半導体装置の製造方法
【課題】半導体装置の製造コストを低減する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、を有する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）のゲートスタック構造を形成する工程に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＣの構成要素の一つであるＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜には酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜が使用されている。
最近は、ＩＣの最小加工寸法の縮小の進展に伴って、ゲート絶縁膜を薄膜化してより多くの電気容量を持たせることが、要求されて来ている。
ところが、酸化シリコン膜が２．０ｎｍ以下に薄膜化されると、リーク電流が多くなるために、酸化シリコンはＭＯＳＦＥＴとして使用し得なくなることが懸念されている。
これに対して、薄膜化ではなく、酸化シリコン膜よりも誘電率が高い金属酸化膜、特に、シリコンを含んだ金属酸化膜であるシリケート膜をゲート絶縁膜に使用することにより、電気容量を増加させることが検討されている。シリケート膜のうちでも、比較的熱的に安定なハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜が有望視されている。
【０００３】
ところで、従来のＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程においては、ゲート絶縁膜の上にゲート電極としての多結晶シリコン（Poly−Ｓｉ）を成膜した後に、導電性を持たせるためのドーパントが注入され、さらに、ＭＯＳＦＥＴのソースおよびドレインの部分のドーパントと一緒に活性化アニールが実施される。
一般に、この活性化アニールの処理温度は、１０００℃程度である。
【０００４】
従来のＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程において、ゲート絶縁膜としてハフニウムシリケート膜を使用した場合には、このように活性化アニールの処理温度が１０００℃程度であることから、ハフニウムシリケート膜のＨｆＯとＳｉＯとが相互に拡散し、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）と酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）とにそれぞれ分離してしまい、酸化ハフニウムが結晶化してしまうという問題点がある。
酸化ハフニウムが結晶化すると、結晶化した酸化ハフニウムとアモルファスの部分である酸化シリコンとの境界を伝って、リーク電流が流れてしまい、ＭＯＳＦＥＴとして動作しなくなるという現象につながってしまう。
そこで、ＨｆＯとＳｉＯとの相互の拡散を防止するために、ハフニウムシリケート膜中に窒素原子を入れることが提案されている。
この窒素原子は例えば、窒素プラズマを用いてハフニウムシリケート膜中に拡散させ、その後、アニールによってシリコン原子やハフニウム原子や酸素原子と結合させて安定化させることにより、ゲート絶縁膜としての窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）膜が形成される。
【０００５】
この窒化ハフニウムシリケート膜を使用したゲートスタック（ゲート絶縁膜−ゲート電極）構造の形成工程においては、ハフニウムシリケート膜の成膜ステップ、プラズマ窒化法による窒素の導入ステップ、アニールによる窒素の安定化ステップおよび多結晶シリコン膜の形成ステップを、それぞれハフニウムシリケート膜形成用のＣＶＤ装置、プラズマ窒化装置、アニール装置および多結晶シリコン膜形成用のＣＶＤ装置を順番に使用することにより、実施する必要がある。
一般的には、これらの四つのステップをこれらの四つの装置によってそれぞれ実施することが、考えられる。
しかしながら、この場合には、前のステップを実施した装置から次のステップを実施するための装置にウエハを搬送する間に、ウエハが大気に晒されるために、大気中の水分等がウエハに形成された膜の表面に吸着する。
水分が膜表面に吸着したままの状態で、次のステップが実施されると、その水分が膜中に取り込まれるために、絶縁膜の絶縁耐性が劣化したり、絶縁膜と電極の界面に低誘電率層が形成されてゲートスタック構造としての電気容量の低下を招いたり、多結晶シリコン電極の抵抗率が劣化したりする。
【０００６】
そこで、ハフニウムシリケート膜形成用のＣＶＤ装置、プラズマ窒化装置、アニール装置および多結晶シリコン膜形成用のＣＶＤ装置を一つの真空搬送室によって接続したクラスタツールと呼ばれる装置（以下、クラスタ装置という。）を使用することにより、これらの四つのステップを実施することが、考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、四つの装置を備えたクラスタ装置によって四つのステップを実施するように構成したＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程においては、クラスタ装置のスペースやコストが増大するために、ＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程ひいてはＩＣの製造方法のコストが増加してしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、半導体装置の製造コストを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、
前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、
前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）基板を処理する処理室と、
前記処理室に接続されたプラズマユニットと、
前記プラズマユニットに窒素原子を含むガスを供給する第一供給ラインと、
前記プラズマユニットにクリーニングガスを供給する第二供給ラインと、
前記処理室内に成膜ガスを供給する第三供給ラインと、
前記処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して基板に対してプラズマ窒化処理を施し、その後、前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の基板上に電極膜を形成するように制御するとともに、前記処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（３）基板上に高誘電率膜を形成する第一の処理室と、
前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すとともに、前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成する第二の処理室と、
前記第二の処理室に接続されたプラズマユニットと、
前記プラズマユニットに窒素原子を含むガスを供給する第一供給ラインと、
前記プラズマユニットにクリーニングガスを供給する第二供給ラインと、
前記第二の処理室内に成膜ガスを供給する第三供給ラインと、
前記第二の処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して基板上に形成された高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施し、その後、前記第二の処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するように制御するとともに、前記第二の処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記第二の処理室内に供給して前記第二の処理室内をクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
前記（１）の手段によれば、処理室内にプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して高誘電率膜上にプラズマ窒化処理を施した後に、処理室内に成膜ガスを供給してプラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成し、また、同一のプラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを同一の処理室内に供給して処理室内をクリーニングすることにより、プラズマユニットおよび処理室を共用することができるので、クラスタ装置のスペースやコストを低減することができ、ひいては半導体装置の製造方法のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図２以降は本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用される基板処理装置を示している。
【００１３】
本実施の形態に係る基板処理装置は、構造的には図２に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。
なお、本実施の形態に係るクラスタ装置においては、ウエハ２を搬送するためのウエハ搬送用キャリア（基板収納容器）としては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）１が使用されている。
【００１４】
図２に示されているように、クラスタ装置１０は大気圧未満の圧力（負圧）に耐える構造に構成された第一ウエハ移載室（以下、負圧移載室という。）１１を備えており、負圧移載室１１の筐体（以下、負圧移載室筐体という。）１２は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
負圧移載室１１の中央部には負圧下においてウエハ２を移載するウエハ移載装置（以下、負圧移載装置という。）１３が設置されており、負圧移載装置１３はスカラ形ロボット（selective compliance assembly robot arm ＳＣＡＲＡ）によって構成されている。
【００１５】
負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち長い側壁には、搬入用予備室（以下、搬入室という。）１４と搬出用予備室（以下、搬出室という。）１５とがそれぞれ隣接して連結されている。
搬入室１４の筐体と搬出室１５の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
【００１６】
搬入室１４および搬出室１５の負圧移載室１１と反対側には、大気圧以上の圧力（以下、正圧という。）を維持可能な構造に構成された第二ウエハ移載室（以下、正圧移載室という。）１６が隣接して連結されており、正圧移載室１６の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
搬入室１４と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１７Ａが設置されており、搬入室１４と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１７Ｂが設置されている。搬出室１５と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１８Ａが設置されており、搬出室１５と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１８Ｂが設置されている。
正圧移載室１６には正圧下でウエハ２を移載する第二ウエハ移載装置（以下、正圧移載装置という。）１９が設置されており、正圧移載装置１９はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置１９は正圧移載室１６に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。
正圧移載室１６の左側にはノッチ合わせ装置２０が設置されている。
【００１７】
正圧移載室１６の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３はウエハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように設定されている。これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３にはポッドオープナ２４がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ２４はポッド１を載置する載置台２５と、載置台２５に載置されたポッド１のキャップを着脱するキャップ着脱機構２６とを備えている。ポッドオープナ２４は載置台２５に載置されたポッド１のキャップをキャップ着脱機構２６によって着脱することにより、ポッド１のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。
ポッドオープナ２４の載置台２５に対してはポッド１が、図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって供給および排出される。
【００１８】
図２に示されているように、負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち正圧移載室１６と反対側に位置する３枚の側壁には、第一処理ユニット３１と、第二処理ユニット３２と、第三処理ユニット３３とがそれぞれ隣接して連結されている。
第一処理ユニット３１と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ４４（図３参照）が設置されている。第二処理ユニット３２と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１１８（図４参照）が設置されている。第三処理ユニット３３と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１５７（図５参照）が設置されている。
また、負圧移載室筐体１２における７枚の側壁のうちの２枚の側壁には、第一クーリングユニット３５と、第二クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されており、第一クーリングユニット３５および第二クーリングユニット３６はいずれも処理済みのウエハ２を冷却するように構成されている。
【００１９】
クラスタ装置１０はシーケンスフローを統括的に制御するコントローラ３７を備えている。本実施の形態に係るコントローラ３７は、後述するシーケンスを実行するように構成されている。
【００２０】
次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、図１に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。
【００２１】
図１に示されたウエハ投入ステップにおいては、クラスタ装置１０の載置台２５に供給されたポッド１のキャップが、キャップ着脱機構２６によって取り外され、ポッド１のウエハ出し入れ口が開放される。
ポッド１が開放されると、正圧移載室１６に設置された正圧移載装置１９はウエハ搬入搬出口を通してポッド１からウエハ２を１枚ずつピックアップし、搬入室１４に投入し、ウエハ２を搬入室用仮置き台に移載して行く。
この移載作業中には、搬入室１４の負圧移載室１１側はゲートバルブ１７Ｂによって閉じられており、負圧移載室１１内の圧力は、例えば、１００Ｐａに維持されている。
【００２２】
図１に示されたウエハローディングステップにおいては、搬入室１４の正圧移載室１６側がゲートバルブ１７Ａによって閉じられ、搬入室１４が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。搬入室１４内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって開かれる。
