to cause a phase transition of at least a part of the crystal structure of the zirconium oxide film,
The titanium oxide film forming step includes
Supplying and exhausting a titanium-containing gas into the processing chamber;
Supplying and exhausting the oxygen-containing gas into the processing chamber, and performing this cycle a predetermined number of times to form a titanium oxide film on the phase-changed zirconium oxide film. And
By controlling the thickness of the zirconium oxide film, the zirconium oxide film is heated to cause a phase transition of the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film to a cubic structure or a tetragonal structure, Thus, the semiconductor device manufacturing method has a brookite structure or a rutile structure in at least a part of the crystal structure of the titanium oxide film.
好ましくは、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を、前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造の立方晶系構造又は正方晶系構造への加熱による相転移が可能となるような膜厚以上に制御する。
Preferably,
The film thickness of the zirconium oxide film is controlled to be greater than a film thickness that enables a phase transition by heating at least a part of the crystal structure of the zirconium oxide film to a cubic structure or a tetragonal structure.
また、好ましくは、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を4.0nm以上に制御する。
Also preferably,
The thickness of the zirconium oxide film is controlled to 4.0 nm or more.
また、好ましくは、
前記ジルコニウム酸化膜を加熱して相転移させる工程では、
前記ジルコニウム酸化膜を350℃以上450℃以下の温度で加熱する。
Also preferably,
In the step of heating and phase transition of the zirconium oxide film,
The zirconium oxide film is heated at a temperature of 350 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.
また、好ましくは、
前記チタン酸化膜形成工程では、
450℃以下の温度で前記結晶構造の前記チタン酸化膜を形成する。
Also preferably,
In the titanium oxide film forming step,
The titanium oxide film having the crystal structure is formed at a temperature of 450 ° C. or lower.
本発明のさらに他の態様は、
チタン窒化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給するジルコニウム含有ガス供給部と、
前記処理室内にチタン含有ガスを供給するチタン含有ガス供給部と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記加熱部、前記ジルコニウム含有ガス供給部、前記チタン含有ガス供給部、前記酸素含有ガス供給部および前記排気部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板が収容された前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記ジルコニウム含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、前記チタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成させ、前記ジルコニウム酸化膜を加熱させて前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を相転移させ、
前記処理室内にチタン含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に前記酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記チタン含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、相転移させた前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成させるよう制御し、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御しておくことにより、前記ジルコニウム酸化膜を加熱して前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと相転移させ、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とするように構成される
基板処理装置である。
Still another aspect of the present invention provides:
A processing chamber for accommodating a substrate on which a titanium nitride film is formed;
A heating unit for heating the substrate;
A zirconium-containing gas supply unit for supplying a zirconium-containing gas into the processing chamber;
A titanium-containing gas supply unit for supplying a titanium-containing gas into the processing chamber;
An oxygen-containing gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas into the processing chamber;
An exhaust section for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A control unit for controlling the heating unit, the zirconium-containing gas supply unit, the titanium-containing gas supply unit, the oxygen-containing gas supply unit, and the exhaust unit;
The controller is
Supplying and exhausting a zirconium-containing gas into the processing chamber containing the substrate, supplying and exhausting an oxygen-containing gas into the processing chamber, and supplying and exhausting the zirconium-containing gas and supplying and exhausting the oxygen-containing gas. This cycle is repeated a predetermined number of times to form a zirconium oxide film on the titanium nitride film, and the zirconium oxide film is heated to change the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film. Let
Titanium-containing gas is supplied and exhausted into the processing chamber, and the oxygen-containing gas is supplied and exhausted into the processing chamber. By performing a predetermined number of cycles, control to form a titanium oxide film on the zirconium oxide film that has undergone phase transition,
By controlling the thickness of the zirconium oxide film, the zirconium oxide film is heated to cause a phase transition of the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film to a cubic structure or a tetragonal structure, Thus, the substrate processing apparatus is configured such that at least a part of the crystal structure of the titanium oxide film has a brookite structure or a rutile structure.
本発明のさらに他の態様は、
基板の上に形成されたチタン窒化膜の上に、立方晶系構造又は正方晶系構造を少なくとも一部に有するジルコニウム酸化膜を形成するジルコニウム酸化膜形成工程と、
前記ジルコニウム酸化膜の上に、ブルッカイト型構造又はルチル型構造を少なくとも一部に有するチタン酸化膜を450℃以下の温度で形成するチタン酸化膜形成工程と、を有する
高誘電率絶縁膜の形成方法である。
Still another aspect of the present invention provides:
A zirconium oxide film forming step of forming a zirconium oxide film having at least a part of a cubic structure or a tetragonal structure on a titanium nitride film formed on a substrate;
Forming a titanium oxide film having a brookite structure or a rutile structure at least partially on the zirconium oxide film at a temperature of 450 ° C. or lower; and forming a high dielectric constant insulating film It is.
