半導体装置の製造方法及び基板処理システム
【課題】ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御し、誘電率を増大させる。
【解決手段】基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、を有する。
【解決手段】基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（すなわちＳｉＯ２の比誘電率（４程度）よりも高い比誘電率を有する絶縁膜）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、キャパシタ絶縁膜を挟む上部電極及び下部電極をそれぞれ金属材料により形成するＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造が用いられるようになっている。係る場合、キャパシタ絶縁膜としてはＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されてきた。近年、さらに比誘電率の高い酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）やチタン酸ストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）の採用が検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
なお、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の誘電率は、その結晶性によって変化する。そのため、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜を高誘電率絶縁膜として用いるには、その結晶性を制御することが必要となる。例えば、ＴｉＯ２膜を高誘電率絶縁膜として用いるには、その結晶構造をルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）構造にする必要がある。しかしながら、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性は、膜の成膜温度や下地膜の結晶性などに大きく依存する。そのため、半導体装置を実際に製造する際に、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御することは困難であった。
【０００４】
本発明は、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御し、誘電率を増大させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、を有することを特徴とする基板処理システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
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、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御し、誘電率を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜工程のフロー図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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る。
【図９】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る。
【図１０】ＴｉＯ２膜の結晶構造を示す模式図である。
【図１１】（ａ）はＨｆＯ２膜の結晶構造を示す模式図であり、（ｂ）はＨｆＡｌＯ膜の結晶構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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２を処理する処理室２０１が形成されている。
【００２０】
処理室２０１内には、ウェハ２を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、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２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。
【００２１】
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２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２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２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。
【００２２】
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２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２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２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。
【００２３】
（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２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２を搬送する際にウェハ２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２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２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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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２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２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。
【００２７】
（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２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出来るよう、不連続に形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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２上に均一に供給される。そして、ウェハ２上に供給されたガスは、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２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２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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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、第３液体原料としてのＴｉ（チタニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｔｉ原料ともいう）を供給する第３液体原料供給源２２０ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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。
【００３３】
第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ、第３液体原料供給源２２０ｔには、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔがそれぞれ接続されている。圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔ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，２３７ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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Ｎ２ガス等の不活性ガスが用いられる。
【００３４】
また、第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ、第３液体原料供給源２２０ｔには、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａ、第３液体原料供給管２１１ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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，２２９ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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，２２１ｔ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，ｖｔ１と、がそれぞれ設けられている。なお、バルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１は、それぞれ気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔの内部に設けられてい
る。
【００３５】
上記構成により、バルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔから気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ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、主に、第３液体原料供給源２２０ｔ、圧送ガス供給管２３７ｔ、第３液体原料供給管２１１ｔ、液体流量コントローラ２２１ｔ、バルブｖｔ１により第３液体原料供給系（第３液体原料供給ライン）が構成される。
【００３６】
（気化部）
液体原料を気化する気化部としての気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔは、液体原料をヒータ２３ｈ，２３ａ，２３ｔ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，２０ｔと、この気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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，２１ｔと、液体原料の気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ内への供給を制御する上述のバルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１と、気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔへ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｈ，２２ａ，２２ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔの下流側端部は、それぞれバルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１を介して液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔには、それぞれキャリアガス供給管２４ｈ，２４ａ，２４ｔの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔを介して気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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，２４ｔの上流側端部には、キャリアガスとしてのＮ２ガスを供給するためのＮ２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，２４ｔには、Ｎ２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，２２５ｔと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ２，ｖａ２，ｖｔ２とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ２ガス供給源２３０ｃ、キャリアガス供給管２４ｈ，２４ａ，２４ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ、バルブｖｈ２，ｖａ２，ｖｔ２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，２２９ｔはそれぞれ第１気化部、第２気化部、第３気化部として構成されている。
【００３７】
（原料ガス供給系）
上記の気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔの原料ガス供給口２２ｈ，２２ａ，２２ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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，ｖｔ３がそれぞれ設けられている。
【００３８】
上記構成により、気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ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，ｖｔ３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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、主に、第３原料ガス供給管２１３ｔ、バルブｖｔ３により、第３原料ガス供給系（第３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、第３液体原料供給系、第３気化部、第３原料ガス供給系により第３原料供給系（チタニウム原料供給系）が構成される。
【００３９】
（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（Ｈ２Ｏガス）を供給するＨ２Ｏガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏには、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏには、Ｈ２Ｏ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。
【００４０】
Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏは、酸化源としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。
【００４１】
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Ｈ２Ｏガスを供給することが可能となる。主に、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ２Ｏ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（ＮＨ３）ガスを用いる場合は、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏを、それぞれＮＨ３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｏに置き換えればよい。この場合、主に、ＮＨ３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ３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。
【００４２】
（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Ｎ２ガスを供給するためのＮ２ガス供給源２３０ｐが設けられている。Ｎ２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、４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２１４ｔ、第４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２１４ｔ、第４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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏには、Ｎ２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，２２４ｔ，２２４ｏと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ２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２１４ｔ、第４パージガス供給
管２１４ｏ、流量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，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。
【００４３】
（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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，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２１５ｔ、第４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２１５ｔ、第４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２１５ｔ、第４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，ｖｔ５，ｖｏ５がそれぞれ設けられている。
【００４４】
上記構成により、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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。
【００４５】
