半導体装置の製造方法及び基板処理装置
【課題】 高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＯＨを除去し、信頼性を向上させる。
【解決手段】 基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成する。
【解決手段】 基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成する。
【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装置に関する。
【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、ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜には吸湿性があることが知られている（Applied Physics Letters 88.201901(2006)参照）。ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙ
ｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜できるが、酸化源としてＨ２Ｏを用いると、供給されたＨ２Ｏが吸湿の原因となり、酸化源としてＯ３を用いると、リガンドを構成するＨとＯ３とが反応して生成されたＨ２Ｏが吸湿の原因となる。高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＨ２Ｏは、膜中でＭ−ＯＨ（ＭはＺｒやＨｆ）を形成し、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒａｋｅｄｏｗｎ：一定電圧を印加し続けた際に絶縁破壊が起こること）の特性を劣化させる等、高誘電率絶縁膜の長期信頼性を低下させることがある。
【０００４】
本発明は、高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＯＨを除去し、信頼性を向上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装置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、基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成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、基板を収容して処理する処理容器と、前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【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装置によれば、高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＯＨを除去し、信頼性を向上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】（ａ）は本発明の一実施形態に係る成膜工程のフロー図であり、（ｂ）は比較例に係る成膜工程のフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の実施例に係る評価サンプルの作成フロー図であり、（ｂ）は、比較例に係る評価サンプルの作成フロー図である。
【図１１】本発明の実施例及び比較例に係る評価サンプルのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフ図であり、（ａ）はＨ濃度を、（ｂ）はＣ濃度を、（ｃ）はＣＨ２濃度を、（ｄ）はＣ２Ｈ４濃度をそれぞれ示している。
【図１２】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスの変形例を示すタイミング図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスの他の変形例を示すタイミング図である。
【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できるよう、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、液体原料としてのＺｒ（ジルコニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｚｒ原料ともいう）を供給する液体原料供給源２２０ｚが設けられている。液体原料供給源２２０ｚは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されている。
【００３３】
液体原料供給源２２０ｚには、圧送ガス供給管２３７ｚが接続されている。圧送ガス供給管２３７ｚ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２３７ｚの下流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ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、液体原料供給源２２０ｚには、液体原料供給管２１１ｚが接続されている。ここで、液体原料供給管２１１ｚの上流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ内に収容した液体原料内に浸されている。また、液体原料供給管２１１ｚ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２２９ｚに接続されている。なお、液体原料供給管２１１ｚ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）２２１ｚと、液体原料の供給を制御する開閉弁としてのバルブｖｚ１と、が設けられている。なお、バルブｖｚ１は、気化器２２９ｚの内部に設けられている。
【００３５】
上記構成により、バルブｖｚ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給することにより、液体原料供給源２２０ｚから気化器２２９ｚへ液体原料を圧送（
供給）することが可能となる。主に、液体原料供給源２２０ｚ、圧送ガス供給管２３７ｚ、液体原料供給管２１１ｚ、液体流量コントローラ２２１ｚ、バルブｖｚ１により液体原料供給系（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２２９ｚは、液体原料をヒータ２３ｚで加熱して気化させて原料ガスを発生させる気化室２０ｚと、この気化室２０ｚ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２１ｚと、液体原料の気化室２０ｚ内への供給を制御する上述のバルブｖｚ１と、気化室２０ｚにて発生させた原料ガスを後述する原料ガス供給管２１３ｚへ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｚと、を有している。上述の液体原料供給管２１１ｚの下流側端部は、バルブｖｚ１を介して液体原料流路２１ｚの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｚには、キャリアガス供給管２４ｚの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｚを介して気化室２０ｚ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２４ｚ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２４ｚ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）２２５ｚと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｚ２とが、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２４ｚ、流量コントローラ２２５ｚ、バルブｖｚ２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２２９ｚは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２２９ｚの原料ガス供給口２２ｚには、処理室２０１内に原料ガスを供給する原料ガス供給管２１３ｚの上流側端部が接続されている。原料ガス供給管２１３ｚの下流側端部は、合流配管２１３を介してガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ｚには、処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブｖｚ３が設けられている。
【００３８】
上記構成により、気化器２２９ｚ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ｖｚ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｚから合流配管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、原料ガス供給管２１３ｚ、バルブｖｚ３により、原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。また、液体原料供給系、気化部、原料ガス供給系により原料供給系（ジルコニウム原料供給系）が構成される。
【００３９】
（反応ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、反応ガスとしての酸化源（酸化剤）であるオゾンガス（Ｏ３）のもととなる酸素ガス（Ｏ２）を供給するＯ２ガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｏ２ガス供給源２３０ｏには、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの上流側端部が接続されている。Ｏ２ガス供給管２１１ｏの下流側端部には、プラズマによりＯ２ガスから酸化源としてのＯ３ガスを生成させるオゾナイザ２２９ｏが接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏには、Ｏ２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２２１ｏが設けられている。
【００４０】
オゾナイザ２２９ｏのアウトレット２２ｏには、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの下流側端部は、合流配管２１３に接続されている。すなわち、Ｏ３ガス供給管２１３ｏは、Ｏ３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、Ｏ３ガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。
【００４１】
なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの流量コントローラ２２１ｏよりも上流側には、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの下流側端部は、Ｏ３ガス供給管２１３ｏのバルブｖｏ３よりも上流側に接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１２ｏには、Ｏ２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２２２ｏが設けられている。
【００４２】
上記構成において、オゾナイザ２２９ｏにＯ２ガスを供給してＯ３ガスを発生させるとともに、バルブｖｏ３を開くことにより、処理室２０１内へＯ３ガスを供給することが可能となる。なお、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給中に、Ｏ２ガス供給管２１２ｏからＯ２ガスを供給するようにすれば、処理室２０１内へ供給するＯ３ガスをＯ２ガスにより希釈して、Ｏ３ガス濃度を調整することが可能となる。主に、Ｏ２ガス供給源２３０ｏ、Ｏ２ガス供給管２１１ｏ、オゾナイザ２２９ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、バルブｖｏ３、Ｏ２ガス供給管２１２ｏ、流量コントローラ２２２ｏにより反応ガス供給系（Ｏ３供給系）が構成される。
【００４３】
（アンモニアガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、アンモニアガス（ＮＨ３）を供給するＮＨ３ガス供給源２３０ｓが設けられている。ＮＨ３ガス供給源２３０ｓには、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓの上流側端部が接続されている。ＮＨ３ガス供給管２１３ｓの下流側端部は、合流配管２１３に接続されている。すなわち、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓは、ＮＨ３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、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓには、ＮＨ３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２２１ｓと、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を制御するバルブｖｓ３が設けられている。主に、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ、流量コントローラ２２１ｓ、バルブｖｓ３によりアンモニアガス供給系（ＮＨ３供給系）が構成される。
