JP5410174B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理システムに関する。

ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の採用が検討されている。また、ＤＲＡＭのキャパシタにおいては、比誘電率が例えば１５〜２０程度であるＨｆＯ_２膜やＺｒＯ_２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されている。ＨｆＯ_２膜やＺｒＯ_２膜は、処理室内に収容された基板を例えば２００℃以上の処理温度に加熱しつつ、前記処理室内にＨｆやＺｒを含む原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＯ_３やＨ_２Ｏ等の酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことにより形成される。

しかしながら、酸化源としてＯ_３を用いると、高誘電率絶縁膜の下地である下部電極等の金属膜までもが酸化されてしまう場合があった。また、酸化源としてＨ_２Ｏを用いると、高誘電率絶縁膜中に未反応のＯＨが残留してしまう場合があった。そして、高誘電率絶縁膜の改質のために熱処理工程を行うと、高誘電率絶縁膜中に残留しているＯＨが脱離して、下地である金属膜が酸化されてしまう場合があった。例えば、金属膜をＴｉＮ膜で形成していた場合には、ＴｉＮ膜が酸化されることでＴｉＯ（Ｎ）層が形成され、キャパシタの電気容量が低下してしまう場合があった。これらの課題は、高誘電率絶縁膜をＨｆＯ_２やＺｒＯ_２等の酸素透過性の非常に高い材料により形成した場合に顕著に生じる課題であり、ＨｆＯ_２やＺｒＯ_２中の酸素の拡散速度が速いことに起因する課題である。

本発明は、高誘電率絶縁膜を形成する際の下地である金属膜の酸化を抑制することが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板を収容した処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源または窒化源を供給し排気する工程と、を交互に行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程と、前記処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なる高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う工程と、を有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、基板を処理する処理室と、前記処理室内にアルミニウム原料を供給するアルミニウム原料供給系と、前記処理室内に原料を供給する原料供給系と、前記処理室内に酸化源または窒化源を供給する酸化源または窒化源供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、基板を収容した処理室内へのアルミニウム原料の供給および排気と、前記処理室内への酸化源または窒化源の供給および排気と、を交互に行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成し、前記処理室内への前記原料の供給および排気と、前記処理室内への酸化源の供給および排気と、を交互に行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なる高誘電率絶縁膜を形成するように、前記アルミニウム原料供給系、前記原料供給系、前記酸化源または窒化源供給系、および、前記排気系を制御するコントローラと、を有する基
板処理装置と、前記高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う熱処理装置と、を有する基板処理システムが提供される。

本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理システムによれば、高誘電率絶縁膜を形成する際の下地である金属膜の酸化を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）におけるガス供給系及び排気系の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る成膜工程のフロー図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）のウェハ処理時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）のウェハ搬送時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第２処理ユニット（熱処理ユニット）の断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態にかかる縦型ＡＬＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉部分を縦断面図で示し、（ｂ）は、処理炉部分を（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。 （ａ）は本発明の実施例に係る評価サンプル作成用の基板処理工程のフロー図であり、（ｂ）は比較例に係る評価サンプル作成用の基板処理工程のフロー図である。 （ａ）は、本発明の実施例に係る評価サンプルの積層構造を示す断面図であり、（ｂ）は、比較例に係る評価サンプルの積層構造を示す断面図である。 （ａ）は、ＨｆＡｌＯ膜の膜厚と電極間の絶縁膜のＥＯＴとの関係を示すグラフ図であり、（ｂ）は、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚と電極間の絶縁膜のＥＯＴとの関係を示すグラフ図である。 （ａ）は、本発明の実施例における下部電極の酸化抑制モデルを示す模式図であり、（ｂ）は、比較例に係る下部電極の酸化モデルを示す模式図である。 Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピングモデルを示す模式図である。 上部電極（ＴｉＮ）と高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ）との間および下部電極（ＴｉＮ）と高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ）との間にそれぞれＡｌを含む絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を挿入した様子を示す断面構成図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。

本実施形態に係る基板処理システムとしての基板処理装置は、図６に示されているようにクラスタ装置として構成されている。なお、本実施形態に係るクラスタ装置においては、ウェハ２を搬送するウェハ搬送用キャリア（基板収納容器）としては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ 以下、ポッドという）１が使用されている。

＜クラスタ装置＞
図６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）に耐え得る構造に構成されたトランスファモジュール（搬送室）としての第１ウェハ移載室（以下、負圧移載室という）１１を備えている。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。負圧移載室筐体１２は、搬送容器（密閉容器）として構成されている。負圧移載室１１の中央部には、負圧下においてウェハ２を移載する搬送ロボットとしてのウェハ移載機（以下、負圧移載機という）１３が設置されている。

負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち最も大きい側壁（正面壁）には、ロードロックモジュール（ロードロック室）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フロントエンドモジュールとしての第２ウェハ移載室（以下、正圧移載室という）１６が隣接して連結されている。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、正圧下でウェハ２を移載する搬送ロボットとしての第２ウェハ移載機（以下、正圧移載機という）１９が設置されている。正圧移載機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ェハ搬入搬出口２１，２２，２３が、隣合わせに並べられて開設されている。これらのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３は、ウェハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように構成されている。これらのウェハ搬入搬出口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上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上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のウェ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、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６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２枚の側壁（背面壁）には、プロセスモジュールとしての第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）３１と第２処理ユニット（熱処理ユニット）３２とがそれぞれ隣接して連結されている。第１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２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枚の側壁のうち正圧移載室１６側の他の２枚の側壁には、クーリングステージとしての第１クーリングユニット３５と第２クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されている。第１クーリングユニット３５及び第２クーリングユニット３６は、何れも処理済みのウェハ２を冷却する冷却室として構成されている。

クラスタ装置１０は、後述する基板処理フローを統括的に制御するメインコントローラ３７を備えている。なお、メインコントローラ３７は、クラスタ装置１０を構成する各部の動作を制御する。

＜第１処理ユニット＞
次に、本実施形態に係るクラスタ装置における第１処理ユニット３１について説明する。第１処理ユニット３１は、高誘電率絶縁膜形成ユニットであり、図３，４に示されているように、枚葉式コールドウォール型の基板処理装置として構成されており、機能的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置（以下、成膜装置という）４０として構成されている。以下、成膜装置４０の構成について、図３，４を参照しながら説明する。図３は、ウェハ処理時における成膜装置４０の断面構成図であり、図４は、ウェハ搬送時における成膜装置４０の断面構成図である。

図３，４に示すとおり、成膜装置４０は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。

処理室２０１内には、ウェハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウェハ２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。

処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２００の搬送時には図４で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２００の処理時には図３で示される位置（ウェハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。

また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させるための貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図４に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図３に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウェハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。

（ウェハ搬送口）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２００を搬送するためのウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０にはゲートバルブ４４が設けられており、ゲートバルブ４４を開くことにより、処理室２０１内と負
圧移載室１１内とが連通するようになっている。上述したように、負圧移載室１１は負圧移載室筐体１２内に形成されており、負圧移載室１１内には上述の負圧移載機１３が設けられている。負圧移載機１３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム１３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ４４を開くことにより、負圧移載機１３により処理室２０１内と負圧移載室１１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。

（排気系）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面であって、ウェハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、及び真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気チャンバ２６０ａ、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。

（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。

（シャワーヘッド）
ガス導入口２１０と処理室２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させるための分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２００の表面に供給するためのシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させるための第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させるための第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。

（排気ダクト）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。

一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられ
たフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるためのプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い支持台２０３と共に昇降されるようになっている。

支持台２０３がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４及びロワープレート２０５）及び支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。

ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２００上に均一に供給される。そして、ウェハ２００上に供給されたガスは、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。

