半導体装置の製造方法及び基板処理装置
【課題】 低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】 基板を処理容器内に搬入する工程と、処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を処理容器内から搬出する工程と、を有し、処理を行う工程では、金属膜を形成する途中もしくは金属膜を形成した後に処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する。
【解決手段】 基板を処理容器内に搬入する工程と、処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を処理容器内から搬出する工程と、を有し、処理を行う工程では、金属膜を形成する途中もしくは金属膜を形成した後に処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する。
【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適用が検討されている。ＤＲＡＭのキャパシタにおいては、ＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜などの高誘電率絶縁膜が使用され、３２ｎｍ世代以降では、さらに高い誘電率を持つＳｒＴｉＯ膜やＴｉＯ膜の採用が検討されている。電極材料としては、抵抗率などの観点から金属膜の採用が検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜など、誘電率が５０を越す高誘電率絶縁膜のバンドギャップは狭いため、リーク電流の増加が懸念される。係る課題を解決するには、５．０ｅＶ以上の高い仕事関数を有する金属材料を電極材料として用いるのが望ましい。しかしながら、高い仕事関数を有する金属材料として有望なＰｔを電極材料として用いた場合、材料が高価であること、成膜が非常に難しいこと等の課題があり、実用化には至っていないのが現状である。また、仕事関数の大きな他の金属材料、例えばＮｉやＣｏなどは酸化され易く、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増大を招いてしまう場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた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、基板を処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質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、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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】
【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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を提供す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基板処理装置のガス供給系の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係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３】本発明の一実施形態に係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４】（ａ）従来のキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図６】（ａ）本発明の他の実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図７】（ａ）本発明の一実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。
【図８】（ａ）本発明の他の実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態に係るキャパシタ電極のエネルギー準位を示す概略図であり、（ｂ）はＷ膜の単層からなる従来のキャパシタ電極のエネルギー準位を示す概略図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る縦型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で示し、（ｂ）は処理炉部分を図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
（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２，３を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置４０のウェハ処理時における断面構成図であり、図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置４０のウェハ搬送時における断面構成図である。
【００１０】
（処理室）
図２，３に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置４０は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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３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２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。
【００１３】
（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３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２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。
【００１４】
（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。負圧移載室１１は搬送容器（密閉容器）１２内に形成されており、負圧移載室１１内にはウェハ２００を搬送する負圧移載機１３が設けられている。負圧移載機１３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム１３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ４４を開くことにより、負圧移載機１３により処理室２０１内と負圧移載室１１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、負圧移載室１１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、負圧移載機１３によりロードロック室内と負圧移載室１１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
（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、所定間隔を空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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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２０１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。
【００２２】
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、本実施形態にかかる基板処理装置４０の有するガス供給系（ガス供給ライン）の構成図である。
【００２３】
本実施形態にかかる基板処理装置４０の有するガス供給系は、常温で液体状態であるタングステン（Ｗ）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内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、処理室２０１内にシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、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。
【００２４】
（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、タングステン（Ｗ）元素を含む金属液体原料である六弗化タングステン（ＷＦ６）が用いられる。
【００２５】
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。
【００２６】
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処理ガスとしての原料ガス（ＷＦ６ガス）を生成させることが可能となる。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（窒素含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、窒素含有ガス（窒化源）を供給する窒素含有ガス供給源２２０ｂが設けられている。窒素含有ガス供給源２２０ｂには、窒素含有ガス供給管２１３ｂの上流側端部が接続されている。窒素含有ガス供給管２１３ｂの下流側端部は、バルブｖｂ３を介してガス導入口２１０に接続されている。窒素含有ガス供給管２１３ｂには、窒素含有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）２２２ｂと、窒素含有ガスの供給を制御するバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３が設けられている。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、または、Ｎ３Ｈ８ガス等が用いられ、本実施形態では、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。主に、窒素含有ガス供給源２２０ｂ、窒素含有ガス供給管２１３ｂ、ＭＦＣ２２２ｂ、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３により、窒素含有ガス供給系（窒素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３１】
（酸素含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、酸素含有ガス（酸化源）を供給する酸素含有ガス供給源２２０ｇが設けられている。酸素含有ガス供給源２２０ｇには、酸素含有ガス供給管２１３ｇの上流側端部が接続されている。酸素含有ガス供給管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。酸素含有ガス供給管２１３ｇには、酸素含有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、酸素含有ガスの供給を制御するバルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３が設けられている。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）等が用いられ、本実施形態では、例えばＯ２ガスが用いられる。主に、酸素含有ガス供給源２２０ｇ、酸素含有ガス供給管２１３ｇ、ＭＦＣ２２２ｇ、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３により、酸素含有ガス供給系（酸素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３２】
（シリコン含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、処理ガスとしてのシリコン含有ガスを供給するシリコ
ン含有ガス供給源２２０ｈが設けられている。シリコン含有ガス供給源２２０ｈには、シリコン含有ガス供給管２１３ｈの上流側端部が接続されている。シリコン含有ガス供給管２１３ｈの下流側端部は、バルブｖｈ３を介してガス導入口２１０に接続されている。シリコン含有ガス供給管２１３ｈには、シリコン含有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）２２２ｈと、水素ガスの供給を制御するバルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３が設けられている。シリコン含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等が用いられ、本実施形態では、例えばジシランガスが用いられる。主に、シリコン含有ガス供給源２２０ｈ、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ、ＭＦＣ２２２ｈ、バルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３により、シリコン含有ガス供給系（シリコン含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３３】
主に、原料供給系、シリコン含有ガス供給系により、処理容器内に処理ガスとしての原料ガス、シリコン含有ガスを供給する処理ガス供給系（処理ガス供給ライン）が構成される。また、主に、窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系により、処理容器内に窒素含有ガス、酸素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系（反応ガス供給ライン）が構成される。
【００３４】
（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。
【００３５】
＜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の下流側端部は、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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４４、昇降機構２０７ｂ、負圧移載機１１、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，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，ｖｈ１〜ｖｈ３、マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ，２２２ｈ等の動作を制御する。
【００３９】
（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程としてウェハ２００上にキャパシタ構造（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ構造）を形成する基板処理工程について説明する。図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【００４０】
なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。なお、タングステン（Ｗ）膜は金属単体で構成される導電性の金属単体膜であり、窒化タングステン（ＷＮ）膜は導電性の金属窒化膜であり、酸化タングステン（ＷＯ）膜は導電性の金属酸化膜であり、酸窒化タングステン（ＷＯＮ）膜は導電性の金属酸窒化膜である。なお、ＷＯＮ膜はＷＯ膜よりも抵抗率が低く、高速に電子を流すことが可能である。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、まず、上述の基板処理装置４０を用い、基板としてのウェハ２００が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、ウェハ２００上に下部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のＷ膜を形成する処理を行う（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。
【００４２】
なお、下部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程では、Ｗ膜を形成する途中もしくはＷ膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の表面（後述するＨｆＯ２膜との接合面）を、導電性の金属酸化層であるＷＯ層、導電性の金属窒化層であるＷＮ層、または導電性の金属酸窒化層であるＷＯＮ層に改質する。すなわち、ウェハ２００上に第１のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−１）の後、第１のＷ層上に第２のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−２）と、第２のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｏ２ ｆｌｏｗ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３ ｆｌｏｗ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された下部電極としてのＷ膜を形成する。これらの処理については後述する。なお、以下の説明においては、表面にＷＯ層、ＷＮ層またはＷＯＮ層が形成されたＷ膜を、便宜上、単にＷ膜とも呼ぶ。
【００４３】
そして、下部電極としてのＷ膜上に、高誘電率絶縁膜、すなわち金属酸化膜としての酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）を形成する処理を行う（Ｈｉｇｈ−ｋ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）。ＨｆＯ２膜の形成は、ウェハ２００を収容した処理容器内に、ＡＬＤ反応が生じる条件下で、原料としての例えばＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を供給し排気する工程と、酸化源としての例えばＨ２Ｏガスをウェハ２００に対して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所定回数実施することで行う。所定膜厚のＨｆＯ２膜の形成後、例えば７００℃程度の温度でウェハ２００を熱処
理する（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）。これらの処理は、上述の基板処理装置４０とは異なる図示しない成膜装置、アニール装置等を用いて行う。
【００４４】
そして、上述の基板処理装置４０を用い、熱処理後のウェハ２００が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、ＨｆＯ２膜上に上部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のＷ膜を形成する処理を行う（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。
【００４５】
