半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
【課題】テストサンプルを定期的にチェックする必要なしに、ＩｒＯｘ膜の酸化度を制御する。
【解決手段】上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する。
【解決手段】上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体材料を用いた不揮発性半導体メモリ回路（ＦｅＲＡＭ：Ferroelectric Random
Access Memory）の強誘電体キャパシタの上部電極は、酸化度が異なる２種類のＩｒＯｘ膜が積層構造となって形成されている。半導体ウエハー（以下、単にウエハーという）に対するＩｒＯｘ膜の形成は、成膜チャンバー内に、ＡｒガスとＯ2ガス（酸素ガス）との
混合ガスを導入し、Ｉｒターゲットを用いて、反応性スパッタにより行われている。上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度は、強誘電体キャパシタの特性に対して影響が大きい。そのため、上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度の制御は、重要である。
【特許文献１】特開２００６−７３６４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３９６９９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２２１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度を制御する場合、ＩｒＯｘ膜が成膜された後のテストサンプル（テストピース）を定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の酸化度を確認する方法がある。ＩｒＯｘ膜が成膜された後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の酸化度を確認する場合、テストサンプルのチェックを行う工程が必要となる。また、テストサンプル自体を用意する必要がある。本発明は、テストサンプルを定期的にチェックする必要なしに、ＩｒＯｘ膜の酸化度を制御する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の半導体製造装置は、上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する。
【０００５】
本発明の半導体製造装置によれば、酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように成膜チャンバーに対する酸素ガスの導入流量を変更する。そして、成膜チャンバーに対する酸素ガスの導入流量を変更することで、成膜チャンバー内の混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を所定値の範囲内となるように制御する。このような制御により、所望のキャパシタ特性を備えた強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造することが可能となる。また、本発明は、コンピュータその他の装置、機械等が上記いずれかの処理を実行する方法であってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、テストサンプルを定期的にチェックする必要なしに、ＩｒＯｘ膜の酸化度を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。
【０００８】
強誘電体キャパシタは、下部電極、誘電体、上部電極により構成されている。下部電極は、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）膜とＰｔ膜の積層構造となっている。誘電体は、例えば強誘電体であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）によって形成されている。上部電極は、例えばＩｒＯｘ（酸化イリジウム）膜によって形成される。
【０００９】
図１に示すように、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２に設置されたウエハー（半導体基板）３にＩｒＯｘ膜を形成する場合、成膜チャンバー１にＡｒガスとＯ2ガスと
の混合ガスを導入する。そして、バッキングプレート４に設置されたＩｒターゲット５を陰極としてプラズマ励起させ、アルゴンイオン（Ａｒ+）を生成する。アルゴンイオン（
Ａｒ+）がＩｒターゲット５に衝突することによりＩｒ原子が弾き出され、対向して設置
されたウエハー３にＩｒＯｘ膜が成膜される。なお、成膜チャンバー１内には、成膜チャンバー１の内壁とウエハー３との間にシールド（防着版）６が設けられている。
【００１０】
ＩｒＯｘ膜の酸化度は、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗と相関関係がある。ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加すると、ＩｒＯｘ膜の反射率が減少する傾向にある。ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加すると、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗が増加する傾向にある。したがって、ＩｒＯｘ膜の反射率を測定することにより、ＩｒＯｘ膜の酸化度を間接的に認識することができる。また、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定することにより、ＩｒＯｘ膜の酸化度を間接的に認識することができる。
【００１１】
図２は、スイッチング分極量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示している。図２の縦軸は、スイッチング分極量（クーロン／ｃｍ2）であり、図２の横軸は、ＩｒＯｘ膜の反射
率（％）である。図２では、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合について、スイッチング分極量をそれぞれ測定している。また、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合のそれぞれについて、スイッチング分極量を同じ回数測定している。