続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置４０におけるガス供給系及び排気系の概略構成図である。

（液体原料供給系）
処理室２０１の外部には、第１液体原料としてのＨｆ（ハフニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｈｆ原料ともいう）を供給する第１液体原料供給源２２０ｈと、第２液体原料としてのＡｌ（アルミニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ａｌ原料ともいう）を供給する第２液体原料供給源２２０ａと、が設けられている。第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）としてそれぞれ構成されている。

第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａには、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａがそれぞれ接続されている。圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａの上流側端部には、図示しない圧送ガス供給源が接続されている。また、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａの下流側端部は、それぞれ第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ内の上部に存在する空間に連通しており、この空間内に圧送ガスを供給するよう
になっている。なお、圧送ガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ_２ガス等の不活性ガスが用いられる。

また、第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａには、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａがそれぞれ接続されている。ここで、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａの上流側端部は、それぞれ第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。また、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａの下流側端部は、液体原料を気化させる気化部としての気化器２２９ｈ，２２９ａにそれぞれ接続されている。なお、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａには、液体原料の液体供給流量を制御する流量制御器としての液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）２２１ｈ，２２１ａと、液体原料の供給を制御する開閉弁としてのバルブｖｈ１，ｖａ１と、がそれぞれ設けられている。なお、バルブｖｈ１，ｖａ１は、それぞれ気化器２２９ｈ，２２９ａの内部に設けられている。

上記構成により、バルブｖｈ１，ｖａ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａから圧送ガスを供給することにより、第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａから気化器２２９ｈ，２２９ａへ液体原料を圧送（供給）することが可能となる。主に、第１液体原料供給源２２０ｈ、圧送ガス供給管２３７ｈ、第１液体原料供給管２１１ｈ、液体流量コントローラ２２１ｈ、バルブｖｈ１により第１液体原料供給系（第１液体原料供給ライン）が構成され、主に、第２液体原料供給源２２０ａ、圧送ガス供給管２３７ａ、第２液体原料供給管２１１ａ、液体流量コントローラ２２１ａ、バルブｖａ１により第２液体原料供給系（第２液体原料供給ライン）が構成される。

（気化部）
液体原料を気化する気化部としての気化器２２９ｈ，２２９ａは、液体原料をヒータ２３ｈ，２３ａで加熱して気化させて原料ガスを発生させる気化室２０ｈ，２０ａと、この気化室２０ｈ，２０ａ内へ液体原料を吐出するまでの流路である液体原料流路２１ｈ，２１ａと、液体原料の気化室２０ｈ，２０ａ内への供給を制御する上述のバルブｖｈ１，ｖａ１と、気化室２０ｈ，２０ａにて発生させた原料ガスを後述する第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａへ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｈ，２２ａと、をそれぞれ有している。上述の第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａの下流側端部は、それぞれバルブｖｈ１，ｖａ１を介して液体原料流路２１ｈ，２１ａの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｈ，２１ａには、それぞれキャリアガス供給管２４ｈ，２４ａの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｈ，２１ａを介して気化室２０ｈ，２０ａ内にキャリアガスを供給するように構成されている。キャリアガス供給管２４ｈ，２４ａの上流側端部には、キャリアガスとしてのＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給源２３０ｃが接続されている。キャリアガス供給管２４ｈ，２４ａには、Ｎ_２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ（ＭＦＣ）２２５ｈ，２２５ａと、Ｎ_２ガスの供給を制御するバルブｖｈ２，ｖａ２とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ_２ガス供給源２３０ｃ、キャリアガス供給管２４ｈ，２４ａ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ、バルブｖｈ２，ｖａ２によりキャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。なお、気化器２２９ｈ，２２９ａはそれぞれ第１気化部、第２気化部として構成されている。

（原料ガス供給系）
上記の気化器２２９ｈ，２２９ａの原料ガス供給口２２ｈ，２２ａには、処理室２０１内に原料ガスを供給する第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａの上流側端部がそれぞれ接続されている。第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、合流するように一本化して原料ガス供給管２１３となり、原料
ガス供給管２１３はガス導入口２１０に接続されている。第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａには、処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブｖｈ３，ｖａ３がそれぞれ設けられている。

上記構成により、気化器２２９ｈ，２２９ａにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖｈ３，ｖａ３を開くことにより、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａから原料ガス供給管２１３を介して処理室２０１内へと原料ガスを供給することが可能となる。主に、第１原料ガス供給管２１３ｈ、バルブｖｈ３により、第１原料ガス供給系（第１原料ガス供給ライン）が構成され、主に、第２原料ガス供給管２１３ａ、バルブｖａ３により、第２原料ガス供給系（第２原料ガス供給ライン）が構成される。また、第１液体原料供給系、第１気化部、第１原料ガス供給系により第１原料供給系（ハフニウム原料供給系）が構成され、第２液体原料供給系、第２気化部、第２原料ガス供給系により第２原料供給系（アルミニウム原料供給系）が構成される。

（酸化源供給系）
また、処理室２０１の外部には、酸化源（酸化性ガス）としての水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）を供給するＨ_２Ｏガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｈ_２Ｏガス供給源２３０ｏには、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏには、Ｈ_２Ｏガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ（ＭＦＣ）２２１ｏが設けられている。

Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏの下流側端部は、原料ガス供給管２１３に合流するように接続されている。すなわち、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏは、酸化源としてのＨ_２Ｏガスを処理室２０１内に供給するように構成されている。なお、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＨ_２Ｏガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。

上記構成により、流量コントローラ２２１ｏにより流量調整しつつ、バルブｖｏ３を開くことにより、処理室２０１内へ酸化源としてのＨ_２Ｏガスを供給することが可能となる。主に、Ｈ_２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、バルブｖｏ３により酸化源供給系（酸化源供給ライン）が構成される。なお、酸化源の代わりに窒化源、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いる場合は、Ｈ_２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏを、それぞれＮＨ_３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ_３ガス供給管２１３ｏに置き換えればよい。この場合、主に、ＮＨ_３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ_３ガス供給管２１３ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、バルブｖｏ３により、窒化源供給系（窒化源供給ライン）が構成される。

（パージガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、パージガスとしてのＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給源２３０ｐが設けられている。Ｎ_２ガス供給源２３０ｐには、パージガス供給管２１４の上流側端部が接続されている。パージガス供給管２１４の下流側端部は、３本のライン、すなわち、第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏに分岐している。第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏの下流側端部は、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｏ３の下流側にそれぞれ接続されている。なお、第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏには、Ｎ_２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ（ＭＦＣ）２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｏと、Ｎ_２ガスの供給を制御するバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ_２ガス供給源２３０ｐ、パージガス供給管２１４、第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏ、流
量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｏ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４によりパージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。

（ベント系）
また、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｏ３の上流側には、第１ベント管２１５ｈ、第２ベント管２１５ａ、第３ベント管２１５ｏの上流側端部がそれぞれ接続されている。また、第１ベント管２１５ｈ、第２ベント管２１５ａ、第３ベント管２１５ｏの下流側端部は合流するように一本化してベント管２１５となり、ベント管２１５は排気管２６１の原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。第１ベント管２１５ｈ、第２ベント管２１５ａ、第３ベント管２１５ｏには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｏ５がそれぞれ設けられている。

上記構成により、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｏ５を開くことで、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気することが可能となる。

また、第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏのバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｏよりも下流側には、第４ベント管２１６ｈ、第５ベント管２１６ａ、第６ベント管２１６ｏがそれぞれ接続されている。また、第４ベント管２１６ｈ、第５ベント管２１６ａ、第６ベント管２１６ｏの下流側端部は合流するように一本化してベント管２１６となっている。ベント管２１６は、排気管２６１の原料回収トラップ２６３よりも下流側であって真空ポンプ２６４よりも上流側に接続されている。第４ベント管２１６ｈ、第５ベント管２１６ａ、第６ベント管２１６ｏには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｏ６がそれぞれ設けられている。