【００４４】
（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、３本のライン、すなわち、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓに分岐している。第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓの下流側端部は、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓのバルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３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２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ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）２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ、流量コントローラ２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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。
【００４５】
（ベント系）
また、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓのバルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３の上流側には、第１ベント管２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ
、第３ベント管２１５ｓには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５がそれぞれ設けられている。
【００４６】
上記構成により、バルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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。
【００４７】
また、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓのバルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓよりも下流側には、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓがそれぞれ接続されている。また、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓ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２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６がそれぞれ設けられている。
【００４８】
上記構成により、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４を閉じ、バルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６を開くことで、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ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ｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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ｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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ｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ、ベント管２１５、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓ、ベント管２１６、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５、バルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４９】
（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２２９ｚ、オゾナイザ２２９ｏ、真空ポンプ２６４、バルブｖｚ１〜ｖｚ６，ｖｏ３〜ｖｏ６，ｖｓ３〜ｖｓ６、液体流量コントローラ２２１ｚ、流量コントローラ２２５ｚ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２１ｓ，２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ等の動作を制御する。
【００５０】
＜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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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（電極膜）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
＜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、高誘電率絶縁膜を形成する成膜工程について、図８（ａ）を参照しながら説明する。図８（ａ）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。図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る成膜工程では、基板としてのウェハ２を収容した処理容器内に、Ｚｒ原料としてＺｒプリカーサであるＺｒ−ＰＡＺ（Ｎ，Ｎ’−ジイソプ
ロピルアセトアミジナト）トリス（ジメチルアミド）ジルコニウム、Ｚｒ（ｉＰｒＮＣ（Ｍｅ）ＮｉＰｒ）（ＮＭｅ２）３）を気化した原料ガス（Ｚｒ原料ガス）を供給し排気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、処理容器内に反応ガス（酸化源）としてＯ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで、ウェハ２上に高誘電率絶縁層としてのＺｒＯ２層を形成する工程と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程（ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことでウェハ２上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成する。
【００６２】
以下、上述の成膜工程について、図２、図１２を参照しながら詳しく説明する。図２は、本実施形態に係る成膜工程のフロー図であり、図１２は、本実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。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。
【００６３】
〔ウェハロード工程（Ｓ１０）〕
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。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。
【００６４】
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。
【００６５】
〔プレヒート工程（Ｓ２０）〕
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。
【００６６】
なお、ウェハロード工程（Ｓ１０）、プレヒート工程（Ｓ２０）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ５０）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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（Ｓ５０）までの間は、常に作動させた状態とする。
【００６７】
工程Ｓ１０〜Ｓ２０と並行して、液体原料（Ｚｒ原料）であるＺｒ−ＰＡＺを気化させた原料ガス（Ｚｒ原料ガス）、すなわちＺｒ−ＰＡＺガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖｚ３を閉じたまま、バルブｖｚ２を開き、気化器２２９ｚへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｚ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｚから気化器２２９ｚへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｚ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ｖｚ３を閉じたまま、バルブｖｚ５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。
【００６８】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＯ３ガスも生成させた状態としておく。すなわち、Ｏ２ガス供給源２３０ｏからオゾナイザ２２９ｏへＯ２ガスを供給して、オゾナイザ２２９ｏにてＯ３ガスを生成させておく。この際、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、Ｏ３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２２９ｚにて原料ガス（Ｚｒ−ＰＡＺガス）を安定した状態で生成させたり、オゾナイザ２２９ｏにてＯ３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Ｏ３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、Ｏ３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ｖｚ３，ｖｚ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｏ３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、Ｏ３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。
【００７０】
〔高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３０）〕
続いて、ウェハ２を収容した処理容器内にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程と、処理容器内にＯ３ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのキャパシタ絶縁膜であるＺｒＯ２膜を形成する。以下、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）及び高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）について順に説明する。
【００７１】
〔高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）〕
〔Ｚｒ−ＰＡＺ供給工程（Ｓ３１ａ）〕
まず、バルブｖｚ４，ｖｚ５を閉じ、バルブｖｚ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＺｒ−ＰＡＺガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＺｒ−ＰＡＺガスの照射を開始する。Ｚｒ−ＰＡＺ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Ｚｒ−ＰＡＺ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Ｚｒ−ＰＡＺガスの供給時には、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ内へのＺｒ−ＰＡＺガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＺｒ−ＰＡＺガスの拡散を促すように、バルブｖｏ４，ｖｓ４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ｖｚ３を開き、Ｚｒ−ＰＡＺガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｚ３を閉じ、バルブｖｚ４，ｖｚ５を開いて、処理室２０１内へのＺｒ−ＰＡＺガスの供給を停止する。