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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏのバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏよりも下流側には、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８ベント管２１６ｏがそれぞれ接続されている。また、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８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５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８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，ｖｔ６，ｖｏ６がそれぞれ設けられている。
【００４６】
上記構成により、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を閉じ、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｔ６，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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏ内を流れるＮ２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，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏ内にＮ２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，ｖｔ６，ｖｏ６は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４と逆動作を行うように設定されており、Ｎ２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Ｎ２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２１５ｔ、第４ベント管２１５ｏ、ベント管２１５、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８ベント管２１６ｏ、
ベント管２１６、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，ｖｏ５、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｔ６，ｖｏ６によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４７】
（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（ＡＰＣ）２６２、気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ、真空ポンプ２６４、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖａ１〜ｖａ６，ｖｔ１〜ｖｔ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ，２２１ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ等の動作を制御する。
【００４８】
＜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熱処理装置としての第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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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いく。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。
【００５８】
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。
【００５９】
＜第１高誘電率絶縁膜を形成する工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０及び第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上に形成された下部電極上に、立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程について、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。本工程は、図２中のＳ１〜Ｓ９に対応する。
【００６０】
ここでは、まず、Ｈｆ原料としてＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、下部電極としてのＴｉＮ膜上に、ＨｆＯ２膜をＡＬＤ法によって成膜する。その後、Ａｌ原料としてＡｌプリカーサであるＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ： Ａｌ（ＣＨ３）３）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、上述のＨｆＯ２膜上に、Ａｌ２Ｏ３膜をＡＬＤ法によって成膜する。そして、このＨｆＯ２膜の成膜とＡｌ２Ｏ３膜の成膜とを交互に繰り返して、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。そして、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を熱処理（アニール）し、その後に急冷することにより、立方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜、すなわちハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加されたＨｆＯ２膜であり、以下、ＨｆＡｌＯ膜とも呼ぶ）を形成する。
【００６１】
なお、ＨｆＯ２膜の形成及びＡｌ２Ｏ３膜の形成は、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いて行う。また、熱処理工程は、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて行う。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、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御される。また、コントローラ２８０，１５０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
【００６２】
〔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。
【００６３】
続いて、昇降機構２０７ｂ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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
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（Ｓ５）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ２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（Ｓ５）までの間は、常に作動させた状態とする。
【００６６】
工程Ｓ１〜Ｓ２と並行して、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。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。
【００６７】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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。
【００６８】
また、このとき、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）させておくことが好ましい。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。
【００６９】
気化器２２９ｈ，２２９ａにて原料ガス（ＴＤＭＡＨｆガス、ＴＭＡガス）を安定した状態で生成させたり、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏにてＨ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止出来るようになり、好ましい。
【００７０】
〔ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）〕
〔ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ３ａ）〕
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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２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。
【００７１】
〔パージ工程（Ｓ３ｂ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＤＭＡＨｆガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２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。
【００７２】
〔Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を開始する。Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ内へのＨ２Ｏガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＨ２Ｏガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｏ３を開き、Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏガスの供給を停止する。
【００７３】
〔パージ工程（Ｓ３ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＨ２Ｏガスや反応副生成物を除去する。
【００７４】
〔所定回数実施工程（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（ｎ回）行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、ハフニウムを含む所定膜厚のＨｆＯ２膜が初期層として形成される。
【００７５】
〔Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）〕
〔ＴＭＡ供給工程（Ｓ３ｆ）〕
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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２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。
【００７６】
〔パージ工程（Ｓ３ｇ）〕
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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２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。
【００７７】
〔Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｈ）〕
続いて、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）におけるＨ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を行う。
【００７８】
〔パージ工程（Ｓ３ｉ）〕
その後、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）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。
【００７９】
〔所定回数実施工程（Ｓ３ｊ）〕
そして、工程Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｉまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（ｍ回）行うことにより、ウェハ２上に形成されたＨｆＯ２膜上に、アルミニウムを含む所定膜厚のＡｌ２Ｏ３膜が形成される。
【００８０】
〔所定回数実施工程（Ｓ３ｋ）〕
そして、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）とＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）とを交互に所定回数行うことで、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。
【００８１】
なお、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＤＭＡＨｆ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（Ｓ３ａ）においては、ＴＤＭＡＨｆはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＨｆとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＨｆＯ２膜が形成される。
【００８２】
Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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（Ｓ３ｆ）においては、ＴＭＡはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｈ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＭＡとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＡｌ２Ｏ３膜が形成される。
【００８３】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、ＨｆＯ２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、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：４〜５ｎｍが例示される。
【００８４】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、Ａｌ２Ｏ３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、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：０．２〜１．０ｎｍが例示される。
【００８５】
〔残留ガス排気工程（Ｓ４）〕
所定膜厚の絶縁膜（ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜）が形成されたら、処理室２０１内を真空排気する。もしくは処理室２０１内に不活性ガスを供給しつつ処理室２０１内を真空排気してパージする。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスに置換する。
【００８６】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ５）〕
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、所定膜厚の絶縁膜（ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜）が形成された後のウェハ２が、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出される。その後、ゲートバルブ４４が閉じられる。
【００８７】
〔ウェハロード工程（Ｓ６）〕
ウェハアンロード工程（Ｓ５）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、熱処理工程を施すべきウェハ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内は例えば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。
【００８８】
〔昇温工程（Ｓ７）及び熱処理工程（Ｓ８）〕
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。
【００８９】
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、例えば４００〜７００℃の範囲内の所定の温度、好ましくはＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）、Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。
【００９０】
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（ＨｆＯ２膜と
Ａｌ２Ｏ３膜との積層膜）は全面にわたって均一にアニールされる。そして、このアニールによりＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３が添加される。すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加される。
【００９１】
そして、所定時間（例えば１〜６０秒間の範囲内）経過後、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によるウェハ２の加熱が終了され、ウェハ２が急冷される。この熱処理工程（Ｓ８）における一連の処理によりＡｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜が結晶化し、立方晶の結晶性、すなわち、後述する形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）の結晶構造（ルチル構造）に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成される。
【００９２】
なお、結晶化されたＨｆＯ２膜の体積は、Ａｌ２Ｏ３が添加されることによって減少する。これは、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加されることによって、ＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離が縮小することによる。図１１（ａ）は、ＨｆＯ２膜の結晶（立方晶）構造を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、ＨｆＡｌＯ膜の結晶（立方晶）構造を示す模式図である。図１１（ａ）に示すように、Ａｌ２Ｏ３を添加することなくＨｆＯ２膜を結晶化させた場合、ＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離は５．０９Åになる。これに対し、図１１（ｂ）に示すように、Ａｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶の格子間距離は、Ａｌ２Ｏ３が添加されていないＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離（５．０９Å）よりも縮小する。すなわち、ハフニウム（Ｈｆ）よりもイオン半径の小さいアルミニウム（Ａｌ）を添加することによって、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離が、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）の結晶構造（ルチル構造）の格子間距離（４．５９Å）に近づくことになる。
