半導体装置の製造方法及び基板処理装置
【課題】膜中の酸素濃度を制御しつつ、段差被覆性を向上させ、抵抗率の低い薄膜を形成することができる。
【解決手段】基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、を行うことで基板上に酸化タンタル膜を形成する。
【解決手段】基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、を行うことで基板上に酸化タンタル膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内で基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及びその工程において好適に用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭの代替となりうる新型ＲＡＭとして、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使ったキャパシタレスＤＲＡＭ（ＳＯＩ型ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）等が挙げられる。
【０００３】
このうちＲｅＲＡＭは、遷移金属酸化物からなる薄膜（以下、遷移金属酸化膜）を金属電極で挟んだキャパシタ構造を備えており、金属電極間に電圧を加えることで生じる遷移金属酸化膜の抵抗変化（電界誘起抵抗変化）を記憶情報として利用する。ＲｅＲＡＭは、既存のＮＯＲ型フラッシュメモリに比べて１ビット当りの消費電力が１／１０００以下と低く、読み出し時間及び書き換え時間がいずれも１０ｎｓ程度と高速であることから、次世代の不揮発性メモリとして期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲｅＲＡＭでは、遷移金属酸化膜として、膜中の酸素濃度の制御が可能な酸化タンタル（ＴａＯｘ）膜が用いられている。ＲｅＲＡＭデバイスの開発段階では、酸化タンタル膜の成膜法はＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が主流となっている。しかしながら、ＲｅＲＡＭの構造上、遷移金属酸化膜には高い段差被覆性が求められるため、量産段階ではＰＶＤ法の採用は困難になってくる。
【０００５】
本発明は、ＰＶＤ法により成膜される酸化タンタル膜の上述の課題を解決し、膜中の酸素濃度を制御しつつ、段差被覆性を向上させ、抵抗率の低い薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
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室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＰＶＤ法により成膜される酸化タンタル膜の上述の課題を解決し、膜中の酸素濃度を制御でき、段差被覆性を向上させ、抵抗率の低い薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる基板処理工程を用いて形成された基板の横断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ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（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【図７】本発明の実施例にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図８】本発明の実施例にかかる成膜工程のガス供給のタイミング図である。
【図９】本発明の実施例にかかる基板処理工程を３５０℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる基板処理工程を４００℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
【００１１】
＜処理室＞
図１、図２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００１２】
＜支持台＞
処理室２０１内には、ウェハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（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２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。
【００１３】
＜昇降機構＞
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２００の搬送時には図２で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２００の処理時には図１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。
【００１４】
＜リフトピン＞
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２に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図１に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウェハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
【００１５】
＜ウェハ搬送口＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２００を搬送するウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開くことにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するようになっている。搬送室２７１は搬送容器（密閉容器）２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウェハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム２７３ａ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２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、搬送室２７１のウェハ搬送口２５０が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット２７３によりロードロック室内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウェハ２００を一時的に収容する予備室として機能する。
【００１６】
＜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。
【００１７】
＜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。
【００１８】
＜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分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２００の表面に供給するシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させる第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第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
【００１９】
＜排気ダクト＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２００上に均一に供給される。そして、ウェハ２００上に供給されたガスは、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
【００２３】
＜ガス供給系＞
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３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【００２４】
本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、常温で液体状態であるタンタル（Ｔａ）を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラ２２０ａと、バブラ２２０ａにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給系と、処理室２０１内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、処理室２０１内に酸化剤を供給する酸化剤供給系と、処理室２０１内にパージガスを供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる基板処理装置は、バブラ２２０ａからの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
【００２５】
＜バブラ＞
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ２２０ａが設けられている。バブラ２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ２２０ａの周りには、バブラ２２０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ２０６ａが設けられている。原料としては、例えば、タンタル（Ｔａ）元素を含む金属液体原料であるＴＢＴＤＥＴ（トリス（ジエチルアミノ）ターシャリーブチルイミノタンタル、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ3）3）（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）3）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）、または、五弗化タンタル（ＴａＦ5）等が用いられ、本実施形態では、例えばＴＢＴＤＥＴが用いられる。なお、ＴＢＴＤＥＴは、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を含むタンタル原料である。
【００２６】
バブラ２２０ａには、キャリアガス供給管２３７ａが接続されている。キャリアガス供給管２３７ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管２３７ａの下流側端部は、バブラ２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管２３７ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブｖａ１，ｖａ２とが設けられている。なお、キャリアガスとしては、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ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管２３７ａ、ＭＦＣ２２２ａ、バルブｖａ１，ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。
【００２７】
上記構成により、バルブｖａ１，ｖａ２を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）を生成させることが可能となる。