【００７２】
〔パージ工程（Ｓ３１ｂ）〕
バルブｖｚ３を閉じ、処理室２０１内へのＺｒ−ＰＡＺガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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Ｚｒ−ＰＡＺガスを除去する。
【００７３】
〔Ｏ３供給工程（Ｓ３１ｃ）〕
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内への反応ガスとしてのＯ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＯ３ガスの照射を開始する。Ｏ３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Ｏ３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Ｏ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｚ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ内へのＯ３ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＯ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｚ４，ｖｓ４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、Ｏ３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Ｏ３ガスの供給を停止する。
【００７４】
〔パージ工程（Ｓ３１ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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Ｏ３ガスや反応副生成物を除去する。
【００７５】
〔所定回数実施工程（Ｓ３１ｅ）〕
そして、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（図１２に示すように本実施形態では１回）行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、所定の厚さのジルコニウムを含む高誘電率絶縁層としてのＺｒＯ２層が形成される。
【００７６】
〔高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）〕
〔ＮＨ３供給工程（Ｓ３２ａ）〕
ウェハ２上に所定の厚さのＺｒＯ２層が形成されたら、バルブｖｓ４，ｖｓ５を閉じ、バルブｖｓ３を開いて、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＮＨ３ガスの照射を開始する。ＮＨ３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（ＺｒＯ２層上）に均一に供給される。その結果、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中の不純物濃度が低減する。
【００７７】
余剰なＮＨ３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ＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｚ４，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ｖｓ３を開き、ＮＨ３ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｓ３を閉じ、バルブｖｓ４，ｖｓ５を開いて、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００７８】
〔パージ工程（Ｓ３２ｂ）〕
バルブｖｓ３を閉じ、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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ＮＨ３ガスや反応副生成物を除去する。
【００７９】
〔所定回数実施工程（Ｓ３３）〕
そして、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上（ＴｉＮ膜上）に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのＺｒＯ２膜を形成する。
【００８０】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法によりＺｒＯ２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、
Ｚｒ−ＰＡＺ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、
Ｏ３供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：５０〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
ＺｒＯ２膜の膜厚：６〜１０ｎｍ
が例示される。
【００８１】
〔ガス排気工程（Ｓ４０）〕
所定膜厚のＺｒＯ２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。
【００８２】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ５０）〕
その後、上述したウェハロード工程（Ｓ１０）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＺｒＯ２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。
【００８３】
＜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ＺｒＯ２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ＺｒＯ２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。
【００８４】
ウェハアンロード工程（Ｓ５０）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。
【００８５】
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、好ましくは高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３０）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ＺｒＯ２膜は全面にわたって均一にアニールされる。このアニールの処理時間は、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ＺｒＯ２膜は緻密化もしくは結晶化される。
【００８６】
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。
【００８７】
なお、成膜工程、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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に収納していく。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。
【００９１】
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る。そして、上部電極としてのＴｉＮ膜がＺｒＯ２膜上に形成され、図９に例示するようなキャパシタ構造がウェハ２上に製造される。
【００９２】
（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。
【００９３】
本実施形態によれば、ウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上に所定膜厚のＺｒＯ２
膜を形成する。上述したように、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）では、ウェハ２上に供給されたＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中から不純物が除去される。そのため、本実施形態に係るＺｒＯ２膜は、図８（ｂ）に示すＺｒＯ２層の改質を行わない手法により成膜されるＺｒＯ２膜と比較して、膜中のＯＨ濃度及び不純物濃度がそれぞれ低減し、信頼性が向上する。
【００９４】
また、本実施形態によれば、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）を実施した後、ウェハ２を処理室２０１内から搬出することなく、また、処理室２０１内の減圧状態を維持したまま、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を連続して行っている。すなわち、ウェハ２上に形成されたＺｒＯ２層は、一度も大気に曝されることなくＮＨ３ガスにより改質される。これにより、ＺｒＯ２膜の吸湿を抑制することができ、吸湿に起因するＺｒＯ２膜中への不純物の混入を抑制することが可能となる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）の温度条件と高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）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、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）及び高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）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。
【００９６】
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ＺｒＯ２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、ＺｒＯ２膜を緻密化もしくは結晶化させることが出来る。
【実施例】
【００９７】
（実施例）
本実施例では、上述の実施形態と同様の手法を用いてＺｒＯ２膜を有する評価サンプルを製造し、ＺｒＯ２膜中の不純物濃度を測定した。
【００９８】
図１０（ａ）は本実施例に係る評価サンプルの作成フロー図である。図１０（ａ）に示すように、本実施例に係る評価サンプルは、シリコンウェハ上にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでＺｒＯ２層を形成する工程と、形成したＺｒＯ２層上にＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程（ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、シリコンウェハ上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成した。そして、ＺｒＯ２膜の形成から分析までの吸湿を防ぐため、ＺｒＯ２膜上にキャップ層としてのＡｌ２Ｏ３膜を形成した。なお、上記において、“Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ，Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ”は、上述の高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）に、“ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ”は、上述の高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）に、それぞれ相当する。また、Ａｌ２Ｏ３膜は、ＺｒＯ２膜上にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム：Ａｌ（ＣＨ３）３）を気化させたガス（ＴＭＡガス）を供給し排気する工程（ＴＭＡ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで形成した。形成したＺｒＯ２膜の膜厚は６ｎｍとし、Ａｌ２Ｏ３膜の膜厚は１ｎｍとした。
【００９９】
図１０（ｂ）は比較例に係る評価サンプルの作成フロー図である。図１０（ｂ）に示すように、比較例に係る評価サンプルは、シリコンウェハ上にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排