次に、負圧移載室１１の負圧移載装置１３は搬入室用仮置き台からウエハ２を１枚ずつピックアップして負圧移載室１１に搬入する。その後、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって閉じられる。
続いて、第一処理ユニット３１のゲートバルブ４４が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示された高誘電体膜形成ステップを実施する第一処理ユニット３１に搬送して、第一処理ユニット３１の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
なお、ウエハの第一処理ユニット３１への搬入に際しては、搬入室１４および負圧移載室１１が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハの第一処理ユニット３１への搬入に伴って第一処理ユニット３１の処理室に侵入することは確実に防止される。
【００２３】
本実施の形態においては、第一処理ユニット３１は、構造的には図３に示されているように、枚葉式ウォームウオール形基板処理装置として構成されており、機能的にはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）装置（以下、ＡＬＤ装置という。）４０として構成されている。
図３に示されているように、ＡＬＤ装置４０は処理室４１を形成する筐体４２を備えており、筐体４２には処理室４１の壁面を加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
筐体４２の負圧移載室１１との境にはウエハ搬入搬出口４３が開設されており、ウエハ搬入搬出口４３はゲートバルブ４４によって開閉されるように構成されている。
処理室４１の底面上には、昇降軸４６を昇降させる昇降駆動装置４５が設置されており、昇降軸４６の上端にはウエハ２を保持する保持具４７が水平に支持されている。
保持具４７にはウエハ２を加熱するヒータ４７ａが設けられている。
ウエハ搬入搬出口４３および処理室４１の底壁には、パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂがそれぞれ開設されており、両パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂにはパージガス供給ライン（図示せず）がそれぞれ接続されている。
筐体４２のウエハ搬入搬出口４３と反対側の部位には排気口４９が開設されており、排気口４９には排気装置５０に接続された排気ライン５１が接続されている。
【００２４】
筐体４２の天井壁には処理ガス供給口５２が処理室４１に連通するように開設されており、処理ガス供給口５２には第一処理ガス供給ライン５３Ａ、第二処理ガス供給ライン５３Ｂおよび酸化剤供給ライン９０が接続されている。
第一処理ガス供給ライン５３Ａには上流側止め弁５４Ａおよび下流側止め弁５５Ａを介して第一バブラ５６Ａが接続されている。第一バブラ５６Ａのバブリング管５７Ａはアルゴンガス供給源５９に接続されたアルゴンガス供給ライン５８に接続されている。
第一処理ガス供給ライン５３Ａの上流側止め弁５４Ａと下流側止め弁５５Ａとの間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁６０Ａを介して接続されている。第一処理ガス供給ライン５３Ａのアルゴンガス供給ライン５８の接続点と下流側止め弁５５Ａとの間には、ベントライン６１Ａの上流側端が接続されており、ベントライン６１Ａの下流側端は止め弁６２Ａを介して排気装置５０に接続された排気ライン５１に接続されている。
第二処理ガス供給ライン５３Ｂには上流側止め弁５４Ｂおよび下流側止め弁５５Ｂを介して第二バブラ５６Ｂが接続されている。第二バブラ５６Ｂのバブリング管５７Ｂはアルゴンガス供給源５９に接続されたアルゴンガス供給ライン５８に接続されている。
第二処理ガス供給ライン５３Ｂの上流側止め弁５４Ｂと下流側止め弁５５Ｂとの間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁６０Ｂを介して接続されている。第二処理ガス供給ライン５３Ｂのアルゴンガス供給ライン５８の接続点と下流側止め弁５５Ｂとの間には、ベントライン６１Ｂの上流側端が接続されており、ベントライン６１Ｂの下流側端は止め弁６２Ｂを介して排気装置５０に接続された排気ライン５１に接続されている。
酸化剤供給ライン９０にはオゾナイザ９１および止め弁９２を介して酸素ガス供給源９３が接続されている。酸化剤供給ライン９０の止め弁９２とオゾナイザ９１との間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁９４を介して接続されている。
【００２５】
次に、図１に示された高誘電体膜形成ステップを、以上の構成に係るＡＬＤ装置４０を使用して高誘電体膜としてのハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜をＡＬＤ法によりウエハ２上に成膜する場合について説明する。
高誘電体膜としてのハフニウムシリケートを成膜する場合には、ハフニウム原子を含む原料として、例えば、Ｈｆ‐（ＭＭＰ）4 （Ｈｆ（ＯＣ（ＣＨ3 ）2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）4 ：テトラキス（１‐メトキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）‐ハフニウム）が使用され、シリコン原子を含む原料としては、例えば、Ｓｉ‐（ＭＭＰ）4 （Ｓｉ（ＯＣ（ＣＨ3 ）2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）4 ：テトラキス（１‐メトキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）‐シリコン）、が使用される。
これらの原料は、常温で液体であり、蒸気圧が高いので、例えば、バブリングで気化して得た原料ガスを用いる。
また、酸化剤としては、例えばオゾン（Ｏ3 ）が使用される。
本実施の形態に係るＡＬＤ装置４０においては、ハフニウム液体原料を気化するのに第一バブラ５６Ａが使用される。この第一バブラ５６Ａのバブリングに使用されるアルゴンガスの流量は、０．５〜１ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）である。
また、シリコン液体原料を気化するのに、第二バブラ５６Ｂが使用される。この第二バブラ５６Ｂのバブリングに使用されるアルゴンガスの流量も、０．５〜１ＳＬＭである。
【００２６】
ゲートバルブ４４が開かれ、ハフニウムシリケート膜を形成すべきウエハ２が、第一処理ユニット３１であるＡＬＤ装置４０の処理室４１に搬入されて保持具４７上に載置される。すると、図３に示されているように、ウエハ搬入搬出口４３はゲートバルブ４４によって閉じられる。
ゲートバルブ４４が閉じられると、処理室４１内は所定の圧力となるように、排気装置５０によって排気される。
また、ウエハ２は保持具４７に内蔵されたヒータ４７ａによって１５０〜５００℃の範囲内の所定の温度に加熱される。
ウエハ２が搬入された時点では、止め弁５４Ａ、５５Ａ、５４Ｂ、５５Ｂはそれぞれ閉状態で、止め弁６０Ａ、６２Ａ、６０Ｂ、６２Ｂは開状態である。
ここで、原料を供給する準備のために、止め弁６０Ａ、５５Ａ、６０Ｂ、５５Ｂが閉じられるとともに、止め弁５４Ａ、６２Ａ、５４Ｂ、６２Ｂが開かれることにより、気化したハフニウム原料およびシリコン原料が第一処理ガス供給ライン５３Ａおよび第二処理ガス供給ライン５３Ｂにそれぞれ詰められる。
また、処理室４１内にはパージガスとしてのアルゴンガスが、パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂから０．１〜１．５ＳＬＭ流される。
また、処理室４１内の圧力は、１０〜１００Ｐａに調圧される。
【００２７】
ウエハ２の温度が安定した後に、次のステップ（１）〜（６）を１サイクルとして、ハフニウムシリケート膜が目標の膜厚になるまで、このサイクルが繰り返される。
（１）ウエハ２の温度が安定した後に、第一原料供給ステップとして、止め弁６２Ａが閉じられるとともに、止め弁５５Ａが開かれる。そのままの状態が０．５〜５秒間保持され、気化したハフニウム原料が処理室４１に供給される。これにより、ハフニウム原料はウエハ２の表面上に吸着する。
（２）次に、第一原料排気ステップとして、止め弁５４Ａが閉じられるとともに、止め弁６０Ａが開かれる。そのままの状態が０．５〜１０秒間保持され、第一処理ガス供給ライン５３Ａと処理室４１内とが排気される。続いて、止め弁６０Ａ、５５Ａが閉じられ、止め弁５４Ａ、６２Ａが開かれて、第一処理ガス供給ライン５３Ａに気化したハフニウム原料が詰められる。
（３）第一処理ガス供給ライン５３Ａへの気化したハフニウム原料の充填と同時に、第二原料供給ステップとして、止め弁６２Ｂが閉じられるとともに、止め弁５５Ｂが開かれる。そのままの状態が０．５〜５秒間保持されて、気化したシリコン原料が処理室４１に供給される。
これにより、シリコン原料はウエハ２の表面上に吸着する。すなわち、ウエハ２上にはハフニウム原料とシリコン原料の両方が吸着した状態となる。
（４）引き続いて、第二原料排気ステップとして、止め弁５４Ｂが閉じられるとともに、止め弁６０Ｂが開かれる。そのままの状態が０．５〜１０秒間保持されて、第二処理ガス供給ライン５３Ｂおよび処理室４１内が排気される。続いて、止め弁６０Ｂ、５５Ｂが閉じられ、止め弁５４Ｂ、６２Ｂが開かれて第二処理ガス供給ライン５３Ｂに気化したシリコン原料が詰められる。
（５）次に、第二処理ガス供給ライン５３Ｂへの気化したシリコン原料の充填と同時に酸化ステップとして、止め弁９２が開かれる。止め弁９２が開かれることで酸素ガス供給源９３から酸素ガスがオゾナイザ９１に供給され、オゾナイザ９１にて酸化剤としてのオゾンガスが生成される。そのままの状態が０．５〜１５秒間保持されることで、オゾンガスが処理室４１に供給される。
これにより、ステップ（１）（３）でウエハ２の表面上に吸着したハフニウム原料およびシリコン原料とオゾンとが反応して、ウエハ２の表面上に１オングストローム（Å）程度の膜厚のハフニウムシリケート膜が形成されることとなる。
（６）引き続いて、酸化剤の排気ステップとして止め弁９２が閉じられるとともに、止め弁９４が開かれる。そのままの状態が０．５〜１５秒間保持されて、酸化剤供給ライン９０および処理室４１内が排気される。
通常、ＡＬＤ法により成膜する場合には、１サイクルで１Å程度成膜されることから、２０〜３０Åの目標膜厚を得るには、２０〜３０サイクルが必要であり、１サイクルが５〜１０秒とすると、ハフニウムシリケート膜の成膜には２〜６分かかることになる。
【００２８】
以上のようにしてハフニウムシリケート膜の形成が終了すると、ゲートバルブ４４が開かれ、成膜済みのウエハ２は負圧移載装置１３によって第一処理ユニット３１から負圧に維持された負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
続いて、ゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれて、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたアニールステップを実施する第二処理ユニット３２に搬送して、第二処理ユニット３２の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
【００２９】
本実施の形態においては、アニールステップを実施する第二処理ユニット３２には、図４に示されたＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置１１０が使用されている。
図４に示されているように、ＲＴＰ装置１１０はウエハ２を処理する処理室１１１を形成した筐体１１２を備えており、筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成された容器１１３と、容器１１３の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート１１４と、容器１１３の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート１１５とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。
容器１１３の側壁の一部には排気口１１６が処理室１１１の内外を連通するように開設されており、排気口１１６には処理室１１１を大気圧未満（以下、負圧という。）に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されている。
容器１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウエハ２を処理室１１１に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウエハ搬入搬出口１１７はゲートバルブ１１８によって開閉されるようになっている。
【００３０】
ボトムプレート１１５の下面の中心線上には昇降駆動装置１１９が設置されており、昇降駆動装置１１９はボトムプレート１１５に挿通されてボトムプレート１１５に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸１２０を昇降させるように構成されている。
昇降軸１２０の上端には昇降板１２１が水平に固定されており、昇降板１２１の上面には複数本（通常は３本または４本）のリフタピン１２２が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン１２２は昇降板１２１の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ２を下から水平に支持して昇降させるようになっている。
【００３１】
ボトムプレート１１５の上面における昇降軸１２０の外側には支持筒１２３が突設されており、支持筒１２３の上端面の上には冷却プレート１２４が水平に架設されている。
冷却プレート１２４の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されている。第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６は第一支柱１２７および第二支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。
第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６の電力供給電線１２９はボトムプレート１１５を挿通して外部に引き出されている。
【００３２】
処理室１１１にはタレット１３１が処理室１１１と同心円に配置されている。タレット１３１は内歯平歯車１３３の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車１３３はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３２によって水平に支承されている。内歯平歯車１３３には原動側平歯車１３４が噛合されており、原動側平歯車１３４はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３５によって水平に支承され、ボトムプレート１１５の下に設置されたサセプタ回転装置１３６によって回転駆動されるようになっている。
タレット１３１の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム１３７が水平に架設されており、アウタプラットホーム１３７の内側にはインナプラットホーム１３８が水平に架設されている。
インナプラットホーム１３８の内周の下端部にはサセプタ１４０が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部１３９に係合されて保持されている。サセプタ１４０の各リフタピン１２２に対向する位置には挿通孔１４１がそれぞれ開設されている。