【００２８】
＜原料ガス供給系＞
バブラ２２０ａには、バブラ２２０ａ内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給管２１３ａが接続されている。原料ガス供給管２１３ａの上流側端部は、バブラ２２０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、ガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ａには、上流側から順にバルブｖａ５，ｖａ３が設けられている。バルブｖａ５は、バブラ２２０ａから原料ガス供給管２１３ａ内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ２２０ａの近傍に設けられている。バルブｖａ３は、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２１０の近傍に設けられている。バルブｖａ３と後述するバルブｖｅ３は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブｖｅ３は、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の空間を高速にパージしたのち、処理室２０１内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
【００２９】
上記構成により、バブラ２２０ａ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ｖａ５，ｖａ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内へ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２１３ａ、バルブｖａ５，ｖａ３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。
【００３０】
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ２２０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。
【００３１】
＜オゾンガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、オゾン（Ｏ3）ガスを供給するオゾンガス供給源２２０ｇが設けられている。オゾンガス供給源２２０ｇには、オゾンガス供給管２１３ｇの上流側端部が接続されている。オゾンガス供給管２１３ｇの下流側端部は、バルブｖｇ３を介してガス導入口２１０に接続されている。オゾンガス供給管２１３ｇには、オゾンガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｇと、オゾンガスの供給を制御するバルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３が設けられている。
【００３２】
主に、オゾンガス供給源２２０ｇ、オゾンガス供給管２１３ｇ、ＭＦＣ２２２ｇ、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３により、オゾンガス供給系（オゾンガス供給ライン）が構成される。
【００３３】
＜パージガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅが設けられている。パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅには、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管２１３ｃの下流側端部は、バルブｖｃ３を介してガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｅの下流側端部は、バルブｖｅ３を介して原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の部分に合流し、ガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｃ，２２２ｅと、パージガスの供給を制御するバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３と、がそれぞれ設けられている。パージガスとしては、例えばＮ2ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅ、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅ、ＭＦＣ２２２ｃ，２２２ｅ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３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。
【００３４】
＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３よりも上流側には、ベント管２１５ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管２１５ａ下流側端部は排気管２６１の圧力調整器２６２よりも下流側であって原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ａには、ガスの流通を制御するバルブｖａ４が設けられている。
【００３５】
上記構成により、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開くことで、原料ガス供給管２１３ａ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベント管２１５ａを介して処理室２０１をバイパスさせ、排気管２６１より排気することが可能となる。主に、ベント管２１５ａ、バルブｖａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００３６】
なお、バブラ２２０ａの周りには、サブヒータ２０６ａが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管２３７ａ、原料ガス供給管２１３ａ、パージガス供給管２１３ｅ、ベント管２１５ａ、排気管２６１、処理容器２０２、シャワーヘッド２４０等の周囲にもサブヒータ２０６ａが設けられている。サブヒータ２０６ａは、これらの部材を例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
【００３７】
＜制御部＞
本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、サブヒータ２０６ａ、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、真空ポンプ２６４、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ等の動作を制御する。
【００３８】
（２）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いて処理容器２０２内でウェハ２００上に酸化タンタル膜を形成する基板処理工程について、図４、図５を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程を用いて形成された基板の横断面図である。なお、以下の説明において、基板処理装置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。
【００３９】
なお、ここでは、ウェハ２００を収容した処理室２０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスとしてのＴＢＴＤＥＴガスを供給し排気して、ウェハ２００上にタンタル含有層（ＣＶＤ−Ｔａ層）を形成し、処理室２０１内に酸化剤としてのオゾン（Ｏ3）ガスを供給し排気して、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化してウェハ２００上に所定膜厚の酸化タンタル膜（ＴａＯｘ膜）を形成する例について説明する。
【００４０】
＜基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）＞
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図２に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により、搬送室２７１内から処理室２０１内へ、処理対象のウェハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウェハ２００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。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。
【００４１】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図１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２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ２）。
【００４２】
＜圧力調整工程（Ｓ３）、温度調整工程（Ｓ４）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）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（Ｓ３）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ４）。なお、温度調整工程（Ｓ４）は、圧力調整工程（Ｓ３）と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程（Ｓ３）よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述するＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）において、ＣＶＤ法によりＣＶＤ−Ｔａ層を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述するＯ3酸化工程（Ｓ５ｃ）において、ウェハ２００上に形成したＣＶＤ−Ｔａ層に対して酸化処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００４３】
なお、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、圧力調整工程（Ｓ３）、及び温度調整工程（Ｓ４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｇ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ2ガスを常に流しておく。これにより、ウェハ２００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。
【００４４】