気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで、シリコンウェハ上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成し、その後、ＺｒＯ２膜上へのＡｌ２Ｏ３膜の形成（Ａｌ２Ｏ３成膜）を行うことで製造した。ＮＨ３ガスを用いた改質工程は行わなかった。形成したＺｒＯ２膜の膜厚は６ｎｍとし、Ａｌ２Ｏ３膜の膜厚は１ｎｍとした。
【０１００】
本実施例及び比較例に係る評価サンプルのそれぞれに対し、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）分析を行った。図１１は、本実施例及び比較例に係る評価サンプルのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフ図であり、（ａ）はマスナンバーが２であるＨの濃度を、（ｂ）はマスナンバーが１２であるＣの濃度を、（ｃ）はマスナンバーが１４であるＣＨ２の濃度を、（ｄ）はマスナンバーが２８であるＣ２Ｈ４の濃度をそれぞれ示している。図１１（ａ）〜（ｄ）の横軸は、ＳＩＭＳ分析を開始してからのイオン照射時間（すなわち、評価サンプル表面からの観測深さ）を示しており、図１１（ａ）〜（ｄ）の縦軸は、観測された二次イオンの数（すなわち不純物濃度）をそれぞれ示している。
【０１０１】
図１１から分かるように、ＺｒＯ２層を形成する工程と、ＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことでＺｒＯ２膜を形成した評価サンプル（実施例：図中実線で示す）では、ＮＨ３ガスを用いた改質を行わずにＺｒＯ２膜を形成した評価サンプル（比較例：図中破線で示す）に比べ、ＺｒＯ２膜中のＨ，Ｃ，ＣＨ２，Ｃ２Ｈ４の濃度がそれぞれ低下していることが分かる。すなわち、ＺｒＯ２膜を形成する際、ＮＨ３ガスを用いた改質を行うことで、膜中の不純物濃度を低減でき、信頼性を向上できることが分かる。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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３２０ｚ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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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に原料ガス供給管２１３ｚが接続され、第２ノズル３３３ｂにＯ３ガス供給管２１３ｏ及びＮＨ３ガス供給管２１３ｓ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（Ｚｒ−ＰＡＺガス）と、Ｏ３及びＮＨ３ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、Ｏ３とＮＨ３ガスとを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、気化器２２９ｚ、オゾナイザ２２９ｏ、バルブｖｚ１〜ｖｚ６，ｖｏ３〜ｖｏ６，ｖｓ３〜ｖｓ６、液体流量コントローラ２２１ｚ、流量コントローラ２２５ｚ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２１ｓ，２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ等の動作を制御する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
その後、例えば上述の実施形態と同様に、ウェハ２を収容した処理容器内にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程と、処理容器内にＯ３ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのキャパシタ絶縁膜であるＺｒＯ２膜を形成する。
【０１１７】
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ＺｒＯ２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。
【０１１８】
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、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）では、ウェハ２上に供給されたＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用に
より、ＺｒＯ２層中から不純物が除去される。そのため、ＺｒＯ２膜中のＯＨ濃度及び不純物濃度をそれぞれ低減でき、信頼性を向上できる。
【０１１９】
＜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。
【０１２０】
例えば、上述の実施形態では、図１２に示すように、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）におけるサイクルの実施回数を１回とし、１サイクル毎に、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を実施する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、図１３に示すように、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを数回行う毎に、すなわち、数サイクル毎に、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を実施してもよい。また、図１４に示すように、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを複数回行った後、例えば、最後のサイクルで、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を１回のみ実施してもよい。
【０１２１】
また、例えば、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＺｒＯ２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、高誘電率絶縁膜として、ＨｆＯ２膜、酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）、酸化ニオブ膜（Ｎｂ２Ｏ５膜）、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５膜）、チタン酸ストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸バリウムストロンチウム膜（ＢａＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸ジルコン酸鉛膜（ＰＺＴ膜）、もしくは、それらの膜にＡｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ等の他の元素を添加した膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。
【０１２２】
また、上述の実施形態では、酸化剤としてＯ３を用い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。例えば、プラズマで活性化した酸素含有物質や、Ｈ２Ｏガスを酸化剤として用いてもよい。なお、プラズマで活性化した酸素含有物質を酸化源として用いる場合には、オゾナイザ２２９ｏの代わりにリモートプラズマユニットを設ければよい。また、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、例えば高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）の酸化源として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できる。なお、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）で用いる酸化源は、成膜の初期段階とそれ以降とで異ならせてもよい。
【０１２３】
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。
【０１２４】
また、上述の実施形態では、成膜工程と熱処理工程とを別々の処理容器（成膜装置４０の処理容器２０２、ＲＴＰ装置１１０の筐体１１２）により行うこととしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、成膜工程と熱処理工程とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。
【０１２５】
＜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。
【０１２６】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応
ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１２７】
好ましくは、前記高誘電率絶縁層を改質する工程では、前記アンモニアガスの作用により前記高誘電率絶縁層中に含まれるＯＨを除去する。
【０１２８】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを１回行う。
【０１２９】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを数回行う。
【０１３０】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを複数回行う。
【０１３１】
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、前記セットを１回行う。
【０１３２】
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、前記セットを数回行う。
【０１３３】
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、前記セットを複数回行う。
【０１３４】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁膜が、酸化ジルコニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化チタン膜、酸化イットリウム膜、酸化ランタン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ニオブ膜、酸化タンタル膜、チタン酸ストロンチウム膜、チタン酸バリウムストロンチウム膜またはチタン酸ジルコン酸鉛膜、もしくは、それらの膜に他の元素を添加した膜である。
【０１３５】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に酸化ジルコニウム層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３６】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、
前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気する工程と、
を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３７】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを数回行うことで前記基板上に酸化ジルコニウム層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３８】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム膜を改質する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容して処理する処理容器と、
前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【０１４０】
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装置に関する。
【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、ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜には吸湿性があることが知られている（Applied Physics Letters 88.201901(2006)参照）。ＺｒＯ２膜やＨｆＯ２膜はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙ
ｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜できるが、酸化源としてＨ２Ｏを用いると、供給されたＨ２Ｏが吸湿の原因となり、酸化源としてＯ３を用いると、リガンドを構成するＨとＯ３とが反応して生成されたＨ２Ｏが吸湿の原因となる。高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＨ２Ｏは、膜中でＭ−ＯＨ（ＭはＺｒやＨｆ）を形成し、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒａｋｅｄｏｗｎ：一定電圧を印加し続けた際に絶縁破壊が起こること）の特性を劣化させる等、高誘電率絶縁膜の長期信頼性を低下させることがある。