【００９３】
なお、ＨｆＡｌＯ膜中におけるハフニウムとアルミニウムとの濃度比率は、所定回数実施工程（Ｓ３ｅ）におけるＡＬＤサイクルの実施回数（ｎ回）と、所定回数実施工程（Ｓ３ｊ）におけるＡＬＤサイクルの実施回数（ｍ回）と、の比率を変化させることによって適宜調整することが可能である。ＨｆＡｌＯ膜中におけるアルミニウムの濃度を、例えば数原子％程度とすることで、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を、ＴｉＯ２膜のルチル構造の格子間距離（４．５９Å）に近づけることが可能となる。
【００９４】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ９）〕
熱処理工程（Ｓ８）の終了後、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内から負圧移載室１１内に搬出される。このときのウェハ２の温度は、例えば３００〜４００℃程度であるが、負圧移載室１１内が真空下にあり、酸素分圧が低く不活性ガス雰囲気であるため、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）に対する酸素の供給は抑制される。ウェハ搬出後、ゲートバルブ１１８が閉じられる。
【００９５】
＜第２高誘電率絶縁膜を形成してルチル構造とする工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０及び第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、第１の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＡｌＯ膜上に第２の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜を形成し、ＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする工程について説明する。本工程は、図２中のＳ１０〜Ｓ１８に対応する。
【００９６】
ここでは、Ｔｉ原料としてＴｉプリカーサであるＴＤＭＡＴｉ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｔｉｔａｎｉｕｍ ： Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、上述の第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）上に、第２
の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜をＡＬＤ法によって成膜する。そして、ＴｉＯ２膜を熱処理し、ＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させ、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。
【００９７】
なお、ＴｉＯ２膜の形成は、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いて行う。また、熱処理工程は、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて行う。なお、以下の説明においても、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、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御される。また、コントローラ２８０，１５０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
【００９８】
〔ウェハロード工程（Ｓ１０）〕
ウェハロード工程（Ｓ１）と同様に、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成されたウェハ２が、負圧移載室１１内から処理室２０１内へ搬入され、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される。
【００９９】
〔プレヒート工程（Ｓ１１）〕
続いて、ウェハロード工程（Ｓ２）と同様に、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように、また、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。
【０１００】
なお、ウェハロード工程（Ｓ１０）、プレヒート工程（Ｓ１１）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ１４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ２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（Ｓ１０）から後述のウェハアンロード工程（Ｓ１４）までの間は、常に作動させた状態とする。
【０１０１】
工程Ｓ１０〜Ｓ１１と並行して、液体原料（Ｔｉ原料）であるＴＤＭＡＴｉを気化させた原料ガス（Ｔｉ原料ガス）、すなわちＴＤＭＡＴｉガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖｔ３を閉じたまま、バルブｖｔ２を開き、気化器２２９ｔへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｔ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｔから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｔから気化器２２９ｔへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｔ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ｖｔ３を閉じたまま、バルブｖｔ５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。
【０１０２】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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。
【０１０３】
気化器２２９ｔにて原料ガス（ＴＤＭＡＴｉガス）を安定した状態で生成させたり、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏにてＨ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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ｖｔ３，ｖｔ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガスの安定した供給を迅速に開始ある
いは停止出来るようになり、好ましい。
【０１０４】
〔ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ１２ａ）〕
続いて、バルブｖｔ４，ｖｔ５を閉じ、バルブｖｔ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＴＤＭＡＴｉガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＴＤＭＡＴｉガスの照射を開始する。ＴＤＭＡＴｉ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ＴＤＭＡＴｉ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ＴＤＭＡＴｉ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏ内へのＴＤＭＡＴｉガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＴＤＭＡＴｉガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｔ３を開き、ＴＤＭＡＴｉガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｔ３を閉じ、バルブｖｔ４，ｖｔ５を開いて、処理室２０１内へのＴＤＭＡＴｉガスの供給を停止する。
【０１０５】
〔パージ工程（Ｓ１２ｂ）〕
バルブｖｔ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＤＭＡＴｉガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＴＤＭＡＴｉガスを除去する。
【０１０６】
〔Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ１２ｃ）〕
続いて、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）におけるＨ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を行う。
【０１０７】
〔パージ工程（Ｓ１２ｄ）〕
その後、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）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。
【０１０８】
〔所定回数実施工程（Ｓ１２ｅ）〕
そして、工程Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｄ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上に形成された第１の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＡｌＯ膜上に、第２の高誘電率絶縁膜としてのチタニウムを含む所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成される。
【０１０９】
なお、ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＤＭＡＴｉ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、ＴＤＭＡＴｉ供給工程（Ｓ１２ａ）においては、ＴＤＭＡＴｉはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ１２ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＴｉとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＴｉＯ２膜が形成される。
【０１１０】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、第２の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜５００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＤＭＡＴｉ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：６〜８ｎｍが例示される。
【０１１１】
〔残留ガス排気工程（Ｓ１３）〕
所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成されたら、残留ガス排気工程（Ｓ４）と同様に、処理室２０１内を真空排気するか、処理室２０１内に不活性ガスを供給しつつ処理室２０１内を真空排気してパージする。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスに置換する。
【０１１２】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ１４）〕
その後、上述したウェハアンロード工程（Ｓ５）と同様に、所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成された後のウェハ２が、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出される。
【０１１３】
〔ウェハロード工程（Ｓ１５）〕
その度、上述したウェハロード工程（Ｓ６）と同様に、熱処理工程を施すべきウェハ２は、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に搬入され、サセプタ１４０の上に受け渡される。そして、処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は例えば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。
【０１１４】
〔昇温工程（Ｓ１６）及び熱処理工程（Ｓ１７）〕
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。
【０１１５】
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、例えば４００〜７００℃の範囲内の所定の温度、好ましくはＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）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、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。
【０１１６】
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ＴｉＯ２膜は全面にわたって均一にアニールされる。
【０１１７】
そして、所定時間（例えば１〜６０秒間の範囲内）経過後、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によるウェハ２の加熱が終了され、ウェハ２が急冷される。この熱処理工程（Ｓ１７）における一連の処理によりＴｉＯ２膜が結晶化する。このとき、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され、ＴｉＯ２膜の結晶の格子間距離が立方晶のＨｆＡｌＯ膜の結晶の格子間距離に近くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性がルチル構造となる。図１０は、ＴｉＯ２膜の結晶構造（ルチル構造）を示す模式図である。ＴｉＯ２膜の結晶性をこのようなルチル構造とすることで、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。
【０１１８】
なお、図１０に示すように、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶の格子間距離は４．５９Åであり、Ａｌ２Ｏ３が添加されていないＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離（５．０９Å）よりも小さい。そのため、Ａｌ２Ｏ３を添加することなく結晶化させたＨｆＯ２膜（格子間距離が５．０９Åである立方晶からなるＨｆＯ２膜）をＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）とすると、ＴｉＯ２膜の結晶構造がルチル構造にならない場合がある。すなわち、上述の熱処理工程（Ｓ１７）を実施しても、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致により、ＴｉＯ２膜の結晶構造がルチル構造にならない場合がある。
【０１１９】
これに対し、本実施形態では、ＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３を添加することで、すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することによって、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を縮小させて、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の格子間距離に近づけるようにしている。このように、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致を減少させることで、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映されやすくなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造にすることが可能となる。そして、ＴｉＯ２膜の誘電率をより確実に増大させることが可能となる。
【０１２０】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ１８）〕
熱処理工程（Ｓ１７）の終了後、上述したウェハアンロード工程（Ｓ９）と同様に、アニールが施されたウェハ２は、処理室１１１内から負圧移載室１１内に搬出される。このときのウェハ２の温度は、例えば３００〜４００℃程度であるが、負圧移載室１１内が真空下にあり、酸素分圧が低く不活性ガス雰囲気であるため、第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）に対する酸素の供給は抑制される。
【０１２１】
なお、熱処理工程（Ｓ１７）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。
【０１２２】
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内から搬出室１５内へ搬送し、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。
【０１２３】
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いく。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。
【０１２４】
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内に収納していく。処理済みの２５枚のウェハ２のポッド１内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。
【０１２５】
そして、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。
【０１２６】
（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。
【０１２７】
（ａ）本実施形態によれば、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いてＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）を交互に
実行することで、ウェハ１上にＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。そして、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて熱処理工程（Ｓ８）を実行することで、立方晶の結晶性、すなわち、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）を形成する。そして、成膜装置４０を用いてＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）を実行することでＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜を形成し、ＲＴＰ装置１１０を用いて熱処理工程（Ｓ１７）を実行することで、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＨｆＡｌＯ膜上に形成されたＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。