工程Ｓ１〜Ｓ４と並行して、原料（ＴＢＴＤＥＴ）を気化させて原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）を生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖａ２，ｖａ５を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。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ｖａ４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。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブｖａ３，ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料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。
【００４５】
＜成膜工程（Ｓ５）＞
〔ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）の供給を開始する。原料ガスは、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２００上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。すなわち、シャワーヘッド２４０からは原料ガスが供給され、この原料ガスがウェハ２００に対して均一に供給されることとなる。
【００４６】
このとき、処理温度（ウェハ温度）、処理圧力（処理室内圧力）は、原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、処理室２０１内或いはウェハ２００表面において、気相反応が生じる。その結果、ウェハ２００上には、ＣＶＤ反応が生じることで、図５（ｂ）に示すように、タンタル含有層としてのＣＶＤ−Ｔａ層が形成される。ここで形成されるＣＶＤ−Ｔａ層の厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００４７】
このように、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）では、ウェハ２００を収容した処理室２０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、原料ガスを供給し排気して、ウェハ２００上に、ＣＶＤ−Ｔａ層を形成する。
【００４８】
処理室２０１内への原料ガスの供給時には、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３，ｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３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。
【００４９】
処理室２０１内への原料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を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。
【００５０】
〔パージ工程（Ｓ５ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３が開いた状態を維持し、処理室２０１内へのＮ2ガスの供給を継続する。Ｎ2ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している原料ガス、反応副生成物等を除去し、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージする。
【００５１】
〔Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）〕
処理室２０１内をパージしたら、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を開いて、処理室２０１内へ酸化剤を短パルス供給する。上述したように、本実施形態では酸化剤としてＯ3ガスを用いる。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２００上に均一に供給される。余剰な酸化剤は、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このとき、ウェハ２００上に供給された酸化剤が、ウェハ２００上に形成されているＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化させることで、図５（ｃ）に示すように、酸化タンタル膜（ＴａＯｘ膜）がウェハ２００上に形成される。すなわち、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）において形成されたＣＶＤ−Ｔａ層の表面の１〜１０ｎｍ、好ましくは１〜３ｎｍを酸化する。ここで、ＴａＯｘ膜の厚さが１ｎｍ未満だと後述するようなキャップ層としての効果が得られなくなる。ＴａＯｘ膜の厚さが１０ｎｍあれば、キャップ層として十分効果が得られることとなる。なお、ＴａＯｘ膜の厚さが少なくとも、３ｎｍ程度あればキャップ層としての効果が得られ、キャップ層としてのＴａＯｘ膜の膜厚を最小限にすることが可能となる。
【００５２】
処理室２０１内へのＯ3ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ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ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３，ｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３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。
【００５３】
処理室２０１内への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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ3ガスの供給を停止する（Ｏ3短パルス供給）。
【００５４】
〔パージ工程（Ｓ５ｄ）〕
バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を閉じ、Ｏ3ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３が開いた状態を維持し、処理室２０１内へのＮ2ガスの供給を継続する。Ｎ2ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているＯ3ガスや反応副生成物等を除去し、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージする。
【００５５】
＜基板搬出工程（Ｓ７）＞
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）に示した手順とは逆の手順により、ＴａＯｘ膜を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出し、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
【００５６】
なお、本実施形態における成膜工程（Ｓ５）でのウェハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウェハ温度）：３００〜４５０℃、
処理圧力（処理室内圧力）：２０〜１３３０Ｐａ、
原料（ＴＢＴＤＥＴ）ガス供給流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
酸化剤（Ｏ3ガス）供給流量：１０〜５００ｓｃｃｍ、
酸化剤（Ｏ3ガス）供給時間：１〜１０秒、
が例示される。
【００５７】
本実施形態によれば、ＣＶＤ−Ｔａ層を成膜後に、Ｏ3ガスを短パルス供給することで、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面に極薄の酸化膜（ＴａＯｘ膜）を形成する。これにより、大気酸化の影響を極力無くし、Ｔａ層の抵抗率を下げることができる。
【００５８】
＜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ＣＶＤ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ＣＶＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＣＶＤ装置について説明する。
【００５９】
図６は、本実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ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６（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【００６０】
図６（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。
【００６１】
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２００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。
【００６２】
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。
【００６３】
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２００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２００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。
【００６４】
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に原料ガス供給系が接続され、第２ノズル３３３ｂにオゾンガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと酸化剤であるオゾンガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと酸化剤であるオゾンガスとは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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２００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。
【００６７】
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２００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。
【００６８】
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ｖａ１〜ｖａ５，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ等の動作を制御する。
【００６９】
次に、上記構成にかかる縦型ＣＶＤ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、ウェハ２００上にＣＶＤ−Ｔａ層を形成し、その表面にＴａＯｘ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ＣＶＤ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。
【００７０】
複数枚のウェハ２００をボート３１７に装填（ウェハチャージ）する。そして、図６（ａ）に示すように、複数枚のウェハ２００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。
【００７１】