なお、上部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程では、Ｗ膜を形成する途中に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の底面（ＨｆＯ２膜との接合面）を、導電性の金属酸化層であるＷＯ層、導電性の金属窒化層であるＷＮ層、または導電性の金属酸窒化層であるＷＯＮ層に改質する。すなわち、ＨｆＯ２膜上に第３のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−３）と、第３のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第３のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｏ２ ｆｌｏｗ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３ ｆｌｏｗ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行った後、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に第４のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−４）を実施することで、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された上部電極としてのＷ膜を形成する。これらの処理については後述する。
【００４６】
以下、上述した下部電極の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び上部電極の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）について、図７を用いて詳しく説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置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。
【００４７】
＜下部電極の形成工程＞
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図７（ａ）、図１〜図３を用いて説明する。
【００４８】
〔基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）〕
昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図３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２００を搬送アーム１３ａで支持した状態でロードする（Ｓ１０１）。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。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。
【００４９】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図２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（Ｓ１０２）。
【００５０】
〔圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）〕
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（Ｓ１０３）。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（Ｓ１０４）。なお、温度調整工程（Ｓ１０４）は、圧力調整工程（Ｓ１０３）と並行して行うようにしてもよいし、
圧力調整工程（Ｓ１０３）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、後述する第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）において、ＡＬＤ法によりＷ層を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で用いる原料が自己分解しない程度の処理温度、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、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）において、ウェハ２００上に形成した第２のＷ層に対して酸化処理、窒化処理、または酸窒化処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００５１】
なお、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４および後述する基板搬出工程（Ｓ１０８）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｇ３，ｖｈ３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。
【００５２】
また、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４と並行して、液体原料（Ｗ原料）であるＷＦ６を気化させた原料ガス（Ｗ原料ガス）、すなわちＷＦ６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。
【００５３】
〔第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）〕
〔ＷＦ６供給工程（Ｓ１０５ａ）〕
続いて、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への処理ガスとしての原料ガスであるＷＦ６ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＷＦ６ガスの照射を開始する。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へと排気される。なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、窒素含有ガス供給管２１３ｂ内、酸素含有ガス供給管２１３ｇ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、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ｖｃ３，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖａ３を開き、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。
【００５４】
〔パージ工程（Ｓ１０５ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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内に残留している原料ガスを除去する。
【００５５】
〔Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ１０５ｃ）〕
処理室２０１内のパージが完了したら、バルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３を開いて、処理室２０１内への処理ガスとしてのシリコン含有ガスであるＳｉ２Ｈ６ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＳｉ２Ｈ６ガスの照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｈで流量制御されたＳｉ２Ｈ６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Ｓｉ２Ｈ６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Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、窒素含有ガス供給管２１３ｂ内、酸素含有ガス供給管２１３ｇ内へのＳｉ２Ｈ６ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＳｉ２Ｈ６ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３を開き、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスの供給を停止する。
【００５６】
〔パージ工程（Ｓ１０５ｄ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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Ｓｉ２Ｈ６ガスや反応副生成物を除去する。
【００５７】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０５ｅ）〕
そして、工程Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、ウェハ２００上に所定の厚さの第１のＷ層を形成する。
【００５８】
〔第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ１０６ａ）、パージ工程（Ｓ１０６ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ１０６ｃ）、パージ工程（Ｓ１０６ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）により、上述の第１のＷ層上に第２のＷ層を形成する。なお、工程１０６ａ〜Ｓ１０６ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００５９】
ここで、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層が薄すぎると、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ〜Ｓ１０６ｇ）において、酸化源として用いる酸素含有ガスや窒化源として用いる窒素含有ガスにより第１のＷ層が直接酸化、窒化、または酸窒化されてしまい、下部電極が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまう。従って、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）では、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）でのサイクルの実施回数を例えば５回以上とし、形成する第２のＷ層の厚さを例えば０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６０】
また、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層が厚すぎると、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ〜Ｓ１０６ｇ）において、酸化源として用いる酸素含有ガス中に含まれる酸素（Ｏ）原子や、窒化源として用いる窒素含有ガス中に含まれる窒素（Ｎ）原子が、第２のＷ層全体に導入され難くなる。従って、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）では、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）でのサイクルの実施回数を例えば２０回以下とし、形成する第２のＷ層の膜厚を例えば２ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６１】
〔第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）〕
〔Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ１０６ｆ）〕
続いて、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｇで流量制御されたＯ２ガスや、ＭＦＣ２２２ｂで流量制御されたＮＨ３ガスは、シャワーヘッド２４０によりそれぞれ分散され、熱で活性化されて処理室２０１内のウェハ２００上にそれぞれ均一に供給される。余剰なＯ２ガスやＮＨ３ガスは、それぞれ排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。
【００６２】
処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内へのＯ２ガスや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Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き、Ｏ２ガスや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ｖｇ３および／またはバルブｖｂ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６３】
熱で活性化したＯ２ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子が第２のＷ層中に導入される。その結果、第２のＷ層が酸化され、導電性の金属酸化層としてのＷＯ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、酸化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６４】
また、熱で活性化したＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、ＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第２のＷ層中に導入される。その結果、第２のＷ層が窒化され、導電性の金属窒化層としてのＷＮ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、窒化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６５】
また、熱で活性化したＯ２ガスおよびＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子およびＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第２のＷ層中にそれぞれ導入される。その結果、第２のＷ層が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのＷＯＮ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、酸窒化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６６】
〔パージ工程（Ｓ１０６ｇ）〕
バルブｖｇ３および／またはバルブｖｂ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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Ｏ２ガス、ＮＨ３ガス、反応副生成物を除去する。
【００６７】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０６ｈ）〕
そして、第２のＷ層の形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）と第２のＷ層の改質工程（
Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）とを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、第１のＷ層上に、所定の厚さのＷＯ層（第２のＷ層が酸化された層）、ＷＮ層（第２のＷ層が窒化された層）、またはＷＯＮ層（第２のＷ層が酸窒化された層）を形成し、下部電極とする。下部電極は、所定の厚さの第１のＷ層と、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、が積層してなり、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。
【００６８】
なお、第１のＷ層上に形成するＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下とすることが好ましい。ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが０．５ｎｍを下回ると、第２のＷ層中への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化、窒化、または酸窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが２．０ｎｍを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さを２．０ｎｍ以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、ＨｆＯ２膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。
【００６９】
また、第１のＷ層上に形成するＷＯ層の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯ層中の酸素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層中の酸素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）も増加してしまう。なお、ＷＯ層中の酸素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７０】
また、第１のＷ層上に形成するＷＮ層の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＮ層中の窒素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＮ層中の窒素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＮ層中の窒素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７１】
また、第１のＷ層上に形成するＷＯＮ層の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素の合計濃度を例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０
ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７２】
なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｈ）におけるサイクルの実施回数等を調整することにより制御できる。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の酸素濃度及び窒素濃度は、例えばＯ２照射時間、Ｏ２濃度、Ｏ２供給流量、ＮＨ３照射時間、ＮＨ３濃度、ＮＨ３供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。
【００７３】
本実施形態における第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）、及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：１００〜４００℃、
処理室内圧力：０．１〜１０００Ｐａ、
ＷＦ６供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
Ｓｉ２Ｈ６供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ
が例示される。
【００７４】
また、本実施形態における第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ、Ｓ１０６ｇ）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：１００〜４００℃、