【００３３】
トッププレート１１４にはアニールガス供給管１４２および不活性ガス供給管１４３が処理室１１１に連通するようにそれぞれ接続されている。
また、トッププレート１１４には放射温度計のプローブ１４４が複数本、互いに半径方向にウエハ２の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ２の上面と対向するように挿入されている。放射温度計は複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。
トッププレート１１４の他の場所にはウエハ２の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置１４５が設置されている。放射率測定装置１４５はレファレンスプローブ１４６を備えており、レファレンスプローブ１４６はレファレンスプローブ用モータ１４７によって垂直面内で回転されるようになっている。
レファレンスプローブ１４６の上側には参照光を照射するレファレンスランプ１４８がレファレンスプローブ１４６の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ１４６は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ２からの光子密度とレファレンスランプ１４８からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。
【００３４】
次に、図１に示されたアニールステップを、以上の構成に係るＲＴＰ装置を使用してハフニウムシリケート膜にアニールを施す場合について説明する。
【００３５】
ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウエハ２は、第二処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１に負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１１７から搬入され、複数本のリフタピン１２２の上端間に移載される。
ウエハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載装置１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口１１７がゲートバルブ１１８によって閉じられる。
また、昇降軸１２０が昇降駆動装置１１９によって下降されることにより、リフタピン１２２の上のウエハ２がサセプタ１４０の上に受け渡される。
処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は１０〜１００００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように排気口１１６を通じて排気される。
【００３６】
ウエハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウエハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が内歯平歯車１３３および原動側平歯車１３４を介してサセプタ回転装置１３６によって回転される。
サセプタ１４０に保持されたウエハ２はサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、６００〜１０００℃の範囲内の所定の温度となるように第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって加熱される。
この回転および加熱中に、窒素ガスやアンモニアガス等の窒素原子を含むガスまたは酸素ガス等の酸素原子を含むガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。
サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、サセプタ１４０の上に保持されたウエハ２は第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウエハ２上のハフニウムシリケート膜は全面にわたって均一にアニールされる。
このアニールの処理時間は、５〜１２０秒間である。
【００３７】
ＲＴＰ装置１１０において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室１１１が排気口１１６によって所定の負圧となるように排気された後に、ゲートバルブ１１８が開かれ、アニールが施されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１１１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
続いて、ゲートバルブ１１８が閉じられた後に、ゲートバルブ１５７が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップを同一の処理室で実施する第三処理ユニット３３に搬送して、第三処理ユニット３３の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
【００３８】
本実施の形態においては、第三処理ユニット３３には図５に示された枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）１５０が使用されている。
図５に示されているように、枚葉式ＣＶＤ装置１５０はウエハ２を処理する処理室１５１を形成した筐体１５２を備えており、筐体１５２は下側容器１５３と上側容器１５４とボトムキャップ１５５とが組み合わされて、上下端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
筐体１５２の下側容器１５３の円筒壁における中間部にはゲートバルブ１５７によって開閉されるウエハ搬入搬出口１５６が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口１５６はウエハ２を処理室１５１に負圧移載装置１３によって搬入搬出し得るように形成されている。
下側容器１５３の上端部には排気バッファ空間１５８が環状に形成されており、排気バッファ空間１５８の上には円形リング形状に形成されたカバープレート１５９が被せられている。カバープレート１５９の内周縁辺部はウエハ２の外周縁辺部を被覆するように構成されている。
【００３９】
筐体１５２は複数本の支柱１６１によって水平に支持されている。各支柱１６１には各昇降ブロック１６２がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック１６２間には昇降台１６３が架設されている。昇降台１６３はエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置１６０によって昇降されるように構成されている。
筐体１５２のボトムキャップ１５５の中心には円形の挿通孔が開設されており、挿通孔には円筒形状に形成された支持軸１６４が処理室１５１に下方から同心円に挿通されている。支持軸１６４は昇降台１６３に支持されて昇降されるようになっている。
支持軸１６４の上端にはウエハ２を加熱するためのヒータ１６５ａを支持する加熱ユニット１６５が、同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット１６５は支持軸１６４によって昇降されるようになっている。
【００４０】
昇降台１６３の上にはブラシレスＤＣモータが使用されたサセプタ回転装置１６７が設置されている。筐体１５２とサセプタ回転装置１６７との間にはベローズ１６６が内側空間を気密封止するように介設されている。サセプタ回転装置１６７の回転軸１６８は中空軸に形成されており、支持軸１６４は回転軸１６８の内側で同心円に配置されている。
回転軸１６８はサセプタ回転装置１６７を介して昇降台１６３によって支持されることにより、支持軸１６４と共に昇降するようになっている。
回転軸１６８の上端には回転ドラム１６９が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム１６９は回転軸１６８によって回転されるようになっている。
回転ドラム１６９の上端には、サセプタ１７０が上端開口を閉塞するように被せられている。
また、回転ドラム１６９にはウエハ昇降装置１７１が設置されており、ウエハ昇降装置１７１はウエハ２をサセプタ１７０の下から垂直に突き上げてサセプタ１７０の上面から浮かせるように構成されている。
【００４１】
下側容器１５３の上端部であってウエハ搬入搬出口１５６に対向する側壁には、処理室１５１を排気する排気口１７２が排気バッファ空間１５８に連通するように開設されている。排気口１７２には排気ライン（図示せず）の一端が接続されており、排気ラインの他端は真空ポンプや開閉弁および可変流量制御弁等からなる排気装置（図示せず）に接続されている。
【００４２】
筐体１５２の上側容器１５４には、ガス供給手段としてのガスヘッド１７３が一体的に組み込まれている。
ガスヘッド１７３は上側容器１５４と下側容器１５３との合わせ面に挟持された吹出プレート１７４を備えており、吹出プレート１７４には複数個の吹出口１７５が、全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
吹出プレート１７４の上面と上側容器１５４の下面および内周面とが画成する内側空間は、ガス溜め１７６を形成している。
【００４３】
上側容器１５４にはガス導入管１７７の下流側端部がガス溜め１７６に連通するように挿入されており、ガス導入管１７７の上流側端には成膜ガス供給ライン１８１の下流側端が接続されている。成膜ガス供給ライン１８１の上流側端は止め弁１８２およびマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）１８３を介して成膜ガス供給装置１８４に接続されている。
また、ガス導入管１７７の上流側端にはドーパントガス供給ライン１８５の下流側端が接続されている。ドーパントガス供給ライン１８５の上流側端は止め弁１８６およびＭＦＣ１８７を介してドーパントガス供給装置１８８に接続されている。
【００４４】
上側容器１５４のガス導入管１７７と異なる位置にはプラズマ導入管１９０の下流側端部がガス溜め１７６に連通するように挿入されており、プラズマ導入管１９０の上流側端にはプラズマユニット１９１が接続されている。プラズマユニット１９１はプラズマを発生して、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入するようになっている。
プラズマユニット１９１にはクリーニングガス供給ライン１９２の下流側端が接続されている。クリーニングガス供給ライン１９２の上流側端は止め弁１９３およびＭＦＣ１９４を介してクリーニングガス供給装置１９５に接続されている。
プラズマユニット１９１には窒化ガス供給ライン１９６の下流側端が接続されている。窒化ガス供給ライン１９６の上流側端は止め弁１９７およびＭＦＣ１９８を介して窒化ガス供給装置１９９に接続されている。
【００４５】
成膜ガス供給ライン１８１の止め弁１８２およびＭＦＣ１８３、ドーパントガス供給ライン１８５の止め弁１８６およびＭＦＣ１８７、クリーニングガス供給ライン１９２の止め弁１９３およびＭＦＣ１９４、窒化ガス供給ライン１９６の止め弁１９７およびＭＦＣ１９８は、電気配線（図示せず）を介してコントローラ３７（図２参照）に接続されており、コントローラ３７によって後述するように制御されるべく構成されている。
【００４６】
次に、アニール済みのハフニウムシリケート膜に図１に示されたプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップを、以上の構成に係る枚葉式ＣＶＤ装置を使用して同一の処理室にて実施する場合について説明する。
【００４７】
ゲートバルブ１５７が開かれると、成膜すべきウエハ２は第三処理ユニット３３である枚葉式ＣＶＤ装置１５０の処理室１５１に、負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１５６から搬入され、ウエハ昇降装置１７１の突上ピンの上に移載される。
負圧移載装置１３が処理室１５１から退出すると、ウエハ搬入搬出口１５６はゲートバルブ１５７によって閉じられる。
ゲートバルブ１５７が閉じられると、図５によって参照されるように、処理室１５１に対して回転ドラム１６９および加熱ユニット１６５が、昇降駆動装置による回転軸１６８および支持軸１６４の上昇作動によって上昇される。所定のストロークだけ上昇すると、ウエハ２はサセプタ１７０の上に移載された状態になる。
【００４８】
ウエハ２がサセプタ１７０の上に移載されると、回転ドラム１６９が回転軸１６８によって回転される。
処理室１５１内が排気口１７２を通して排気装置によって排気され、処理室１５１内の圧力は０．５〜２００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように制御される。
また、サセプタ１７０に保持されたウエハ２は室温〜９５０℃の範囲内で所定のプラズマ窒化処理温度に、加熱ユニット１６５によって加熱される。
【００４９】
次いで、０．１〜２ＳＬＭの流量の窒素（Ｎ2 ）ガスやアンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の窒素原子を含むガスが窒化ガス２０１として、図５に示されているように、プラズマユニット１９１に窒化ガス供給装置１９９から窒化ガス供給ライン１９６の止め弁１９７およびＭＦＣ１９８を介して供給される。
プラズマユニット１９１に供給された窒化ガス２０１はプラズマユニット１９１に生成されたプラズマによって活性化されて、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入され、吹出プレート１７４の複数個の吹出口１７５から処理室１５１にシャワー状に吹き出される。
この活性化された窒化ガス２０１により、ウエハ２の表面にプラズマ窒化処理が施され、ウエハ２上のハフニウムシリケート膜に窒素が添加され、ハフニウムシリケート膜は窒化ハフニウムシリケート膜となる。
【００５０】
プラズマ窒化ステップにおいて予め設定された処理時間が経過すると、処理室１５１内は排気口１７２を通じて排気装置によって排気され、処理室１５１内の残留ガスが除去される。
【００５１】
処理室１５１内の残留ガスが除去されると、電極膜を形成するステップである図１に示されたゲート電極形成ステップが同一の処理室である処理室１５１において連続して実施される。
【００５２】
ウエハ２の温度や処理室１５１内の圧力および回転ドラム１６９の回転作動が安定した時点で、成膜ガスがガス導入管１７７に導入される。
ガス導入管１７７に導入された成膜ガスはガス溜め１７６において拡散し、複数の吹出口１７５からウエハ２に向かってシャワー状に全面にわたって均等に吹き出す。
吹出口１７５群からシャワー状に吹き出した成膜ガスはサセプタ１７０の上のウエハ２に全面にわたって均一に接触した後に、排気バッファ空間１５８を通って排気口１７２に吸い込まれて排気されて行く。
成膜ガスのウエハ２への接触によって、ウエハ２上の窒化ハフニウムシリケート膜の上にはゲート電極を形成するためのＣＶＤ膜が堆積する。
【００５３】
ここで、ゲート電極を形成するための電極膜であるＣＶＤ膜として、燐（Ｐ）をドープしたドープドポリシリコン（Ｄ−Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜を形成する場合の処理条件の一例を示すと、次の通りである。
成膜ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）やジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）が使用され、その流量は、０．１〜１ＳＬＭである。
図６に示されているように、この成膜ガス２０２は成膜ガス供給ライン１８１の止め弁１８２およびＭＦＣ１８３を介して成膜ガス供給装置１８４からガス導入管１７７に供給される。