【０１２８】
このように、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶としておくことで、第１の高誘電率絶縁膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され易くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることが確実にできるようになる。そして、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。
【０１２９】
（ｂ）また、本実施形態によれば、ＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３を添加することで、すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することによって、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を縮小させ、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の格子間距離に近づけるようにして、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致を減少させるようにしている。これにより、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され易くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることがより確実にできるようになる。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率をより確実に増大させることが可能となる。
【実施例】
【０１３０】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【０１３１】
図８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る。図８に示す実施例では、下部電極としてのＴｉＮ膜の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、複数サイクルのＡＬＤによるＴｉＮ膜上へのＨｆＯ２膜の形成（ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と１サイクルのＡＬＤによるＨｆＯ２膜上へのＡｌ２Ｏ３膜の形成（ＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）との繰り返しによるＡｌをドープしたＨｆＯ２膜の形成（ＡｌＯ ｄｏｐｅｄ ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱処理工程によるＨｆＡｌＯ膜の形成および結晶化（立方晶化）（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、ＨｆＡｌＯ膜上へのＴｉＯ２膜の形成（ＴｉＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱処理工程によるＴｉＯ２膜の結晶性のルチル構造化（Ｐｏｓｔ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、熱処理後のＴｉＯ２膜上への上部電極としてのＡｕ膜の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を順に実施した。なお、上記において、“ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”は上述の実施形態のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）に、“ＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”はＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）に、“Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”は熱処理工程（Ｓ８）に、“ＴｉＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”はＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）に、“Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”は熱処理工程（Ｓ１７）にそれぞれ相当する。なお、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た。また、“Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”及び“Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”は、上述のクラスタ装置とは異なる装置にて行う処理である。
【０１３２】
図９は、図８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る。
【０１３３】
本実施例においては、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶とすることが出来た。そして、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることが出来た。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることが出来た。特に、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムを数％ＨｆＯ２膜中に添加することで、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造とすることが出来た。
【０１３４】
＜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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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（ＳｉＯ２）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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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、第２原料ガス供給管２１３ａ及び第３原料ガス供給管２１３ｔが接続され、第２ノズル３３３ｂにＨ２Ｏ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、ＴＤＭＡＴｉガス）と、酸化源（Ｈ２Ｏ）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。
【０１４１】
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出来るよう構成されている開閉弁である。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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，ｖｔ１〜ｖｔ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ，２２１ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ等の動作を制御する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
その後、上述のＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）と同様の工程を実施する。ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜が形成されたら、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、処理後のウェハ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）。
【０１４９】
その後、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜が形成されたウェハ２を、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に搬送する。そして、上述の熱処理工程（Ｓ８）と同様の工程を実施し、ウェハ２上に、立方晶の結晶性、すなわちルチル構造のＴｉＯ２膜の結晶構造に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）を形成する。
【０１５０】
その後、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成されたウェハ２を処理室３０１内に再び搬入し、上述のＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）と同様の工程を実施し、ＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜を形成する。そして、ＴｉＯ２膜が形成されたウェハ２を、処理室３０１内から再び搬出する。
【０１５１】
その後、ＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜が形成されたウェハ２を、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に再び搬送する。そして、上述の熱処理工程（Ｓ１７）と同様の工程を実施し、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。その後、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。
【０１５２】
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、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶とすることができる。そして、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させ、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることができる。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。特に、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することで、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造とすることができる。
【０１５３】
＜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。
【０１５４】
上述の実施形態では、第１の高誘電率絶縁膜としてＡｌ２Ｏ３を添加したＨｆＯ２膜（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、第１の高誘電率絶縁膜として、例えばＡｌ２Ｏ３を添加したＺｒＯ２膜（ＺｒＡｌＯ膜）など、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜の結晶性（ＴｉＯ２膜の場合ルチル構造）に近い結晶性を有する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、ハフニウム系酸化膜やジルコニウム系酸化膜に添加する元素としては、上述の実施形態で示したアルミニウムに限定されず、例えばＳｉ（シリコン）、Ｙ（イットリウム）など、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい他の元素や、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい他の元素を用いることができる。
【０１５５】
上述の実施形態では、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性として立方晶を例示したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性が、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜の結晶性（ＴｉＯ２膜の場合ルチル構造）に近い場合には、単斜晶、斜方晶、正方晶のいずれの場合であっても、本発明は好適に適用可能である。
【０１５６】
上述の実施形態では、第２の高誘電率絶縁膜としてＴｉＯ２膜を用い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、第２の高誘電率絶縁膜として、ＳｒＴｉＯ膜、Ｎｂ２Ｏ３膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜など、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性と近い結晶性を有する他の絶縁膜を用いる場合においても、本発明は好適に適用可能である。
【０１５７】
本発明は、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）で形成するＨｆＯ２膜が、その形成時（すなわち熱処理前）において非晶質である場合に限らず、形成時（すなわち熱処理前）において既に何らかの結晶性を有している場合においても好適に適用可能である。また、Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）で形成するＡｌ２Ｏ３膜やＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）で形成するＴｉＯ２膜についても同様に、その形成時（熱処理前）において非晶質である場合に限らず、形成時（すなわち熱処理前）において既に何らかの結晶性を有している場合においても好適に適用可能である。
【０１５８】
また、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いる場合に限らず、Ｏ３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、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）やＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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Ｈ２Ｏを用いるのが好ましい。Ｈ２Ｏは、Ｏ３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Ｈ２Ｏ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出来る。これに対して、ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）では、下部電極上にＨｆＡｌＯ等の第１の高誘電率絶縁膜が形成されているので、酸化源としてＯ３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。
【０１５９】
上述の実施形態では、成膜工程と熱処理工程とを、第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）３１及び第２処理ユニット（熱処理ユニット）３２を備えた同一のクラスタ装置で行うようにしたが、それぞれの工程を個別の処理装置（例えばスタンドアロン型の装置）でそれぞれ実施するようにしてもよい。また、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）とＴｉＯ２膜の形成工程（Ｓ１２）とは、同一の処理ユニットで行う場合に限らず、個別の処理ユニットでそれぞれ行うようにしてもよい。
【０１６０】
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。
【０１６１】
＜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。
【０１６２】
本発明の一態様によれば、
基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１６３】
好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたジルコニウム系酸化膜であり、前記第２の高誘電率絶縁膜が、酸化チタン膜である。
【０１６４】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加されたジルコニウム系酸化膜である。
【０１６５】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、アルミニウムが数％添加されたハフニウム系酸化膜、または、アルミニウムが数％添加されたジルコニウム系酸化膜である。
【０１６６】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、酸化ハフニウム膜、または、酸化ジルコニウム膜である。
【０１６７】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加された酸化ハフニウム膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１６８】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加された酸化ハフニウム膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１６９】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、アルミニウムが数％添加された酸化ハフニウム膜、または、アルミニウムが数％添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１７０】
本発明の他の態様によれば、
基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、
立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶
縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、
を有する基板処理システムが提供される。
【符号の説明】
【０１７１】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（すなわちＳｉＯ２の比誘電率（４程度）よりも高い比誘電率を有する絶縁膜）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、キャパシタ絶縁膜を挟む上部電極及び下部電極をそれぞれ金属材料により形成するＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造が用いられるようになっている。係る場合、キャパシタ絶縁膜としてはＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されてきた。近年、さらに比誘電率の高い酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）やチタン酸ストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）の採用が検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