【００１２】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％の場合、スイッチング分極量は、２．４Ｅ−０５（２．４×１０-5）〜２．６Ｅ−０５（２．６×１０-5）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％の場合、スイッチング分極量は、１．８Ｅ−０５（１．８×１０-5）〜２．２Ｅ−０５（２．２×１０-5）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２７％の場合、スイッチング分極量は、１．６Ｅ−０５（１．６×１０-5）〜１．８Ｅ−０５（１．８×１０-5）程度の範囲内にある。このように、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなると、スイッチング分極量は大きくなることがわかる。スイッチング分極量が大きくなれば、ＦｅＲＡＭの読み出しマージンも大きくなる。
【００１３】
図３は、リーク電流とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示している。図３の縦軸は、リーク電流（Ａ）であり、図３の横軸は、ＩｒＯｘ膜の反射率（％）である。図３に示すリーク電流は、強誘電体キャパシタの上部電極と誘電体との間のリーク電流である。図３では、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合について、リーク電流をそれぞれ測定している。また、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合のそれぞれについて、リーク電流を同じ回数測定している。
【００１４】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％の場合、リーク電流は、５．０Ｅ−０９（５．０×１０-9）〜３．５Ｅ−０９（３．５×１０-8）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％の場合、リーク電流は、１．０Ｅ−０８（１．０×１０-8）〜２．０Ｅ−０８（２．０
×１０-8）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２７％の場合、リーク電流は、１．０Ｅ−０８（１．０×１０-8）〜２．０Ｅ−０８（２．０×１０-8）程度の範囲内にある。
【００１５】
図３に示すように、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなると、リーク電流の分布が広範囲となる傾向があり、リーク電流が大きくなる場合がある。リーク電流が大きくなると、強誘電体キャパシタのリテンション特性（データ保持能力）が悪化する。
【００１６】
ＩｒＯｘ膜の反射率は小さいほうが、スイッチング分極量の観点からは望ましいが、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなりすぎると、強誘電体キャパシタのリテンション特性の観点からは望ましくない。したがって、ＩｒＯｘ膜の反射率は、リーク電流を抑制することができ、スイッチング分極量があまり大きくならない値にすることが望まれる。そのような要求を満たすＩｒＯｘ膜の反射率の値は、図２及び図３から２６％であるといえる。
【００１７】
図４に、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係及び
ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜のシート抵抗との関係を示す。こ
こで、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とは、成膜チャンバー１に導入するＯ2ガス流量である。図４では、横軸にＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量（ｓｃｃｍ）
を示し、縦軸（左側）にＩｒＯｘ膜の反射率（％）を示し、縦軸（右側）にＩｒＯｘ膜のシート抵抗（Ω）を示す。
【００１８】
ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を変化させた場合、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸
化度が変化する。そして、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸化度が変化した場合、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗は変化する。
【００１９】
図４に示すように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が４０ｓｃｃｍであると
き、ＩｒＯｘ膜の反射率は２８％を超えており、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は約２５．５Ωである。また、図４に示すように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が６０ｓｃ
ｃｍであるとき、ＩｒＯｘ膜の反射率は約２５％であり、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は７０Ωを超えている。このように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が増加すると、
ＩｒＯｘ膜の反射率は減少し、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する。
【００２０】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％となるように強誘電体キャパシタを製造する場合、図４の関係を考慮すれば、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を５５ｓｃｃｍにすればよ
いことになる。
【００２１】
ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する過程において、成膜チャンバー１内に設置されたシールド６の内壁面にもＩｒＯｘ膜が成膜される。シールド６の内壁面に成膜されたＩｒＯｘ膜は、脱ガスとしてＯ2ガスを放出する。そのため、シールド６にＩｒＯｘ膜が成膜さ
れた状態で、成膜チャンバー１にＯ2ガスを導入すると、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇する。Ｏ2ガス濃度とは、ＡｒガスとＯ2ガスとの混合ガスに含まれるＯ2ガスの
割合をいう。成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇した状態で、ウエハー３にＩｒＯ