燐（Ｐ）ドープのためのドーパントガスとしては、ホフスィン（ＰＨ3 ）が使用され、その流量は、０．１〜５ＳＬＭである。
図６に示されているように、ドーパントガス２０３はドーパントガス供給ライン１８５の止め弁１８６およびＭＦＣ１８７を介してドーパントガス供給装置１８８からガス導入管１７７に供給され、成膜ガス２０２に混合される。
ウエハの温度は５４０〜７００℃の範囲内の所定の温度である。
処理室内の圧力は１０００〜５００００Ｐａの範囲内の所定の圧力である。
【００５４】
ゲート電極形成ステップについて予め設定された所定の処理時間が経過すると、成膜ガス２０２およびドーパントガス２０３の供給が停止される。
続いて、処理室１５１に残留した成膜ガス２０２およびドーパントガス２０３が排気装置による排気によって除去される。
その後に、ゲートバルブ１５７が開かれて、ゲート電極のためのＣＶＤ膜が形成されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１５１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
搬出後に、ゲートバルブ１５７は閉じられる。
【００５５】
なお、高誘電体膜形成ステップ、アニールステップおよびゲート電極形成ステップ実施後のウエハは、第一クーリングユニット３５または第二クーリングユニット３６が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。
【００５６】
クラスタ装置１０でのゲート電極形成ステップ後の図１に示されたウエハアンローディングステップにおいては、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を負圧移載室１１から搬出室１５へ搬送し、搬出室１５の搬出室用仮置き台の上に移載する。
この際には、事前に、搬出室１５の正圧移載室１６側がゲートバルブ１８Ａによって閉じられ、搬出室１５が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
搬出室１５が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われる。
ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。
【００５７】
なお、ゲート電極形成ステップ実施済みのウエハ２についてのクラスタ装置１０における第三処理ユニット３３から負圧移載室１１を介して行なわれる搬出室１５へのアンローディング作業は、いずれも真空下に維持された第三処理ユニット３３、負圧移載室１１および搬出室１５において実施されるために、第三処理ユニット３３から搬出室１５へのウエハ２のアンローディング作業に際して、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、異物等が付着したりするのは防止される。
ちなみに、搬入室１４から第一処理ユニット３１へ、第一処理ユニット３１から第二処理ユニット３２へ、第二処理ユニット３２から第三処理ユニット３３へ、ウエハをそれぞれ搬送する場合においても、搬送作業はいずれも真空下に維持された状態で実施されるために、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、異物等が付着したりするのは防止される。
【００５８】
以上の作動が繰り返されることにより、搬入室１４に一括して搬入された２５枚のウエハ２について、第一処理ユニット３１による高誘電極体膜形成ステップ、第二処理ユニット３２によるアニールステップ、第三処理ユニット３３によるプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップが順次に実施されて行く。
なお、先に処理されているウエハ２が第一処理ユニット３１での処理を終了し、第二処理ユニット３２に搬入され後に、次のウエハ２を第一処理ユニット３１に搬送し、処理することが可能である。
つまり、一連の処理順序の中で、それぞれの処理ユニットが空き状態になったら、次のウエハ２を搬入して、並列で複数のウエハを処理することが可能である。
２５枚のウエハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウエハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。
【００５９】
図１に示されたウエハ排出ステップにおいては、負圧に維持された搬出室１５内に窒素ガスが供給され、搬出室１５内が大気圧となった後に、搬出室１５の正圧移載室１６側が、ゲートバルブ１８Ａによって開かれる。
次いで、載置台２５に載置された空のポッド１のキャップが、ポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によって開かれる。
続いて、正圧移載室１６の正圧移載装置１９は搬出室１５からウエハ２をピックアップして正圧移載室１６に搬出し、正圧移載室１６のウエハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納（チャージング）して行く。
処理済みの２５枚のウエハ２のポッド１への収納が完了すると、ポッド１のキャップがポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド１が閉じられる。
【００６０】
ところで、前述したプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップが実施される枚葉式ＣＶＤ装置１５０においては、ＣＶＤ膜や反応生成物が処理室１５１の内面やサセプタ１７０やカバープレート１５９や吹出プレート１７４や回転ドラム１６９等に付着して堆積する。
この堆積物の膜厚がある厚さに達すると、剥離してパーティクルとなり、ＣＶＤ膜の品質および信頼性を低下させるために、処理室１５１内を定期または不定期にセルフクリーニングすることが望ましい。
【００６１】
本実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置１５０においては、プラズマユニット１９１に接続されたクリーニングガス供給ライン１９２を使用することにより、処理室１５１内のセルフクリーニングが実施される。
すなわち、定期または不定期のセルフクリーニングステップの実施に際しては、図７に示されているように、処理室１５１内にウエハ２が搬入されていない状態で、三弗化窒素（ＮＦ3 ）ガス等の弗素原子を含むガスがクリーニングガス２０４として、プラズマユニット１９１にクリーニングガス供給装置１９５からクリーニングガス供給ライン１９２の止め弁１９３およびＭＦＣ１９４を介して供給される。
プラズマユニット１９１に供給されたクリーニングガス２０４は、このプラズマユニット１９１に生成されたプラズマによって活性化されて、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入され、吹出プレート１７４の複数個の吹出口１７５から処理室１５１にシャワー状に吹き出される。
この活性化されたクリーニングガス２０４により、堆積物がエッチングされて除去されるので、処理室１５１の内面やサセプタ１７０やカバープレート１５９や吹出プレート１７４や回転ドラム１６９等がセルフクリーニングされることになる。
【００６２】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００６３】
1) ゲート電極形成ステップを行う枚葉式ＣＶＤ装置に備えられクリーニングの際に用いられるプラズマユニットによるプラズマを利用して同一の処理室内でプラズマ窒化ステップととを実施することにより、高誘電極体膜形成ステップ、アニールステップ、プラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップの四つのステップを第一処理ユニット、第二処理ユニットおよび第三処理ユニットの三つのユニットによって実施することができるので、クラスタ装置のスペースやコストを低減することができ、ひいてはＩＣの製造方法のコストを低減することができる。
【００６４】
2) プラズマ窒化ステップ（高誘電率膜の改質処理）とゲート電極形成ステップ（ゲート電極形成処理）の処理条件を最適化することにより、処理温度を変えることなく同一の処理室において連続して実施することができるので、ゲートスタック形成工程ひいてはＩＣの製造方法のスループットを向上させることができる。
【００６５】
3) プラズマユニットに接続されたクリーニングガス供給ラインを使用して枚葉式ＣＶＤ装置の処理室内をセルフクリーニングすることにより、処理室の内面やサセプタやカバープレートや吹出プレートや回転ドラム等にプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップの実施によって堆積した堆積物を除去することができるので、当該堆積物を起因とするＣＶＤ膜の品質および信頼性の低下を未然に防止することができるとともに、枚葉式ＣＶＤ装置を休止させて実施されるウエットエッチングによる所謂フルクリーニングの頻度を抑制することができ、枚葉式ＣＶＤ装置ひいてはクラスタ装置の生産性を向上させることができる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の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において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００６７】
前記実施の形態においては、ゲート電極としてドープドポリシリコン膜を形成する場合ついて説明したが、本発明はゲート電極としてメタルゲート電極（以下、メタル電極という。）を形成する場合にも、適用することができる。
なお、メタル電極の形成材料としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴａＣ、ＴｉＳｉ、Ｒｕ、ＳｉＧｅ等がある。
【００６８】
前記実施の形態においては、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程について説明したが、プラズマ窒化ステップと電極膜形成ステップとが必要なメモリのキャパシタ形成工程等にも適用することができる。
なお、キャパシタ上部電極の形成材料としては、例えば、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2 、ＳＲＯ（Ｓｒx Ｒｕy Ｏ3 ）、Ｉｒ、Ｐｔ等がある。
電極形成ステップに使用する電極形成用ガスは、所望の電極形成材料に応じて、適宜に選定されることになる。
【００６９】
高誘電体膜の形成材料としては、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）を使用するに限らない。
ゲート絶縁膜を形成するための高誘電体膜の形成材料としては、例えば、ＺｒＳｉＯＮ、ＨｆＯＮ、ＺｒＯＮ、ＨｆＡｌＯＮ、ＺｒＡｌＯＮ等がある。
【００７０】
被処理基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置の製造工程におけるガラス基板や液晶パネル等の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態ＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程の実施に使用されるクラスタ装置を示す平面断面図である。
【図３】枚葉式ＡＬＤ装置を示す正面断面図である。
【図４】ＲＴＰ装置を示す正面断面図である。
【図５】枚葉式ＣＶＤ装置を示す一部省略一部切断正面図であり、プラズマ窒化ステップを示している。
【図６】ゲート電極形成ステップを示す枚葉式ＣＶＤ装置の一部省略一部切断正面図である。
【図７】セルフクリーニングステップを示す枚葉式ＣＶＤ装置の一部省略一部切断正面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ポッド、２…ウエハ（被処理基板）、１０…クラスタ装置（基板処理装置）、１１…負圧移載室（基板移載室）、１２…負圧移載室筐体、１３…負圧移載装置（ウエハ移載装置）、１４…搬入室（搬入用予備室）、１５…搬出室（搬出用予備室）、１６…正圧移載室（ウエハ移載室）、１７Ａ、１７Ｂ…ゲートバルブ、１８Ａ、１８Ｂ…ゲートバルブ、１９…正圧移載装置（ウエハ移載装置）、２０…ノッチ合わせ装置、２１、２２、２３…ウエハ搬入搬出口、２４…ポッドオープナ、２５…載置台、２６…キャップ着脱機構、３１…第一処理ユニット、３２…第二処理ユニット、３３…第三処理ユニット、３５…第一クーリングユニット、３６…第二クーリングユニット、３７…コントローラ。
４０…ＡＬＤ装置、４１…処理室、４２…筐体、４３…ウエハ搬入搬出口、４４…ゲートバルブ、４５…昇降駆動装置、４６…昇降軸、４７…保持具、４７ａ…ヒータ、４８Ａ、４８Ｂ…パージガス供給口、４９…排気口、５０…排気装置、５１…排気ライン、５２…処理ガス供給口、５３Ａ…第一処理ガス供給ライン、５４Ａ…上流側止め弁、５５Ａ…下流側止め弁、５６Ａ…第一バブラ、５７Ａ…バブリング管、５８…アルゴンガス供給ライン、５９…アルゴンガス供給源、６０Ａ…止め弁、６１Ａ…ベントライン、６２Ａ…止め弁、５３Ｂ…第二処理ガス供給ライン、５４Ｂ…上流側止め弁、５５Ｂ…下流側止め弁、５６Ｂ…第二バブラ、５７Ｂ…バブリング管、６０Ｂ…止め弁、６１Ｂ…ベントライン、６２Ｂ…止め弁。
９０…酸化剤供給ライン、９１…オゾナイザ、９２…止め弁、９３…酸素ガス供給源、９４…止め弁。
１１０…ＲＴＰ装置、１１１…処理室、１１２…筐体、１１３…容器、１１４…トッププレート、１１５…ボトムプレート、１１６…排気口、１１７…ウエハ搬入搬出口、１１８…ゲートバルブ、１１９…昇降駆動装置、１２０…昇降軸、１２１…昇降板、１２２…リフタピン、１２３…支持筒、１２４…冷却プレート、１２５…第一加熱ランプ群、１２６…第二加熱ランプ群、１２７…第一支柱、１２８…第二支柱、１２９…電力供給電線、１３１…タレット、１３２…ベアリング、１３３…内歯平歯車、１３４…原動側平歯車、１３５…ベアリング、１３６…サセプタ回転装置、１３７…アウタプラットホーム、１３８…インナプラットホーム、１３９…係合部、１４０…サセプタ、１４１…挿通孔、１４２…アニールガス供給管、１４３…不活性ガス供給管、１４４…プローブ、１４５…放射率測定装置、１４６…レファレンスプローブ、１４７…レファレンスプローブ用モータ、１４８…レファレンスランプ。
１５０…枚葉式ＣＶＤ装置、１５１…処理室、１５２…筐体、１５３…下側容器、１５４…上側容器、１５５…ボトムキャップ、１５６…ウエハ搬入搬出口、１５７…ゲートバルブ、１５８…排気バッファ空間、１５９…カバープレート、１６１…支柱、１６２…昇降ブロック、１６３…昇降台、１６４…支持軸、１６５…加熱ユニット、１６５ａ…ヒータ、１６６…ベローズ、１６７…サセプタ回転装置、１６８…回転軸、１６９…回転ドラム、１７０…サセプタ、１７１…ウエハ昇降装置、１７２…排気口、１７３…ガスヘッド、１７４…吹出プレート、１７５…吹出口、１７６…ガス溜め、１７７…ガス導入管、１８１…成膜ガス供給ライン、１８２…止め弁、１８３…ＭＦＣ、１８４…成膜ガス供給装置、１８５…ドーパントガス供給ライン、１８６…止め弁、１８７…ＭＦＣ、１８８…ドーパントガス供給装置、１９０…プラズマ導入管、１９１…プラズマユニット、１９２…クリーニングガス供給ライン、１９３…止め弁、１９４…ＭＦＣ、１９５…クリーニングガス供給装置、１９６…窒化ガス供給ライン、１９７…止め弁、１９８…ＭＦＣ、１９９…窒化ガス供給装置、２０１…窒化ガス、２０２…成膜ガス、２０３…ドーパントガス、２０４…クリーニングガス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）のゲートスタック構造を形成する工程に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＣの構成要素の一つであるＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜には酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜が使用されている。