【０００４】
本発明は、高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＯＨを除去し、信頼性を向上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装置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、基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成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、基板を収容して処理する処理容器と、前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【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装置によれば、高誘電率絶縁膜中に取り込まれたＯＨを除去し、信頼性を向上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】（ａ）は本発明の一実施形態に係る成膜工程のフロー図であり、（ｂ）は比較例に係る成膜工程のフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の実施例に係る評価サンプルの作成フロー図であり、（ｂ）は、比較例に係る評価サンプルの作成フロー図である。
【図１１】本発明の実施例及び比較例に係る評価サンプルのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフ図であり、（ａ）はＨ濃度を、（ｂ）はＣ濃度を、（ｃ）はＣＨ２濃度を、（ｄ）はＣ２Ｈ４濃度をそれぞれ示している。
【図１２】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスの変形例を示すタイミング図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスの他の変形例を示すタイミング図である。
【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できるよう、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、液体原料としてのＺｒ（ジルコニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｚｒ原料ともいう）を供給する液体原料供給源２２０ｚが設けられている。液体原料供給源２２０ｚは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されている。
【００３３】
液体原料供給源２２０ｚには、圧送ガス供給管２３７ｚが接続されている。圧送ガス供給管２３７ｚ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２３７ｚの下流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ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、液体原料供給源２２０ｚには、液体原料供給管２１１ｚが接続されている。ここで、液体原料供給管２１１ｚの上流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ内に収容した液体原料内に浸されている。また、液体原料供給管２１１ｚ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２２９ｚに接続されている。なお、液体原料供給管２１１ｚ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）２２１ｚと、液体原料の供給を制御する開閉弁としてのバルブｖｚ１と、が設けられている。なお、バルブｖｚ１は、気化器２２９ｚの内部に設けられている。
【００３５】
上記構成により、バルブｖｚ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給することにより、液体原料供給源２２０ｚから気化器２２９ｚへ液体原料を圧送（
供給）することが可能となる。主に、液体原料供給源２２０ｚ、圧送ガス供給管２３７ｚ、液体原料供給管２１１ｚ、液体流量コントローラ２２１ｚ、バルブｖｚ１により液体原料供給系（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２２９ｚは、液体原料をヒータ２３ｚで加熱して気化させて原料ガスを発生させる気化室２０ｚと、この気化室２０ｚ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２１ｚと、液体原料の気化室２０ｚ内への供給を制御する上述のバルブｖｚ１と、気化室２０ｚにて発生させた原料ガスを後述する原料ガス供給管２１３ｚへ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｚと、を有している。上述の液体原料供給管２１１ｚの下流側端部は、バルブｖｚ１を介して液体原料流路２１ｚの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｚには、キャリアガス供給管２４ｚの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｚを介して気化室２０ｚ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２４ｚ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２４ｚ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）２２５ｚと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｚ２とが、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２４ｚ、流量コントローラ２２５ｚ、バルブｖｚ２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２２９ｚは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２２９ｚの原料ガス供給口２２ｚには、処理室２０１内に原料ガスを供給する原料ガス供給管２１３ｚの上流側端部が接続されている。原料ガス供給管２１３ｚの下流側端部は、合流配管２１３を介してガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ｚには、処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブｖｚ３が設けられている。
【００３８】
上記構成により、気化器２２９ｚ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ｖｚ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｚから合流配管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、原料ガス供給管２１３ｚ、バルブｖｚ３により、原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。また、液体原料供給系、気化部、原料ガス供給系により原料供給系（ジルコニウム原料供給系）が構成される。
【００３９】
（反応ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、反応ガスとしての酸化源（酸化剤）であるオゾンガス（Ｏ３）のもととなる酸素ガス（Ｏ２）を供給するＯ２ガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｏ２ガス供給源２３０ｏには、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの上流側端部が接続されている。Ｏ２ガス供給管２１１ｏの下流側端部には、プラズマによりＯ２ガスから酸化源としてのＯ３ガスを生成させるオゾナイザ２２９ｏが接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏには、Ｏ２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２２１ｏが設けられている。
【００４０】
オゾナイザ２２９ｏのアウトレット２２ｏには、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの下流側端部は、合流配管２１３に接続されている。すなわち、Ｏ３ガス供給管２１３ｏは、Ｏ３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、Ｏ３ガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。
【００４１】
なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの流量コントローラ２２１ｏよりも上流側には、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの下流側端部は、Ｏ３ガス供給管２１３ｏのバルブｖｏ３よりも上流側に接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１２ｏには、Ｏ２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２２２ｏが設けられている。
【００４２】
上記構成において、オゾナイザ２２９ｏにＯ２ガスを供給してＯ３ガスを発生させるとともに、バルブｖｏ３を開くことにより、処理室２０１内へＯ３ガスを供給することが可能となる。なお、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給中に、Ｏ２ガス供給管２１２ｏからＯ２ガスを供給するようにすれば、処理室２０１内へ供給するＯ３ガスをＯ２ガスにより希釈して、Ｏ３ガス濃度を調整することが可能となる。主に、Ｏ２ガス供給源２３０ｏ、Ｏ２ガス供給管２１１ｏ、オゾナイザ２２９ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、バルブｖｏ３、Ｏ２ガス供給管２１２ｏ、流量コントローラ２２２ｏにより反応ガス供給系（Ｏ３供給系）が構成される。
【００４３】
（アンモニアガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、アンモニアガス（ＮＨ３）を供給するＮＨ３ガス供給源２３０ｓが設けられている。ＮＨ３ガス供給源２３０ｓには、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓの上流側端部が接続されている。ＮＨ３ガス供給管２１３ｓの下流側端部は、合流配管２１３に接続されている。すなわち、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓは、ＮＨ３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、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓには、ＮＨ３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２２１ｓと、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を制御するバルブｖｓ３が設けられている。主に、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ、流量コントローラ２２１ｓ、バルブｖｓ３によりアンモニアガス供給系（ＮＨ３供給系）が構成される。
【００４４】
（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、３本のライン、すなわち、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓに分岐している。第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓの下流側端部は、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓのバルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３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２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ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）２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ、流量コントローラ２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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。
【００４５】
（ベント系）