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、ウェハ２００の回転を開始させる。
【００７２】
その後、上述の実施形態における成膜工程（Ｓ５）と同様な手順で、ウェハ２００上に、ＣＶＤ−Ｔａ層を形成し、その表面にＴａＯｘ膜を形成する。すなわち、ウェハ２００を収容した処理室３０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスとしてのＴＢＴＤＥＴガスを供給し排気して、ウェハ２００上にＣＶＤ−Ｔａ層を形成するＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）と、処理室３０１内に残留している原料ガス、反応副生成物等を除去するパージ工程（Ｓ５ｂ）と、処理室３０１内に酸化剤としてのＯ3ガスを短パルス供給し排気して、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化してＴａＯｘ膜を形成するＯ3酸化工程（Ｓ５ｃ）と、処理室３０１内に残留しているＯ3ガスや反応副生成物等を除去するパージ工程（Ｓ５ｄ）を行うことで、ウェハ２００上に、ＴａＯｘ膜を形成する。
【００７３】
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、ＴａＯｘ膜が形成された後のウェハ２００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２００をボート３１７より取り出す（ウェハディスチャージ）。
【実施例】
【００７４】
＜酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係による検証＞
図７は、本発明の実施例にかかる基板処理工程のフロー図である。また、図８は、本発明の実施例にかかる成膜工程のガス供給のタイミング図である。
【００７５】
実施例においては、上述の実施形態で説明した基板処理装置を用い、上述したＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）、パージ工程（Ｓ５ｂ）、Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）、パージ工程（Ｓ５ｄ）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施して（所定回数実施工程（Ｓ５ｅ））、ウェハ上に、所定膜厚のＴａＯｘ膜を形成した。なお、本実施例では表面にＳｉＯ2膜が形成されたウェハ上にＴａＯｘ膜を形成した。そして、ウェハ２００上に所定膜厚のＴａＯｘ膜が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージし（残留ガス除去工程（Ｓ６））、その後、所定膜厚のＴａＯｘ膜を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出した（基板搬出工程（Ｓ７））。
なお、成膜は処理温度を３５０℃としたときと、４００℃としたときの２通りの条件で、サイクル数（以下、オゾンパルスサイクル数ともいう）を変えて行い、複数の評価サンプルを作成し、それぞれのＴａＯｘ膜の抵抗率と酸素強度及び炭素強度を測定した。具体的には、処理温度を３５０℃とした場合においては、サイクル数をそれぞれ０回、１回、２回、３回、５回と変化させて成膜した評価サンプルを作成し、処理温度を４００℃とした場合においては、サイクル数をそれぞれ０回、１回、２回、３回と変化させて成膜した評価サンプルを作成し、それぞれの評価サンプルにおけるＴａＯｘ膜の抵抗率と酸素強度及び炭素強度を測定した。
【００７６】
図９は、上述の実施例にかかる基板処理工程を３５０℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。また、図１０は、上述の実施例にかかる基板処理工程を４００℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。図９及び図１０の横軸は、所定回数実施工程（Ｓ５ｅ）におけるオゾンパルスのサイクル数（回）を示している。このオゾンパルスのサイクル数とは、最終的に形成するＴａＯｘ膜の膜厚を５０ｎｍと固定した時のサイクル数を示している。例えば、サイクル２回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層を２５ｎｍ形成する毎にＯ3ガスを供給するケースを示している。また例えば、サイクル５回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層を１０ｎｍ形成する毎にＯ3ガスを供給するケースを示している。また、右側の縦軸は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）にて測定したＴａＯｘ膜の酸素強度（すなわち酸素濃度）及び炭素強度（すなわち炭素濃度）を、左側の縦軸は、ＴａＯｘ膜の抵抗率［ｍΩ・ｃｍ］をそれぞれ示している。また、オゾンパルスサイクル数が０回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）の後、Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）を行わなかった場合を示している。
【００７７】
図９によれば、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、抵抗率が１／２程度低減していることが分かる。これは、大気酸化の影響が多い、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面にＯ3ガスを短パルス供給することで、極薄のＴａＯｘ膜が形成され、その下のＴａ層の酸化を保護しているからだと考えられる。
【００７８】
また、図１０によれば、処理温度４００℃においても、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、抵抗率が１／２程度低減しており、処理温度を変化させてもＣＶＤ−Ｔａ層の表面にＯ3ガスを短パルス供給することで、極薄のＴａＯｘ膜が形成され、その下のＴａ層の酸化を保護し、結果的に抵抗率を下げることができることが分かった。
【００７９】
また、図９及び図１０によれば、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さを薄くして、サイクル数を多くすることで、ＴａＯｘ膜の酸素強度（酸素濃度）が上昇し（図中□印）、さらに抵抗率も上昇することが分かる（図中○印）。一方、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、炭素強度が上昇するが、サイクル数２回目以降は炭素強度が低減することが分かる（図中△印）。
【００８０】
すなわち、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さ、及びサイクル数を変化させることで、ＴａＯｘ膜の中の酸素強度及び炭素強度を制御でき、さらに抵抗率も制御できることが分かった。例えば、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さを厚くすることで、ＴａＯｘ膜中の酸素を意図的に欠損させ、ＴａＯｘ膜の抵抗率を低下させることができる。
【００８１】
ところで、ＣＶＤ−Ｔａ層は、大気中に放置すると酸化してしまう（大気酸化の影響を受けやすい）。したがって、酸化力の強いＯ3ガスを供給し、サイクル数を多くすると抵抗率が上がるものと考えられる。しかしながら、上述の検証によれば、Ｏ3ガスの供給を１回行った場合に抵抗率が下がっていた。これは、酸化力の強い酸化剤（Ｏ3）を短パルス供給（ごく短時間供給）することで、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面にごく薄いＴａＯｘ膜がキャップ層として形成され、それにより、その下のＣＶＤ−Ｔａ層が大気にさらされない状況になったからだと考えられる。すなわち、ＴａＯｘ膜のキャップ効果によりＣＶＤ−Ｔａ層が保護されることとなったと考えられる。
【００８２】
ここで、短パルスとは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間より短時間かつパージ時間よりも短時間であることを意味しており、好ましくは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間の１／５０以下、さらに好ましくは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間の１／５００〜１／５０、具体的には１〜１０秒程度の時間のことを意味している。
【００８３】
すなわち、一般的にＣＶＤ成膜による金属製膜の形成は、大気にさらされた時の酸化の影響が強く、抵抗率が高くなることが多い。しかしながら、Ｔａ膜をＣＶＤ形成した後に酸化力の強いＯ3ガスを短パルス供給することで、Ｔａ膜の表面に極薄の酸化膜を形成し、Ｔａ膜の酸化を防止して抵抗率を下げることが可能となる。
【００８４】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００８５】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００８６】
好ましくは、前記処理室内へのオゾンガスの供給時間を１〜１０秒とする。
【００８７】
また好ましくは、前記酸化タンタル層の厚さを１〜１０ｎｍとする。
【００８８】
また好ましくは、前記酸化タンタル層の厚さを１〜３ｎｍとする。
【００８９】
また好ましくは、前記原料ガスが、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ3）3）（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）3、ＴａＣｌ5、または、ＴａＦ5である。
【００９０】
また好ましくは、前記タンタル含有層を形成する工程および前記酸化タンタル層を形成する工程では、前記基板の温度を３００〜４５０℃とし、前記処理室内の圧力を２０〜１３３０Ｐａとする。
【００９１】
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室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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が提供される。
【００９２】
以上、本発明の実施の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。
【符号の説明】
【００９３】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２０３ 支持台
２０６ ヒータ
２１３ａ 原料ガス供給管
２１３ｃ パージガス供給管
２１３ｅ パージガス供給管
２１３ｇ オゾンガス供給管
２３７ａ キャリアガス供給管
２２０ａ バブラ
２６１ 排気管
２８０ コントローラ（制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内で基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及びその工程において好適に用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭの代替となりうる新型ＲＡＭとして、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使ったキャパシタレスＤＲＡＭ（ＳＯＩ型ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）等が挙げられる。
【０００３】