上記構成により、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４を閉じ、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｏ６を開くことで、第１パージガス供給管２１４ｈ、第２パージガス供給管２１４ａ、第３パージガス供給管２１４ｏ内を流れるＮ_２ガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気することが可能となる。なお、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｏ５を開くことで、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気する場合には、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４を開くことにより、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ内にＮ_２ガスを導入して、各原料ガス供給管内をパージするように設定されている。また、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｏ６は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４と逆動作を行うように設定されており、Ｎ_２ガスを各原料ガス供給管内に供給しない場合には、処理室２０１をバイパスしてＮ_２ガスを排気するようになっている。主に、第１ベント管２１５ｈ、第２ベント管２１５ａ、第３ベント管２１５ｏ、ベント管２１５、第４ベント管２１６ｈ、第５ベント管２１６ａ、第６ベント管２１６ｏ、ベント管２１６、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｏ５、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｏ６によりベント系（ベントライン）が構成される。

（コントローラ）
なお、成膜装置４０は、成膜装置４０の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、メインコントローラ３７により制御されることで、ゲートバルブ４４、昇降機構２０７ｂ、負圧移載機１３、ヒータ２０６、圧力調整器（ＡＰ
Ｃ）２６２、気化器２２９ｈ，２２９ａ、真空ポンプ２６４、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖａ１〜ｖａ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｏ等の動作を制御する。

＜第２処理ユニット＞
次に、本実施形態に係るクラスタ装置における第２処理ユニット３２について説明する。本実施の形態においては、第２処理ユニット３２は熱処理ユニットであり、図５に示されているように、枚葉式コールドウォール型の基板処理装置として構成されており、機能的にはＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置（以下、ＲＴＰ装置という）１１０として構成されている。以下、ＲＴＰ装置１１０の構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、ウェハ処理時におけるＲＴＰ装置１１０の断面構成図である。

図５に示すとおり、ＲＴＰ装置１１０は、ウェハ２を処理する処理室１１１を形成した処理容器としての筐体１１２を備えている。筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成されたチューブ１１３と、チューブ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、チューブ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。チューブ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いる。排気口１１６には、処理室１１１内を大気圧未満（以下、負圧という）に排気し得る排気装置が接続されている。チューブ１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウェハ２を処理室１１１内に搬入搬出するウェハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウェハ搬入搬出口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が設置されている。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いる。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、ウェハ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が突設されている。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１加熱ランプ群１２５および第２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いる。第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６は、第１支柱１２７および第２支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。第１加熱ランプ群１２５および第２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内には、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いる。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が噛合されている。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いる。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ェハ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、ウェハ２の上面と対向するように挿入されている。放射温度計は、複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出したウェハ２からの放射光に基づく計測温度を、コントローラ１５０に逐次送信するように構成されている。コントローラ１５０は、複数本のプローブ１４４による計測温度と設定温度とを比較し、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６への電力供給量を制御する。

トッププレート１１４の他の場所には、ウェハ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、リファレンスプローブ１４６を備えている。リファレンスプローブ１４６は、リ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。リファレンスプローブ１４６の上側には、参照光を照射するリファレンスランプ１４８がリ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。リファレンスプローブ１４６は、リファレンスランプ１４８からの放射と、ウェハ２からの放射とを比較することにより、ウェハ２の温度を測定する。なお、複数本のプローブ１４４により測定されたウェハ温度は、リファレンスプローブ１４６により測定されたウェハ温度と比較され、補正されることでより正確なウェハ温度の検出を可能としている。

コントローラ１５０は、ＲＴＰ装置１１０の各部の動作を制御する。なお、コントローラ１５０は、メインコントローラ３７により制御される。

（２）基板処理工程
次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウェハ２を処理する方法（基板処理工程）について説明する。ここでは、キャパシタの下部電極としての窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）が表面に形成されたウェハ２に対して処理を施す例について説明する。なお、以下の説明において、クラスタ装置１０を構成する各部の動作はメインコントローラ３７により制御される。

クラスタ装置１０の載置台２５上に載置されたポッド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のウェ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機１９は、ウェハ搬入搬出口を通してポッド１からウェハ２を１枚ずつピックアップし、搬入室１４内に投入し、搬入室用仮置き台上に載置して行く。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。

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の負圧移載機１３は、搬入室用仮置き台からウェハ２を１枚ずつピックアップして負圧移載室１１内に搬入する。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１処理ユニット３１のゲートバルブ４４が開か
れ、負圧移載機１３は、ウェハ２を第１処理ユニット３１の処理室２０１内へ搬入（ウェハロード）する。なお、処理室２０１内へのウェハ２の搬入に際しては、搬入室１４内および負圧移載室１１内が予め真空排気されているため、処理室２０１内に酸素や水分が侵入することは確実に防止される。

＜成膜工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を使用して、ウェハ２上に形成された下部電極上に、キャパシタ絶縁膜としての高誘電率絶縁膜を形成する成膜工程について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる成膜工程のフロー図である。ここでは、まず、Ａｌ原料としてＡｌプリカーサであるＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ： Ａｌ（ＣＨ_３）_３）を、酸化源としてＨ_２Ｏを用いて、下部電極としてのＴｉＮ膜上にアルミニウムを含む絶縁膜としてのＡｌ_２Ｏ_３膜をＡＬＤ法によって成膜する。その後、Ｈｆ原料としてＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４）を、Ａｌ原料としてＴＭＡを、酸化源としてＨ_２Ｏを用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜上に高誘電率絶縁膜としてのハフニウムアルミネート膜（ＨｆＡｌＯ膜）をＡＬＤ法によって成膜する。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コントローラ２８０により制御される。また、コントローラ２８０の動作はメインコントローラ３７により制御される。

〔ウェハロード工程（Ｓ１）〕
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図４に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、上述のようにゲートバルブ４４を開き、処理室２０１と負圧移載室１１とを連通させる。そして、上述のように負圧移載機１３により負圧移載室１１内から処理室２０１内へウェハ２を搬送アーム１３ａで支持した状態でロードする（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウェハ２は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。負圧移載機１３の搬送アーム１３ａが処理室２０１内から負圧移載室１１内へ戻ると、ゲートバルブ４４が閉じられる。

続いて、昇降機構２０７を作動させ、支持台２０３を、図３に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウェハ２は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される。

〔プレヒート工程（Ｓ２）〕
続いて、圧力調整器２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ温度を昇温させ、ウェハ２の表面温度が所定の処理温度となるように制御する。

なお、ウェハロード工程（Ｓ１）、プレヒート工程（Ｓ２）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ６）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ_２雰囲気としておく。これにより、ウェハ２上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、真空ポンプ２６４は、少なくともウェハロード工程（Ｓ１）から後述のウェハアンロード工程（Ｓ６）までの間は、常に作動させた状態とする。

工程Ｓ１〜Ｓ２と並行して、液体原料（Ａｌ原料）であるＴＭＡを気化させた原料ガス（Ａｌ原料ガス）、すなわちＴＭＡガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ３を閉じたまま、バルブｖａ２を開き、気化器２２９ａへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖａ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ａから圧送ガスを供給して、液
体原料供給源２２０ａから気化器２２９ａへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ａにて液体原料を気化させて原料ガスを生成させておく。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３を閉じたまま、バルブｖａ５を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。

また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＨ_２Ｏガスも生成させた状態としておく。すなわち、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｏ３を閉じたまま、バルブｖｏ５を開くことにより、Ｈ_２Ｏガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。