最近は、ＩＣの最小加工寸法の縮小の進展に伴って、ゲート絶縁膜を薄膜化してより多くの電気容量を持たせることが、要求されて来ている。
ところが、酸化シリコン膜が２．０ｎｍ以下に薄膜化されると、リーク電流が多くなるために、酸化シリコンはＭＯＳＦＥＴとして使用し得なくなることが懸念されている。
これに対して、薄膜化ではなく、酸化シリコン膜よりも誘電率が高い金属酸化膜、特に、シリコンを含んだ金属酸化膜であるシリケート膜をゲート絶縁膜に使用することにより、電気容量を増加させることが検討されている。シリケート膜のうちでも、比較的熱的に安定なハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜が有望視されている。
【０００３】
ところで、従来のＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程においては、ゲート絶縁膜の上にゲート電極としての多結晶シリコン（Poly−Ｓｉ）を成膜した後に、導電性を持たせるためのドーパントが注入され、さらに、ＭＯＳＦＥＴのソースおよびドレインの部分のドーパントと一緒に活性化アニールが実施される。
一般に、この活性化アニールの処理温度は、１０００℃程度である。
【０００４】
従来のＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程において、ゲート絶縁膜としてハフニウムシリケート膜を使用した場合には、このように活性化アニールの処理温度が１０００℃程度であることから、ハフニウムシリケート膜のＨｆＯとＳｉＯとが相互に拡散し、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）と酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）とにそれぞれ分離してしまい、酸化ハフニウムが結晶化してしまうという問題点がある。
酸化ハフニウムが結晶化すると、結晶化した酸化ハフニウムとアモルファスの部分である酸化シリコンとの境界を伝って、リーク電流が流れてしまい、ＭＯＳＦＥＴとして動作しなくなるという現象につながってしまう。
そこで、ＨｆＯとＳｉＯとの相互の拡散を防止するために、ハフニウムシリケート膜中に窒素原子を入れることが提案されている。
この窒素原子は例えば、窒素プラズマを用いてハフニウムシリケート膜中に拡散させ、その後、アニールによってシリコン原子やハフニウム原子や酸素原子と結合させて安定化させることにより、ゲート絶縁膜としての窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）膜が形成される。
【０００５】
この窒化ハフニウムシリケート膜を使用したゲートスタック（ゲート絶縁膜−ゲート電極）構造の形成工程においては、ハフニウムシリケート膜の成膜ステップ、プラズマ窒化法による窒素の導入ステップ、アニールによる窒素の安定化ステップおよび多結晶シリコン膜の形成ステップを、それぞれハフニウムシリケート膜形成用のＣＶＤ装置、プラズマ窒化装置、アニール装置および多結晶シリコン膜形成用のＣＶＤ装置を順番に使用することにより、実施する必要がある。
一般的には、これらの四つのステップをこれらの四つの装置によってそれぞれ実施することが、考えられる。
しかしながら、この場合には、前のステップを実施した装置から次のステップを実施するための装置にウエハを搬送する間に、ウエハが大気に晒されるために、大気中の水分等がウエハに形成された膜の表面に吸着する。
水分が膜表面に吸着したままの状態で、次のステップが実施されると、その水分が膜中に取り込まれるために、絶縁膜の絶縁耐性が劣化したり、絶縁膜と電極の界面に低誘電率層が形成されてゲートスタック構造としての電気容量の低下を招いたり、多結晶シリコン電極の抵抗率が劣化したりする。
【０００６】
そこで、ハフニウムシリケート膜形成用のＣＶＤ装置、プラズマ窒化装置、アニール装置および多結晶シリコン膜形成用のＣＶＤ装置を一つの真空搬送室によって接続したクラスタツールと呼ばれる装置（以下、クラスタ装置という。）を使用することにより、これらの四つのステップを実施することが、考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、四つの装置を備えたクラスタ装置によって四つのステップを実施するように構成したＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程においては、クラスタ装置のスペースやコストが増大するために、ＭＯＳＦＥＴのゲート形成工程ひいてはＩＣの製造方法のコストが増加してしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、半導体装置の製造コストを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、
前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、
前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）基板を処理する処理室と、
前記処理室に接続されたプラズマユニットと、
前記プラズマユニットに窒素原子を含むガスを供給する第一供給ラインと、
前記プラズマユニットにクリーニングガスを供給する第二供給ラインと、
前記処理室内に成膜ガスを供給する第三供給ラインと、
前記処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して基板に対してプラズマ窒化処理を施し、その後、前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の基板上に電極膜を形成するように制御するとともに、前記処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（３）基板上に高誘電率膜を形成する第一の処理室と、
前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すとともに、前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成する第二の処理室と、
前記第二の処理室に接続されたプラズマユニットと、
前記プラズマユニットに窒素原子を含むガスを供給する第一供給ラインと、
前記プラズマユニットにクリーニングガスを供給する第二供給ラインと、
前記第二の処理室内に成膜ガスを供給する第三供給ラインと、
前記第二の処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して基板上に形成された高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施し、その後、前記第二の処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するように制御するとともに、前記第二の処理室内に前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記第二の処理室内に供給して前記第二の処理室内をクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
前記（１）の手段によれば、処理室内にプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを供給して高誘電率膜上にプラズマ窒化処理を施した後に、処理室内に成膜ガスを供給してプラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成し、また、同一のプラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを同一の処理室内に供給して処理室内をクリーニングすることにより、プラズマユニットおよび処理室を共用することができるので、クラスタ装置のスペースやコストを低減することができ、ひいては半導体装置の製造方法のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図２以降は本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用される基板処理装置を示している。
【００１３】
本実施の形態に係る基板処理装置は、構造的には図２に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。
なお、本実施の形態に係るクラスタ装置においては、ウエハ２を搬送するためのウエハ搬送用キャリア（基板収納容器）としては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）１が使用されている。
【００１４】
図２に示されているように、クラスタ装置１０は大気圧未満の圧力（負圧）に耐える構造に構成された第一ウエハ移載室（以下、負圧移載室という。）１１を備えており、負圧移載室１１の筐体（以下、負圧移載室筐体という。）１２は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
負圧移載室１１の中央部には負圧下においてウエハ２を移載するウエハ移載装置（以下、負圧移載装置という。）１３が設置されており、負圧移載装置１３はスカラ形ロボット（selective compliance assembly robot arm ＳＣＡＲＡ）によって構成されている。
【００１５】
負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち長い側壁には、搬入用予備室（以下、搬入室という。）１４と搬出用予備室（以下、搬出室という。）１５とがそれぞれ隣接して連結されている。
搬入室１４の筐体と搬出室１５の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
【００１６】
搬入室１４および搬出室１５の負圧移載室１１と反対側には、大気圧以上の圧力（以下、正圧という。）を維持可能な構造に構成された第二ウエハ移載室（以下、正圧移載室という。）１６が隣接して連結されており、正圧移載室１６の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
搬入室１４と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１７Ａが設置されており、搬入室１４と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１７Ｂが設置されている。搬出室１５と正圧移載室１６との境にはゲートバルブ１８Ａが設置されており、搬出室１５と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１８Ｂが設置されている。
正圧移載室１６には正圧下でウエハ２を移載する第二ウエハ移載装置（以下、正圧移載装置という。）１９が設置されており、正圧移載装置１９はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置１９は正圧移載室１６に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。
正圧移載室１６の左側にはノッチ合わせ装置２０が設置されている。
【００１７】
正圧移載室１６の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３はウエハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように設定されている。これらのウエハ搬入搬出口２１、２２、２３にはポッドオープナ２４がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ２４はポッド１を載置する載置台２５と、載置台２５に載置されたポッド１のキャップを着脱するキャップ着脱機構２６とを備えている。ポッドオープナ２４は載置台２５に載置されたポッド１のキャップをキャップ着脱機構２６によって着脱することにより、ポッド１のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。
ポッドオープナ２４の載置台２５に対してはポッド１が、図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって供給および排出される。
【００１８】
図２に示されているように、負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち正圧移載室１６と反対側に位置する３枚の側壁には、第一処理ユニット３１と、第二処理ユニット３２と、第三処理ユニット３３とがそれぞれ隣接して連結されている。
第一処理ユニット３１と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ４４（図３参照）が設置されている。第二処理ユニット３２と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１１８（図４参照）が設置されている。第三処理ユニット３３と負圧移載室１１との間にはゲートバルブ１５７（図５参照）が設置されている。
また、負圧移載室筐体１２における７枚の側壁のうちの２枚の側壁には、第一クーリングユニット３５と、第二クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されており、第一クーリングユニット３５および第二クーリングユニット３６はいずれも処理済みのウエハ２を冷却するように構成されている。
【００１９】
クラスタ装置１０はシーケンスフローを統括的に制御するコントローラ３７を備えている。本実施の形態に係るコントローラ３７は、後述するシーケンスを実行するように構成されている。
【００２０】
次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、図１に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。
【００２１】
図１に示されたウエハ投入ステップにおいては、クラスタ装置１０の載置台２５に供給されたポッド１のキャップが、キャップ着脱機構２６によって取り外され、ポッド１のウエハ出し入れ口が開放される。
ポッド１が開放されると、正圧移載室１６に設置された正圧移載装置１９はウエハ搬入搬出口を通してポッド１からウエハ２を１枚ずつピックアップし、搬入室１４に投入し、ウエハ２を搬入室用仮置き台に移載して行く。
この移載作業中には、搬入室１４の負圧移載室１１側はゲートバルブ１７Ｂによって閉じられており、負圧移載室１１内の圧力は、例えば、１００Ｐａに維持されている。
【００２２】
図１に示されたウエハローディングステップにおいては、搬入室１４の正圧移載室１６側がゲートバルブ１７Ａによって閉じられ、搬入室１４が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。搬入室１４内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって開かれる。
次に、負圧移載室１１の負圧移載装置１３は搬入室用仮置き台からウエハ２を１枚ずつピックアップして負圧移載室１１に搬入する。その後、搬入室１４の負圧移載室１１側がゲートバルブ１７Ｂによって閉じられる。
続いて、第一処理ユニット３１のゲートバルブ４４が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示された高誘電体膜形成ステップを実施する第一処理ユニット３１に搬送して、第一処理ユニット３１の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
なお、ウエハの第一処理ユニット３１への搬入に際しては、搬入室１４および負圧移載室１１が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハの第一処理ユニット３１への搬入に伴って第一処理ユニット３１の処理室に侵入することは確実に防止される。
【００２３】