このうちＲｅＲＡＭは、遷移金属酸化物からなる薄膜（以下、遷移金属酸化膜）を金属電極で挟んだキャパシタ構造を備えており、金属電極間に電圧を加えることで生じる遷移金属酸化膜の抵抗変化（電界誘起抵抗変化）を記憶情報として利用する。ＲｅＲＡＭは、既存のＮＯＲ型フラッシュメモリに比べて１ビット当りの消費電力が１／１０００以下と低く、読み出し時間及び書き換え時間がいずれも１０ｎｓ程度と高速であることから、次世代の不揮発性メモリとして期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲｅＲＡＭでは、遷移金属酸化膜として、膜中の酸素濃度の制御が可能な酸化タンタル（ＴａＯｘ）膜が用いられている。ＲｅＲＡＭデバイスの開発段階では、酸化タンタル膜の成膜法はＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が主流となっている。しかしながら、ＲｅＲＡＭの構造上、遷移金属酸化膜には高い段差被覆性が求められるため、量産段階ではＰＶＤ法の採用は困難になってくる。
【０００５】
本発明は、ＰＶＤ法により成膜される酸化タンタル膜の上述の課題を解決し、膜中の酸素濃度を制御しつつ、段差被覆性を向上させ、抵抗率の低い薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
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室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＰＶＤ法により成膜される酸化タンタル膜の上述の課題を解決し、膜中の酸素濃度を制御でき、段差被覆性を向上させ、抵抗率の低い薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる基板処理工程を用いて形成された基板の横断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ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（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【図７】本発明の実施例にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図８】本発明の実施例にかかる成膜工程のガス供給のタイミング図である。
【図９】本発明の実施例にかかる基板処理工程を３５０℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる基板処理工程を４００℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
【００１１】
＜処理室＞
図１、図２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００１２】
＜支持台＞
処理室２０１内には、ウェハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（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２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。
【００１３】
＜昇降機構＞
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２００の搬送時には図２で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２００の処理時には図１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。
【００１４】
＜リフトピン＞
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２に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図１に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウェハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
【００１５】
＜ウェハ搬送口＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２００を搬送するウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開くことにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するようになっている。搬送室２７１は搬送容器（密閉容器）２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウェハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム２７３ａ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２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、搬送室２７１のウェハ搬送口２５０が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット２７３によりロードロック室内と搬送室２７１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウェハ２００を一時的に収容する予備室として機能する。
【００１６】
＜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。
【００１７】
＜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。
【００１８】
＜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分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２００の表面に供給するシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させる第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第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
【００１９】
＜排気ダクト＞
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２００上に均一に供給される。そして、ウェハ２００上に供給されたガスは、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
【００２３】
＜ガス供給系＞
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３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【００２４】
本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、常温で液体状態であるタンタル（Ｔａ）を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラ２２０ａと、バブラ２２０ａにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給系と、処理室２０１内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、処理室２０１内に酸化剤を供給する酸化剤供給系と、処理室２０１内にパージガスを供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる基板処理装置は、バブラ２２０ａからの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
【００２５】
＜バブラ＞
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ２２０ａが設けられている。バブラ２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ２２０ａの周りには、バブラ２２０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ２０６ａが設けられている。原料としては、例えば、タンタル（Ｔａ）元素を含む金属液体原料であるＴＢＴＤＥＴ（トリス（ジエチルアミノ）ターシャリーブチルイミノタンタル、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ3）3）（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）3）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）、または、五弗化タンタル（ＴａＦ5）等が用いられ、本実施形態では、例えばＴＢＴＤＥＴが用いられる。なお、ＴＢＴＤＥＴは、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を含むタンタル原料である。
【００２６】
バブラ２２０ａには、キャリアガス供給管２３７ａが接続されている。キャリアガス供給管２３７ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管２３７ａの下流側端部は、バブラ２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管２３７ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブｖａ１，ｖａ２とが設けられている。なお、キャリアガスとしては、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ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管２３７ａ、ＭＦＣ２２２ａ、バルブｖａ１，ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。
【００２７】
上記構成により、バルブｖａ１，ｖａ２を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）を生成させることが可能となる。
【００２８】
＜原料ガス供給系＞
バブラ２２０ａには、バブラ２２０ａ内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給管２１３ａが接続されている。原料ガス供給管２１３ａの上流側端部は、バブラ２２０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、ガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ａには、上流側から順にバルブｖａ５，ｖａ３が設けられている。バルブｖａ５は、バブラ２２０ａから原料ガス供給管２１３ａ内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ２２０ａの近傍に設けられている。バルブｖａ３は、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２１０の近傍に設けられている。バルブｖａ３と後述するバルブｖｅ３は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブｖｅ３は、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の空間を高速にパージしたのち、処理室２０１内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