また、このとき、液体原料（Ｈｆ原料）であるＴＤＭＡＨｆを気化させた原料ガス（Ｈｆ原料ガス）、すなわちＴＤＭＡＨｆガスを生成（予備気化）させておくことが好ましい。すなわち、バルブｖｈ３を閉じたまま、バルブｖｈ２を開き、気化器２２９ｈへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｈ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｈから気化器２２９ｈへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｈにて液体原料を気化させて原料ガスを生成させておくことが好ましい。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３を閉じたまま、バルブｖｈ５を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。

気化器２２９ａ，２２９ｈにて原料ガス（ＴＭＡガス、ＴＤＭＡＨｆガス）を安定した状態で生成させたり、Ｈ_２Ｏガス供給源２３０ｏにてＨ_２Ｏガスを安定した状態で生成させたりするには所定の時間を要する。すなわち、原料ガスやＨ_２Ｏガスの生成初期は、これらが不安定な状態で供給される。このため、本実施形態では、原料ガス、Ｈ_２Ｏガスを予め生成させておくことで安定供給可能な状態としておき、バルブｖｈ３，ｖｈ５，ｖａ３，ｖａ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｈ_２Ｏガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室２０１内への原料ガス、Ｈ_２Ｏガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。

〔Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）〕
〔ＴＭＡ供給工程（Ｓ３ａ）〕
続いて、バルブｖａ４，ｖａ５を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＴＭＡガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＴＭＡガスの照射を開始する。ＴＭＡガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰なＴＭＡガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内へのＴＭＡガスの供給時には、第１原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ内へのＴＭＡガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＴＭＡガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖａ３を開き、ＴＭＡガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４，ｖａ５を開いて、処理室２０１内へのＴＭＡガスの供給を停止する。

〔パージ工程（Ｓ３ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＭＡガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続して行う。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＴＭＡガスを除去する。

〔Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）〕
処理室２０１内のパージが完了したら、バルブｖｏ４，ｖｏ５を閉じ、バルブｖｏ３を開いて、処理室２０１内への酸化源としてのＨ_２Ｏガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＨ_２Ｏガスの照射を開始する。Ｈ_２Ｏガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰なＨ_２Ｏガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内へのＨ_２Ｏガスの供給時には、第１原料ガス供給管２１３ｈ、第２原料ガス供給管２１３ａ内へのＨ_２Ｏガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＨ_２Ｏガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖａ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｏ３を開き、Ｈ_２Ｏガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｏ３を閉じ、バルブｖｏ４，ｖｏ５を開いて、処理室２０１内へのＨ_２Ｏガスの供給を停止する。

〔パージ工程（Ｓ３ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＨ_２Ｏガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続して行う。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＨ_２Ｏガスや反応副生成物を除去する。

〔繰り返し工程（Ｓ３ｅ）〕
そして、工程Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、所定膜厚のアルミニウムを含む絶縁膜としてのＡｌ_２Ｏ_３膜が初期層として形成される。

〔ＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ４ａ）〕
続いて、バルブｖｈ４，ｖｈ５を閉じ、バルブｖｈ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＴＤＭＡＨｆガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＴＤＭＡＨｆガスの照射を開始する。ＴＤＭＡＨｆガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰なＴＤＭＡＨｆガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内へのＴＤＭＡＨｆガスの供給時には、第２原料ガス供給管２１３ａ、Ｈ_２Ｏガス供給管２１３ｏ内へのＴＤＭＡＨｆガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＴＤＭＡＨｆガスの拡散を促すように、バルブｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｈ３を開き、ＴＤＭＡＨｆガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｈ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖｈ５を開いて、処理室２０１内へのＴＤＭＡＨｆガスの供給を停止する。

〔パージ工程（Ｓ４ｂ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＤＭＡｆガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続して行う。Ｎ_２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ_２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＴＤＭＡＨｆガスを除去する。

〔Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ４ｃ）〕
続いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるＨ_２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、
ウェハ２へのＨ_２Ｏガスの照射を行う。

〔パージ工程（Ｓ４ｄ）〕
その後、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるパージ工程（Ｓ３ｄ）と同様に、処理室２０１内のパージを行う。

〔ＴＭＡ供給工程（Ｓ４ｅ）〕
その後、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるＴＭＡ供給工程（Ｓ３ａ）と同様に、ウェハ２へのＴＭＡガスの照射を行う。

〔パージ工程（Ｓ４ｆ）〕
続いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるパージ工程（Ｓ３ｂ）と同様に、処理室２０１内のパージを行う。

〔Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ４ｇ）〕
続いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるＨ_２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、ウェハ２へのＨ_２Ｏガスの照射を行う。

〔パージ工程（Ｓ４ｈ）〕
続いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）におけるパージ工程（Ｓ３ｄ）と同様に、処理室２０１内のパージを行う。

〔繰り返し工程（Ｓ４ｅ）〕
そして、工程Ｓ４ａ〜Ｓ４ｈまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことにより、ウェハ２上に形成されたＡｌ_２Ｏ_３膜上に、所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＡｌＯ膜が形成される。なお、工程Ｓ４ａ〜Ｓ４ｄまでを第１のサイクルとし、Ｓ４ｅ〜Ｓ４ｈまでを第２のサイクルとし、第１のサイクルを所定回数繰り返す間に、第２のサイクルを１〜数回挿入するようにしてもよい。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＭＡ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、ＴＭＡ供給工程（Ｓ３ａ）においては、ＴＭＡはウェハ２上に吸着する。Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＭＡとＨ_２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＡｌ_２Ｏ_３膜が形成される。

また、ＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＤＭＡｆ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、ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ４ａ）においては、ＴＤＭＡＨｆはウェハ２上に吸着する。Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ４ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＨｆとＨ_２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＨｆＯ_２膜が形成される。また、ＴＭＡ供給工程（Ｓ４ｅ）においては、ＴＭＡはウェハ２上に吸着する。Ｈ_２Ｏ供給工程（Ｓ４ｇ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＭＡとＨ_２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＡｌ_２Ｏ_３膜が形成される。

本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、Ａｌ_２Ｏ_３膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜４００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＭＡ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ_２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：０．１〜０．３ｎｍが例示される。

また、本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、ＨｆＡｌＯ膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜４００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＤＭＡＨｆ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、ＴＭＡ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ_２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：４〜１２ｎｍが例示される。

〔ガス排気工程（Ｓ５）〕
所定膜厚の絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜及びＨｆＡｌＯ膜の積層膜）が形成されると、処理室２０１内が真空排気される。もしくは処理室２０１内に不活性ガスが供給されつつ処理室２０１内が真空排気されパージされる。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。

〔ウェハアンロード工程（Ｓ６）〕
その後、上述したウェハロード工程（Ｓ１）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜が形成された後のウェハ２を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する。

＜熱処理工程＞
次に、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜を熱処理する熱処理工程（ＰＤＡ）について説明する。すなわち、不活性ガス雰囲気下で、所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜を、アニールにより緻密化もしくは結晶化する工程について説明する。なお、以下の説明において、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御され、コントローラ１５０はメインコントローラ３７により制御される。

ウェハアンロード工程（Ｓ６）にてゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれる。ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウェハ２は、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に負圧移載機１３によってウェハ搬入搬出口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。ウェハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載機１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウェハ搬入搬出口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の上のウェハ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１〜１０００Ｐａ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。

ウェハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウェハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が、サセプタ回転装置１３６によって回転させられる。サセプタ１４０に保持されたウェハ２は、サセプタ回転装置１３６によって回転させられながら、４００〜７００℃の範囲内の所定の温度、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）及びＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）におけるウェハ温度よりも高い温度となるように、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によって加熱される。この回転および加熱中に、処理室１１１内に、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスがアニールガス供給管１４２から供給される。このとき不活性ガス供給流量は、１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転させられながら、サセプタ１４０の上に保持されたウェハ２は第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウェハ２上に形成された所定膜厚の絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜及びＨｆＡｌＯ膜の積層膜）は全面にわたって均一にアニールされる。そしてこのとき、Ａｌ_２Ｏ_３膜中のＡｌ原子が移動して、ＨｆＡｌＯ膜中へドーピングされる。このアニールの処理時間は、例えば１〜６０秒間の範囲内の
所定の時間とする。以上の熱処理工程により、ウェハ２上に形成された所定膜厚の絶縁膜は緻密化もしくは結晶化される。

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内が排気口１１６より所定の負圧となるように排気された後に、ゲートバルブ１１８が開かれる。そして、アニールが施されたウェハ２は、負圧移載機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に搬出される。

なお、高誘電率絶縁膜形成工程、熱処理工程実施後のウェハ２は、必要に応じて第１クーリングユニット３５または第２クーリングユニット３６により、冷却される場合もある。

その後、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、負圧移載機１３はウェハ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、ウェハ２の搬出が行われることとなる。ウェハ２の搬出後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。

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枚のウェハ２について、上述の各工程が順次実施されて行く。２５枚のウェハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウェハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。

その後、負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上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の正圧移載機１９は搬出室１５からウェハ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のウェハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納して行く。処理済みの２５枚のウェハ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によってウェ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における一連の工程が終了したウェハ２はポッド１内に気密に収納された状態で、上部電極形成工程を実施する他の成膜装置に搬送されていく。

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す効果のうち１つ又は複数の効果を奏する。

本実施形態によれば、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）において、下部電極としてのＴｉＮ膜上に初期層としてＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜する。その後、ＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）において、Ａｌ_２Ｏ_３膜上にＨｆＡｌＯ膜を成膜する。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３膜は、ＨｆＡｌＯ膜に比べて、膜中における酸素の拡散速度が遅く、酸素透過性が低い膜である。そのため、ＨｆＡｌＯ膜中に残留している未反応のＯＨがＡｌ_２Ｏ_３膜を透過してしまうことを抑制でき、ＴｉＮ膜が酸化されてしまうことを抑制できる。その結果、ＴｉＮ膜の電気特性の劣化を抑制し、例えばキャパシタ容量の減少等を回避できる。

なお、酸素透過性が低い膜としてＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜する代わりにＳｉ_３Ｎ_４膜を成膜
する方法も考えられる。しかしながら、Ｓｉ_３Ｎ_４薄膜の低温での膜厚・膜質制御は困難である。そして、十分な膜質を有するＳｉ_３Ｎ_４薄膜を形成するには、ＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）と比べて温度条件を高く設定する必要がある。そのため、Ｓｉ_３Ｎ_４膜とＨｆＡｌＯ膜とを同一の処理室２０１内で順次成膜することとすれば、処理室２０１内の温度調整により多くの時間を要してしまい、成膜処理の生産性が低下してしまう場合がある。また、高温の条件下でＳｉ_３Ｎ_４膜を成膜すると、下地のＴｉＮ膜中に窒素が過剰にドーピングされてしまう場合がある。

これに対し、本実施形態によれば、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）の温度条件とＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）の温度条件とを、同様の範囲内となるように設定している。そのため、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）及びＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）を、同一の処理室２０１内で、大幅な温度調整を要さずに、例えば同一の温度条件で連続して行うことができる。これにより、成膜工程の所要時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが出来る。また、下地のＴｉＮ膜中に窒素等が過剰にドーピングされてしまうことを回避できる。

また、本実施形態によれば、ＨｆＡｌＯ膜を形成した後に熱処理工程（ＰＤＡ）を実施することにより、Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング効果を得ることができる。そして、係る効果によりＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を微調整することができ、ＨｆＡｌＯ膜の誘電率を高めることが出来る。なお、酸素透過性が低い膜として、Ａｌ_２Ｏ_３膜を成膜する代わりにＳｉ_３Ｎ_４膜やＳｉＯ_２膜を成膜する場合には、ＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング効果が得られず、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を微調整することは困難となる。

また、本実施形態によれば、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜を熱処理する熱処理工程（ＰＤＡ）を実施している。これにより、形成したＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜を緻密化もしくは結晶化させることが出来る。

以下に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

図８（ａ）は、本発明の実施例に係る評価サンプル作成用の基板処理工程のフロー図であり、（ｂ）は比較例に係る評価サンプル作成用の基板処理工程のフロー図である。図８（ａ）に示す実施例では、下部電極としてのＴｉＮ膜の形成（Ｂｏｔｔｏｍ ＴｉＮ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＴｉＮ膜上へのＡｌ_２Ｏ_３膜の形成（Ａｌ_２Ｏ_３ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、Ａｌ_２Ｏ_３膜上へのＨｆＡｌＯ膜の形成（ＨｆＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、７００℃での熱処理工程（ＰＤＡ）、熱処理後のＨｆＡｌＯ膜上への上部電極としてのＴｉＮ膜の形成（Ｔｏｐ ＴｉＮ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）、ＦＧＡ処理（ＦＧＡ）を順に実施した。なお、上記において、“Ａｌ_２Ｏ_３ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”は上述の実施形態のＡｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）に、“ＨｆＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”はＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）に、“ＰＤＡ”は上述の実施形態の熱処理工程にそれぞれ相当する。また、図８（ａ）では、“Ａｌ_２Ｏ_３ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”から“ＰＤＡ”までは、上述の実施形態に係る基板処理装置を用いて行った。また、図８（ｂ）では、“ＨｆＡｌＯ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”から“ＰＤＡ”までを上述の実施形態に係る基板処理装置を用いて行った。なお、いずれの場合も、各処理工程における各処理条件は、上述の実施形態にて示した各処理条件の範囲内の条件に設定して行った。

図９（ａ）は、図８（ａ）のフローにより形成された本発明の実施例に係る評価サンプ
ルの積層構造を示す断面図であり、（ｂ）は、図８（ｂ）のフローにより形成された比較例に係る評価サンプルの積層構造を示す断面図である。

図１０（ａ）は、図９（ａ）の評価サンプル、すなわちＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（実施例）と、図９（ｂ）の評価サンプル、すなわちＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介さずにＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（比較例）とのそれぞれにおける、ＨｆＡｌＯ膜の膜厚と電極間の絶縁膜のＥＯＴ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｏｘｉｄｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）との関係を示すグラフ図である。図１０（ａ）の横軸はＨｆＡｌＯ膜の膜厚（ｎｍ）を示しており、縦軸は電極間の絶縁膜のＥＯＴ（ｎｍ）を示している。また、図中●印はＡｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（実施例）を、◆印はＡｌ_２Ｏ_３膜を介さずにＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（比較例）を示している。図１０（ａ）のＨｆＡｌＯの物理膜厚とＥＯＴプロットの切片とによれば、Ａｌ_２Ｏ_３膜を介さずにＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（◆印）には、約０．３ｎｍ分のＥＯＴの増膜があることが分かる。この増膜は、下部電極としてのＴｉＮ膜が酸化されて形成されたＴｉＯ（Ｎ）膜による容量分と考えられる。これに対して、Ａｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（●印）には、ＥＯＴの増膜が殆ど無く、下部電極としてのＴｉＮ膜の酸化が抑制できていることが分かる。なお、図１０（ａ）において、Ａｌ_２Ｏ_３膜有り（●印）の直線（一点鎖線）とＡｌ_２Ｏ_３膜無し（◆印）の直線（破線）は交差しているが、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を変化させればＡｌ_２Ｏ_３膜有り（●印）の直線の傾きも変わるので、両直線が交差しないようにすることもできる。例えば、ＨｆＡｌＯ膜のＡｌ濃度を０％とすれば（ＨｆＡｌＯ膜の代わりにＨｆＯ_２膜を用いれば）、Ａｌ_２Ｏ_３膜有り（●印）の直線の傾きはＡｌ_２Ｏ_３膜無し（◆印）の直線の傾きよりも小さくなり、両直線は交わらなくなるものと考えられる。