好ましくは、
前記ジルコニウム酸化膜形成工程では、
前記ジルコニウム酸化膜と前記チタン酸化膜との合計膜厚が、所定の高誘電率を維持可能な最小値に近づくよう前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御する。
Preferably,
In the zirconium oxide film forming step,
The film thickness of the zirconium oxide film is controlled so that the total film thickness of the zirconium oxide film and the titanium oxide film approaches a minimum value capable of maintaining a predetermined high dielectric constant.
1 半導体デバイス
101 基板処理装置
200 ウエハ(基板)
201 処理室
207 ヒータ
280 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
201
Claims (2)
前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成するチタン酸化膜形成工程と、を有し、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御することにより、前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造とし、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とする
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A zirconium oxide film forming step of forming a zirconium oxide film on the titanium nitride film formed on the substrate;
A titanium oxide film forming step of forming a titanium oxide film on the zirconium oxide film,
By controlling the film thickness of the zirconium oxide film, the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film is changed to a cubic structure or a tetragonal structure, whereby a crystal structure of at least a part of the titanium oxide film is formed. A manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that a brookite structure or a rutile structure is used.
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給するジルコニウム含有ガス供給部と、
前記処理室内にチタン含有ガスを供給するチタン含有ガス供給部と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記加熱部、前記ジルコニウム含有ガス供給部、前記チタン含有ガス供給部、前記酸素含有ガス供給部および前記排気部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板が収容された前記処理室内にジルコニウム含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記ジルコニウム含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、前記チタン窒化膜の上にジルコニウム酸化膜を形成させ、前記ジルコニウム酸化膜を加熱させて前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を相転移させ、
前記処理室内にチタン含有ガスを供給させ排気させ、前記処理室内に前記酸素含有ガスを供給させ排気させ、前記チタン含有ガスの供給・排気と前記酸素含有ガスの供給・排気とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させることにより、相転移させた前記ジルコニウム酸化膜の上にチタン酸化膜を形成させるよう制御し、
前記ジルコニウム酸化膜の膜厚を制御しておくことにより、前記ジルコニウム酸化膜を加熱して前記ジルコニウム酸化膜の少なくとも一部の結晶構造を立方晶系構造又は正方晶系構造へと相転移させ、これにより、前記チタン酸化膜の少なくとも一部の結晶構造をブルッカイト型構造又はルチル型構造とするように構成される
ことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for accommodating a substrate on which a titanium nitride film is formed;
A heating unit for heating the substrate;
A zirconium-containing gas supply unit for supplying a zirconium-containing gas into the processing chamber;
A titanium-containing gas supply unit for supplying a titanium-containing gas into the processing chamber;
An oxygen-containing gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas into the processing chamber;
An exhaust section for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A control unit for controlling the heating unit, the zirconium-containing gas supply unit, the titanium-containing gas supply unit, the oxygen-containing gas supply unit, and the exhaust unit;
The controller is
Supplying and exhausting a zirconium-containing gas into the processing chamber containing the substrate, supplying and exhausting an oxygen-containing gas into the processing chamber, and supplying and exhausting the zirconium-containing gas and supplying and exhausting the oxygen-containing gas. This cycle is repeated a predetermined number of times to form a zirconium oxide film on the titanium nitride film, and the zirconium oxide film is heated to change the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film. Let
Titanium-containing gas is supplied and exhausted in the processing chamber, the oxygen-containing gas is supplied and exhausted in the processing chamber, and the titanium-containing gas supply / exhaust and the oxygen-containing gas supply / exhaust are set as one cycle. By performing a predetermined number of cycles, control to form a titanium oxide film on the zirconium oxide film that has undergone phase transition,
By controlling the thickness of the zirconium oxide film, the zirconium oxide film is heated to cause a phase transition of the crystal structure of at least a part of the zirconium oxide film to a cubic structure or a tetragonal structure, Thus, the substrate processing apparatus is configured such that the crystal structure of at least a part of the titanium oxide film has a brookite structure or a rutile structure.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2017226898A (en) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing equipment |
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KR20180049840A (en) * | 2016-11-03 | 2018-05-14 | 주식회사 원익아이피에스 | Method of Manufacturing Hard Mask |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140097984A (en) | 2013-01-30 | 2014-08-07 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium |
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JP2017226898A (en) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing equipment |
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JP2020038891A (en) * | 2018-09-03 | 2020-03-12 | 太陽誘電株式会社 | Capacitor and method for manufacturing capacitor |
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