【００２９】
上記構成により、バブラ２２０ａ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ｖａ５，ｖａ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内へ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２１３ａ、バルブｖａ５，ｖａ３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。
【００３０】
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ２２０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。
【００３１】
＜オゾンガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、オゾン（Ｏ3）ガスを供給するオゾンガス供給源２２０ｇが設けられている。オゾンガス供給源２２０ｇには、オゾンガス供給管２１３ｇの上流側端部が接続されている。オゾンガス供給管２１３ｇの下流側端部は、バルブｖｇ３を介してガス導入口２１０に接続されている。オゾンガス供給管２１３ｇには、オゾンガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｇと、オゾンガスの供給を制御するバルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３が設けられている。
【００３２】
主に、オゾンガス供給源２２０ｇ、オゾンガス供給管２１３ｇ、ＭＦＣ２２２ｇ、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３により、オゾンガス供給系（オゾンガス供給ライン）が構成される。
【００３３】
＜パージガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅが設けられている。パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅには、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管２１３ｃの下流側端部は、バルブｖｃ３を介してガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｅの下流側端部は、バルブｖｅ３を介して原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の部分に合流し、ガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｃ，２２２ｅと、パージガスの供給を制御するバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３と、がそれぞれ設けられている。パージガスとしては、例えばＮ2ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅ、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅ、ＭＦＣ２２２ｃ，２２２ｅ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３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。
【００３４】
＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３よりも上流側には、ベント管２１５ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管２１５ａ下流側端部は排気管２６１の圧力調整器２６２よりも下流側であって原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ａには、ガスの流通を制御するバルブｖａ４が設けられている。
【００３５】
上記構成により、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開くことで、原料ガス供給管２１３ａ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベント管２１５ａを介して処理室２０１をバイパスさせ、排気管２６１より排気することが可能となる。主に、ベント管２１５ａ、バルブｖａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００３６】
なお、バブラ２２０ａの周りには、サブヒータ２０６ａが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管２３７ａ、原料ガス供給管２１３ａ、パージガス供給管２１３ｅ、ベント管２１５ａ、排気管２６１、処理容器２０２、シャワーヘッド２４０等の周囲にもサブヒータ２０６ａが設けられている。サブヒータ２０６ａは、これらの部材を例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
【００３７】
＜制御部＞
本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、サブヒータ２０６ａ、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、真空ポンプ２６４、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ等の動作を制御する。
【００３８】
（２）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いて処理容器２０２内でウェハ２００上に酸化タンタル膜を形成する基板処理工程について、図４、図５を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程を用いて形成された基板の横断面図である。なお、以下の説明において、基板処理装置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。
【００３９】
なお、ここでは、ウェハ２００を収容した処理室２０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスとしてのＴＢＴＤＥＴガスを供給し排気して、ウェハ２００上にタンタル含有層（ＣＶＤ−Ｔａ層）を形成し、処理室２０１内に酸化剤としてのオゾン（Ｏ3）ガスを供給し排気して、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化してウェハ２００上に所定膜厚の酸化タンタル膜（ＴａＯｘ膜）を形成する例について説明する。
【００４０】
＜基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）＞
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図２に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により、搬送室２７１内から処理室２０１内へ、処理対象のウェハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウェハ２００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。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。
【００４１】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図１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２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ２）。
【００４２】
＜圧力調整工程（Ｓ３）、温度調整工程（Ｓ４）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）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（Ｓ３）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ４）。なお、温度調整工程（Ｓ４）は、圧力調整工程（Ｓ３）と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程（Ｓ３）よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述するＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）において、ＣＶＤ法によりＣＶＤ−Ｔａ層を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述するＯ3酸化工程（Ｓ５ｃ）において、ウェハ２００上に形成したＣＶＤ−Ｔａ層に対して酸化処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００４３】
なお、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、圧力調整工程（Ｓ３）、及び温度調整工程（Ｓ４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｇ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ2ガスを常に流しておく。これにより、ウェハ２００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。
【００４４】
工程Ｓ１〜Ｓ４と並行して、原料（ＴＢＴＤＥＴ）を気化させて原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）を生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖａ２，ｖａ５を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。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ｖａ４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。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブｖａ３，ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料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。
【００４５】
＜成膜工程（Ｓ５）＞
〔ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガス（ＴＢＴＤＥＴガス）の供給を開始する。原料ガスは、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２００上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。すなわち、シャワーヘッド２４０からは原料ガスが供給され、この原料ガスがウェハ２００に対して均一に供給されることとなる。
【００４６】