ｘ膜を成膜した場合、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少し、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加することになる。したがって、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇した状態で、ウエハ
ー３にＩｒＯｘ膜を成膜した場合、酸化度は上昇することになる。
【００２２】
図５に、ＩｒＯｘ膜の反射率とシールドライフとの関係を示す。シールドライフは、ＩｒＯｘ膜を成膜する際のＩｒターゲット５に供給する電力量（ｋＷｈ）である。また、シールドライフは、ＩｒＯｘ膜を成膜する際の積算処理時間ともいえる。図５の縦軸は、ＩｒＯｘ膜の反射率（％）であり、図５の横軸は、シールドライフ（ｋＷｈ）である。ここ
では、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際において、成膜チャンバー１に導入するＯ2
ガスの流量は５９ｓｃｃｍとし、成膜チャンバー１に導入するＡｒガスの流量は１００ｓｃｃｍとしている。図５に示すように、シールドライフが増加するに従い、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少する傾向にあり、ＩｒＯｘ膜の反射率の減少は、シールドライフの増加に依存している。図５に示すように、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少する。したがって、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の酸化度は上昇することがわかる。
【００２３】
図６に、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗とシールドライフとの関係を示す。図６の縦軸は、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗（Ω）であり、図６の横軸は、シールドライフ（ｋＷｈ）である。ここでは、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際において、成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量は５９ｓｃｃｍとし、成膜チャンバー１に導入するＡｒガスの流量は１０
０ｓｃｃｍとしている。図６に示すように、シールドライフが増加するに従い、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する傾向にあり、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗の増加は、シールドライフの増加に依存している。図６に示すように、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する。したがって、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の酸化度は上昇することがわかる。
【００２４】
図７に、シールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガスの流量との関係を示
す。図７は、ＩｒＯｘ膜を成膜した後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定した結果に基づき、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガ
ス流量を減少させたときのシールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量
との関係を示している。図７の縦軸は、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量であり
、図７の横軸は、シールドライフである。図７の曲線Ａ、Ｂ及びＣは、同じ条件下において、ＩｒＯｘ膜を成膜した後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定し、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を減少させた場合
のシールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量との関係である。
【００２５】
図７の曲線の例では、シールドライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５１．０ｓｃｃｍに制御している。図７の曲線Ｂの例では、シールド
ライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５３．５ｓｃ
ｃｍに制御している。図７の曲線Ｃの例では、シールドライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５５．０ｓｃｃｍに制御している。このように
、シールドライフの値から、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を一義的に決める
ことはできない。
【００２６】
成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇するにつれて、ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加す
ることから、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を一定に維持した状態で、ウエハー３に
ＩｒＯｘ膜を成膜させる必要がある。そこで、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を一定
に維持しつつ、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜することにより、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させる。
【００２７】
〈第１実施形態〉
図８は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。成膜チャンバー１内には、ウエハー３がウエハーステージ２上に設置され、ウエハー３と対向してＩｒターゲット５がバッキングプレート４上に設置されている。ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際、成膜チャンバー１の内壁面にＩｒＯｘ膜が成膜することを防止するため、成膜チャンバー１内にはシールド（防着板）６が設けられている。