なお、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の誘電率は、その結晶性によって変化する。そのため、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜を高誘電率絶縁膜として用いるには、その結晶性を制御することが必要となる。例えば、ＴｉＯ２膜を高誘電率絶縁膜として用いるには、その結晶構造をルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）構造にする必要がある。しかしながら、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性は、膜の成膜温度や下地膜の結晶性などに大きく依存する。そのため、半導体装置を実際に製造する際に、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御することは困難であった。
【０００４】
本発明は、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御し、誘電率を増大させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、を有することを特徴とする基板処理システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
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、ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜の結晶性を制御し、誘電率を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜工程のフロー図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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る。
【図９】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る。
【図１０】ＴｉＯ２膜の結晶構造を示す模式図である。
【図１１】（ａ）はＨｆＯ２膜の結晶構造を示す模式図であり、（ｂ）はＨｆＡｌＯ膜の結晶構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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２を処理する処理室２０１が形成されている。
【００２０】
処理室２０１内には、ウェハ２を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、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２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。
【００２１】
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２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２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２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。
【００２２】
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２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２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２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。
【００２３】
（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２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２を搬送する際にウェハ２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２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２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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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２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２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。
【００２７】
（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２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出来るよう、不連続に形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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２上に均一に供給される。そして、ウェハ２上に供給されたガスは、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２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２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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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、第３液体原料としてのＴｉ（チタニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｔｉ原料ともいう）を供給する第３液体原料供給源２２０ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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。
【００３３】
第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ、第３液体原料供給源２２０ｔには、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔがそれぞれ接続されている。圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔ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，２３７ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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Ｎ２ガス等の不活性ガスが用いられる。
【００３４】
また、第１液体原料供給源２２０ｈ、第２液体原料供給源２２０ａ、第３液体原料供給源２２０ｔには、第１液体原料供給管２１１ｈ、第２液体原料供給管２１１ａ、第３液体原料供給管２１１ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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，２２９ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔ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，２２１ｔ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，ｖｔ１と、がそれぞれ設けられている。なお、バルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１は、それぞれ気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔの内部に設けられてい
る。
【００３５】
上記構成により、バルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈ，２３７ａ，２３７ｔ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、第３液体原料供給源２２０ｔから気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ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、主に、第３液体原料供給源２２０ｔ、圧送ガス供給管２３７ｔ、第３液体原料供給管２１１ｔ、液体流量コントローラ２２１ｔ、バルブｖｔ１により第３液体原料供給系（第３液体原料供給ライン）が構成される。
【００３６】
（気化部）
液体原料を気化する気化部としての気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔは、液体原料をヒータ２３ｈ，２３ａ，２３ｔ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，２０ｔと、この気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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，２１ｔと、液体原料の気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ内への供給を制御する上述のバルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１と、気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔへ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｈ，２２ａ，２２ｔ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、第３液体原料供給管２１１ｔの下流側端部は、それぞれバルブｖｈ１，ｖａ１，ｖｔ１を介して液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔには、それぞれキャリアガス供給管２４ｈ，２４ａ，２４ｔの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｈ，２１ａ，２１ｔを介して気化室２０ｈ，２０ａ，２０ｔ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，２４ｔの上流側端部には、キャリアガスとしてのＮ２ガスを供給するためのＮ２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，２４ｔには、Ｎ２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，２２５ｔと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ２，ｖａ２，ｖｔ２とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ２ガス供給源２３０ｃ、キャリアガス供給管２４ｈ，２４ａ，２４ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ、バルブｖｈ２，ｖａ２，ｖｔ２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，２２９ｔはそれぞれ第１気化部、第２気化部、第３気化部として構成されている。
【００３７】
（原料ガス供給系）
上記の気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔの原料ガス供給口２２ｈ，２２ａ，２２ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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，ｖｔ３がそれぞれ設けられている。
【００３８】
上記構成により、気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ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，ｖｔ３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、第３原料ガス供給管２１３ｔ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、主に、第３原料ガス供給管２１３ｔ、バルブｖｔ３により、第３原料ガス供給系（第３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、第３液体原料供給系、第３気化部、第３原料ガス供給系により第３原料供給系（チタニウム原料供給系）が構成される。
【００３９】
（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（Ｈ２Ｏガス）を供給するＨ２Ｏガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏには、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏには、Ｈ２Ｏ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。
【００４０】
Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏは、酸化源としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。
【００４１】
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Ｈ２Ｏガスを供給することが可能となる。主に、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ２Ｏ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（ＮＨ３）ガスを用いる場合は、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏを、それぞれＮＨ３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｏに置き換えればよい。この場合、主に、ＮＨ３ガス供給源２３０ｏ、ＮＨ３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。
【００４２】
（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Ｎ２ガスを供給するためのＮ２ガス供給源２３０ｐが設けられている。Ｎ２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、４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２１４ｔ、第４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２１４ｔ、第４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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏには、Ｎ２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，２２４ｔ，２２４ｏと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ２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２１４ｔ、第４パージガス供給
管２１４ｏ、流量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，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。
【００４３】
（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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，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２１５ｔ、第４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２１５ｔ、第４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２１５ｔ、第４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，ｖｔ５，ｖｏ５がそれぞれ設けられている。
【００４４】
上記構成により、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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。
【００４５】
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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏのバルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏよりも下流側には、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８ベント管２１６ｏがそれぞれ接続されている。また、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８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５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８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，ｖｔ６，ｖｏ６がそれぞれ設けられている。
【００４６】
上記構成により、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を閉じ、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｔ６，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２１４ｔ、第４パージガス供給管２１４ｏ内を流れるＮ２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，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏ内にＮ２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，ｖｔ６，ｖｏ６は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４と逆動作を行うように設定されており、Ｎ２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Ｎ２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２１５ｔ、第４ベント管２１５ｏ、ベント管２１５、第５ベント管２１６ｈ、第６ベント管２１６ａ、第７ベント管２１６ｔ、第８ベント管２１６ｏ、