このとき、処理温度（ウェハ温度）、処理圧力（処理室内圧力）は、原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、処理室２０１内或いはウェハ２００表面において、気相反応が生じる。その結果、ウェハ２００上には、ＣＶＤ反応が生じることで、図５（ｂ）に示すように、タンタル含有層としてのＣＶＤ−Ｔａ層が形成される。ここで形成されるＣＶＤ−Ｔａ層の厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００４７】
このように、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）では、ウェハ２００を収容した処理室２０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、原料ガスを供給し排気して、ウェハ２００上に、ＣＶＤ−Ｔａ層を形成する。
【００４８】
処理室２０１内への原料ガスの供給時には、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３，ｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３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。
【００４９】
処理室２０１内への原料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を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。
【００５０】
〔パージ工程（Ｓ５ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３が開いた状態を維持し、処理室２０１内へのＮ2ガスの供給を継続する。Ｎ2ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している原料ガス、反応副生成物等を除去し、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージする。
【００５１】
〔Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）〕
処理室２０１内をパージしたら、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を開いて、処理室２０１内へ酸化剤を短パルス供給する。上述したように、本実施形態では酸化剤としてＯ3ガスを用いる。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２００上に均一に供給される。余剰な酸化剤は、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このとき、ウェハ２００上に供給された酸化剤が、ウェハ２００上に形成されているＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化させることで、図５（ｃ）に示すように、酸化タンタル膜（ＴａＯｘ膜）がウェハ２００上に形成される。すなわち、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）において形成されたＣＶＤ−Ｔａ層の表面の１〜１０ｎｍ、好ましくは１〜３ｎｍを酸化する。ここで、ＴａＯｘ膜の厚さが１ｎｍ未満だと後述するようなキャップ層としての効果が得られなくなる。ＴａＯｘ膜の厚さが１０ｎｍあれば、キャップ層として十分効果が得られることとなる。なお、ＴａＯｘ膜の厚さが少なくとも、３ｎｍ程度あればキャップ層としての効果が得られ、キャップ層としてのＴａＯｘ膜の膜厚を最小限にすることが可能となる。
【００５２】
処理室２０１内へのＯ3ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ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ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３，ｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３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。
【００５３】
処理室２０１内への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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ3ガスの供給を停止する（Ｏ3短パルス供給）。
【００５４】
〔パージ工程（Ｓ５ｄ）〕
バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３を閉じ、Ｏ3ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３が開いた状態を維持し、処理室２０１内へのＮ2ガスの供給を継続する。Ｎ2ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているＯ3ガスや反応副生成物等を除去し、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージする。
【００５５】
＜基板搬出工程（Ｓ７）＞
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）に示した手順とは逆の手順により、ＴａＯｘ膜を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出し、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
【００５６】
なお、本実施形態における成膜工程（Ｓ５）でのウェハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウェハ温度）：３００〜４５０℃、
処理圧力（処理室内圧力）：２０〜１３３０Ｐａ、
原料（ＴＢＴＤＥＴ）ガス供給流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
酸化剤（Ｏ3ガス）供給流量：１０〜５００ｓｃｃｍ、
酸化剤（Ｏ3ガス）供給時間：１〜１０秒、
が例示される。
【００５７】
本実施形態によれば、ＣＶＤ−Ｔａ層を成膜後に、Ｏ3ガスを短パルス供給することで、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面に極薄の酸化膜（ＴａＯｘ膜）を形成する。これにより、大気酸化の影響を極力無くし、Ｔａ層の抵抗率を下げることができる。
【００５８】
＜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ＣＶＤ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ＣＶＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＣＶＤ装置について説明する。
【００５９】
図６は、本実施形態で好適に用いられる縦型ＣＶＤ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６（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【００６０】
図６（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。
【００６１】
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２００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。
【００６２】
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。
【００６３】
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２００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２００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。
【００６４】
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に原料ガス供給系が接続され、第２ノズル３３３ｂにオゾンガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと酸化剤であるオゾンガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと酸化剤であるオゾンガスとは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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２００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。
【００６７】
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２００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。
【００６８】
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ｖａ１〜ｖａ５，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ等の動作を制御する。
【００６９】
次に、上記構成にかかる縦型ＣＶＤ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、ウェハ２００上にＣＶＤ−Ｔａ層を形成し、その表面にＴａＯｘ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ＣＶＤ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。
【００７０】
複数枚のウェハ２００をボート３１７に装填（ウェハチャージ）する。そして、図６（ａ）に示すように、複数枚のウェハ２００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。
【００７１】
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、ウェハ２００の回転を開始させる。
【００７２】
その後、上述の実施形態における成膜工程（Ｓ５）と同様な手順で、ウェハ２００上に、ＣＶＤ−Ｔａ層を形成し、その表面にＴａＯｘ膜を形成する。すなわち、ウェハ２００を収容した処理室３０１内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスとしてのＴＢＴＤＥＴガスを供給し排気して、ウェハ２００上にＣＶＤ−Ｔａ層を形成するＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）と、処理室３０１内に残留している原料ガス、反応副生成物等を除去するパージ工程（Ｓ５ｂ）と、処理室３０１内に酸化剤としてのＯ3ガスを短パルス供給し排気して、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面を酸化してＴａＯｘ膜を形成するＯ3酸化工程（Ｓ５ｃ）と、処理室３０１内に残留しているＯ3ガスや反応副生成物等を除去するパージ工程（Ｓ５ｄ）を行うことで、ウェハ２００上に、ＴａＯｘ膜を形成する。
【００７３】