処理室内圧力：１〜５０００Ｐａ、
Ｏ２供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ
が例示される。
【００７５】
〔残留ガス除去工程（Ｓ１０７）〕
ウェハ２００上に下部電極（表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜）が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、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内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００７６】
〔基板搬出工程（Ｓ１０８）〕
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する。その後、下部電極を形成した後のウェハ２００を、ＨｆＯ２膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
【００７７】
＜上部電極の形成工程＞
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図７（ｂ）、図１〜図３を用いて説明する。
【００７８】
〔基板搬入工程（Ｓ２０１）〜温度調整工程（Ｓ２０４）〕
下部電極上にＨｆＯ２膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【００７９】
続いて、圧力調整工程（Ｓ２０３）、温度調整工程（Ｓ２０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【００８０】
〔第３のＷ層形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ２０５ａ）、パージ工程（Ｓ２０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ２０５ｃ）、パージ工程（Ｓ２０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ２０５ｅ）により、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に所定の厚さの第３のＷ層を形成する。なお、工程２０５ａ〜Ｓ２０５ｅは、上述の第２のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００８１】
〔第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）〕
続いて、Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ２０５ｆ）を実施し、形成した第３のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する。その後、パージ工程（Ｓ２０５ｇ）を実施する。Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ２０５ｆ）およびパージ工程（Ｓ２０５ｇ）は、上述のＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ１０６ｆ）およびパージ工程（Ｓ１０６ｇ）と同様に行う。
【００８２】
〔所定回数実施工程（Ｓ２０５ｈ）〕
続いて、第３のＷ層の形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）と第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）とを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に、所定の厚さのＷＯ層（第３のＷ層が酸化された層）、ＷＮ層（第３のＷ層が窒化された層）、またはＷＯＮ層（第３のＷ層が酸窒化された層）を形成する。ＨｆＯ２膜上に形成するＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度は、第１のＷ層上に形成したＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度と同様とする。
【００８３】
〔第４のＷ層形成工程（Ｓ２０６ａ〜Ｓ２０６ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ２０６ａ）、パージ工程（Ｓ２０６ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ２０６ｃ）、パージ工程（Ｓ２０６ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ２０６ｅ）により、ＨｆＯ２膜上に形成したＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に、所定の厚さの第４のＷ層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、所定の厚さの第４のＷ層とが積層してなり、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。なお、工程Ｓ２０６ａ〜Ｓ２０６ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００８４】
〔残留ガス除去工程（Ｓ２０７）、基板搬出工程（Ｓ２０８）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ２０７）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出し（Ｓ２０８）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００８５】
（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。
【００８６】
（ａ）本実施形態によれば、下部電極及び上部電極としてのＷ膜を形成する途中もしくはＷ膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、下部電極を構成するＷ膜の表面、及び上部電極を構成するＷ膜の底面を、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層にそれぞれ改質する。このとき、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎ
ｍ以上２．０ｎｍ以下とする。また、ＷＯ層中の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とし、ＷＮ層中の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とし、ＷＯＮ層中の酸素および窒素の合計濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とする。
【００８７】
これにより、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の表面（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）及び上部電極の底面（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）の仕事関数をそれぞれ増加させることができ、それにより、下部電極全体及び上部電極全体としての仕事関数をそれぞれ増加させることができ、例えばキャパシタ部におけるリーク電流を低減することができる。特に、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ膜や、第３のＷ層形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）で形成する第３のＷ膜の厚さをそれぞれ２ｎｍ以下とすることで、第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）や第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）において、第２のＷ膜や第３のＷ膜中に、酸素原子や窒素原子を確実に導入することができ、下部電極としてのＷ膜の表面、および上部電極としてのＷ膜の底面を、それぞれＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層へ確実に改質することができる。
【００８８】
図５（ｂ）は、本実施形態に係るキャパシタ構造（ＭＩＭ構造）の断面拡大図である。図示するように、下部電極が、第１のＷ層と、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層（第２のＷ層が改質された層）との積層構造からなり、キャパシタ絶縁膜がＨｆＯ２膜からなり、上部電極が、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層（第３のＷ層が改質された層）と、第４のＷ層と、の積層構造からなる。また、図９（ａ）は、本実施形態に係るキャパシタ電極（下部極及び上部電極）のエネルギー準位を例示する概略図である。キャパシタ絶縁膜をキャパシタ電極で挟むキャパシタ構造におけるリーク電流は、主としてキャパシタ電極の仕事関数とキャパシタ絶縁膜の伝導帯側とのバンドオフセット（コンダクションバンドオフセット）によって定まる。一般的に、コンダクションバンドオフセットはキャパシタ電極間へ印加する電圧よりも高い値とすることが望ましい。本実施形態によれば、ＨｆＯ２膜に接合する下部電極や上部電極の仕事関数を、それぞれ、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の仕事関数（４．９ｅＶ〜５．１ｅＶ）とすることができる。そのため、キャパシタ絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットを２．９〜３．１ｅＶ程度確保することができ、リーク電流を大幅に減少させることができる。
【００８９】
なお、図４（ａ）は従来のキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造（ＭＩＭ構造）の断面構成図である。図示するように、キャパシタ電極（下部電極及び上部電極）がそれぞれＷ膜の単層からなり、キャパシタ絶縁膜がＨｆＯ２膜からなる。また、図９（ｂ）は、Ｗ膜の単層からなる従来のキャパシタ電極（下部電極及び上部電極）のエネルギー準位を示す概略図である。Ｗの仕事関数は４．５ｅＶ程度であるから、キャパシタ絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットは２．５ｅＶ程度しか確保できず、上述の場合と比較して０．４ｅＶ〜０．６ｅＶほど低くなり、リーク電流が増大してしまう恐れがある。
【００９０】
（ｂ）本実施形態によれば、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子やＮＨ３ガスに含まれる窒素原子を、第２のＷ層および第３のＷ層のみに導入している。そして、第１のＷ層および第４のＷ層は、酸化、窒化、または酸窒化させずにＷ層のままとしている。これにより、下部電極および上部電極を形成するＷ膜全体が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極の抵抗値の増加、及びＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増加を抑制することができる。特に、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層を０．５ｎｍ以上とすることで、Ｏ２ガスやＮＨ３ガスが第１のＷ層に直接供給されることを確実に防ぐことができ、下部電極の過剰な酸化を確実に
回避することができる。
【００９１】
（ｃ）本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばＮｉ，Ｃｏ等の酸化されやすい金属を用いることなく、Ｗを用いて形成している。Ｗは比較的酸化されにくい材料であることから、Ｗ膜全体が過剰に酸化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極のＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増加を抑制することができる。
【００９２】
（ｄ）本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばＡｕ、Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ等の高価な貴金属を用いることなく、Ｗを用いて形成している。Ｗは比較的安価、かつ成膜が容易な材料であることから、半導体装置の製造コストを低減させることが可能となる。
【００９３】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の底面もしくは表面をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質していたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで、上述の改質処理を行ってもよい。
【００９４】
図６（ａ）は、本実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【００９５】
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る下部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）では、ウェハ２００上に第１のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−１）と、第１のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第１のＷ層の表面をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｐｌａｓｍａ Ｏ２ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３）と、を実施することで、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された下部電極としての所定膜厚のＷ膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。
【００９６】
また、本実施形態に係る上部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）では、ＨｆＯ２膜上に第２のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−２）と、第２のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｐｌａｓｍａ Ｏ２ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３）と、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に第３のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−３）と、を実施することで、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された上部電極としての所定膜厚のＷ膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。
【００９７】
以下、上述した下部電極の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び上部電極の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）について、図８を用いて詳しく説明する。図８（ａ）は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置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。
【００９８】
＜下部電極の形成工程＞
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図８（ａ）、図１〜図３を用いて説明
する。
【００９９】
〔基板搬入工程（Ｓ３０１）〜温度調整工程（Ｓ３０４）〕
ウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【０１００】
続いて、圧力調整工程（Ｓ３０３）、温度調整工程（Ｓ３０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【０１０１】
〔第１のＷ層形成工程（Ｓ３０５ａ〜Ｓ３０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ３０５ａ）、パージ工程（Ｓ３０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ３０５ｃ）、パージ工程（Ｓ３０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ３０５ｅ）により、ウェハ２００上に所定の厚さの第１のＷ層を形成する。なお、工程３０５ａ〜Ｓ３０５ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【０１０２】
〔プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）〕
続いて、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内へのプラズマで活性化されたＯ２ガスおよび／またはプラズマで活性化されたＮＨ３ガスの供給、すなわち照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｇで流量制御されたＯ２ガスや、ＭＦＣ２２２ｂで流量制御されたＮＨ３ガスは、シャワーヘッド２４０によりそれぞれ分散され、処理室２０１内のウェハ２００上にそれぞれ均一に供給される。余剰なＯ２ガスやＮＨ３ガスは、それぞれ排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの活性化は、酸素含有ガス供給管２１３ｇや窒素含有ガス供給管２１３ｂに設けられた図示しないリモートプラズマユニット等によって行う。また、プラズマで活性化されたＮＨ３ガスの代わりに、プラズマで活性化されたＮ２ガスを供給してもよい。
【０１０３】
処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内へのＯ２ガスや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Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３のいずれか又は両方を開き、Ｏ２ガスや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ｖｇ３、バルブｖｂ３のいずれか又は両方を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止する。
【０１０４】
プラズマで活性化したＯ２ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子が第１のＷ層の表面に導入される。その結果、第１のＷ層の表面が酸化され、導電性の金属酸化層としてのＷＯ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、酸化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＯ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０５】