ベント管２１６、バルブｖｈ５，ｖａ５，ｖｔ５，ｖｏ５、バルブｖｈ６，ｖａ６，ｖｔ６，ｖｏ６によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４７】
（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（ＡＰＣ）２６２、気化器２２９ｈ，２２９ａ，２２９ｔ、真空ポンプ２６４、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖａ１〜ｖａ６，ｖｔ１〜ｖｔ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ，２２１ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ等の動作を制御する。
【００４８】
＜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熱処理装置としての第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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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いく。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。
【００５８】
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。
【００５９】
＜第１高誘電率絶縁膜を形成する工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０及び第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上に形成された下部電極上に、立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程について、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。本工程は、図２中のＳ１〜Ｓ９に対応する。
【００６０】
ここでは、まず、Ｈｆ原料としてＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、下部電極としてのＴｉＮ膜上に、ＨｆＯ２膜をＡＬＤ法によって成膜する。その後、Ａｌ原料としてＡｌプリカーサであるＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ： Ａｌ（ＣＨ３）３）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、上述のＨｆＯ２膜上に、Ａｌ２Ｏ３膜をＡＬＤ法によって成膜する。そして、このＨｆＯ２膜の成膜とＡｌ２Ｏ３膜の成膜とを交互に繰り返して、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。そして、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を熱処理（アニール）し、その後に急冷することにより、立方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜、すなわちハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加されたＨｆＯ２膜であり、以下、ＨｆＡｌＯ膜とも呼ぶ）を形成する。
【００６１】
なお、ＨｆＯ２膜の形成及びＡｌ２Ｏ３膜の形成は、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いて行う。また、熱処理工程は、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて行う。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、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御される。また、コントローラ２８０，１５０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
【００６２】
〔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。
【００６３】
続いて、昇降機構２０７ｂ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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
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（Ｓ５）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ２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（Ｓ５）までの間は、常に作動させた状態とする。
【００６６】
工程Ｓ１〜Ｓ２と並行して、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。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。
【００６７】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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。
【００６８】
また、このとき、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）させておくことが好ましい。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。
【００６９】
気化器２２９ｈ，２２９ａにて原料ガス（ＴＤＭＡＨｆガス、ＴＭＡガス）を安定した状態で生成させたり、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏにてＨ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止出来るようになり、好ましい。
【００７０】
〔ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）〕
〔ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ３ａ）〕
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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２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。
【００７１】
〔パージ工程（Ｓ３ｂ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＤＭＡＨｆガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２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。
【００７２】
〔Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を開始する。Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、第３原料ガス供給管２１３ｔ内へのＨ２Ｏガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＨ２Ｏガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｏ３を開き、Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏガスの供給を停止する。
【００７３】
〔パージ工程（Ｓ３ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＨ２Ｏガスや反応副生成物を除去する。
【００７４】
〔所定回数実施工程（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（ｎ回）行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、ハフニウムを含む所定膜厚のＨｆＯ２膜が初期層として形成される。
【００７５】
〔Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）〕
〔ＴＭＡ供給工程（Ｓ３ｆ）〕
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、第３原料ガス供給管２１３ｔ、Ｈ２Ｏ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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２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。
【００７６】
〔パージ工程（Ｓ３ｇ）〕
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，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２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。
【００７７】
〔Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｈ）〕
続いて、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）におけるＨ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を行う。
【００７８】
〔パージ工程（Ｓ３ｉ）〕
その後、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）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。
【００７９】
〔所定回数実施工程（Ｓ３ｊ）〕
そして、工程Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｉまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（ｍ回）行うことにより、ウェハ２上に形成されたＨｆＯ２膜上に、アルミニウムを含む所定膜厚のＡｌ２Ｏ３膜が形成される。
【００８０】
〔所定回数実施工程（Ｓ３ｋ）〕
そして、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）とＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）とを交互に所定回数行うことで、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。
【００８１】
なお、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＤＭＡＨｆ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（Ｓ３ａ）においては、ＴＤＭＡＨｆはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＨｆとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＨｆＯ２膜が形成される。
【００８２】
Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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（Ｓ３ｆ）においては、ＴＭＡはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｈ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＭＡとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＡｌ２Ｏ３膜が形成される。
【００８３】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、ＨｆＯ２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、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：４〜５ｎｍが例示される。
【００８４】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、Ａｌ２Ｏ３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、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：０．２〜１．０ｎｍが例示される。
【００８５】
〔残留ガス排気工程（Ｓ４）〕
所定膜厚の絶縁膜（ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜）が形成されたら、処理室２０１内を真空排気する。もしくは処理室２０１内に不活性ガスを供給しつつ処理室２０１内を真空排気してパージする。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスに置換する。
【００８６】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ５）〕
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、所定膜厚の絶縁膜（ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜）が形成された後のウェハ２が、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出される。その後、ゲートバルブ４４が閉じられる。
【００８７】
〔ウェハロード工程（Ｓ６）〕
ウェハアンロード工程（Ｓ５）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、熱処理工程を施すべきウェハ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内は例えば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。
【００８８】
〔昇温工程（Ｓ７）及び熱処理工程（Ｓ８）〕
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。
【００８９】
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、例えば４００〜７００℃の範囲内の所定の温度、好ましくはＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）、Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。
【００９０】
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（ＨｆＯ２膜と
Ａｌ２Ｏ３膜との積層膜）は全面にわたって均一にアニールされる。そして、このアニールによりＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３が添加される。すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加される。
【００９１】
そして、所定時間（例えば１〜６０秒間の範囲内）経過後、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によるウェハ２の加熱が終了され、ウェハ２が急冷される。この熱処理工程（Ｓ８）における一連の処理によりＡｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜が結晶化し、立方晶の結晶性、すなわち、後述する形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）の結晶構造（ルチル構造）に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成される。
【００９２】
なお、結晶化されたＨｆＯ２膜の体積は、Ａｌ２Ｏ３が添加されることによって減少する。これは、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムがＨｆＯ２膜中に添加されることによって、ＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離が縮小することによる。図１１（ａ）は、ＨｆＯ２膜の結晶（立方晶）構造を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、ＨｆＡｌＯ膜の結晶（立方晶）構造を示す模式図である。図１１（ａ）に示すように、Ａｌ２Ｏ３を添加することなくＨｆＯ２膜を結晶化させた場合、ＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離は５．０９Åになる。これに対し、図１１（ｂ）に示すように、Ａｌ２Ｏ３が添加されたＨｆＯ２膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶の格子間距離は、Ａｌ２Ｏ３が添加されていないＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離（５．０９Å）よりも縮小する。すなわち、ハフニウム（Ｈｆ）よりもイオン半径の小さいアルミニウム（Ａｌ）を添加することによって、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離が、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）の結晶構造（ルチル構造）の格子間距離（４．５９Å）に近づくことになる。
【００９３】
なお、ＨｆＡｌＯ膜中におけるハフニウムとアルミニウムとの濃度比率は、所定回数実施工程（Ｓ３ｅ）におけるＡＬＤサイクルの実施回数（ｎ回）と、所定回数実施工程（Ｓ３ｊ）におけるＡＬＤサイクルの実施回数（ｍ回）と、の比率を変化させることによって適宜調整することが可能である。ＨｆＡｌＯ膜中におけるアルミニウムの濃度を、例えば数原子％程度とすることで、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を、ＴｉＯ２膜のルチル構造の格子間距離（４．５９Å）に近づけることが可能となる。
【００９４】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ９）〕
熱処理工程（Ｓ８）の終了後、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内から負圧移載室１１内に搬出される。このときのウェハ２の温度は、例えば３００〜４００℃程度であるが、負圧移載室１１内が真空下にあり、酸素分圧が低く不活性ガス雰囲気であるため、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）に対する酸素の供給は抑制される。ウェハ搬出後、ゲートバルブ１１８が閉じられる。