本実施の形態においては、第一処理ユニット３１は、構造的には図３に示されているように、枚葉式ウォームウオール形基板処理装置として構成されており、機能的にはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）装置（以下、ＡＬＤ装置という。）４０として構成されている。
図３に示されているように、ＡＬＤ装置４０は処理室４１を形成する筐体４２を備えており、筐体４２には処理室４１の壁面を加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
筐体４２の負圧移載室１１との境にはウエハ搬入搬出口４３が開設されており、ウエハ搬入搬出口４３はゲートバルブ４４によって開閉されるように構成されている。
処理室４１の底面上には、昇降軸４６を昇降させる昇降駆動装置４５が設置されており、昇降軸４６の上端にはウエハ２を保持する保持具４７が水平に支持されている。
保持具４７にはウエハ２を加熱するヒータ４７ａが設けられている。
ウエハ搬入搬出口４３および処理室４１の底壁には、パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂがそれぞれ開設されており、両パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂにはパージガス供給ライン（図示せず）がそれぞれ接続されている。
筐体４２のウエハ搬入搬出口４３と反対側の部位には排気口４９が開設されており、排気口４９には排気装置５０に接続された排気ライン５１が接続されている。
【００２４】
筐体４２の天井壁には処理ガス供給口５２が処理室４１に連通するように開設されており、処理ガス供給口５２には第一処理ガス供給ライン５３Ａ、第二処理ガス供給ライン５３Ｂおよび酸化剤供給ライン９０が接続されている。
第一処理ガス供給ライン５３Ａには上流側止め弁５４Ａおよび下流側止め弁５５Ａを介して第一バブラ５６Ａが接続されている。第一バブラ５６Ａのバブリング管５７Ａはアルゴンガス供給源５９に接続されたアルゴンガス供給ライン５８に接続されている。
第一処理ガス供給ライン５３Ａの上流側止め弁５４Ａと下流側止め弁５５Ａとの間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁６０Ａを介して接続されている。第一処理ガス供給ライン５３Ａのアルゴンガス供給ライン５８の接続点と下流側止め弁５５Ａとの間には、ベントライン６１Ａの上流側端が接続されており、ベントライン６１Ａの下流側端は止め弁６２Ａを介して排気装置５０に接続された排気ライン５１に接続されている。
第二処理ガス供給ライン５３Ｂには上流側止め弁５４Ｂおよび下流側止め弁５５Ｂを介して第二バブラ５６Ｂが接続されている。第二バブラ５６Ｂのバブリング管５７Ｂはアルゴンガス供給源５９に接続されたアルゴンガス供給ライン５８に接続されている。
第二処理ガス供給ライン５３Ｂの上流側止め弁５４Ｂと下流側止め弁５５Ｂとの間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁６０Ｂを介して接続されている。第二処理ガス供給ライン５３Ｂのアルゴンガス供給ライン５８の接続点と下流側止め弁５５Ｂとの間には、ベントライン６１Ｂの上流側端が接続されており、ベントライン６１Ｂの下流側端は止め弁６２Ｂを介して排気装置５０に接続された排気ライン５１に接続されている。
酸化剤供給ライン９０にはオゾナイザ９１および止め弁９２を介して酸素ガス供給源９３が接続されている。酸化剤供給ライン９０の止め弁９２とオゾナイザ９１との間には、アルゴンガス供給ライン５８が止め弁９４を介して接続されている。
【００２５】
次に、図１に示された高誘電体膜形成ステップを、以上の構成に係るＡＬＤ装置４０を使用して高誘電体膜としてのハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜をＡＬＤ法によりウエハ２上に成膜する場合について説明する。
高誘電体膜としてのハフニウムシリケートを成膜する場合には、ハフニウム原子を含む原料として、例えば、Ｈｆ‐（ＭＭＰ）4 （Ｈｆ（ＯＣ（ＣＨ3 ）2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）4 ：テトラキス（１‐メトキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）‐ハフニウム）が使用され、シリコン原子を含む原料としては、例えば、Ｓｉ‐（ＭＭＰ）4 （Ｓｉ（ＯＣ（ＣＨ3 ）2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）4 ：テトラキス（１‐メトキシ‐２‐メチル‐２‐プロポキシ）‐シリコン）、が使用される。
これらの原料は、常温で液体であり、蒸気圧が高いので、例えば、バブリングで気化して得た原料ガスを用いる。
また、酸化剤としては、例えばオゾン（Ｏ3 ）が使用される。
本実施の形態に係るＡＬＤ装置４０においては、ハフニウム液体原料を気化するのに第一バブラ５６Ａが使用される。この第一バブラ５６Ａのバブリングに使用されるアルゴンガスの流量は、０．５〜１ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）である。
また、シリコン液体原料を気化するのに、第二バブラ５６Ｂが使用される。この第二バブラ５６Ｂのバブリングに使用されるアルゴンガスの流量も、０．５〜１ＳＬＭである。
【００２６】
ゲートバルブ４４が開かれ、ハフニウムシリケート膜を形成すべきウエハ２が、第一処理ユニット３１であるＡＬＤ装置４０の処理室４１に搬入されて保持具４７上に載置される。すると、図３に示されているように、ウエハ搬入搬出口４３はゲートバルブ４４によって閉じられる。
ゲートバルブ４４が閉じられると、処理室４１内は所定の圧力となるように、排気装置５０によって排気される。
また、ウエハ２は保持具４７に内蔵されたヒータ４７ａによって１５０〜５００℃の範囲内の所定の温度に加熱される。
ウエハ２が搬入された時点では、止め弁５４Ａ、５５Ａ、５４Ｂ、５５Ｂはそれぞれ閉状態で、止め弁６０Ａ、６２Ａ、６０Ｂ、６２Ｂは開状態である。
ここで、原料を供給する準備のために、止め弁６０Ａ、５５Ａ、６０Ｂ、５５Ｂが閉じられるとともに、止め弁５４Ａ、６２Ａ、５４Ｂ、６２Ｂが開かれることにより、気化したハフニウム原料およびシリコン原料が第一処理ガス供給ライン５３Ａおよび第二処理ガス供給ライン５３Ｂにそれぞれ詰められる。
また、処理室４１内にはパージガスとしてのアルゴンガスが、パージガス供給口４８Ａ、４８Ｂから０．１〜１．５ＳＬＭ流される。
また、処理室４１内の圧力は、１０〜１００Ｐａに調圧される。
【００２７】
ウエハ２の温度が安定した後に、次のステップ（１）〜（６）を１サイクルとして、ハフニウムシリケート膜が目標の膜厚になるまで、このサイクルが繰り返される。
（１）ウエハ２の温度が安定した後に、第一原料供給ステップとして、止め弁６２Ａが閉じられるとともに、止め弁５５Ａが開かれる。そのままの状態が０．５〜５秒間保持され、気化したハフニウム原料が処理室４１に供給される。これにより、ハフニウム原料はウエハ２の表面上に吸着する。
（２）次に、第一原料排気ステップとして、止め弁５４Ａが閉じられるとともに、止め弁６０Ａが開かれる。そのままの状態が０．５〜１０秒間保持され、第一処理ガス供給ライン５３Ａと処理室４１内とが排気される。続いて、止め弁６０Ａ、５５Ａが閉じられ、止め弁５４Ａ、６２Ａが開かれて、第一処理ガス供給ライン５３Ａに気化したハフニウム原料が詰められる。
（３）第一処理ガス供給ライン５３Ａへの気化したハフニウム原料の充填と同時に、第二原料供給ステップとして、止め弁６２Ｂが閉じられるとともに、止め弁５５Ｂが開かれる。そのままの状態が０．５〜５秒間保持されて、気化したシリコン原料が処理室４１に供給される。
これにより、シリコン原料はウエハ２の表面上に吸着する。すなわち、ウエハ２上にはハフニウム原料とシリコン原料の両方が吸着した状態となる。
（４）引き続いて、第二原料排気ステップとして、止め弁５４Ｂが閉じられるとともに、止め弁６０Ｂが開かれる。そのままの状態が０．５〜１０秒間保持されて、第二処理ガス供給ライン５３Ｂおよび処理室４１内が排気される。続いて、止め弁６０Ｂ、５５Ｂが閉じられ、止め弁５４Ｂ、６２Ｂが開かれて第二処理ガス供給ライン５３Ｂに気化したシリコン原料が詰められる。
（５）次に、第二処理ガス供給ライン５３Ｂへの気化したシリコン原料の充填と同時に酸化ステップとして、止め弁９２が開かれる。止め弁９２が開かれることで酸素ガス供給源９３から酸素ガスがオゾナイザ９１に供給され、オゾナイザ９１にて酸化剤としてのオゾンガスが生成される。そのままの状態が０．５〜１５秒間保持されることで、オゾンガスが処理室４１に供給される。
これにより、ステップ（１）（３）でウエハ２の表面上に吸着したハフニウム原料およびシリコン原料とオゾンとが反応して、ウエハ２の表面上に１オングストローム（Å）程度の膜厚のハフニウムシリケート膜が形成されることとなる。
（６）引き続いて、酸化剤の排気ステップとして止め弁９２が閉じられるとともに、止め弁９４が開かれる。そのままの状態が０．５〜１５秒間保持されて、酸化剤供給ライン９０および処理室４１内が排気される。
通常、ＡＬＤ法により成膜する場合には、１サイクルで１Å程度成膜されることから、２０〜３０Åの目標膜厚を得るには、２０〜３０サイクルが必要であり、１サイクルが５〜１０秒とすると、ハフニウムシリケート膜の成膜には２〜６分かかることになる。
【００２８】
以上のようにしてハフニウムシリケート膜の形成が終了すると、ゲートバルブ４４が開かれ、成膜済みのウエハ２は負圧移載装置１３によって第一処理ユニット３１から負圧に維持された負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
続いて、ゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれて、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたアニールステップを実施する第二処理ユニット３２に搬送して、第二処理ユニット３２の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
【００２９】
本実施の形態においては、アニールステップを実施する第二処理ユニット３２には、図４に示されたＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置１１０が使用されている。
図４に示されているように、ＲＴＰ装置１１０はウエハ２を処理する処理室１１１を形成した筐体１１２を備えており、筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成された容器１１３と、容器１１３の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート１１４と、容器１１３の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート１１５とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。
容器１１３の側壁の一部には排気口１１６が処理室１１１の内外を連通するように開設されており、排気口１１６には処理室１１１を大気圧未満（以下、負圧という。）に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されている。
容器１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウエハ２を処理室１１１に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウエハ搬入搬出口１１７はゲートバルブ１１８によって開閉されるようになっている。
【００３０】
ボトムプレート１１５の下面の中心線上には昇降駆動装置１１９が設置されており、昇降駆動装置１１９はボトムプレート１１５に挿通されてボトムプレート１１５に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸１２０を昇降させるように構成されている。
昇降軸１２０の上端には昇降板１２１が水平に固定されており、昇降板１２１の上面には複数本（通常は３本または４本）のリフタピン１２２が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン１２２は昇降板１２１の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ２を下から水平に支持して昇降させるようになっている。
【００３１】
ボトムプレート１１５の上面における昇降軸１２０の外側には支持筒１２３が突設されており、支持筒１２３の上端面の上には冷却プレート１２４が水平に架設されている。
冷却プレート１２４の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されている。第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６は第一支柱１２７および第二支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。
第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６の電力供給電線１２９はボトムプレート１１５を挿通して外部に引き出されている。
【００３２】
処理室１１１にはタレット１３１が処理室１１１と同心円に配置されている。タレット１３１は内歯平歯車１３３の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車１３３はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３２によって水平に支承されている。内歯平歯車１３３には原動側平歯車１３４が噛合されており、原動側平歯車１３４はボトムプレート１１５に介設されたベアリング１３５によって水平に支承され、ボトムプレート１１５の下に設置されたサセプタ回転装置１３６によって回転駆動されるようになっている。
タレット１３１の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム１３７が水平に架設されており、アウタプラットホーム１３７の内側にはインナプラットホーム１３８が水平に架設されている。
インナプラットホーム１３８の内周の下端部にはサセプタ１４０が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部１３９に係合されて保持されている。サセプタ１４０の各リフタピン１２２に対向する位置には挿通孔１４１がそれぞれ開設されている。
【００３３】
トッププレート１１４にはアニールガス供給管１４２および不活性ガス供給管１４３が処理室１１１に連通するようにそれぞれ接続されている。
また、トッププレート１１４には放射温度計のプローブ１４４が複数本、互いに半径方向にウエハ２の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ２の上面と対向するように挿入されている。放射温度計は複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。
トッププレート１１４の他の場所にはウエハ２の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置１４５が設置されている。放射率測定装置１４５はレファレンスプローブ１４６を備えており、レファレンスプローブ１４６はレファレンスプローブ用モータ１４７によって垂直面内で回転されるようになっている。
レファレンスプローブ１４６の上側には参照光を照射するレファレンスランプ１４８がレファレンスプローブ１４６の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ１４６は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ２からの光子密度とレファレンスランプ１４８からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。