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、ＴａＯｘ膜が形成された後のウェハ２００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２００をボート３１７より取り出す（ウェハディスチャージ）。
【実施例】
【００７４】
＜酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係による検証＞
図７は、本発明の実施例にかかる基板処理工程のフロー図である。また、図８は、本発明の実施例にかかる成膜工程のガス供給のタイミング図である。
【００７５】
実施例においては、上述の実施形態で説明した基板処理装置を用い、上述したＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）、パージ工程（Ｓ５ｂ）、Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）、パージ工程（Ｓ５ｄ）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施して（所定回数実施工程（Ｓ５ｅ））、ウェハ上に、所定膜厚のＴａＯｘ膜を形成した。なお、本実施例では表面にＳｉＯ2膜が形成されたウェハ上にＴａＯｘ膜を形成した。そして、ウェハ２００上に所定膜厚のＴａＯｘ膜が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、処理室２０１内をＮ2ガスによりパージし（残留ガス除去工程（Ｓ６））、その後、所定膜厚のＴａＯｘ膜を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出した（基板搬出工程（Ｓ７））。
なお、成膜は処理温度を３５０℃としたときと、４００℃としたときの２通りの条件で、サイクル数（以下、オゾンパルスサイクル数ともいう）を変えて行い、複数の評価サンプルを作成し、それぞれのＴａＯｘ膜の抵抗率と酸素強度及び炭素強度を測定した。具体的には、処理温度を３５０℃とした場合においては、サイクル数をそれぞれ０回、１回、２回、３回、５回と変化させて成膜した評価サンプルを作成し、処理温度を４００℃とした場合においては、サイクル数をそれぞれ０回、１回、２回、３回と変化させて成膜した評価サンプルを作成し、それぞれの評価サンプルにおけるＴａＯｘ膜の抵抗率と酸素強度及び炭素強度を測定した。
【００７６】
図９は、上述の実施例にかかる基板処理工程を３５０℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。また、図１０は、上述の実施例にかかる基板処理工程を４００℃で実施して形成された酸化タンタル膜の酸素強度、炭素強度及び抵抗率とオゾンパルスサイクル数との関係を示すグラフ図である。図９及び図１０の横軸は、所定回数実施工程（Ｓ５ｅ）におけるオゾンパルスのサイクル数（回）を示している。このオゾンパルスのサイクル数とは、最終的に形成するＴａＯｘ膜の膜厚を５０ｎｍと固定した時のサイクル数を示している。例えば、サイクル２回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層を２５ｎｍ形成する毎にＯ3ガスを供給するケースを示している。また例えば、サイクル５回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層を１０ｎｍ形成する毎にＯ3ガスを供給するケースを示している。また、右側の縦軸は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）にて測定したＴａＯｘ膜の酸素強度（すなわち酸素濃度）及び炭素強度（すなわち炭素濃度）を、左側の縦軸は、ＴａＯｘ膜の抵抗率［ｍΩ・ｃｍ］をそれぞれ示している。また、オゾンパルスサイクル数が０回とは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成工程（Ｓ５ａ）の後、Ｏ3酸化工程（Ｓ５ｃ）を行わなかった場合を示している。
【００７７】
図９によれば、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、抵抗率が１／２程度低減していることが分かる。これは、大気酸化の影響が多い、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面にＯ3ガスを短パルス供給することで、極薄のＴａＯｘ膜が形成され、その下のＴａ層の酸化を保護しているからだと考えられる。
【００７８】
また、図１０によれば、処理温度４００℃においても、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、抵抗率が１／２程度低減しており、処理温度を変化させてもＣＶＤ−Ｔａ層の表面にＯ3ガスを短パルス供給することで、極薄のＴａＯｘ膜が形成され、その下のＴａ層の酸化を保護し、結果的に抵抗率を下げることができることが分かった。
【００７９】
また、図９及び図１０によれば、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さを薄くして、サイクル数を多くすることで、ＴａＯｘ膜の酸素強度（酸素濃度）が上昇し（図中□印）、さらに抵抗率も上昇することが分かる（図中○印）。一方、オゾンパルスサイクル１回と、サイクル０回（Ｏ3供給なし）とを比較すると、炭素強度が上昇するが、サイクル数２回目以降は炭素強度が低減することが分かる（図中△印）。
【００８０】
すなわち、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さ、及びサイクル数を変化させることで、ＴａＯｘ膜の中の酸素強度及び炭素強度を制御でき、さらに抵抗率も制御できることが分かった。例えば、１サイクル毎に形成するＣＶＤ−Ｔａ層の厚さを厚くすることで、ＴａＯｘ膜中の酸素を意図的に欠損させ、ＴａＯｘ膜の抵抗率を低下させることができる。
【００８１】
ところで、ＣＶＤ−Ｔａ層は、大気中に放置すると酸化してしまう（大気酸化の影響を受けやすい）。したがって、酸化力の強いＯ3ガスを供給し、サイクル数を多くすると抵抗率が上がるものと考えられる。しかしながら、上述の検証によれば、Ｏ3ガスの供給を１回行った場合に抵抗率が下がっていた。これは、酸化力の強い酸化剤（Ｏ3）を短パルス供給（ごく短時間供給）することで、ＣＶＤ−Ｔａ層の表面にごく薄いＴａＯｘ膜がキャップ層として形成され、それにより、その下のＣＶＤ−Ｔａ層が大気にさらされない状況になったからだと考えられる。すなわち、ＴａＯｘ膜のキャップ効果によりＣＶＤ−Ｔａ層が保護されることとなったと考えられる。
【００８２】
ここで、短パルスとは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間より短時間かつパージ時間よりも短時間であることを意味しており、好ましくは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間の１／５０以下、さらに好ましくは、ＣＶＤ−Ｔａ層形成時間の１／５００〜１／５０、具体的には１〜１０秒程度の時間のことを意味している。
【００８３】
すなわち、一般的にＣＶＤ成膜による金属製膜の形成は、大気にさらされた時の酸化の影響が強く、抵抗率が高くなることが多い。しかしながら、Ｔａ膜をＣＶＤ形成した後に酸化力の強いＯ3ガスを短パルス供給することで、Ｔａ膜の表面に極薄の酸化膜を形成し、Ｔａ膜の酸化を防止して抵抗率を下げることが可能となる。
【００８４】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００８５】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００８６】
好ましくは、前記処理室内へのオゾンガスの供給時間を１〜１０秒とする。
【００８７】
また好ましくは、前記酸化タンタル層の厚さを１〜１０ｎｍとする。
【００８８】
また好ましくは、前記酸化タンタル層の厚さを１〜３ｎｍとする。
【００８９】
また好ましくは、前記原料ガスが、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ3）3）（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）3、ＴａＣｌ5、または、ＴａＦ5である。
【００９０】
また好ましくは、前記タンタル含有層を形成する工程および前記酸化タンタル層を形成する工程では、前記基板の温度を３００〜４５０℃とし、前記処理室内の圧力を２０〜１３３０Ｐａとする。
【００９１】
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室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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が提供される。
【００９２】
以上、本発明の実施の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。
【符号の説明】
【００９３】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２０３ 支持台
２０６ ヒータ
２１３ａ 原料ガス供給管
２１３ｃ パージガス供給管
２１３ｅ パージガス供給管
２１３ｇ オゾンガス供給管
２３７ａ キャリアガス供給管
２２０ａ バブラ
２６１ 排気管
２８０ コントローラ（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容した処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
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】
基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で、タンタルを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する工程と、
前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する工程と、
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】
基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にタンタルを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気して、前記基板上にタンタル含有層を形成する処理と、前記処理室内にオゾンガスを短パルスで供給し排気することで、前記タンタル含有層の表面を酸化して、前記タンタル含有層の表面に酸化タンタル層を形成する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記オゾン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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６９４３８（Ｐ２０１２−１６９４３８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８７９８（Ｐ２０１１−２８７９８）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【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９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【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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