図１０（ｂ）は、各評価サンプルにおけるＴｉＮ膜上に形成したＡｌ_２Ｏ_３膜の膜厚と電極間の絶縁膜のＥＯＴとの関係を示すグラフ図である。図１０（ｂ）の横軸はＡｌ_２Ｏ_３膜の膜厚（ｎｍ）を示しており、縦軸は電極間の絶縁膜のＥＯＴ（ｎｍ）を示している。図１０（ｂ）によれば、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚を０．１〜０．３ｎｍとした場合（実施例）には、ＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介さずにＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（図中、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚がゼロである場合）と比較して、絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜とＨｆＡｌＯ膜との積層膜）の合計の物理膜厚がＡｌ_２Ｏ_３膜の分だけ厚いにも関わらず、低いＥＯＴが得られていることが分かる。また、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚が０．３ｎｍを超えると、Ａｌ_２Ｏ_３膜を形成していない場合よりＥＯＴが高くなってしまい（例えば、図１０（ｂ）のＡｌ_２Ｏ_３膜厚が０．５ｎｍ、１．０ｎｍのときのＥＯＴ参照）、誘電率が低くなることが分かる。また、ＡＬＤ法による１回の成膜で形成可能な最低限の膜厚は０．１ｎｍ程度である。よって、ＡＬＤ法により成膜する場合、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚は０．１〜０．３ｎｍとするのが好ましい。なお、図１０（ｂ）より、Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚を０．１〜０．２ｎｍとすると、より低いＥＯＴが得られるのでより好ましい。

図１１（ａ）は、本発明の実施例における下部電極の酸化抑制モデルを示す模式図であり、図１１（ｂ）は比較例に係る下部電極の酸化モデルを示す模式図である。上述したように、酸化源としてＨ_２Ｏを用いてＨｆＡｌＯ膜を形成すると、ＨｆＡｌＯ膜中には未反応のＯＨが残留することがある。残留している未反応のＯＨは、ＨｆＡｌＯ膜を例えば４００〜７００℃に加熱すると脱離する。ここで、図１１（ｂ）のように、ＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介さずにＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（比較例）には、熱処理によりＨｆＡｌＯ膜から脱離した未反応のＯＨが、下部電極としてのＴｉＮ膜に到達してＴｉＮ膜を酸化させ、ＴｉＯ（Ｎ）層を形成してしまうことがある。これに対し、図１１（ａ）のようにＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成した場合（実施例）には、Ａｌ_２Ｏ_３膜がＯＨの透過を抑制し、ＴｉＮ膜の酸化量が抑制される（もしくは酸化が防止される）。これは、Ａｌ_２Ｏ_３膜の酸素透過性が、ＨｆＡｌＯ膜やＨｆＯ_２膜の酸素透過性
よりも低いためである。なお、ＨｆＡｌＯ膜の酸素透過性はＨｆＯ_２膜の酸素透過性よりも低いが、これは、ＨｆＯ_２膜に添加されたＡｌが酸素の透過を抑制するためである考えられる。

なお、ＴｉＮ膜上にＡｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成することによる効果は、上述のＴｉＮ膜の酸化抑制効果だけではない。すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３膜を介してＨｆＡｌＯ膜を形成することで、Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング効果が得られる。

図１２に、Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピングモデルを示す。ＨｆＡｌＯ膜の成膜後に行う熱処理工程（ＰＤＡ）の際に、その処理条件を上述のような範囲内の条件とすれば、Ａｌ_２Ｏ_３膜中のＡｌが、熱拡散によりＨｆＡｌＯ膜中にドーピングされる。つまり、熱処理工程により、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を微調整することができ、Ａｌ濃度を高くすることができる。なお、ＨｆＡｌＯ膜の成膜時におけるＡｌのドーピング量と、ＰＤＡ時におけるＡｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量の合計が、ＰＤＡ後のＨｆＡｌＯ膜におけるＡｌのトータルドーピング量となる。そのため、ＨｆＡｌＯ膜の成膜条件とＨｆＡｌＯ膜の成膜時におけるＡｌのドーピング量との関係、および、ＰＤＡ条件とＰＤＡ時におけるＡｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量との関係を事前に求めておくことで、ＰＤＡ後のＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を所望の濃度に制御することができる。なお、ＨｆＡｌＯ膜の成膜時におけるＡｌのドーピング量は、成膜時における処理室内圧力やＴＭＡ供給流量やＴＭＡ供給時間や第１サイクル（工程Ｓ４ａ〜Ｓ４ｄ）の繰り返し回数に対する第２サイクル（工程Ｓ４ｅ〜Ｓ４ｈ）の挿入回数等を調整することで制御することができる。また、熱処理工程におけるＡｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量は、ＰＤＡ時におけるウェハ温度、処理室内圧力、アニール時間等を調整することで制御することができる。

そして、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を制御することで、ＨｆＡｌＯ膜の誘電率を制御することができる。例えば、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を４〜５％とすることで、ＨｆＡｌＯ膜の誘電率を３５程度まで高めることができる。

なお、ＨｆＡｌＯ膜の代わりに、ＨｆＯ_２膜を用いても同様な効果が得られる。すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成後、ＨｆＯ_２膜を形成し、その後に熱処理工程を行うことで、Ａｌ_２Ｏ_３膜中のＡｌが、熱拡散によりＨｆＯ_２膜中にドーピングされる。これによりＨｆＯ_２膜はＨｆＡｌＯ膜となる。この場合も、熱処理工程におけるＡｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＯ_２膜へのＡｌのドーピング量を事前に測定しておくことで、熱処理工程後のＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を制御することができる。

また、Ａｌ_２Ｏ_３膜の代わりにＡｌＮ膜を用いても同様な効果（下部電極の酸化抑制効果、Ａｌのドーピング効果）が得られる。すなわち、酸素拡散抑制膜としては、Ａｌ_２Ｏ_３膜やＡｌＮ膜等のＡｌを含む絶縁膜を用いるのがよい。

＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、基板処理装置（成膜装置）として１度に１枚の基板を処理する枚葉式のＡＬＤ装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、基板処理装置として１度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ＡＬＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＡＬＤ装置について説明する。

図７は、本実施形態で好適に用いられる縦型ＡＬＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉３０２部分を図７（
ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。

図７（ａ）に示されるように、処理炉３０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３０７を有する。ヒータ３０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース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３０７の内側には、ヒータ３０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ３０３が配設されている。プロセスチューブ３０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３０３の筒中空部には処理室３０１が形成されており、基板としてのウェハ２を、後述するボート３１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

プロセスチューブ３０３の下方には、プロセスチューブ３０３と同心円状にマニホールド３０９が配設されている。マニホールド３０９は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３０９は、プロセスチューブ３０３に係合しており、プロセスチューブ３０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド３０９とプロセスチューブ３０３との間には、シール部材としてのＯリング３２０ａが設けられている。マニホールド３０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ３０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ３０３とマニホールド３０９とにより反応容器が形成される。