【００３４】
次に、図１に示されたアニールステップを、以上の構成に係るＲＴＰ装置を使用してハフニウムシリケート膜にアニールを施す場合について説明する。
【００３５】
ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウエハ２は、第二処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１に負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１１７から搬入され、複数本のリフタピン１２２の上端間に移載される。
ウエハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載装置１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口１１７がゲートバルブ１１８によって閉じられる。
また、昇降軸１２０が昇降駆動装置１１９によって下降されることにより、リフタピン１２２の上のウエハ２がサセプタ１４０の上に受け渡される。
処理室１１１が気密に閉じられた状態で、処理室１１１内は１０〜１００００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように排気口１１６を通じて排気される。
【００３６】
ウエハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウエハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が内歯平歯車１３３および原動側平歯車１３４を介してサセプタ回転装置１３６によって回転される。
サセプタ１４０に保持されたウエハ２はサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、６００〜１０００℃の範囲内の所定の温度となるように第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって加熱される。
この回転および加熱中に、窒素ガスやアンモニアガス等の窒素原子を含むガスまたは酸素ガス等の酸素原子を含むガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。
サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転されながら、サセプタ１４０の上に保持されたウエハ２は第一加熱ランプ群１２５および第二加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウエハ２上のハフニウムシリケート膜は全面にわたって均一にアニールされる。
このアニールの処理時間は、５〜１２０秒間である。
【００３７】
ＲＴＰ装置１１０において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室１１１が排気口１１６によって所定の負圧となるように排気された後に、ゲートバルブ１１８が開かれ、アニールが施されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１１１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
続いて、ゲートバルブ１１８が閉じられた後に、ゲートバルブ１５７が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示されたプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップを同一の処理室で実施する第三処理ユニット３３に搬送して、第三処理ユニット３３の処理室へ搬入（ウエハローディング）する。
【００３８】
本実施の形態においては、第三処理ユニット３３には図５に示された枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）１５０が使用されている。
図５に示されているように、枚葉式ＣＶＤ装置１５０はウエハ２を処理する処理室１５１を形成した筐体１５２を備えており、筐体１５２は下側容器１５３と上側容器１５４とボトムキャップ１５５とが組み合わされて、上下端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
筐体１５２の下側容器１５３の円筒壁における中間部にはゲートバルブ１５７によって開閉されるウエハ搬入搬出口１５６が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口１５６はウエハ２を処理室１５１に負圧移載装置１３によって搬入搬出し得るように形成されている。
下側容器１５３の上端部には排気バッファ空間１５８が環状に形成されており、排気バッファ空間１５８の上には円形リング形状に形成されたカバープレート１５９が被せられている。カバープレート１５９の内周縁辺部はウエハ２の外周縁辺部を被覆するように構成されている。
【００３９】
筐体１５２は複数本の支柱１６１によって水平に支持されている。各支柱１６１には各昇降ブロック１６２がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック１６２間には昇降台１６３が架設されている。昇降台１６３はエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置１６０によって昇降されるように構成されている。
筐体１５２のボトムキャップ１５５の中心には円形の挿通孔が開設されており、挿通孔には円筒形状に形成された支持軸１６４が処理室１５１に下方から同心円に挿通されている。支持軸１６４は昇降台１６３に支持されて昇降されるようになっている。
支持軸１６４の上端にはウエハ２を加熱するためのヒータ１６５ａを支持する加熱ユニット１６５が、同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット１６５は支持軸１６４によって昇降されるようになっている。
【００４０】
昇降台１６３の上にはブラシレスＤＣモータが使用されたサセプタ回転装置１６７が設置されている。筐体１５２とサセプタ回転装置１６７との間にはベローズ１６６が内側空間を気密封止するように介設されている。サセプタ回転装置１６７の回転軸１６８は中空軸に形成されており、支持軸１６４は回転軸１６８の内側で同心円に配置されている。
回転軸１６８はサセプタ回転装置１６７を介して昇降台１６３によって支持されることにより、支持軸１６４と共に昇降するようになっている。
回転軸１６８の上端には回転ドラム１６９が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム１６９は回転軸１６８によって回転されるようになっている。
回転ドラム１６９の上端には、サセプタ１７０が上端開口を閉塞するように被せられている。
また、回転ドラム１６９にはウエハ昇降装置１７１が設置されており、ウエハ昇降装置１７１はウエハ２をサセプタ１７０の下から垂直に突き上げてサセプタ１７０の上面から浮かせるように構成されている。
【００４１】
下側容器１５３の上端部であってウエハ搬入搬出口１５６に対向する側壁には、処理室１５１を排気する排気口１７２が排気バッファ空間１５８に連通するように開設されている。排気口１７２には排気ライン（図示せず）の一端が接続されており、排気ラインの他端は真空ポンプや開閉弁および可変流量制御弁等からなる排気装置（図示せず）に接続されている。
【００４２】
筐体１５２の上側容器１５４には、ガス供給手段としてのガスヘッド１７３が一体的に組み込まれている。
ガスヘッド１７３は上側容器１５４と下側容器１５３との合わせ面に挟持された吹出プレート１７４を備えており、吹出プレート１７４には複数個の吹出口１７５が、全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
吹出プレート１７４の上面と上側容器１５４の下面および内周面とが画成する内側空間は、ガス溜め１７６を形成している。
【００４３】
上側容器１５４にはガス導入管１７７の下流側端部がガス溜め１７６に連通するように挿入されており、ガス導入管１７７の上流側端には成膜ガス供給ライン１８１の下流側端が接続されている。成膜ガス供給ライン１８１の上流側端は止め弁１８２およびマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）１８３を介して成膜ガス供給装置１８４に接続されている。
また、ガス導入管１７７の上流側端にはドーパントガス供給ライン１８５の下流側端が接続されている。ドーパントガス供給ライン１８５の上流側端は止め弁１８６およびＭＦＣ１８７を介してドーパントガス供給装置１８８に接続されている。
【００４４】
上側容器１５４のガス導入管１７７と異なる位置にはプラズマ導入管１９０の下流側端部がガス溜め１７６に連通するように挿入されており、プラズマ導入管１９０の上流側端にはプラズマユニット１９１が接続されている。プラズマユニット１９１はプラズマを発生して、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入するようになっている。
プラズマユニット１９１にはクリーニングガス供給ライン１９２の下流側端が接続されている。クリーニングガス供給ライン１９２の上流側端は止め弁１９３およびＭＦＣ１９４を介してクリーニングガス供給装置１９５に接続されている。
プラズマユニット１９１には窒化ガス供給ライン１９６の下流側端が接続されている。窒化ガス供給ライン１９６の上流側端は止め弁１９７およびＭＦＣ１９８を介して窒化ガス供給装置１９９に接続されている。
【００４５】
成膜ガス供給ライン１８１の止め弁１８２およびＭＦＣ１８３、ドーパントガス供給ライン１８５の止め弁１８６およびＭＦＣ１８７、クリーニングガス供給ライン１９２の止め弁１９３およびＭＦＣ１９４、窒化ガス供給ライン１９６の止め弁１９７およびＭＦＣ１９８は、電気配線（図示せず）を介してコントローラ３７（図２参照）に接続されており、コントローラ３７によって後述するように制御されるべく構成されている。
【００４６】
次に、アニール済みのハフニウムシリケート膜に図１に示されたプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップを、以上の構成に係る枚葉式ＣＶＤ装置を使用して同一の処理室にて実施する場合について説明する。
【００４７】
ゲートバルブ１５７が開かれると、成膜すべきウエハ２は第三処理ユニット３３である枚葉式ＣＶＤ装置１５０の処理室１５１に、負圧移載装置１３によってウエハ搬入搬出口１５６から搬入され、ウエハ昇降装置１７１の突上ピンの上に移載される。
負圧移載装置１３が処理室１５１から退出すると、ウエハ搬入搬出口１５６はゲートバルブ１５７によって閉じられる。
ゲートバルブ１５７が閉じられると、図５によって参照されるように、処理室１５１に対して回転ドラム１６９および加熱ユニット１６５が、昇降駆動装置による回転軸１６８および支持軸１６４の上昇作動によって上昇される。所定のストロークだけ上昇すると、ウエハ２はサセプタ１７０の上に移載された状態になる。
【００４８】
ウエハ２がサセプタ１７０の上に移載されると、回転ドラム１６９が回転軸１６８によって回転される。
処理室１５１内が排気口１７２を通して排気装置によって排気され、処理室１５１内の圧力は０．５〜２００Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように制御される。
また、サセプタ１７０に保持されたウエハ２は室温〜９５０℃の範囲内で所定のプラズマ窒化処理温度に、加熱ユニット１６５によって加熱される。
【００４９】
次いで、０．１〜２ＳＬＭの流量の窒素（Ｎ2 ）ガスやアンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の窒素原子を含むガスが窒化ガス２０１として、図５に示されているように、プラズマユニット１９１に窒化ガス供給装置１９９から窒化ガス供給ライン１９６の止め弁１９７およびＭＦＣ１９８を介して供給される。
プラズマユニット１９１に供給された窒化ガス２０１はプラズマユニット１９１に生成されたプラズマによって活性化されて、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入され、吹出プレート１７４の複数個の吹出口１７５から処理室１５１にシャワー状に吹き出される。
この活性化された窒化ガス２０１により、ウエハ２の表面にプラズマ窒化処理が施され、ウエハ２上のハフニウムシリケート膜に窒素が添加され、ハフニウムシリケート膜は窒化ハフニウムシリケート膜となる。
【００５０】
プラズマ窒化ステップにおいて予め設定された処理時間が経過すると、処理室１５１内は排気口１７２を通じて排気装置によって排気され、処理室１５１内の残留ガスが除去される。
【００５１】
処理室１５１内の残留ガスが除去されると、電極膜を形成するステップである図１に示されたゲート電極形成ステップが同一の処理室である処理室１５１において連続して実施される。
【００５２】
ウエハ２の温度や処理室１５１内の圧力および回転ドラム１６９の回転作動が安定した時点で、成膜ガスがガス導入管１７７に導入される。
ガス導入管１７７に導入された成膜ガスはガス溜め１７６において拡散し、複数の吹出口１７５からウエハ２に向かってシャワー状に全面にわたって均等に吹き出す。
吹出口１７５群からシャワー状に吹き出した成膜ガスはサセプタ１７０の上のウエハ２に全面にわたって均一に接触した後に、排気バッファ空間１５８を通って排気口１７２に吸い込まれて排気されて行く。
成膜ガスのウエハ２への接触によって、ウエハ２上の窒化ハフニウムシリケート膜の上にはゲート電極を形成するためのＣＶＤ膜が堆積する。
【００５３】
ここで、ゲート電極を形成するための電極膜であるＣＶＤ膜として、燐（Ｐ）をドープしたドープドポリシリコン（Ｄ−Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜を形成する場合の処理条件の一例を示すと、次の通りである。
成膜ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）やジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）が使用され、その流量は、０．１〜１ＳＬＭである。
図６に示されているように、この成膜ガス２０２は成膜ガス供給ライン１８１の止め弁１８２およびＭＦＣ１８３を介して成膜ガス供給装置１８４からガス導入管１７７に供給される。
燐（Ｐ）ドープのためのドーパントガスとしては、ホフスィン（ＰＨ3 ）が使用され、その流量は、０．１〜５ＳＬＭである。
図６に示されているように、ドーパントガス２０３はドーパントガス供給ライン１８５の止め弁１８６およびＭＦＣ１８７を介してドーパントガス供給装置１８８からガス導入管１７７に供給され、成膜ガス２０２に混合される。
ウエハの温度は５４０〜７００℃の範囲内の所定の温度である。
処理室内の圧力は１０００〜５００００Ｐａの範囲内の所定の圧力である。
【００５４】
ゲート電極形成ステップについて予め設定された所定の処理時間が経過すると、成膜ガス２０２およびドーパントガス２０３の供給が停止される。
続いて、処理室１５１に残留した成膜ガス２０２およびドーパントガス２０３が排気装置による排気によって除去される。
その後に、ゲートバルブ１５７が開かれて、ゲート電極のためのＣＶＤ膜が形成されたウエハ２は、負圧移載装置１３によって搬入時と逆の手順で処理室１５１から負圧移載室１１に搬出（ウエハアンローディング）される。
搬出後に、ゲートバルブ１５７は閉じられる。
【００５５】
なお、高誘電体膜形成ステップ、アニールステップおよびゲート電極形成ステップ実施後のウエハは、第一クーリングユニット３５または第二クーリングユニット３６が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。
【００５６】