【００９５】
＜第２高誘電率絶縁膜を形成してルチル構造とする工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０及び第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、第１の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＡｌＯ膜上に第２の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜を形成し、ＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする工程について説明する。本工程は、図２中のＳ１０〜Ｓ１８に対応する。
【００９６】
ここでは、Ｔｉ原料としてＴｉプリカーサであるＴＤＭＡＴｉ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｔｉｔａｎｉｕｍ ： Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を、酸化源としてＨ２Ｏを用いて、上述の第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）上に、第２
の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜をＡＬＤ法によって成膜する。そして、ＴｉＯ２膜を熱処理し、ＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させ、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。
【００９７】
なお、ＴｉＯ２膜の形成は、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いて行う。また、熱処理工程は、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて行う。なお、以下の説明においても、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、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御される。また、コントローラ２８０，１５０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
【００９８】
〔ウェハロード工程（Ｓ１０）〕
ウェハロード工程（Ｓ１）と同様に、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成されたウェハ２が、負圧移載室１１内から処理室２０１内へ搬入され、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される。
【００９９】
〔プレヒート工程（Ｓ１１）〕
続いて、ウェハロード工程（Ｓ２）と同様に、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように、また、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。
【０１００】
なお、ウェハロード工程（Ｓ１０）、プレヒート工程（Ｓ１１）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ１４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖａ３，ｖｔ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ２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（Ｓ１０）から後述のウェハアンロード工程（Ｓ１４）までの間は、常に作動させた状態とする。
【０１０１】
工程Ｓ１０〜Ｓ１１と並行して、液体原料（Ｔｉ原料）であるＴＤＭＡＴｉを気化させた原料ガス（Ｔｉ原料ガス）、すなわちＴＤＭＡＴｉガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖｔ３を閉じたまま、バルブｖｔ２を開き、気化器２２９ｔへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｔ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｔから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｔから気化器２２９ｔへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｔ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ｖｔ３を閉じたまま、バルブｖｔ５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。
【０１０２】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＨ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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。
【０１０３】
気化器２２９ｔにて原料ガス（ＴＤＭＡＴｉガス）を安定した状態で生成させたり、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｏにてＨ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏ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ｖｔ３，ｖｔ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｈ２Ｏ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、Ｈ２Ｏガスの安定した供給を迅速に開始ある
いは停止出来るようになり、好ましい。
【０１０４】
〔ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ供給工程（Ｓ１２ａ）〕
続いて、バルブｖｔ４，ｖｔ５を閉じ、バルブｖｔ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＴＤＭＡＴｉガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＴＤＭＡＴｉガスの照射を開始する。ＴＤＭＡＴｉ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ＴＤＭＡＴｉ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ＴＤＭＡＴｉ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、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｏ内へのＴＤＭＡＴｉガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＴＤＭＡＴｉガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｔ３を開き、ＴＤＭＡＴｉガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｔ３を閉じ、バルブｖｔ４，ｖｔ５を開いて、処理室２０１内へのＴＤＭＡＴｉガスの供給を停止する。
【０１０５】
〔パージ工程（Ｓ１２ｂ）〕
バルブｖｔ３を閉じ、処理室２０１内へのＴＤＭＡＴｉガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖａ４，ｖｔ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２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Ｎ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＴＤＭＡＴｉガスを除去する。
【０１０６】
〔Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ１２ｃ）〕
続いて、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）におけるＨ２Ｏ供給工程（Ｓ３ｃ）と同様に、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を行う。
【０１０７】
〔パージ工程（Ｓ１２ｄ）〕
その後、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）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。
【０１０８】
〔所定回数実施工程（Ｓ１２ｅ）〕
そして、工程Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｄ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上に形成された第１の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＡｌＯ膜上に、第２の高誘電率絶縁膜としてのチタニウムを含む所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成される。
【０１０９】
なお、ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＤＭＡＴｉ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、ＴＤＭＡＴｉ供給工程（Ｓ１２ａ）においては、ＴＤＭＡＴｉはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ供給工程（Ｓ１２ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＴｉとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＴｉＯ２膜が形成される。
【０１１０】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、第２の高誘電率絶縁膜としてのＴｉＯ２膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜５００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＤＭＡＴｉ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：６〜８ｎｍが例示される。
【０１１１】
〔残留ガス排気工程（Ｓ１３）〕
所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成されたら、残留ガス排気工程（Ｓ４）と同様に、処理室２０１内を真空排気するか、処理室２０１内に不活性ガスを供給しつつ処理室２０１内を真空排気してパージする。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスに置換する。
【０１１２】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ１４）〕
その後、上述したウェハアンロード工程（Ｓ５）と同様に、所定膜厚のＴｉＯ２膜が形成された後のウェハ２が、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出される。
【０１１３】
〔ウェハロード工程（Ｓ１５）〕
その度、上述したウェハロード工程（Ｓ６）と同様に、熱処理工程を施すべきウェハ２は、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に搬入され、サセプタ１４０の上に受け渡される。そして、処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は例えば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。
【０１１４】
〔昇温工程（Ｓ１６）及び熱処理工程（Ｓ１７）〕
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。
【０１１５】
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、例えば４００〜７００℃の範囲内の所定の温度、好ましくはＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）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、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。
【０１１６】
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ＴｉＯ２膜は全面にわたって均一にアニールされる。
【０１１７】
そして、所定時間（例えば１〜６０秒間の範囲内）経過後、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によるウェハ２の加熱が終了され、ウェハ２が急冷される。この熱処理工程（Ｓ１７）における一連の処理によりＴｉＯ２膜が結晶化する。このとき、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され、ＴｉＯ２膜の結晶の格子間距離が立方晶のＨｆＡｌＯ膜の結晶の格子間距離に近くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性がルチル構造となる。図１０は、ＴｉＯ２膜の結晶構造（ルチル構造）を示す模式図である。ＴｉＯ２膜の結晶性をこのようなルチル構造とすることで、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。
【０１１８】
なお、図１０に示すように、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶の格子間距離は４．５９Åであり、Ａｌ２Ｏ３が添加されていないＨｆＯ２膜の結晶の格子間距離（５．０９Å）よりも小さい。そのため、Ａｌ２Ｏ３を添加することなく結晶化させたＨｆＯ２膜（格子間距離が５．０９Åである立方晶からなるＨｆＯ２膜）をＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）とすると、ＴｉＯ２膜の結晶構造がルチル構造にならない場合がある。すなわち、上述の熱処理工程（Ｓ１７）を実施しても、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致により、ＴｉＯ２膜の結晶構造がルチル構造にならない場合がある。
【０１１９】
これに対し、本実施形態では、ＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３を添加することで、すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することによって、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を縮小させて、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の格子間距離に近づけるようにしている。このように、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致を減少させることで、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映されやすくなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造にすることが可能となる。そして、ＴｉＯ２膜の誘電率をより確実に増大させることが可能となる。
【０１２０】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ１８）〕
熱処理工程（Ｓ１７）の終了後、上述したウェハアンロード工程（Ｓ９）と同様に、アニールが施されたウェハ２は、処理室１１１内から負圧移載室１１内に搬出される。このときのウェハ２の温度は、例えば３００〜４００℃程度であるが、負圧移載室１１内が真空下にあり、酸素分圧が低く不活性ガス雰囲気であるため、第２の高誘電率絶縁膜（ＴｉＯ２膜）に対する酸素の供給は抑制される。
【０１２１】
なお、熱処理工程（Ｓ１７）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。
【０１２２】
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内から搬出室１５内へ搬送し、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。
【０１２３】
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いく。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。
【０１２４】
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内に収納していく。処理済みの２５枚のウェハ２のポッド１内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。
【０１２５】
そして、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。
【０１２６】
（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。
【０１２７】
（ａ）本実施形態によれば、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を用いてＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）を交互に
実行することで、ウェハ１上にＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜を形成する。そして、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を用いて熱処理工程（Ｓ８）を実行することで、立方晶の結晶性、すなわち、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）を形成する。そして、成膜装置４０を用いてＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）を実行することでＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜を形成し、ＲＴＰ装置１１０を用いて熱処理工程（Ｓ１７）を実行することで、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＨｆＡｌＯ膜上に形成されたＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。
【０１２８】
このように、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶としておくことで、第１の高誘電率絶縁膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され易くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることが確実にできるようになる。そして、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。