また、プラズマで活性化したＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、ＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第１のＷ層の表面に導入される。その結果、第１のＷ層の表面が窒化され、導電性の金属窒化層としてのＷＮ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、窒化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＮ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への窒素原子の添加により、高誘電
率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０６】
また、プラズマで活性化したＯ２ガスおよびＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子およびＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第１のＷ層の表面にそれぞれ導入される。その結果、第１のＷ層の表面が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのＷＯＮ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、酸窒化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＯＮ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０７】
なお、第１のＷ層を酸化、窒化、または酸窒化させる領域（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）の厚さ（深さ）は、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下とすることが好ましい。ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが０．５ｎｍを下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸化、窒化、または酸窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが２．０ｎｍを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さを２．０ｎｍ以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、ＨｆＯ２膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。
【０１０８】
また、第１のＷ層を酸化させる領域（ＷＯ層）の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯ層中の酸素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層中の酸素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）も増加してしまう。なお、ＷＯ層中の酸素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１０９】
また、第１のＷ層を窒化させる領域（ＷＮ層）の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＮ層中の窒素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＮ層中の窒素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＮ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１１０】
また、第１のＷ層を酸窒化させる領域（ＷＯＮ層）の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素
の合計濃度を例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１１１】
なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ（深さ）、酸素濃度、窒素濃度は、例えばＯ２照射時間、Ｏ２濃度、Ｏ２供給流量、ＮＨ３照射時間、ＮＨ３濃度、ＮＨ３供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。
【０１１２】
なお、本実施形態におけるプラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：２５〜４００℃、
処理室内圧力：０．１〜２５０Ｐａ、
Ｏ２供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
高周波電力：５０〜４００Ｗ
が例示される。
【０１１３】
〔残留ガス除去工程（Ｓ３０７）、基板搬出工程（Ｓ３０８）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ３０７）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する（Ｓ３０８）。その後、下部電極が形成されたウェハ２００を、ＨｆＯ２膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
【０１１４】
＜上部電極の形成工程＞
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図８（ｂ）、図１〜図３を用いて説明する。
【０１１５】
〔基板搬入工程（Ｓ４０１）〜温度調整工程（Ｓ４０４）〕
下部電極上にＨｆＯ２膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【０１１６】
続いて、圧力調整工程（Ｓ４０３）、温度調整工程（Ｓ４０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【０１１７】
〔第２のＷ層形成工程（Ｓ４０５ａ〜Ｓ４０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ４０５ａ）、パージ工程（Ｓ４０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ４０５ｃ）、パージ工程（Ｓ４０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ４０５ｅ）により、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に所定の厚さの第２のＷ層を形成する。なお、工程４０５ａ〜Ｓ４０５ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。また、形成する第２のＷ層の厚
さは、例えば０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０１１８】
〔プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）〕
続いて、プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）を実施し、形成した第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する。なお、プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）は、上述のプラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）と同様に行う。
【０１１９】
〔パージ工程（Ｓ４０７）〕
続いて、パージ工程（Ｓ４０７）を実施して、処理室２０１内に残留しているＯ２および／またはＮＨ３ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。パージ工程（Ｓ４０７）は上述の残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様に行う。
【０１２０】
〔第３のＷ層形成工程（Ｓ４０８ａ〜Ｓ４０８ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ４０８ａ）、パージ工程（Ｓ４０８ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ４０８ｃ）、パージ工程（Ｓ４０８ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ４０８ｅ）により、第２のＷ層が改質されたＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に、所定の厚さの第３のＷ層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、所定の厚さの第３のＷ層とが積層してなり、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。なお、工程４０８ａ〜Ｓ４０８ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【０１２１】
〔残留ガス除去工程（Ｓ４０９）、基板搬出工程（Ｓ４１０）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ４０９）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出し（Ｓ４１０）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【０１２２】
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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を製造することができる。また、下部電極の形成工程が簡略化されるため、基板処理の生産性を向上させることができる。
【０１２３】
＜本発明の更に他の実施形態＞
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。
【０１２４】
図１０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１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【０１２５】
図１０（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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２１３ａが接続され、第２ノズル３３３ｂに酸素含有ガス供給管２１３ｂ、窒素含有ガス供給管２１３ｇ、およびシリコン含有ガス供給管２１３ｈ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、酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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、ゲートバルブ４４、負圧移載機１１、サブヒータ２０６ａ、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，ｖｈ１〜ｖｈ３、マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ，２２２ｈ等の動作を制御する。
【０１３４】
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、ウェハ２００上に下部電極又は上部電極を形成する例について説明する。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。
【０１３５】
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１０（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。
【０１３６】
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２００を回転させる。
【０１３７】
その後、上述の実施形態に係る下部電極又は上部電極の形成工程を実施することにより、ウェハ２００上に、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜（下部電極）、又は底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜（上部電極）を形成する。
【０１３８】
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、下部電極又は上部電極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）。
【０１３９】
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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を製造することができる。
【０１４０】
＜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。
【０１４１】
例えば、上述の実施形態では、金属膜としてＷ膜を形成し、Ｗ膜の底面もしくは表面をＷＯ膜、ＷＮ膜、ＷＯＮ膜に改質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ず、金属膜としてＷＮ膜を形成し、ＷＮ膜の底面もしくは表面をＷＯＮ膜に改質する場合や、金属膜として窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜を形成し、ＴｉＮ膜の底面もしくは表面をＴｉＮ膜に改質する場合にも好適に適用可能である。
【０１４２】
また、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＨｆＯ２膜を形成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ず、高誘電率絶縁膜として例えばＨｆＳｉＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＯ２膜、ＺｒＳｉＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＴｉＯ２膜、Ｎｂ２Ｏ５膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｒＴｉＯ膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜を形成したり、これらを組み合わせたり混合させたりした膜を形成する場合にも好適に適用可能である。
【０１４３】
また、上述の実施形態では、酸素含有ガス（酸化源）としてＯ２ガスを用い、窒素含有ガス（窒化源）としてＮＨ３ガスを用い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、酸化源としてＯ２ガスの代わりにＯ３ガスやＨ２Ｏガスを用いてもよく、窒化源としてＮＨ３ガスの代わりにＮ２ガスを用いてもよい。
【０１４４】
また、上述の実施形態では、下部電極及び上部電極の形成、高誘電率絶縁膜の形成、熱処理をそれぞれ別々の処理容器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、下部電極、上部電極、高誘電率絶縁膜の形成を同一の処理容器内にて行うこととしてもよく、さらに、高誘電率絶縁膜の形成と熱処理とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。
【０１４５】
＜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。
【０１４６】
本発明の一態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１４７】
好ましくは、前記導電性の金属酸化層、前記導電性の金属窒化層または前記導電性の金属酸窒化層の厚さを０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０１４８】
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１４９】
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１５０】
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１５１】
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属酸化層がＷＯ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属窒化層がＷＮ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＷＯＮ層である。
【０１５２】
また好ましくは、前記金属膜がＷＮ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＷＯＮ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＴｉＮ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＴｉＯＮ層である。
【０１５３】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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】
【０１５４】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２８０ コントローラ（制御部）
【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適用が検討されている。ＤＲＡＭのキャパシタにおいては、ＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜などの高誘電率絶縁膜が使用され、３２ｎｍ世代以降では、さらに高い誘電率を持つＳｒＴｉＯ膜やＴｉＯ膜の採用が検討されている。電極材料としては、抵抗率などの観点から金属膜の採用が検討されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＴｉＯ２膜やＳｒＴｉＯ膜など、誘電率が５０を越す高誘電率絶縁膜のバンドギャップは狭いため、リーク電流の増加が懸念される。係る課題を解決するには、５．０ｅＶ以上の高い仕事関数を有する金属材料を電極材料として用いるのが望ましい。しかしながら、高い仕事関数を有する金属材料として有望なＰｔを電極材料として用いた場合、材料が高価であること、成膜が非常に難しいこと等の課題があり、実用化には至っていないのが現状である。また、仕事関数の大きな他の金属材料、例えばＮｉやＣｏなどは酸化され易く、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増大を招いてしまう場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた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、基板を処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質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、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、前記処理容器内を排気する排気系と、基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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】