また、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓのバルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３の上流側には、第１ベント管２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ
、第３ベント管２１５ｓには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５がそれぞれ設けられている。
【００４６】
上記構成により、バルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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。
【００４７】
また、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓのバルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓよりも下流側には、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓがそれぞれ接続されている。また、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓ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２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６がそれぞれ設けられている。
【００４８】
上記構成により、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４を閉じ、バルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６を開くことで、第１パージガス供給管２１４ｚ、第２パージガス供給管２１４ｏ、第３パージガス供給管２１４ｓ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ｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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ｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給源２３０ｓ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ｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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２１５ｚ、第２ベント管２１５ｏ、第３ベント管２１５ｓ、ベント管２１５、第４ベント管２１６ｚ、第５ベント管２１６ｏ、第６ベント管２１６ｓ、ベント管２１６、バルブｖｚ５，ｖｏ５，ｖｓ５、バルブｖｚ６，ｖｏ６，ｖｓ６によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４９】
（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２２９ｚ、オゾナイザ２２９ｏ、真空ポンプ２６４、バルブｖｚ１〜ｖｚ６，ｖｏ３〜ｖｏ６，ｖｓ３〜ｖｓ６、液体流量コントローラ２２１ｚ、流量コントローラ２２５ｚ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２１ｓ，２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ等の動作を制御する。
【００５０】
＜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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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（電極膜）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
＜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、高誘電率絶縁膜を形成する成膜工程について、図８（ａ）を参照しながら説明する。図８（ａ）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。図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る成膜工程では、基板としてのウェハ２を収容した処理容器内に、Ｚｒ原料としてＺｒプリカーサであるＺｒ−ＰＡＺ（Ｎ，Ｎ’−ジイソプ
ロピルアセトアミジナト）トリス（ジメチルアミド）ジルコニウム、Ｚｒ（ｉＰｒＮＣ（Ｍｅ）ＮｉＰｒ）（ＮＭｅ２）３）を気化した原料ガス（Ｚｒ原料ガス）を供給し排気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、処理容器内に反応ガス（酸化源）としてＯ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで、ウェハ２上に高誘電率絶縁層としてのＺｒＯ２層を形成する工程と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程（ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことでウェハ２上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成する。
【００６２】
以下、上述の成膜工程について、図２、図１２を参照しながら詳しく説明する。図２は、本実施形態に係る成膜工程のフロー図であり、図１２は、本実施形態に係る成膜工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。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。
【００６３】
〔ウェハロード工程（Ｓ１０）〕
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。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。
【００６４】
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。
【００６５】
〔プレヒート工程（Ｓ２０）〕
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。
【００６６】
なお、ウェハロード工程（Ｓ１０）、プレヒート工程（Ｓ２０）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ５０）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｚ３，ｖｏ３，ｖｓ３を閉じ、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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（Ｓ５０）までの間は、常に作動させた状態とする。
【００６７】
工程Ｓ１０〜Ｓ２０と並行して、液体原料（Ｚｒ原料）であるＺｒ−ＰＡＺを気化させた原料ガス（Ｚｒ原料ガス）、すなわちＺｒ−ＰＡＺガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖｚ３を閉じたまま、バルブｖｚ２を開き、気化器２２９ｚへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｚ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｚから気化器２２９ｚへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｚ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ｖｚ３を閉じたまま、バルブｖｚ５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。
【００６８】
また、このとき、酸化源（酸化性ガス）としてのＯ３ガスも生成させた状態としておく。すなわち、Ｏ２ガス供給源２３０ｏからオゾナイザ２２９ｏへＯ２ガスを供給して、オゾナイザ２２９ｏにてＯ３ガスを生成させておく。この際、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、Ｏ３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２２９ｚにて原料ガス（Ｚｒ−ＰＡＺガス）を安定した状態で生成させたり、オゾナイザ２２９ｏにてＯ３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Ｏ３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、Ｏ３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ｖｚ３，ｖｚ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｏ３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、Ｏ３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。
【００７０】
〔高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３０）〕
続いて、ウェハ２を収容した処理容器内にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程と、処理容器内にＯ３ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのキャパシタ絶縁膜であるＺｒＯ２膜を形成する。以下、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）及び高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）について順に説明する。
【００７１】
〔高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）〕
〔Ｚｒ−ＰＡＺ供給工程（Ｓ３１ａ）〕
まず、バルブｖｚ４，ｖｚ５を閉じ、バルブｖｚ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＺｒ−ＰＡＺガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＺｒ−ＰＡＺガスの照射を開始する。Ｚｒ−ＰＡＺ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Ｚｒ−ＰＡＺ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Ｚｒ−ＰＡＺガスの供給時には、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ内へのＺｒ−ＰＡＺガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＺｒ−ＰＡＺガスの拡散を促すように、バルブｖｏ４，ｖｓ４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ｖｚ３を開き、Ｚｒ−ＰＡＺガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｚ３を閉じ、バルブｖｚ４，ｖｚ５を開いて、処理室２０１内へのＺｒ−ＰＡＺガスの供給を停止する。
【００７２】
〔パージ工程（Ｓ３１ｂ）〕
バルブｖｚ３を閉じ、処理室２０１内へのＺｒ−ＰＡＺガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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Ｚｒ−ＰＡＺガスを除去する。
【００７３】
〔Ｏ３供給工程（Ｓ３１ｃ）〕
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内への反応ガスとしてのＯ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＯ３ガスの照射を開始する。Ｏ３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Ｏ３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Ｏ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｚ、ＮＨ３ガス供給管２１３ｓ内へのＯ３ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＯ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｚ４，ｖｓ４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、Ｏ３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Ｏ３ガスの供給を停止する。