マニホールド３０９には、第１ガス導入部としての第１ノズル３３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル３３３ｂとが、マニホールド３０９の側壁を貫通するように接続されている。第１ノズル３３３ａと第２ノズル３３３ｂは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部がマニホールド３０９に接続され、垂直部がプロセスチューブ３０３の内壁とウェハ２との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ３０３の下部より上部の内壁に沿って、ウェハ２の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂがそれぞれ設けられている。この第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１ノズル３３３ａに第１原料ガス供給管２１３ｈ及び第２原料ガス供給管２１３ａが接続され、第２ノズル３３３ｂにＨ_２Ｏガス供給管２１３ｏが接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガス（ＴＤＭＡＨｆガス、ＴＭＡガス）と、酸化源（Ｈ_２Ｏ）とを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに各原料ガスを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。

マニホールド３０９には、処理室３０１内の雰囲気を排気する排気管３３１が設けられている。排気管３３１には、圧力検出器としての圧力センサ３４５及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３４６が接続されており、圧力センサ３４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４２を調整することで、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ３４２は弁を開閉して処理室３０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室３０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。

マニホールド３０９の下方には、マニホールド３０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ３１９が設けられている。シールキャップ３１９は、マニホールド３０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ３１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３１９の上面には、マニホールド３０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２０ｂが設けられている。シールキャップ３１９の処理室３０１と反対側には、後述するボート３１７を回転させる回転機構３６７が設置されている。回転機構３６７の回転軸３５５は、シールキャップ３１９を貫通して、ボート３１７に接続されており、ボート３１７を回転させることでウェハ２を回転させるように構成されている。シールキャップ３１９は、プロセスチューブ３０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ３１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３１７を処理室３０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

基板保持具としてのボート３１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ２を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート３１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材３１８が設けられており、ヒータ３０７からの熱がシールキャップ３１９側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ３０３内には、温度検出器としての温度センサ３６３が設置されており、温度センサ３６３により検出された温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合を調整することにより、処理室３０１内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ３６３は、第１ノズル３３３ａ及び第２ノズル３３３ｂと同様に、プロセスチューブ３０３の内壁に沿って設けられている。

制御部（制御手段）であるコントローラ３８０は、ＡＰＣバルブ３４２、ヒータ３０７、温度センサ３６３、真空ポンプ３４６、回転機構３６７、ボートエレベータ３１５、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖａ１〜ｖａ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｏ等の動作を制御する。

次に、上記構成にかかる縦型ＡＬＤ装置の処理炉３０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ＡＬＤ法によりウェハ２上に薄膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型ＡＬＤ装置を構成する各部の動作は、コントローラ３８０により制御される。

複数枚のウェハ２をボート３１７に装填（ウェハチャージ）する。そして、図７（ａ）に示すように、複数枚のウェハ２を保持したボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。

処理室３０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３４６によって処理室３０１内を真空排気する。この際、処理室３０１内の圧力を圧力センサ３４５で測定して、この測定された圧力に基づき、ＡＰＣバルブ３４２をフィードバック制御する。また、処理室３０１内が所望の温度となるように、ヒータ３０７によって加熱する。この際、処理室３０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ３６３が検出した温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構３６７によりボート３１７を回転させることで、ウェハ２を回転させる。

その後、例えば上述の実施形態と同様に、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）およびＨｆＡ
ｌＯ膜形成工程（Ｓ４）を実施することにより、ウェハ２上に所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜及びＨｆＡｌＯ膜を形成する。

その後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜およびＨｆＡｌＯ膜が形成された後のウェハ２を、ボート３１７に保持させた状態でマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウェハ２をボート３１７より取り出す（ウェハディスチャージ）。処理済みのウェハ２は、この後、熱処理装置に搬送され、熱処理工程が行われることとなる。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、下部電極の酸化による電気特性の劣化を抑制し、例えばキャパシタ容量の減少等を回避することができる。また、熱処理によるＡｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌドーピング効果も得られ、ＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度の微調整が可能となり、誘電率を制御することも可能となる。更には、半導体装置の生産性を向上させることも可能となる。

＜本発明の更に他の実施形態＞
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。

例えば、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＨｆＡｌＯ膜を形成する場合について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、下部電極上にＡｌ_２Ｏ_３膜を形成した後、ＨｆＯ_２膜、ＺｒＯ_２膜、ＴｉＯ_２膜、Ｎｂ_２Ｏ_５膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜、ＳｒＴｉＯ膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜等の高誘電率絶縁膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。

また、酸化源としてＨ_２Ｏガスを用いる場合に限らず、Ｏ_３ガスや、プラズマで活性化した酸素含有物質を用いる場合にも、本発明は好適に適用可能である。ただし、Ａｌ_２Ｏ_３膜形成工程（Ｓ３）では、成膜時における下部電極の酸化を防止するために、酸化源としてはＨ_２Ｏを用いるのが好ましい。Ｈ_２Ｏは、Ｏ_３やプラズマで活性化した酸素含有物質に比べ酸化力が小さいので、酸化源としてＨ_２Ｏを用いることで、成膜時における下部電極の酸化を有効に防止することができる。これに対して、ＨｆＡｌＯ膜形成工程（Ｓ４）では、下部電極上に酸化抑制層としてのＡｌ_２Ｏ_３膜が形成されているので、酸化源としてＯ_３やプラズマで活性化した酸素含有物質を用いても、下部電極が酸化されることはない。

また、酸化源の代わりに窒化源（窒化ガス）を用い、下部電極上に窒化アルミニウム膜（ＡｌＮ膜）等の酸素透過性の低い膜を形成した後、ＨｆＡｌＯ膜、ＨｆＯ_２膜、ＺｒＯ_２膜、ＴｉＯ_２膜、Ｎｂ_２Ｏ_５膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜、ＳｒＴｉＯ膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜等の高誘電率絶縁膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。

また、上述の実施形態では、枚葉式コールドウォールタイプの第１処理ユニットと、ランプ加熱タイプの第２処理ユニットを備えたクラスタ型基板処理装置を用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、枚葉式ホットウォールタイプの処理ユニットやバッチ式ホットウォールタイプの処理ユニットを供えた基板処理装置や基板処理システムを用いる場合にも好適に適用可能である。さらには、成膜工程と熱処理工程とを同一処理炉にて行う基板処理装置を用いる場合にも、本発明は好適に適用可能である。

また、上述の実施形態では、下部電極（ＴｉＮ）と高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ）との
間にＡｌを含む絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を挿入する例について説明したが、図１３に示すように、さらに、上部電極（ＴｉＮ）と高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ）との間にＡｌを含む絶縁膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を挿入するようにしてもよい。この場合、例えば、ＴｉＮ膜の形成、ＴｉＮ膜上への第１のＡｌ_２Ｏ_３膜（以下、下部Ａｌ_２Ｏ_３膜ともいう）の形成、第１のＡｌ_２Ｏ_３膜上へのＨｆＡｌＯ膜の形成、ＨｆＡｌＯ膜上への第２のＡｌ_２Ｏ_３膜（以下、上部Ａｌ_２Ｏ_３膜ともいう）の形成、ＰＤＡ、ＰＤＡ後の第２のＡｌ_２Ｏ_３膜上へのＴｉＮ膜の形成を順に行うこととなる。上部Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚は、下部Ａｌ_２Ｏ_３膜の膜厚と同様、０．１〜０．３ｎｍとするのが好ましい。

図１３の構造によれば、ＰＤＡ時における下部電極（ＴｉＮ）の酸化抑制効果だけでなく、上部電極（ＴｉＮ）形成時や上部電極（ＴｉＮ）形成後の他の工程におけるＨｆＡｌＯ膜への熱負荷に起因する上部電極（ＴｉＮ）の酸化を抑制する効果も得られるようになる。また、ＰＤＡ時における下部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌドーピング効果だけでなく、上部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌドーピング効果も得られることとなる。