【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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を提供す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基板処理装置のガス供給系の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係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３】本発明の一実施形態に係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４】（ａ）従来のキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図６】（ａ）本発明の他の実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【図７】（ａ）本発明の一実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。
【図８】（ａ）本発明の他の実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態に係るキャパシタ電極のエネルギー準位を示す概略図であり、（ｂ）はＷ膜の単層からなる従来のキャパシタ電極のエネルギー準位を示す概略図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る縦型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で示し、（ｂ）は処理炉部分を図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
（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２，３を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置４０のウェハ処理時における断面構成図であり、図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置４０のウェハ搬送時における断面構成図である。
【００１０】
（処理室）
図２，３に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置４０は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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３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２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。
【００１３】
（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３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２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。
【００１４】
（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。負圧移載室１１は搬送容器（密閉容器）１２内に形成されており、負圧移載室１１内にはウェハ２００を搬送する負圧移載機１３が設けられている。負圧移載機１３には、ウェハ２００を搬送する際にウェハ２００を支持する搬送アーム１３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ４４を開くことにより、負圧移載機１３により処理室２０１内と負圧移載室１１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、負圧移載室１１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、負圧移載機１３によりロードロック室内と負圧移載室１１内との間でウェハ２００を搬送することが可能となっている。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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
（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、所定間隔を空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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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２０１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。
【００２２】
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、本実施形態にかかる基板処理装置４０の有するガス供給系（ガス供給ライン）の構成図である。
【００２３】
本実施形態にかかる基板処理装置４０の有するガス供給系は、常温で液体状態であるタングステン（Ｗ）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内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、処理室２０１内にシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、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。
【００２４】
（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、タングステン（Ｗ）元素を含む金属液体原料である六弗化タングステン（ＷＦ６）が用いられる。
【００２５】
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。
【００２６】
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処理ガスとしての原料ガス（ＷＦ６ガス）を生成させることが可能となる。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（窒素含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、窒素含有ガス（窒化源）を供給する窒素含有ガス供給源２２０ｂが設けられている。窒素含有ガス供給源２２０ｂには、窒素含有ガス供給管２１３ｂの上流側端部が接続されている。窒素含有ガス供給管２１３ｂの下流側端部は、バルブｖｂ３を介してガス導入口２１０に接続されている。窒素含有ガス供給管２１３ｂには、窒素含有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）２２２ｂと、窒素含有ガスの供給を制御するバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３が設けられている。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、または、Ｎ３Ｈ８ガス等が用いられ、本実施形態では、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。主に、窒素含有ガス供給源２２０ｂ、窒素含有ガス供給管２１３ｂ、ＭＦＣ２２２ｂ、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３により、窒素含有ガス供給系（窒素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３１】
（酸素含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、酸素含有ガス（酸化源）を供給する酸素含有ガス供給源２２０ｇが設けられている。酸素含有ガス供給源２２０ｇには、酸素含有ガス供給管２１３ｇの上流側端部が接続されている。酸素含有ガス供給管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。酸素含有ガス供給管２１３ｇには、酸素含有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、酸素含有ガスの供給を制御するバルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３が設けられている。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）等が用いられ、本実施形態では、例えばＯ２ガスが用いられる。主に、酸素含有ガス供給源２２０ｇ、酸素含有ガス供給管２１３ｇ、ＭＦＣ２２２ｇ、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３により、酸素含有ガス供給系（酸素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３２】
（シリコン含有ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、処理ガスとしてのシリコン含有ガスを供給するシリコ
ン含有ガス供給源２２０ｈが設けられている。シリコン含有ガス供給源２２０ｈには、シリコン含有ガス供給管２１３ｈの上流側端部が接続されている。シリコン含有ガス供給管２１３ｈの下流側端部は、バルブｖｈ３を介してガス導入口２１０に接続されている。シリコン含有ガス供給管２１３ｈには、シリコン含有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）２２２ｈと、水素ガスの供給を制御するバルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３が設けられている。シリコン含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等が用いられ、本実施形態では、例えばジシランガスが用いられる。主に、シリコン含有ガス供給源２２０ｈ、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ、ＭＦＣ２２２ｈ、バルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３により、シリコン含有ガス供給系（シリコン含有ガス供給ライン）が構成される。
【００３３】
主に、原料供給系、シリコン含有ガス供給系により、処理容器内に処理ガスとしての原料ガス、シリコン含有ガスを供給する処理ガス供給系（処理ガス供給ライン）が構成される。また、主に、窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系により、処理容器内に窒素含有ガス、酸素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系（反応ガス供給ライン）が構成される。
【００３４】
（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。
【００３５】
＜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の下流側端部は、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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４４、昇降機構２０７ｂ、負圧移載機１１、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，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，ｖｈ１〜ｖｈ３、マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ，２２２ｈ等の動作を制御する。
【００３９】
（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程としてウェハ２００上にキャパシタ構造（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ構造）を形成する基板処理工程について説明する。図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【００４０】
なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。なお、タングステン（Ｗ）膜は金属単体で構成される導電性の金属単体膜であり、窒化タングステン（ＷＮ）膜は導電性の金属窒化膜であり、酸化タングステン（ＷＯ）膜は導電性の金属酸化膜であり、酸窒化タングステン（ＷＯＮ）膜は導電性の金属酸窒化膜である。なお、ＷＯＮ膜はＷＯ膜よりも抵抗率が低く、高速に電子を流すことが可能である。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、まず、上述の基板処理装置４０を用い、基板としてのウェハ２００が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、ウェハ２００上に下部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のＷ膜を形成する処理を行う（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。
【００４２】
なお、下部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程では、Ｗ膜を形成する途中もしくはＷ膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の表面（後述するＨｆＯ２膜との接合面）を、導電性の金属酸化層であるＷＯ層、導電性の金属窒化層であるＷＮ層、または導電性の金属酸窒化層であるＷＯＮ層に改質する。すなわち、ウェハ２００上に第１のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−１）の後、第１のＷ層上に第２のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−２）と、第２のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｏ２ ｆｌｏｗ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３ ｆｌｏｗ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された下部電極としてのＷ膜を形成する。これらの処理については後述する。なお、以下の説明においては、表面にＷＯ層、ＷＮ層またはＷＯＮ層が形成されたＷ膜を、便宜上、単にＷ膜とも呼ぶ。
【００４３】
そして、下部電極としてのＷ膜上に、高誘電率絶縁膜、すなわち金属酸化膜としての酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）を形成する処理を行う（Ｈｉｇｈ−ｋ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）。ＨｆＯ２膜の形成は、ウェハ２００を収容した処理容器内に、ＡＬＤ反応が生じる条件下で、原料としての例えばＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を供給し排気する工程と、酸化源としての例えばＨ２Ｏガスをウェハ２００に対して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所定回数実施することで行う。所定膜厚のＨｆＯ２膜の形成後、例えば７００℃程度の温度でウェハ２００を熱処
理する（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）。これらの処理は、上述の基板処理装置４０とは異なる図示しない成膜装置、アニール装置等を用いて行う。
【００４４】
そして、上述の基板処理装置４０を用い、熱処理後のウェハ２００が搬入された処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、ＨｆＯ２膜上に上部電極、すなわち、導電性の金属膜としての所定膜厚のＷ膜を形成する処理を行う（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。
【００４５】
なお、上部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程では、Ｗ膜を形成する途中に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の底面（ＨｆＯ２膜との接合面）を、導電性の金属酸化層であるＷＯ層、導電性の金属窒化層であるＷＮ層、または導電性の金属酸窒化層であるＷＯＮ層に改質する。すなわち、ＨｆＯ２膜上に第３のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−３）と、第３のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで第３のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｏ２ ｆｌｏｗ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３ ｆｌｏｗ）と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行った後、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に第４のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−４）を実施することで、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された上部電極としてのＷ膜を形成する。これらの処理については後述する。
【００４６】
以下、上述した下部電極の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び上部電極の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）について、図７を用いて詳しく説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置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。
【００４７】
＜下部電極の形成工程＞
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図７（ａ）、図１〜図３を用いて説明する。
【００４８】
〔基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）〕
昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図３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２００を搬送アーム１３ａで支持した状態でロードする（Ｓ１０１）。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。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。
【００４９】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図２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（Ｓ１０２）。