【００７４】
〔パージ工程（Ｓ３１ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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Ｏ３ガスや反応副生成物を除去する。
【００７５】
〔所定回数実施工程（Ｓ３１ｅ）〕
そして、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（図１２に示すように本実施形態では１回）行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、所定の厚さのジルコニウムを含む高誘電率絶縁層としてのＺｒＯ２層が形成される。
【００７６】
〔高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）〕
〔ＮＨ３供給工程（Ｓ３２ａ）〕
ウェハ２上に所定の厚さのＺｒＯ２層が形成されたら、バルブｖｓ４，ｖｓ５を閉じ、バルブｖｓ３を開いて、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＮＨ３ガスの照射を開始する。ＮＨ３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（ＺｒＯ２層上）に均一に供給される。その結果、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中の不純物濃度が低減する。
【００７７】
余剰なＮＨ３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ＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｚ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｚ４，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ｖｓ３を開き、ＮＨ３ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｓ３を閉じ、バルブｖｓ４，ｖｓ５を開いて、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００７８】
〔パージ工程（Ｓ３２ｂ）〕
バルブｖｓ３を閉じ、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｚ４，ｖｏ４，ｖｓ４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ＮＨ３ガスや反応副生成物を除去する。
【００７９】
〔所定回数実施工程（Ｓ３３）〕
そして、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上（ＴｉＮ膜上）に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのＺｒＯ２膜を形成する。
【００８０】
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法によりＺｒＯ２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、
Ｚｒ−ＰＡＺ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、
Ｏ３供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：５０〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
ＺｒＯ２膜の膜厚：６〜１０ｎｍ
が例示される。
【００８１】
〔ガス排気工程（Ｓ４０）〕
所定膜厚のＺｒＯ２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。
【００８２】
〔ウェハアンロード工程（Ｓ５０）〕
その後、上述したウェハロード工程（Ｓ１０）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＺｒＯ２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。
【００８３】
＜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ＺｒＯ２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ＺｒＯ２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。
【００８４】
ウェハアンロード工程（Ｓ５０）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。
【００８５】
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、好ましくは高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３０）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ＺｒＯ２膜は全面にわたって均一にアニールされる。このアニールの処理時間は、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ＺｒＯ２膜は緻密化もしくは結晶化される。
【００８６】
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。
【００８７】
なお、成膜工程、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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に収納していく。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。
【００９１】
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る。そして、上部電極としてのＴｉＮ膜がＺｒＯ２膜上に形成され、図９に例示するようなキャパシタ構造がウェハ２上に製造される。
【００９２】
（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。
【００９３】
本実施形態によれば、ウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上に所定膜厚のＺｒＯ２
膜を形成する。上述したように、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）では、ウェハ２上に供給されたＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中から不純物が除去される。そのため、本実施形態に係るＺｒＯ２膜は、図８（ｂ）に示すＺｒＯ２層の改質を行わない手法により成膜されるＺｒＯ２膜と比較して、膜中のＯＨ濃度及び不純物濃度がそれぞれ低減し、信頼性が向上する。
【００９４】
また、本実施形態によれば、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）を実施した後、ウェハ２を処理室２０１内から搬出することなく、また、処理室２０１内の減圧状態を維持したまま、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を連続して行っている。すなわち、ウェハ２上に形成されたＺｒＯ２層は、一度も大気に曝されることなくＮＨ３ガスにより改質される。これにより、ＺｒＯ２膜の吸湿を抑制することができ、吸湿に起因するＺｒＯ２膜中への不純物の混入を抑制することが可能となる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）の温度条件と高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）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、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）及び高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）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。
【００９６】
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ＺｒＯ２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、ＺｒＯ２膜を緻密化もしくは結晶化させることが出来る。
【実施例】
【００９７】
（実施例）
本実施例では、上述の実施形態と同様の手法を用いてＺｒＯ２膜を有する評価サンプルを製造し、ＺｒＯ２膜中の不純物濃度を測定した。
【００９８】
図１０（ａ）は本実施例に係る評価サンプルの作成フロー図である。図１０（ａ）に示すように、本実施例に係る評価サンプルは、シリコンウェハ上にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでＺｒＯ２層を形成する工程と、形成したＺｒＯ２層上にＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程（ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、シリコンウェハ上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成した。そして、ＺｒＯ２膜の形成から分析までの吸湿を防ぐため、ＺｒＯ２膜上にキャップ層としてのＡｌ２Ｏ３膜を形成した。なお、上記において、“Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ，Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ”は、上述の高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）に、“ＮＨ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ”は、上述の高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）に、それぞれ相当する。また、Ａｌ２Ｏ３膜は、ＺｒＯ２膜上にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム：Ａｌ（ＣＨ３）３）を気化させたガス（ＴＭＡガス）を供給し排気する工程（ＴＭＡ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで形成した。形成したＺｒＯ２膜の膜厚は６ｎｍとし、Ａｌ２Ｏ３膜の膜厚は１ｎｍとした。
【００９９】
図１０（ｂ）は比較例に係る評価サンプルの作成フロー図である。図１０（ｂ）に示すように、比較例に係る評価サンプルは、シリコンウェハ上にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排
気する工程（Ｚｒ−ＰＡＺ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、Ｏ３ガスを供給し排気する工程（Ｏ３ ｆｅｅｄ，ｐｕｒｇｅ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで、シリコンウェハ上に所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成し、その後、ＺｒＯ２膜上へのＡｌ２Ｏ３膜の形成（Ａｌ２Ｏ３成膜）を行うことで製造した。ＮＨ３ガスを用いた改質工程は行わなかった。形成したＺｒＯ２膜の膜厚は６ｎｍとし、Ａｌ２Ｏ３膜の膜厚は１ｎｍとした。
【０１００】
本実施例及び比較例に係る評価サンプルのそれぞれに対し、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）分析を行った。図１１は、本実施例及び比較例に係る評価サンプルのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフ図であり、（ａ）はマスナンバーが２であるＨの濃度を、（ｂ）はマスナンバーが１２であるＣの濃度を、（ｃ）はマスナンバーが１４であるＣＨ２の濃度を、（ｄ）はマスナンバーが２８であるＣ２Ｈ４の濃度をそれぞれ示している。図１１（ａ）〜（ｄ）の横軸は、ＳＩＭＳ分析を開始してからのイオン照射時間（すなわち、評価サンプル表面からの観測深さ）を示しており、図１１（ａ）〜（ｄ）の縦軸は、観測された二次イオンの数（すなわち不純物濃度）をそれぞれ示している。
【０１０１】