クラスタ装置１０でのゲート電極形成ステップ後の図１に示されたウエハアンローディングステップにおいては、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を負圧移載室１１から搬出室１５へ搬送し、搬出室１５の搬出室用仮置き台の上に移載する。
この際には、事前に、搬出室１５の正圧移載室１６側がゲートバルブ１８Ａによって閉じられ、搬出室１５が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
搬出室１５が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室１５の負圧移載室１１側がゲートバルブ１８Ｂによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われる。
ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。
【００５７】
なお、ゲート電極形成ステップ実施済みのウエハ２についてのクラスタ装置１０における第三処理ユニット３３から負圧移載室１１を介して行なわれる搬出室１５へのアンローディング作業は、いずれも真空下に維持された第三処理ユニット３３、負圧移載室１１および搬出室１５において実施されるために、第三処理ユニット３３から搬出室１５へのウエハ２のアンローディング作業に際して、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、異物等が付着したりするのは防止される。
ちなみに、搬入室１４から第一処理ユニット３１へ、第一処理ユニット３１から第二処理ユニット３２へ、第二処理ユニット３２から第三処理ユニット３３へ、ウエハをそれぞれ搬送する場合においても、搬送作業はいずれも真空下に維持された状態で実施されるために、ウエハ２に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、異物等が付着したりするのは防止される。
【００５８】
以上の作動が繰り返されることにより、搬入室１４に一括して搬入された２５枚のウエハ２について、第一処理ユニット３１による高誘電極体膜形成ステップ、第二処理ユニット３２によるアニールステップ、第三処理ユニット３３によるプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップが順次に実施されて行く。
なお、先に処理されているウエハ２が第一処理ユニット３１での処理を終了し、第二処理ユニット３２に搬入され後に、次のウエハ２を第一処理ユニット３１に搬送し、処理することが可能である。
つまり、一連の処理順序の中で、それぞれの処理ユニットが空き状態になったら、次のウエハ２を搬入して、並列で複数のウエハを処理することが可能である。
２５枚のウエハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウエハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。
【００５９】
図１に示されたウエハ排出ステップにおいては、負圧に維持された搬出室１５内に窒素ガスが供給され、搬出室１５内が大気圧となった後に、搬出室１５の正圧移載室１６側が、ゲートバルブ１８Ａによって開かれる。
次いで、載置台２５に載置された空のポッド１のキャップが、ポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によって開かれる。
続いて、正圧移載室１６の正圧移載装置１９は搬出室１５からウエハ２をピックアップして正圧移載室１６に搬出し、正圧移載室１６のウエハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納（チャージング）して行く。
処理済みの２５枚のウエハ２のポッド１への収納が完了すると、ポッド１のキャップがポッドオープナ２４のキャップ着脱機構２６によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド１が閉じられる。
【００６０】
ところで、前述したプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップが実施される枚葉式ＣＶＤ装置１５０においては、ＣＶＤ膜や反応生成物が処理室１５１の内面やサセプタ１７０やカバープレート１５９や吹出プレート１７４や回転ドラム１６９等に付着して堆積する。
この堆積物の膜厚がある厚さに達すると、剥離してパーティクルとなり、ＣＶＤ膜の品質および信頼性を低下させるために、処理室１５１内を定期または不定期にセルフクリーニングすることが望ましい。
【００６１】
本実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置１５０においては、プラズマユニット１９１に接続されたクリーニングガス供給ライン１９２を使用することにより、処理室１５１内のセルフクリーニングが実施される。
すなわち、定期または不定期のセルフクリーニングステップの実施に際しては、図７に示されているように、処理室１５１内にウエハ２が搬入されていない状態で、三弗化窒素（ＮＦ3 ）ガス等の弗素原子を含むガスがクリーニングガス２０４として、プラズマユニット１９１にクリーニングガス供給装置１９５からクリーニングガス供給ライン１９２の止め弁１９３およびＭＦＣ１９４を介して供給される。
プラズマユニット１９１に供給されたクリーニングガス２０４は、このプラズマユニット１９１に生成されたプラズマによって活性化されて、プラズマ導入管１９０を通じてガス溜め１７６に導入され、吹出プレート１７４の複数個の吹出口１７５から処理室１５１にシャワー状に吹き出される。
この活性化されたクリーニングガス２０４により、堆積物がエッチングされて除去されるので、処理室１５１の内面やサセプタ１７０やカバープレート１５９や吹出プレート１７４や回転ドラム１６９等がセルフクリーニングされることになる。
【００６２】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００６３】
1) ゲート電極形成ステップを行う枚葉式ＣＶＤ装置に備えられクリーニングの際に用いられるプラズマユニットによるプラズマを利用して同一の処理室内でプラズマ窒化ステップととを実施することにより、高誘電極体膜形成ステップ、アニールステップ、プラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップの四つのステップを第一処理ユニット、第二処理ユニットおよび第三処理ユニットの三つのユニットによって実施することができるので、クラスタ装置のスペースやコストを低減することができ、ひいてはＩＣの製造方法のコストを低減することができる。
【００６４】
2) プラズマ窒化ステップ（高誘電率膜の改質処理）とゲート電極形成ステップ（ゲート電極形成処理）の処理条件を最適化することにより、処理温度を変えることなく同一の処理室において連続して実施することができるので、ゲートスタック形成工程ひいてはＩＣの製造方法のスループットを向上させることができる。
【００６５】
3) プラズマユニットに接続されたクリーニングガス供給ラインを使用して枚葉式ＣＶＤ装置の処理室内をセルフクリーニングすることにより、処理室の内面やサセプタやカバープレートや吹出プレートや回転ドラム等にプラズマ窒化ステップおよびゲート電極形成ステップの実施によって堆積した堆積物を除去することができるので、当該堆積物を起因とするＣＶＤ膜の品質および信頼性の低下を未然に防止することができるとともに、枚葉式ＣＶＤ装置を休止させて実施されるウエットエッチングによる所謂フルクリーニングの頻度を抑制することができ、枚葉式ＣＶＤ装置ひいてはクラスタ装置の生産性を向上させることができる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の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において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００６７】
前記実施の形態においては、ゲート電極としてドープドポリシリコン膜を形成する場合ついて説明したが、本発明はゲート電極としてメタルゲート電極（以下、メタル電極という。）を形成する場合にも、適用することができる。
なお、メタル電極の形成材料としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴａＣ、ＴｉＳｉ、Ｒｕ、ＳｉＧｅ等がある。
【００６８】
前記実施の形態においては、ＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程について説明したが、プラズマ窒化ステップと電極膜形成ステップとが必要なメモリのキャパシタ形成工程等にも適用することができる。
なお、キャパシタ上部電極の形成材料としては、例えば、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2 、ＳＲＯ（Ｓｒx Ｒｕy Ｏ3 ）、Ｉｒ、Ｐｔ等がある。
電極形成ステップに使用する電極形成用ガスは、所望の電極形成材料に応じて、適宜に選定されることになる。
【００６９】
高誘電体膜の形成材料としては、窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）を使用するに限らない。
ゲート絶縁膜を形成するための高誘電体膜の形成材料としては、例えば、ＺｒＳｉＯＮ、ＨｆＯＮ、ＺｒＯＮ、ＨｆＡｌＯＮ、ＺｒＡｌＯＮ等がある。
【００７０】
被処理基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置の製造工程におけるガラス基板や液晶パネル等の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態ＩＣの製造方法におけるＭＯＳＦＥＴのゲートスタック形成工程の実施に使用されるクラスタ装置を示す平面断面図である。
【図３】枚葉式ＡＬＤ装置を示す正面断面図である。
【図４】ＲＴＰ装置を示す正面断面図である。
【図５】枚葉式ＣＶＤ装置を示す一部省略一部切断正面図であり、プラズマ窒化ステップを示している。
【図６】ゲート電極形成ステップを示す枚葉式ＣＶＤ装置の一部省略一部切断正面図である。
【図７】セルフクリーニングステップを示す枚葉式ＣＶＤ装置の一部省略一部切断正面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ポッド、２…ウエハ（被処理基板）、１０…クラスタ装置（基板処理装置）、１１…負圧移載室（基板移載室）、１２…負圧移載室筐体、１３…負圧移載装置（ウエハ移載装置）、１４…搬入室（搬入用予備室）、１５…搬出室（搬出用予備室）、１６…正圧移載室（ウエハ移載室）、１７Ａ、１７Ｂ…ゲートバルブ、１８Ａ、１８Ｂ…ゲートバルブ、１９…正圧移載装置（ウエハ移載装置）、２０…ノッチ合わせ装置、２１、２２、２３…ウエハ搬入搬出口、２４…ポッドオープナ、２５…載置台、２６…キャップ着脱機構、３１…第一処理ユニット、３２…第二処理ユニット、３３…第三処理ユニット、３５…第一クーリングユニット、３６…第二クーリングユニット、３７…コントローラ。
４０…ＡＬＤ装置、４１…処理室、４２…筐体、４３…ウエハ搬入搬出口、４４…ゲートバルブ、４５…昇降駆動装置、４６…昇降軸、４７…保持具、４７ａ…ヒータ、４８Ａ、４８Ｂ…パージガス供給口、４９…排気口、５０…排気装置、５１…排気ライン、５２…処理ガス供給口、５３Ａ…第一処理ガス供給ライン、５４Ａ…上流側止め弁、５５Ａ…下流側止め弁、５６Ａ…第一バブラ、５７Ａ…バブリング管、５８…アルゴンガス供給ライン、５９…アルゴンガス供給源、６０Ａ…止め弁、６１Ａ…ベントライン、６２Ａ…止め弁、５３Ｂ…第二処理ガス供給ライン、５４Ｂ…上流側止め弁、５５Ｂ…下流側止め弁、５６Ｂ…第二バブラ、５７Ｂ…バブリング管、６０Ｂ…止め弁、６１Ｂ…ベントライン、６２Ｂ…止め弁。
９０…酸化剤供給ライン、９１…オゾナイザ、９２…止め弁、９３…酸素ガス供給源、９４…止め弁。
１１０…ＲＴＰ装置、１１１…処理室、１１２…筐体、１１３…容器、１１４…トッププレート、１１５…ボトムプレート、１１６…排気口、１１７…ウエハ搬入搬出口、１１８…ゲートバルブ、１１９…昇降駆動装置、１２０…昇降軸、１２１…昇降板、１２２…リフタピン、１２３…支持筒、１２４…冷却プレート、１２５…第一加熱ランプ群、１２６…第二加熱ランプ群、１２７…第一支柱、１２８…第二支柱、１２９…電力供給電線、１３１…タレット、１３２…ベアリング、１３３…内歯平歯車、１３４…原動側平歯車、１３５…ベアリング、１３６…サセプタ回転装置、１３７…アウタプラットホーム、１３８…インナプラットホーム、１３９…係合部、１４０…サセプタ、１４１…挿通孔、１４２…アニールガス供給管、１４３…不活性ガス供給管、１４４…プローブ、１４５…放射率測定装置、１４６…レファレンスプローブ、１４７…レファレンスプローブ用モータ、１４８…レファレンスランプ。
１５０…枚葉式ＣＶＤ装置、１５１…処理室、１５２…筐体、１５３…下側容器、１５４…上側容器、１５５…ボトムキャップ、１５６…ウエハ搬入搬出口、１５７…ゲートバルブ、１５８…排気バッファ空間、１５９…カバープレート、１６１…支柱、１６２…昇降ブロック、１６３…昇降台、１６４…支持軸、１６５…加熱ユニット、１６５ａ…ヒータ、１６６…ベローズ、１６７…サセプタ回転装置、１６８…回転軸、１６９…回転ドラム、１７０…サセプタ、１７１…ウエハ昇降装置、１７２…排気口、１７３…ガスヘッド、１７４…吹出プレート、１７５…吹出口、１７６…ガス溜め、１７７…ガス導入管、１８１…成膜ガス供給ライン、１８２…止め弁、１８３…ＭＦＣ、１８４…成膜ガス供給装置、１８５…ドーパントガス供給ライン、１８６…止め弁、１８７…ＭＦＣ、１８８…ドーパントガス供給装置、１９０…プラズマ導入管、１９１…プラズマユニット、１９２…クリーニングガス供給ライン、１９３…止め弁、１９４…ＭＦＣ、１９５…クリーニングガス供給装置、１９６…窒化ガス供給ライン、１９７…止め弁、１９８…ＭＦＣ、１９９…窒化ガス供給装置、２０１…窒化ガス、２０２…成膜ガス、２０３…ドーパントガス、２０４…クリーニングガス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、
前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、
前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、
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１】
高誘電率膜が形成された基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室に接続されたプラズマユニットによるプラズマによって活性化した窒素原子を含むガスを前記処理室内に供給して前記高誘電率膜に対してプラズマ窒化処理を施すステップと、
前記処理室内に成膜ガスを供給して前記プラズマ窒化処理後の高誘電率膜上に電極膜を形成するステップと、
前記電極膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
前記プラズマユニットによるプラズマによって活性化したクリーニングガスを前記処理室内に供給して前記処理室内をクリーニングするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４４０８８（Ｐ２００９−４４０８８Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１０１６５（Ｐ２００７−２１０１６５）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【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２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【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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