【００５０】
〔圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）〕
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（Ｓ１０３）。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（Ｓ１０４）。なお、温度調整工程（Ｓ１０４）は、圧力調整工程（Ｓ１０３）と並行して行うようにしてもよいし、
圧力調整工程（Ｓ１０３）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、後述する第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）において、ＡＬＤ法によりＷ層を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で用いる原料が自己分解しない程度の処理温度、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、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）において、ウェハ２００上に形成した第２のＷ層に対して酸化処理、窒化処理、または酸窒化処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００５１】
なお、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４および後述する基板搬出工程（Ｓ１０８）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｇ３，ｖｈ３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。
【００５２】
また、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４と並行して、液体原料（Ｗ原料）であるＷＦ６を気化させた原料ガス（Ｗ原料ガス）、すなわちＷＦ６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。
【００５３】
〔第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）〕
〔ＷＦ６供給工程（Ｓ１０５ａ）〕
続いて、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への処理ガスとしての原料ガスであるＷＦ６ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＷＦ６ガスの照射を開始する。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へと排気される。なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、窒素含有ガス供給管２１３ｂ内、酸素含有ガス供給管２１３ｇ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、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ｖｃ３，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖａ３を開き、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。
【００５４】
〔パージ工程（Ｓ１０５ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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内に残留している原料ガスを除去する。
【００５５】
〔Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ１０５ｃ）〕
処理室２０１内のパージが完了したら、バルブｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３を開いて、処理室２０１内への処理ガスとしてのシリコン含有ガスであるＳｉ２Ｈ６ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＳｉ２Ｈ６ガスの照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｈで流量制御されたＳｉ２Ｈ６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Ｓｉ２Ｈ６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Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、窒素含有ガス供給管２１３ｂ内、酸素含有ガス供給管２１３ｇ内へのＳｉ２Ｈ６ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＳｉ２Ｈ６ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｈ１，ｖｈ２，ｖｈ３を開き、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスの供給を停止する。
【００５６】
〔パージ工程（Ｓ１０５ｄ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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Ｓｉ２Ｈ６ガスや反応副生成物を除去する。
【００５７】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０５ｅ）〕
そして、工程Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、ウェハ２００上に所定の厚さの第１のＷ層を形成する。
【００５８】
〔第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ１０６ａ）、パージ工程（Ｓ１０６ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ１０６ｃ）、パージ工程（Ｓ１０６ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）により、上述の第１のＷ層上に第２のＷ層を形成する。なお、工程１０６ａ〜Ｓ１０６ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００５９】
ここで、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層が薄すぎると、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ〜Ｓ１０６ｇ）において、酸化源として用いる酸素含有ガスや窒化源として用いる窒素含有ガスにより第１のＷ層が直接酸化、窒化、または酸窒化されてしまい、下部電極が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまう。従って、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）では、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）でのサイクルの実施回数を例えば５回以上とし、形成する第２のＷ層の厚さを例えば０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００６０】
また、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層が厚すぎると、後述する第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ〜Ｓ１０６ｇ）において、酸化源として用いる酸素含有ガス中に含まれる酸素（Ｏ）原子や、窒化源として用いる窒素含有ガス中に含まれる窒素（Ｎ）原子が、第２のＷ層全体に導入され難くなる。従って、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）では、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｅ）でのサイクルの実施回数を例えば２０回以下とし、形成する第２のＷ層の膜厚を例えば２ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６１】
〔第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）〕
〔Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ１０６ｆ）〕
続いて、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給、すなわち、ウェハ２００へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｇで流量制御されたＯ２ガスや、ＭＦＣ２２２ｂで流量制御されたＮＨ３ガスは、シャワーヘッド２４０によりそれぞれ分散され、熱で活性化されて処理室２０１内のウェハ２００上にそれぞれ均一に供給される。余剰なＯ２ガスやＮＨ３ガスは、それぞれ排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。
【００６２】
処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内へのＯ２ガスや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Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き、Ｏ２ガスや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ｖｇ３および／またはバルブｖｂ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６３】
熱で活性化したＯ２ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子が第２のＷ層中に導入される。その結果、第２のＷ層が酸化され、導電性の金属酸化層としてのＷＯ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、酸化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６４】
また、熱で活性化したＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、ＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第２のＷ層中に導入される。その結果、第２のＷ層が窒化され、導電性の金属窒化層としてのＷＮ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、窒化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６５】
また、熱で活性化したＯ２ガスおよびＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子およびＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第２のＷ層中にそれぞれ導入される。その結果、第２のＷ層が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのＷＯＮ層に改質される。なお、下地の第１のＷ層は、酸窒化されずにＷ層のままとなる。第２のＷ層中への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【００６６】
〔パージ工程（Ｓ１０６ｇ）〕
バルブｖｇ３および／またはバルブｖｂ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ３，ｖｅ３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Ｏ２ガス、ＮＨ３ガス、反応副生成物を除去する。
【００６７】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０６ｈ）〕
そして、第２のＷ層の形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）と第２のＷ層の改質工程（
Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）とを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、第１のＷ層上に、所定の厚さのＷＯ層（第２のＷ層が酸化された層）、ＷＮ層（第２のＷ層が窒化された層）、またはＷＯＮ層（第２のＷ層が酸窒化された層）を形成し、下部電極とする。下部電極は、所定の厚さの第１のＷ層と、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、が積層してなり、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。
【００６８】
なお、第１のＷ層上に形成するＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下とすることが好ましい。ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが０．５ｎｍを下回ると、第２のＷ層中への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化、窒化、または酸窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが２．０ｎｍを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さを２．０ｎｍ以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、ＨｆＯ２膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。
【００６９】
また、第１のＷ層上に形成するＷＯ層の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯ層中の酸素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層中の酸素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）も増加してしまう。なお、ＷＯ層中の酸素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７０】
また、第１のＷ層上に形成するＷＮ層の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＮ層中の窒素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＮ層中の窒素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＮ層中の窒素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７１】
また、第１のＷ層上に形成するＷＯＮ層の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素の合計濃度を例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第２のＷ層中への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、酸窒化されていない第１のＷ層の仕事関数の影響が強くなってしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０
ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【００７２】
なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、所定回数実施工程（Ｓ１０６ｈ）におけるサイクルの実施回数等を調整することにより制御できる。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の酸素濃度及び窒素濃度は、例えばＯ２照射時間、Ｏ２濃度、Ｏ２供給流量、ＮＨ３照射時間、ＮＨ３濃度、ＮＨ３供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。
【００７３】
本実施形態における第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）、及び第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：１００〜４００℃、
処理室内圧力：０．１〜１０００Ｐａ、
ＷＦ６供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
Ｓｉ２Ｈ６供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ
が例示される。
【００７４】
また、本実施形態における第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ、Ｓ１０６ｇ）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：１００〜４００℃、
処理室内圧力：１〜５０００Ｐａ、
Ｏ２供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ
が例示される。
【００７５】
〔残留ガス除去工程（Ｓ１０７）〕
ウェハ２００上に下部電極（表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜）が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、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内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００７６】
〔基板搬出工程（Ｓ１０８）〕
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する。その後、下部電極を形成した後のウェハ２００を、ＨｆＯ２膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
【００７７】
＜上部電極の形成工程＞
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図７（ｂ）、図１〜図３を用いて説明する。
【００７８】
〔基板搬入工程（Ｓ２０１）〜温度調整工程（Ｓ２０４）〕
下部電極上にＨｆＯ２膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【００７９】
続いて、圧力調整工程（Ｓ２０３）、温度調整工程（Ｓ２０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【００８０】
〔第３のＷ層形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ２０５ａ）、パージ工程（Ｓ２０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ２０５ｃ）、パージ工程（Ｓ２０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ２０５ｅ）により、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に所定の厚さの第３のＷ層を形成する。なお、工程２０５ａ〜Ｓ２０５ｅは、上述の第２のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００８１】