図１１から分かるように、ＺｒＯ２層を形成する工程と、ＮＨ３ガスを供給し排気することでＺｒＯ２層を改質する工程と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことでＺｒＯ２膜を形成した評価サンプル（実施例：図中実線で示す）では、ＮＨ３ガスを用いた改質を行わずにＺｒＯ２膜を形成した評価サンプル（比較例：図中破線で示す）に比べ、ＺｒＯ２膜中のＨ，Ｃ，ＣＨ２，Ｃ２Ｈ４の濃度がそれぞれ低下していることが分かる。すなわち、ＺｒＯ２膜を形成する際、ＮＨ３ガスを用いた改質を行うことで、膜中の不純物濃度を低減でき、信頼性を向上できることが分かる。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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３２０ｚ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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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に原料ガス供給管２１３ｚが接続され、第２ノズル３３３ｂにＯ３ガス供給管２１３ｏ及びＮＨ３ガス供給管２１３ｓ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（Ｚｒ−ＰＡＺガス）と、Ｏ３及びＮＨ３ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、Ｏ３とＮＨ３ガスとを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、気化器２２９ｚ、オゾナイザ２２９ｏ、バルブｖｚ１〜ｖｚ６，ｖｏ３〜ｖｏ６，ｖｓ３〜ｖｓ６、液体流量コントローラ２２１ｚ、流量コントローラ２２５ｚ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２１ｓ，２２４ｚ，２２４ｏ，２２４ｓ等の動作を制御する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
その後、例えば上述の実施形態と同様に、ウェハ２を収容した処理容器内にＺｒ−ＰＡＺガスを供給し排気する工程と、処理容器内にＯ３ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことでウェハ２上に高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）と、処理容器内にＮＨ３ガスを供給し排気することで高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで、ウェハ２上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのキャパシタ絶縁膜であるＺｒＯ２膜を形成する。
【０１１７】
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ＺｒＯ２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。
【０１１８】
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、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）では、ウェハ２上に供給されたＮＨ３ガスの作用により、ＺｒＯ２層中からＯＨが除去され、ＺｒＯ２層が改質される。また、ＮＨ３ガスの作用に
より、ＺｒＯ２層中から不純物が除去される。そのため、ＺｒＯ２膜中のＯＨ濃度及び不純物濃度をそれぞれ低減でき、信頼性を向上できる。
【０１１９】
＜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。
【０１２０】
例えば、上述の実施形態では、図１２に示すように、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）におけるサイクルの実施回数を１回とし、１サイクル毎に、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を実施する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、図１３に示すように、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを数回行う毎に、すなわち、数サイクル毎に、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を実施してもよい。また、図１４に示すように、工程Ｓ３１ａ〜Ｓ３１ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを複数回行った後、例えば、最後のサイクルで、高誘電率絶縁層を改質する工程（Ｓ３２）を１回のみ実施してもよい。
【０１２１】
また、例えば、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＺｒＯ２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、高誘電率絶縁膜として、ＨｆＯ２膜、酸化チタン膜（ＴｉＯ２膜）、酸化ニオブ膜（Ｎｂ２Ｏ５膜）、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５膜）、チタン酸ストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸バリウムストロンチウム膜（ＢａＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸ジルコン酸鉛膜（ＰＺＴ膜）、もしくは、それらの膜にＡｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ等の他の元素を添加した膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。
【０１２２】
また、上述の実施形態では、酸化剤としてＯ３を用い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。例えば、プラズマで活性化した酸素含有物質や、Ｈ２Ｏガスを酸化剤として用いてもよい。なお、プラズマで活性化した酸素含有物質を酸化源として用いる場合には、オゾナイザ２２９ｏの代わりにリモートプラズマユニットを設ければよい。また、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、例えば高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）の酸化源として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できる。なお、高誘電率絶縁層を形成する工程（Ｓ３１）で用いる酸化源は、成膜の初期段階とそれ以降とで異ならせてもよい。
【０１２３】
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。
【０１２４】
また、上述の実施形態では、成膜工程と熱処理工程とを別々の処理容器（成膜装置４０の処理容器２０２、ＲＴＰ装置１１０の筐体１１２）により行うこととしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、成膜工程と熱処理工程とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。
【０１２５】
＜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。
【０１２６】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応
ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１２７】
好ましくは、前記高誘電率絶縁層を改質する工程では、前記アンモニアガスの作用により前記高誘電率絶縁層中に含まれるＯＨを除去する。
【０１２８】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを１回行う。
【０１２９】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを数回行う。
【０１３０】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁層を形成する工程では、前記サイクルを複数回行う。
【０１３１】
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、前記セットを１回行う。
【０１３２】
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、前記セットを数回行う。
【０１３３】
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、前記セットを複数回行う。
【０１３４】
また好ましくは、前記高誘電率絶縁膜が、酸化ジルコニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化チタン膜、酸化イットリウム膜、酸化ランタン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ニオブ膜、酸化タンタル膜、チタン酸ストロンチウム膜、チタン酸バリウムストロンチウム膜またはチタン酸ジルコン酸鉛膜、もしくは、それらの膜に他の元素を添加した膜である。
【０１３５】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に酸化ジルコニウム層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３６】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、
前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気する工程と、
を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３７】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを数回行うことで前記基板上に酸化ジルコニウム層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３８】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にジルコニウム原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に酸化源を供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回行うことで前記基板上に所定膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記酸化ジルコニウム膜を改質する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容して処理する処理容器と、
前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【０１４０】
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】
基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容して処理する処理容器と、
前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
基板を収容した処理容器内に原料ガスを供給し排気する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する工程と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する工程と、
を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容して処理する処理容器と、
前記処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した処理容器内への原料ガスの供給および排気と、前記処理容器内への反応ガスの供給および排気と、を１サイクルとしてこのサイクルを１回以上行うことで前記基板上に高誘電率絶縁層を形成する処理と、前記処理容器内にアンモニアガスを供給し排気することで前記高誘電率絶縁層を改質する処理と、を１セットとしてこのセットを１回以上行うことで前記基板上に所定膜厚の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記アンモニアガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１０４５６９（Ｐ２０１２−１０４５６９Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５００８５（Ｐ２０１０−２５００８５）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【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２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【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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