この場合、ＨｆＡｌＯ膜の成膜時におけるＡｌのドーピング量と、ＰＤＡ時における下部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量と、ＰＤＡ時における上部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量と、の合計が、ＰＤＡ後のＨｆＡｌＯ膜におけるＡｌのトータルドーピング量となる。そのため、ＨｆＡｌＯ膜の成膜条件とＨｆＡｌＯ膜の成膜時におけるＡｌのドーピング量との関係、ＰＤＡ条件とＰＤＡ時における下部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量との関係、および、ＰＤＡ条件とＰＤＡ時における上部Ａｌ_２Ｏ_３膜からＨｆＡｌＯ膜へのＡｌのドーピング量との関係、を事前に求めておくことで、ＰＤＡ後のＨｆＡｌＯ膜中のＡｌ濃度を所望の濃度に制御することができる。なお、ＨｆＡｌＯ膜の成膜時やＰＤＡ時におけるＡｌのドーピング量の制御は上述の実施形態と同様に行うことができる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源または窒化源を供給し排気する工程と、を交互に行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なる高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、前記アルミニウムを含む絶縁膜が、酸化アルミニウム膜または窒化アルミニウム膜である。

また好ましくは、前記アルミニウムを含む絶縁膜が酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．１〜０．３ｎｍである。

また好ましくは、前記アルミニウムを含む絶縁膜が酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．１〜０．２ｎｍである。

また好ましくは、前記アルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程では、前記酸化源とし
てＨ_２Ｏを用い、前記アルミニウムを含む絶縁膜として酸化アルミニウム膜を形成する。

また好ましくは、前記高誘電率絶縁膜を形成する工程では、前記酸化源としてＨ_２Ｏ、Ｏ_３またはプラズマで活性化した酸素含有物質を用いる。

また好ましくは、前記熱処理を行う工程では、前記アルミニウムを含む絶縁膜中のアルミニウムを前記高誘電率絶縁膜中へドーピングさせる。

また好ましくは、前記熱処理を行う工程では、熱処理条件を調整することで、前記アルミニウムを含む絶縁膜中から前記高誘電率絶縁膜中へのアルミニウムのドーピング量を制御する。

また好ましくは、前記熱処理を行う工程では、熱処理条件を調整することで、前記熱処理後の前記高誘電率絶縁膜中のアルミニウム濃度が所定の濃度となるように制御する。

また好ましくは、前記高誘電率絶縁膜がハフニウムまたはジルコニウムを含む膜である。

本発明の他の態様によれば、
基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なる高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率絶縁膜が形成された基板に対して熱処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にアルミニウム原料を供給するアルミニウム原料供給系と、
前記処理室内に原料を供給する原料供給系と
前記処理室内に酸化源または窒化源を供給する酸化源または窒化源供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した処理室内へのアルミニウム原料の供給および排気と、前記処理室内への酸化源または窒化源の供給および排気と、を交互に行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成し、前記処理室内への前記原料の供給および排気と、前記処理室内への酸化源の供給および排気と、を交互に行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なる高誘電率絶縁膜を形成するように、前記アルミニウム原料供給系、前記原料供給系、前記酸化源または窒化源供給系、および、前記排気系を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置と、
前記高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う熱処理装置と、
を有する基板処理システムが提供される。

２ ウェハ（基板）
１０ クラスタ装置（基板処理装置）
２０１ 処理室
２８０ コントローラ

Claims (7)

1. 基板を収容した処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源または窒化源を供給し排気する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程と、
   前記処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行う第１のサイクルを所定回数繰り返すことと、前記処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行う第２のサイクルを１〜数回行うことと、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なるアルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
   前記アルミニウムを含む絶縁膜および前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う工程と、
   を有し、
   前記熱処理を行う工程では、前記アルミニウムを含む絶縁膜中のアルミニウムを、熱拡散により移動させて、前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中へドーピングさせ、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における処理条件と、前記熱処理を行う工程における処理条件と、の両方の処理条件を調整することで、
   事前に求めておいた
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における処理条件と、その工程における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   前記熱処理を行う工程における処理条件と、その工程における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   に基づき、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と前記熱処理を行う工程における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量との合計である前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜におけるアルミニウムのトータルドーピング量を調整し、前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中のアルミニウム濃度を制御する半導体装置の製造方法。
2. 前記アルミニウムを含む絶縁膜が酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．１〜０．３ｎｍである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記アルミニウムを含む絶縁膜が酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．１〜０．２ｎｍである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中のアルミニウム濃度を４〜５％とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記熱処理を行う工程の後に、前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜上に電極膜を形成する工程を更に有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 基板を収容した処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源または窒化源を供給し排気する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成する工程と、
   前記処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行う第１のサイクルを所定回数繰り返すことと、前記処理室内にアルミニウム原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に酸化源を供給し排気する工程と、を交互に行う第２のサイクルを１〜数回行うことと、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なるアルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
   前記アルミニウムを含む絶縁膜および前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行う工程と、
   を有し、
   前記熱処理を行う工程では、前記アルミニウムを含む絶縁膜中のアルミニウムを、熱拡散により移動させて、前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中へドーピングさせ、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における処理条件と、前記熱処理を行う工程における処理条件と、の両方の処理条件を調整することで、
   事前に求めておいた
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における処理条件と、その工程における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   前記熱処理を行う工程における処理条件と、その工程における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   に基づき、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する工程における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と前記熱処理を行う工程における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量との合計である前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜におけるアルミニウムのトータルドーピング量を調整し、前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中のアルミニウム濃度を制御する基板処理方法。
7. 基板を処理する第１の処理室と、
   前記第１の処理室内にアルミニウム原料を供給するアルミニウム原料供給系と、
   前記第１の処理室内に原料を供給する原料供給系と、
   前記第１の処理室内に酸化源または窒化源を供給する酸化源または窒化源供給系と、
   前記第１の処理室内を排気する排気系と、
   基板を収容した前記第１の処理室内へのアルミニウム原料の供給および排気と、前記第１の処理室内への酸化源または窒化源の供給および排気と、を交互に行うサイクルを所定回数行うことで、基板表面に形成された電極膜上にアルミニウムを含む絶縁膜を形成し、前記第１の処理室内への原料の供給および排気と、前記第１の処理室内への酸化源の供給および排気と、を交互に行う第１のサイクルを所定回数繰り返すことと、前記第１の処理室内へのアルミニウム原料の供給および排気と、前記第１の処理室内への酸化源の供給および排気と、を交互に行う第２のサイクルを１〜数回行うことと、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、前記アルミニウムを含む絶縁膜上に、前記アルミニウムを含む絶縁膜とは異なるアルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成するように、前記アルミニウム原料供給系、前記原料供給系、前記酸化源または窒化源供給系、および、前記排気系を制御する第一コントローラと、
   を有する第一処理ユニットと、
   基板を処理する第２の処理室と、
   前記第２の処理室内の基板を加熱するヒータと、
   前記第２の処理室内に収容された前記アルミニウムを含む絶縁膜および前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜が形成された前記基板に対して熱処理を行い、その際、前記アルミニウムを含む絶縁膜中のアルミニウムを、熱拡散により移動させて、前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中へドーピングさせるように、前記ヒータを制御する第二コントローラと、
   を有する第二処理ユニットと、
   を有し、
   前記第一コントローラおよび前記第二コントローラは、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する際における処理条件と、前記熱処理を行う際における処理条件と、の両方の処理条件を調整することで、
   事前に求めておいた
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する際における処理条件と、その際における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   前記熱処理を行う際における処理条件と、その際における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と、の関係と、
   に基づき、
   前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜を形成する際における前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量と前記熱処理を行う際における前記アルミニウムを含む絶縁膜から前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜へのアルミニウムのドーピング量との合計である前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜におけるアルミニウムのトータルドーピング量を調整し、前記熱処理後の前記アルミニウムを含む高誘電率絶縁膜中のアルミニウム濃度を制御するように構成される基板処理システム。

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