〔第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）〕
続いて、Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ２０５ｆ）を実施し、形成した第３のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する。その後、パージ工程（Ｓ２０５ｇ）を実施する。Ｏ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ２０５ｆ）およびパージ工程（Ｓ２０５ｇ）は、上述のＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ１０６ｆ）およびパージ工程（Ｓ１０６ｇ）と同様に行う。
【００８２】
〔所定回数実施工程（Ｓ２０５ｈ）〕
続いて、第３のＷ層の形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）と第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）とを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に、所定の厚さのＷＯ層（第３のＷ層が酸化された層）、ＷＮ層（第３のＷ層が窒化された層）、またはＷＯＮ層（第３のＷ層が酸窒化された層）を形成する。ＨｆＯ２膜上に形成するＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度は、第１のＷ層上に形成したＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ、酸素濃度、窒素濃度と同様とする。
【００８３】
〔第４のＷ層形成工程（Ｓ２０６ａ〜Ｓ２０６ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ２０６ａ）、パージ工程（Ｓ２０６ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ２０６ｃ）、パージ工程（Ｓ２０６ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ２０６ｅ）により、ＨｆＯ２膜上に形成したＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に、所定の厚さの第４のＷ層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、所定の厚さの第４のＷ層とが積層してなり、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。なお、工程Ｓ２０６ａ〜Ｓ２０６ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【００８４】
〔残留ガス除去工程（Ｓ２０７）、基板搬出工程（Ｓ２０８）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ２０７）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出し（Ｓ２０８）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００８５】
（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。
【００８６】
（ａ）本実施形態によれば、下部電極及び上部電極としてのＷ膜を形成する途中もしくはＷ膜を形成した後に、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、下部電極を構成するＷ膜の表面、及び上部電極を構成するＷ膜の底面を、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層にそれぞれ改質する。このとき、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さは、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎ
ｍ以上２．０ｎｍ以下とする。また、ＷＯ層中の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とし、ＷＮ層中の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とし、ＷＯＮ層中の酸素および窒素の合計濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とする。
【００８７】
これにより、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の表面（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）及び上部電極の底面（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）の仕事関数をそれぞれ増加させることができ、それにより、下部電極全体及び上部電極全体としての仕事関数をそれぞれ増加させることができ、例えばキャパシタ部におけるリーク電流を低減することができる。特に、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ膜や、第３のＷ層形成工程（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｅ）で形成する第３のＷ膜の厚さをそれぞれ２ｎｍ以下とすることで、第２のＷ層の改質工程（Ｓ１０６ｆ，Ｓ１０６ｇ）や第３のＷ層の改質工程（Ｓ２０５ｆ，Ｓ２０５ｇ）において、第２のＷ膜や第３のＷ膜中に、酸素原子や窒素原子を確実に導入することができ、下部電極としてのＷ膜の表面、および上部電極としてのＷ膜の底面を、それぞれＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層へ確実に改質することができる。
【００８８】
図５（ｂ）は、本実施形態に係るキャパシタ構造（ＭＩＭ構造）の断面拡大図である。図示するように、下部電極が、第１のＷ層と、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層（第２のＷ層が改質された層）との積層構造からなり、キャパシタ絶縁膜がＨｆＯ２膜からなり、上部電極が、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層（第３のＷ層が改質された層）と、第４のＷ層と、の積層構造からなる。また、図９（ａ）は、本実施形態に係るキャパシタ電極（下部極及び上部電極）のエネルギー準位を例示する概略図である。キャパシタ絶縁膜をキャパシタ電極で挟むキャパシタ構造におけるリーク電流は、主としてキャパシタ電極の仕事関数とキャパシタ絶縁膜の伝導帯側とのバンドオフセット（コンダクションバンドオフセット）によって定まる。一般的に、コンダクションバンドオフセットはキャパシタ電極間へ印加する電圧よりも高い値とすることが望ましい。本実施形態によれば、ＨｆＯ２膜に接合する下部電極や上部電極の仕事関数を、それぞれ、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の仕事関数（４．９ｅＶ〜５．１ｅＶ）とすることができる。そのため、キャパシタ絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットを２．９〜３．１ｅＶ程度確保することができ、リーク電流を大幅に減少させることができる。
【００８９】
なお、図４（ａ）は従来のキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造（ＭＩＭ構造）の断面構成図である。図示するように、キャパシタ電極（下部電極及び上部電極）がそれぞれＷ膜の単層からなり、キャパシタ絶縁膜がＨｆＯ２膜からなる。また、図９（ｂ）は、Ｗ膜の単層からなる従来のキャパシタ電極（下部電極及び上部電極）のエネルギー準位を示す概略図である。Ｗの仕事関数は４．５ｅＶ程度であるから、キャパシタ絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いた場合、コンダクションバンドオフセットは２．５ｅＶ程度しか確保できず、上述の場合と比較して０．４ｅＶ〜０．６ｅＶほど低くなり、リーク電流が増大してしまう恐れがある。
【００９０】
（ｂ）本実施形態によれば、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子やＮＨ３ガスに含まれる窒素原子を、第２のＷ層および第３のＷ層のみに導入している。そして、第１のＷ層および第４のＷ層は、酸化、窒化、または酸窒化させずにＷ層のままとしている。これにより、下部電極および上部電極を形成するＷ膜全体が過剰に酸化、窒化、または酸窒化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極の抵抗値の増加、及びＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増加を抑制することができる。特に、第２のＷ層形成工程（Ｓ１０６ａ〜Ｓ１０６ｅ）で形成する第２のＷ層を０．５ｎｍ以上とすることで、Ｏ２ガスやＮＨ３ガスが第１のＷ層に直接供給されることを確実に防ぐことができ、下部電極の過剰な酸化を確実に
回避することができる。
【００９１】
（ｃ）本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばＮｉ，Ｃｏ等の酸化されやすい金属を用いることなく、Ｗを用いて形成している。Ｗは比較的酸化されにくい材料であることから、Ｗ膜全体が過剰に酸化されてしまうことを防ぐことができ、下部電極および上部電極のＥＯＴ（等価酸化膜厚）の増加を抑制することができる。
【００９２】
（ｄ）本実施形態によれば、下部電極や上部電極を構成する金属膜を、例えばＡｕ、Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ等の高価な貴金属を用いることなく、Ｗを用いて形成している。Ｗは比較的安価、かつ成膜が容易な材料であることから、半導体装置の製造コストを低減させることが可能となる。
【００９３】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱で活性化して供給し排気することで、Ｗ膜の底面もしくは表面をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質していたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで、上述の改質処理を行ってもよい。
【００９４】
図６（ａ）は、本実施形態に係るキャパシタ構造の製造工程のフロー図であり、（ｂ）は係るフローにより製造されるキャパシタ構造の断面構成図である。
【００９５】
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る下部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）では、ウェハ２００上に第１のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−１）と、第１のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第１のＷ層の表面をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｐｌａｓｍａ Ｏ２ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３）と、を実施することで、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された下部電極としての所定膜厚のＷ膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。
【００９６】
また、本実施形態に係る上部電極としてのＷ膜を形成する処理を行う工程（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）では、ＨｆＯ２膜上に第２のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−２）と、第２のＷ層に対して酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスをプラズマで活性化して供給し排気することで第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する工程（Ｐｌａｓｍａ Ｏ２ ａｎｄ／ｏｒ ＮＨ３）と、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に第３のＷ層を形成する工程（Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−３）と、を実施することで、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質された上部電極としての所定膜厚のＷ膜を形成する点が、上述の実施形態と異なる。
【００９７】
以下、上述した下部電極の形成（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び上部電極の形成（Ｔｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）について、図８を用いて詳しく説明する。図８（ａ）は、本実施形態に係る下部電極の形成工程のフロー図であり、（ｂ）は本実施形態に係る上部電極の形成工程のフロー図である。以下の説明において、基板処理装置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。
【００９８】
＜下部電極の形成工程＞
まず、本実施形態に係る下部電極の形成工程を、図８（ａ）、図１〜図３を用いて説明
する。
【００９９】
〔基板搬入工程（Ｓ３０１）〜温度調整工程（Ｓ３０４）〕
ウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【０１００】
続いて、圧力調整工程（Ｓ３０３）、温度調整工程（Ｓ３０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【０１０１】
〔第１のＷ層形成工程（Ｓ３０５ａ〜Ｓ３０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ３０５ａ）、パージ工程（Ｓ３０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ３０５ｃ）、パージ工程（Ｓ３０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ３０５ｅ）により、ウェハ２００上に所定の厚さの第１のＷ層を形成する。なお、工程３０５ａ〜Ｓ３０５ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【０１０２】
〔プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）〕
続いて、バルブｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３および／またはバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内へのプラズマで活性化されたＯ２ガスおよび／またはプラズマで活性化されたＮＨ３ガスの供給、すなわち照射を開始する。ＭＦＣ２２２ｇで流量制御されたＯ２ガスや、ＭＦＣ２２２ｂで流量制御されたＮＨ３ガスは、シャワーヘッド２４０によりそれぞれ分散され、処理室２０１内のウェハ２００上にそれぞれ均一に供給される。余剰なＯ２ガスやＮＨ３ガスは、それぞれ排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの活性化は、酸素含有ガス供給管２１３ｇや窒素含有ガス供給管２１３ｂに設けられた図示しないリモートプラズマユニット等によって行う。また、プラズマで活性化されたＮＨ３ガスの代わりに、プラズマで活性化されたＮ２ガスを供給してもよい。
【０１０３】
処理室２０１内へのＯ２ガスおよび／またはＮＨ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内、シリコン含有ガス供給管２１３ｈ内へのＯ２ガスや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Ｏ２ガスやＮＨ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ３，ｖｅ３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ｖｇ１，ｖｇ２，ｖｇ３、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３のいずれか又は両方を開き、Ｏ２ガスや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ｖｇ３、バルブｖｂ３のいずれか又は両方を閉じ、処理室２０１内へのＯ２ガスやＮＨ３ガスの供給を停止する。
【０１０４】
プラズマで活性化したＯ２ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子が第１のＷ層の表面に導入される。その結果、第１のＷ層の表面が酸化され、導電性の金属酸化層としてのＷＯ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、酸化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＯ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への酸素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０５】
また、プラズマで活性化したＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、ＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第１のＷ層の表面に導入される。その結果、第１のＷ層の表面が窒化され、導電性の金属窒化層としてのＷＮ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、窒化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＮ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への窒素原子の添加により、高誘電
率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０６】
また、プラズマで活性化したＯ２ガスおよびＮＨ３ガスをウェハ２００に照射すると、Ｏ２ガスに含まれる酸素原子およびＮＨ３ガスに含まれる窒素原子が第１のＷ層の表面にそれぞれ導入される。その結果、第１のＷ層の表面が酸窒化され、導電性の金属酸窒化層としてのＷＯＮ層に改質される。なお、第１のＷ層の表面を除いた領域は、酸窒化されずにＷ層のままとなる。下部電極としてのＷ膜は、表面にＷＯＮ層が形成された第１のＷ層として構成される。第１のＷ層表面への酸素原子および窒素原子の添加により、高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜に接合する下部電極の接合面（ＷＯＮ層）の仕事関数を増加させることができ、それにより、下部電極全体としての仕事関数を増加させることができる。
【０１０７】