【０１２９】
（ｂ）また、本実施形態によれば、ＨｆＯ２膜中にＡｌ２Ｏ３を添加することで、すなわち、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することによって、ＴｉＯ２膜の下層膜（下地膜）である第１の高誘電率膜（ＨｆＡｌＯ膜）の格子間距離を縮小させ、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の格子間距離に近づけるようにして、ＴｉＯ２膜と下層膜との格子間距離の不一致を減少させるようにしている。これにより、下層膜であるＨｆＡｌＯ膜の結晶性がＴｉＯ２膜に反映され易くなり、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることがより確実にできるようになる。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率をより確実に増大させることが可能となる。
【実施例】
【０１３０】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【０１３１】
図８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る。図８に示す実施例では、下部電極としてのＴｉＮ膜の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、複数サイクルのＡＬＤによるＴｉＮ膜上へのＨｆＯ２膜の形成（ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と１サイクルのＡＬＤによるＨｆＯ２膜上へのＡｌ２Ｏ３膜の形成（ＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）との繰り返しによるＡｌをドープしたＨｆＯ２膜の形成（ＡｌＯ ｄｏｐｅｄ ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱処理工程によるＨｆＡｌＯ膜の形成および結晶化（立方晶化）（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、ＨｆＡｌＯ膜上へのＴｉＯ２膜の形成（ＴｉＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱処理工程によるＴｉＯ２膜の結晶性のルチル構造化（Ｐｏｓｔ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、熱処理後のＴｉＯ２膜上への上部電極としてのＡｕ膜の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を順に実施した。なお、上記において、“ＨｆＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”は上述の実施形態のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）に、“ＡｌＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”はＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）に、“Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”は熱処理工程（Ｓ８）に、“ＴｉＯ２ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”はＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）に、“Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”は熱処理工程（Ｓ１７）にそれぞれ相当する。なお、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た。また、“Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”及び“Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”は、上述のクラスタ装置とは異なる装置にて行う処理である。
【０１３２】
図９は、図８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る。
【０１３３】
本実施例においては、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶とすることが出来た。そして、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させて、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることが出来た。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることが出来た。特に、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムを数％ＨｆＯ２膜中に添加することで、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造とすることが出来た。
【０１３４】
＜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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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（ＳｉＯ２）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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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、第２原料ガス供給管２１３ａ及び第３原料ガス供給管２１３ｔが接続され、第２ノズル３３３ｂにＨ２Ｏ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、ＴＤＭＡＴｉガス）と、酸化源（Ｈ２Ｏ）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。
【０１４１】
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出来るよう構成されている開閉弁である。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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，ｖｔ１〜ｖｔ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ，２２１ａ，２２１ｔ、流量コントローラ２２５ｈ，２２５ａ，２２５ｔ，２２１ｏ，２２４ｈ，２２４ａ，２２４ｔ，２２４ｏ等の動作を制御する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
その後、上述のＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）と同様の工程を実施する。ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜が形成されたら、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、処理後のウェハ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）。
【０１４９】
その後、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜が形成されたウェハ２を、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に搬送する。そして、上述の熱処理工程（Ｓ８）と同様の工程を実施し、ウェハ２上に、立方晶の結晶性、すなわちルチル構造のＴｉＯ２膜の結晶構造に近い結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）を形成する。
【０１５０】
その後、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）が形成されたウェハ２を処理室３０１内に再び搬入し、上述のＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）と同様の工程を実施し、ＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜を形成する。そして、ＴｉＯ２膜が形成されたウェハ２を、処理室３０１内から再び搬出する。
【０１５１】
その後、ＨｆＡｌＯ膜上にＴｉＯ２膜が形成されたウェハ２を、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に再び搬送する。そして、上述の熱処理工程（Ｓ１７）と同様の工程を実施し、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とする。その後、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。
【０１５２】
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、第１の高誘電率絶縁膜（ＨｆＡｌＯ膜）の結晶性を、ルチル構造を有するＴｉＯ２膜の結晶構造に近い立方晶とすることができる。そして、立方晶としたＨｆＡｌＯ膜の結晶性をＴｉＯ２膜に反映させ、ＴｉＯ２膜の結晶性をルチル構造とすることができる。これにより、ＴｉＯ２膜の誘電率を増大させることができる。特に、ハフニウムよりもイオン半径の小さいアルミニウムをＨｆＯ２膜中に添加することで、ＴｉＯ２膜の結晶性をより確実にルチル構造とすることができる。
【０１５３】
＜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。
【０１５４】
上述の実施形態では、第１の高誘電率絶縁膜としてＡｌ２Ｏ３を添加したＨｆＯ２膜（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、第１の高誘電率絶縁膜として、例えばＡｌ２Ｏ３を添加したＺｒＯ２膜（ＺｒＡｌＯ膜）など、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜の結晶性（ＴｉＯ２膜の場合ルチル構造）に近い結晶性を有する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、ハフニウム系酸化膜やジルコニウム系酸化膜に添加する元素としては、上述の実施形態で示したアルミニウムに限定されず、例えばＳｉ（シリコン）、Ｙ（イットリウム）など、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい他の元素や、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい他の元素を用いることができる。
【０１５５】
上述の実施形態では、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性として立方晶を例示したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性が、形成しようとする第２の高誘電率絶縁膜の結晶性（ＴｉＯ２膜の場合ルチル構造）に近い場合には、単斜晶、斜方晶、正方晶のいずれの場合であっても、本発明は好適に適用可能である。
【０１５６】
上述の実施形態では、第２の高誘電率絶縁膜としてＴｉＯ２膜を用い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、第２の高誘電率絶縁膜として、ＳｒＴｉＯ膜、Ｎｂ２Ｏ３膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜など、第１の高誘電率絶縁膜が備える結晶性と近い結晶性を有する他の絶縁膜を用いる場合においても、本発明は好適に適用可能である。
【０１５７】
本発明は、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）で形成するＨｆＯ２膜が、その形成時（すなわち熱処理前）において非晶質である場合に限らず、形成時（すなわち熱処理前）において既に何らかの結晶性を有している場合においても好適に適用可能である。また、Ａｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）で形成するＡｌ２Ｏ３膜やＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）で形成するＴｉＯ２膜についても同様に、その形成時（熱処理前）において非晶質である場合に限らず、形成時（すなわち熱処理前）において既に何らかの結晶性を有している場合においても好適に適用可能である。
【０１５８】
また、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いる場合に限らず、Ｏ３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、ＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｅ）やＡｌ２Ｏ３膜形成工程（Ｓ３ｆ〜Ｓ３ｊ）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Ｈ２Ｏを用いるのが好ましい。Ｈ２Ｏは、Ｏ３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Ｈ２Ｏ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出来る。これに対して、ＴｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｅ）では、下部電極上にＨｆＡｌＯ等の第１の高誘電率絶縁膜が形成されているので、酸化源としてＯ３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。
【０１５９】
上述の実施形態では、成膜工程と熱処理工程とを、第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）３１及び第２処理ユニット（熱処理ユニット）３２を備えた同一のクラスタ装置で行うようにしたが、それぞれの工程を個別の処理装置（例えばスタンドアロン型の装置）でそれぞれ実施するようにしてもよい。また、ＨｆＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜の形成工程（Ｓ３）とＴｉＯ２膜の形成工程（Ｓ１２）とは、同一の処理ユニットで行う場合に限らず、個別の処理ユニットでそれぞれ行うようにしてもよい。
【０１６０】
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。
【０１６１】
＜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。
【０１６２】
本発明の一態様によれば、
基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１６３】
好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたジルコニウム系酸化膜であり、前記第２の高誘電率絶縁膜が、酸化チタン膜である。
【０１６４】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加されたジルコニウム系酸化膜である。
【０１６５】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、アルミニウムが数％添加されたハフニウム系酸化膜、または、アルミニウムが数％添加されたジルコニウム系酸化膜である。
【０１６６】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、酸化ハフニウム膜、または、酸化ジルコニウム膜である。
【０１６７】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加された酸化ハフニウム膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１６８】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加された酸化ハフニウム膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が数％添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１６９】
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜が、アルミニウムが数％添加された酸化ハフニウム膜、または、アルミニウムが数％添加された酸化ジルコニウム膜である。
【０１７０】
本発明の他の態様によれば、
基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、
立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶
縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、
を有する基板処理システムが提供される。
【符号の説明】
【０１７１】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたジルコニウム系酸化膜であり、
前記第２の高誘電率絶縁膜が、酸化チタン膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、
立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、
を有することを特徴とする基板処理システム。
【請求項１】
基板上に立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成し、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の高誘電率絶縁膜が、ハフニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたハフニウム系酸化膜、または、ジルコニウム元素よりもイオン半径の小さい元素が添加されたジルコニウム系酸化膜であり、
前記第２の高誘電率絶縁膜が、酸化チタン膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第１の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を立方晶もしくは斜方晶とする処理ユニットと、
立方晶もしくは斜方晶の結晶性を持つ前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する処理ユニットと、
前記第２の高誘電率絶縁膜を熱処理することで、前記第１の高誘電率絶縁膜の結晶性を前記第２の高誘電率絶縁膜に反映させて、前記第２の高誘電率絶縁膜の結晶性をルチル構造とする処理ユニットと、
を有することを特徴とする基板処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１３４９０９（Ｐ２０１１−１３４９０９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３３０２（Ｐ２００９−２９３３０２）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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