なお、第１のＷ層を酸化、窒化、または酸窒化させる領域（ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層）の厚さ（深さ）は、ＨｆＯ２膜との界面から厚さ方向に例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下とすることが好ましい。ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが０．５ｎｍを下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子或いは窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸化、窒化、または酸窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さが２．０ｎｍを上回ると、下部電極の抵抗が高くなってしまう。なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さを２．０ｎｍ以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、下部電極の表面の改質に際しては、ＨｆＯ２膜との界面付近だけを改質させるのが好ましい。
【０１０８】
また、第１のＷ層を酸化させる領域（ＷＯ層）の酸素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯ層中の酸素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯ層中の酸素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸化物となり、絶縁体となってしまうと共に、ＥＯＴ（等価酸化膜厚）も増加してしまう。なお、ＷＯ層中の酸素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１０９】
また、第１のＷ層を窒化させる領域（ＷＮ層）の窒素濃度は、例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＮ層中の窒素濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＮ層中の窒素濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＮ層中の窒素濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＮ層中の酸素濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１１０】
また、第１のＷ層を酸窒化させる領域（ＷＯＮ層）の酸素及び窒素濃度は、酸素と窒素
の合計濃度を例えば５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下とすることが好ましく、５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下とすることがより好ましい。ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が５ａｔｏｍ％を下回ると、第１のＷ層表面への酸素原子及び窒素原子の添加による仕事関数の増大効果が減少してしまうと共に、表面を除いた領域（酸窒化されてない第１のＷ層）の仕事関数の影響が強くなってしてしまい、下部電極全体としての仕事関数を増加させることが困難になってしまう。また、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度が２０ａｔｏｍ％を上回ると、下部電極の表面部分が酸窒化物となり、絶縁体となってしまう。なお、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度を１０％以下とすれば仕事関数の増大効果は充分に得られる。すなわち、ＷＯＮ層中の酸素と窒素の合計濃度は、５ａｔｏｍ％以上２０ａｔｏｍ％以下、好ましくは５ａｔｏｍ％以上１０ａｔｏｍ％以下にするとよい。
【０１１１】
なお、ＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層の厚さ（深さ）、酸素濃度、窒素濃度は、例えばＯ２照射時間、Ｏ２濃度、Ｏ２供給流量、ＮＨ３照射時間、ＮＨ３濃度、ＮＨ３供給流量、ウェハ温度等を調整することにより制御できる。
【０１１２】
なお、本実施形態におけるプラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）でのウェハ２００の処理条件としては、
ウェハ温度：２５〜４００℃、
処理室内圧力：０．１〜２５０Ｐａ、
Ｏ２供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３供給流量：１〜５０００ｓｃｃｍ、
Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
高周波電力：５０〜４００Ｗ
が例示される。
【０１１３】
〔残留ガス除去工程（Ｓ３０７）、基板搬出工程（Ｓ３０８）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ３０７）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、下部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する（Ｓ３０８）。その後、下部電極が形成されたウェハ２００を、ＨｆＯ２膜を成膜する他の装置、及び熱処理を実施する他の装置に順次搬送する。
【０１１４】
＜上部電極の形成工程＞
続いて、本実施形態に係る上部電極の形成工程を、図８（ｂ）、図１〜図３を用いて説明する。
【０１１５】
〔基板搬入工程（Ｓ４０１）〜温度調整工程（Ｓ４０４）〕
下部電極上にＨｆＯ２膜が形成され、さらに熱処理が実施されたウェハ２００を処理室２０１内に搬入し、サセプタ２１７上に載置する。これらの工程は、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）と同様に行う。
【０１１６】
続いて、圧力調整工程（Ｓ４０３）、温度調整工程（Ｓ４０４）を実施する。これらの工程は、上述した圧力調整工程（Ｓ１０３）、温度調整工程（Ｓ１０４）と同様に行う。
【０１１７】
〔第２のＷ層形成工程（Ｓ４０５ａ〜Ｓ４０５ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ４０５ａ）、パージ工程（Ｓ４０５ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ４０５ｃ）、パージ工程（Ｓ４０５ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ４０５ｅ）により、熱処理がなされたＨｆＯ２膜上に所定の厚さの第２のＷ層を形成する。なお、工程４０５ａ〜Ｓ４０５ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。また、形成する第２のＷ層の厚
さは、例えば０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０１１８】
〔プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）〕
続いて、プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）を実施し、形成した第２のＷ層をＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質する。なお、プラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ４０６）は、上述のプラズマＯ２および／またはＮＨ３供給工程（Ｓ３０６）と同様に行う。
【０１１９】
〔パージ工程（Ｓ４０７）〕
続いて、パージ工程（Ｓ４０７）を実施して、処理室２０１内に残留しているＯ２および／またはＮＨ３ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。パージ工程（Ｓ４０７）は上述の残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様に行う。
【０１２０】
〔第３のＷ層形成工程（Ｓ４０８ａ〜Ｓ４０８ｅ）〕
続いて、ＷＦ６供給工程（Ｓ４０８ａ）、パージ工程（Ｓ４０８ｂ）、Ｓｉ２Ｈ６供給工程（Ｓ４０８ｃ）、パージ工程（Ｓ４０８ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する所定回数実施工程（Ｓ４０８ｅ）により、第２のＷ層が改質されたＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層上に、所定の厚さの第３のＷ層を形成し、上部電極とする。上部電極は、所定の厚さのＷＯ層、ＷＮ膜、またはＷＯＮ層と、所定の厚さの第３のＷ層とが積層してなり、底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜として構成される。なお、工程４０８ａ〜Ｓ４０８ｅは、上述の第１のＷ層形成工程（Ｓ１０５ａ〜Ｓ１０５ｅ）と同様に行う。
【０１２１】
〔残留ガス除去工程（Ｓ４０９）、基板搬出工程（Ｓ４１０）〕
その後、上述した残留ガス除去工程（Ｓ１０７）と同様の工程を実施した後（Ｓ４０９）、上述した基板搬入工程（Ｓ１０１）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、上部電極を形成した後のウェハ２００を、処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出し（Ｓ４１０）、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【０１２２】
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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を製造することができる。また、下部電極の形成工程が簡略化されるため、基板処理の生産性を向上させることができる。
【０１２３】
＜本発明の更に他の実施形態＞
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。
【０１２４】
図１０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１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【０１２５】
図１０（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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２１３ａが接続され、第２ノズル３３３ｂに酸素含有ガス供給管２１３ｂ、窒素含有ガス供給管２１３ｇ、およびシリコン含有ガス供給管２１３ｈ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、酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに酸素含有ガス、窒素含有ガス、シリコン含有ガスを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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、ゲートバルブ４４、負圧移載機１１、サブヒータ２０６ａ、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ３，ｖｅ１〜ｖｅ３，ｖｇ１〜ｖｇ３，ｖｈ１〜ｖｈ３、マスフローコントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ，２２２ｇ，２２２ｈ等の動作を制御する。
【０１３４】
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、ウェハ２００上に下部電極又は上部電極を形成する例について説明する。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。
【０１３５】
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１０（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。
【０１３６】
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２００を回転させる。
【０１３７】
その後、上述の実施形態に係る下部電極又は上部電極の形成工程を実施することにより、ウェハ２００上に、表面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜（下部電極）、又は底面がＷＯ層、ＷＮ層、またはＷＯＮ層に改質されたＷ膜（上部電極）を形成する。
【０１３８】
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、下部電極又は上部電極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）。
【０１３９】
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、低コストで必要な仕事関数及び耐酸化性を有する金属膜を備えた半導体装置を製造することができる。
【０１４０】
＜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。
【０１４１】
例えば、上述の実施形態では、金属膜としてＷ膜を形成し、Ｗ膜の底面もしくは表面をＷＯ膜、ＷＮ膜、ＷＯＮ膜に改質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ず、金属膜としてＷＮ膜を形成し、ＷＮ膜の底面もしくは表面をＷＯＮ膜に改質する場合や、金属膜として窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜を形成し、ＴｉＮ膜の底面もしくは表面をＴｉＮ膜に改質する場合にも好適に適用可能である。
【０１４２】
また、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＨｆＯ２膜を形成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ず、高誘電率絶縁膜として例えばＨｆＳｉＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＯ２膜、ＺｒＳｉＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＴｉＯ２膜、Ｎｂ２Ｏ５膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｒＴｉＯ膜、ＢａＳｒＴｉＯ膜、ＰＺＴ膜を形成したり、これらを組み合わせたり混合させたりした膜を形成する場合にも好適に適用可能である。
【０１４３】
また、上述の実施形態では、酸素含有ガス（酸化源）としてＯ２ガスを用い、窒素含有ガス（窒化源）としてＮＨ３ガスを用い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、酸化源としてＯ２ガスの代わりにＯ３ガスやＨ２Ｏガスを用いてもよく、窒化源としてＮＨ３ガスの代わりにＮ２ガスを用いてもよい。
【０１４４】
また、上述の実施形態では、下部電極及び上部電極の形成、高誘電率絶縁膜の形成、熱処理をそれぞれ別々の処理容器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、下部電極、上部電極、高誘電率絶縁膜の形成を同一の処理容器内にて行うこととしてもよく、さらに、高誘電率絶縁膜の形成と熱処理とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。
【０１４５】
＜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。
【０１４６】
本発明の一態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１４７】
好ましくは、前記導電性の金属酸化層、前記導電性の金属窒化層または前記導電性の金属酸窒化層の厚さを０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０１４８】
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸化層の酸素濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１４９】
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属窒化層の窒素濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１５０】
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を５％以上２０％以下とする。
また好ましくは、前記導電性の金属酸窒化層の酸素と窒素の合計濃度を５％以上１０％以下とする。
【０１５１】
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属酸化層がＷＯ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属窒化層がＷＮ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＷ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＷＯＮ層である。
【０１５２】
また好ましくは、前記金属膜がＷＮ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＷＯＮ層である。
また好ましくは、前記金属膜がＴｉＮ膜であり、前記導電性の金属酸窒化層がＴｉＯＮ層である。
【０１５３】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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】
【０１５４】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２８０ コントローラ（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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】
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記処理を行う工程では、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に処理ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定膜厚の金属膜を形成する処理を行うと共に、その際、前記金属膜を形成する途中もしくは前記金属膜を形成した後に前記処理容器内に酸素含有ガスおよび／または窒素含有ガスを熱またはプラズマで活性化して供給し排気することで、前記金属膜の底面もしくは表面を導電性の金属酸化層、導電性の金属窒化層または導電性の金属酸窒化層に改質するように、前記処理ガス供給系、前記反応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２０１２−６２５０２（Ｐ２０１２−６２５０２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５８６７（Ｐ２０１０−２０５８６７）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【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３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【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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