【００２８】
成膜チャンバー１には、Ｏ2ガスのＯ2濃度を測定するためのＯ2ガス濃度計１１がパイ
プ１２を介して接続されている。Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガスのＯ2濃
度のデータは、Ｏ2ガス濃度計１１と電気的に接続された制御ユニット１３に送られる。
Ｏ2ガス濃度計１１として、例えば、ジルコニア式酸素濃度計を用いることができる。制
御ユニット１３は、その内部にＣＰＵやＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵはＲＯＭに記録される制御プログラムに従って各種の処理を実行する。
【００２９】
図８に示すように、パイプ１２は、その一端が成膜チャンバー１内のウエハーステージ２近くで開口するように成膜チャンバー１に接続されている。したがって、Ｏ2ガス濃度
計１１は、パイプ１２を介してウエハーステージ２に設置されたウエハー３の周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することができる。このように、ウエハー３の
周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することにより、実際に成膜される
ＩｒＯｘ膜の膜質に影響を与える可能性が高いＯ2ガス濃度を測定することができる。
【００３０】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガスを成膜チャンバー１に導入するＯ2ガス導入装置１４と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４を制御することによ
り、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を制御する。また、これに限らず、Ｏ2ガス導入装置１４に替えてＯ2ガスが充填されたＯ2ガスボンベを備え、Ｏ2ガスボンベの
バルブの開度を制御ユニット１３が制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を制御してもよい。
【００３１】
また、制御ユニット１３は、Ａｒガスを成膜チャンバー１に導入するＡｒガス導入装置１５と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、Ａｒガス導入装置１５を制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＡｒガスの流量を制御する。また、これに限らず、Ａｒガス導入装置１５に替えてＡｒガスが充填されたＡｒガスボンベを備え、Ａｒガスボンベのバルブの開度を制御ユニット１３が制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＡｒガスの流量を制御してもよい。
【００３２】
図９は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。図９に示す半導体製造装置１０は、図８に示す半導体製造装置１０と比較して、成膜チャンバー１に接続されるパイプ１６の位置が異なっている。その他の構成については、図８に示す半導体製造装置１０と同様であり、同様の構成についてはその説明を省略する。
【００３３】
図９に示すように、パイプ１６は、その一端が成膜チャンバー１内に設けられたシールド６の内壁で開口するように成膜チャンバー１に接続されている。したがって、Ｏ2ガス
濃度計１１は、パイプ１６を介してシールド６の内壁面の周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガス濃度を測定することができる。言い換えれば、Ｏ2ガス濃度計１１は、パイプ１６を介してシールド６の内壁の表面上に存在するガスに含まれるＯ2ガス濃度を測定するこ
とができる。成膜チャンバー１内の酸化度は、シールド６の内壁面に成膜されたＩｒＯｘ膜が脱ガスとして放出するＯ2ガスにより影響される。シールド６の内壁面の周辺に存在
するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することにより、シールド６の内壁面に成膜さ
れたＩｒＯｘ膜が脱ガスとして放出するＯ2ガスを考慮して、Ｏ2ガス濃度を測定することができる。
【００３４】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャン
バー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。
【００３５】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量
の値を設定し、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2
ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また
、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2
ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００３６】
制御ユニット１３の処理について、図１０を用いて説明する。図１０は、制御ユニット１３が、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2ガス導
入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を変更する処理の流
れを示すフローチャートである。制御ユニット１３は、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２にウエハー３が設置され、ウエハー３の成膜処理の準備が完了した後、図１０に示す処理を開始する。
【００３７】
まず、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定する（Ｓ１０１）。また、制御ユニット１３は、Ａｒガス導入装置１５にＡｒガス流量の値を設定する。Ａｒガス導入装置１５に設定するＡｒガス流量の値は固定値であるが、適宜変更することも可能である。
【００３８】
次に、ウエハー３の成膜処理が開始された後、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１
１が測定するＯ2ガス濃度のデータをＯ2ガス濃度計１１から取得する（Ｓ１０２）。そして、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０３）。
【００３９】
Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にある場合（Ｓ１０３の処理でＹＥＳ）、制御ユニット１３は、ウエハー３の成膜処理が終了したか否かを確認する（Ｓ１０４）。ウエハー３の成膜処理が終了している場合、制御ユニット１３は、次のウエハー３の成膜処理が開始された後、Ｓ１０２の処理に進む。ここで、次のウエハー３とは、成膜処理が終了したウエハー３が成膜チャンバー１から取り出された後に、成膜チャンバー１内に搬送された成膜が未処理であるウエハー３をいう。そして、制御ユニット１３は、次のウエハー３に対して、Ｓ１０２以降の処理を行う。ウエハー３の成膜処理が終了していない場合、制御ユニット１３は、Ｓ１０２の処理に進む。そして、制御ユニット１３は、成膜処理が終了していないウエハー３に対して、Ｓ１０２以降の処理を行う。
【００４０】
一方、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にない場合（Ｓ１０３の処理でＮＯ）、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されてい
るＯ2ガス流量の値を変更する（Ｓ１０５）。
【００４１】
具体的には、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を減少させる。また、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を増加させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、Ｏ2ガス濃度とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。Ｏ2ガス濃度とＯ2ガス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００４２】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を変更した後、Ｓ１０４の処理に進む。
【００４３】
所定値Ｃは、制御ユニット１３に記録しておけばよい。例えば、所定値Ｃとして３５．５％〜３６．３％の値を制御ユニット１３に記録する。成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃
度が３５．５％〜３６．３％の範囲内となるように、成膜チャンバー１に導入されるＯ2
ガス流量を制御すれば、ＩｒＯｘ膜の反射率が約２６％となる強誘電体キャパシタを製造すること可能である。また、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が３５．９％となるよう
に、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガス流量を制御するのがより好ましい。ただし、
所定値Ｃの例として説明したＯ2ガス濃度の値は、強誘電体キャパシタを製造する条件に
よって変動するものであり、強誘電体キャパシタを製造する条件によってこれらの値を適宜変更することは可能である。
【００４４】
このように、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を自動的に測定し、その測定結果に基
づいて成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量を制御することにより、ウエハー３の
ＩｒＯｘ膜の反射率を所望の範囲内に制御することができる。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を所望の範囲内に制御することにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させることができる。
【００４５】
〈第２実施形態〉
図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。第２実施形態に係る半導体製造装置１０は、成膜処理前のウエハー３及び成膜処理後のウエハー３を格納するためのウエハーキャリア２１、ウエハー３の位置合わせを行うためのウエハーアライナー２２、真空排気を行うためのロードロック室２３、ウエハー３の成膜処理を行うための成膜チャンバー１、ロードロック室２３と成膜チャンバー１との間に設けられる搬送室２４、ウエハー３を搬送するための搬送ロボット２５、２６を備えている。
【００４６】
搬送ロボット２５は、ウエハーキャリア２１と、ウエハーアライナー２２と、ロードロック室２３との間におけるウエハー３の搬送を行う。搬送ロボット２６は、搬送室２４内に備え付けられており、ロードロック室２３と、搬送室２４と、成膜チャンバー１との間におけるウエハー３の搬送を行う。
【００４７】
ウエハーアライナー２２には、不図示のステージが設けられており、ウエハー３がウエハーアライナー２２のステージに設置され、ウエハー３の位置合わせが行われる。また、ウエハーアライナー２２には、検出センサー２７が設けられており、検出センサー２７は、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置されているか否かを検出する。
【００４８】
また、ウエハーアライナー２２には、不図示の反射率測定装置及び抵抗測定装置が設けられている。反射率測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。抵抗測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定する。
【００４９】
図１１では図示しないが、第２実施形態に係る半導体製造装置１０は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０と同様に、制御ユニット１３、Ｏ2ガス導入装置１４及びＡｒガ
ス導入装置１５を備えている。そして、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４及び
Ａｒガス導入装置１５とそれぞれ電気的に接続されている。また、制御ユニット１３は、反射率測定装置及び抵抗測定装置とそれぞれ電気的に接続されており、反射率測定装置及び抵抗測定装置の制御を行う。制御ユニット１３は、反射率測定装置が測定したＩｒＯｘ膜の反射率のデータを、反射率測定装置から受け取る。制御ユニット１３は、抵抗測定装置が測定したＩｒＯｘ膜のシート抵抗のデータを、抵抗測定装置から受け取る。
【００５０】
制御ユニット１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基
づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成
膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。また、制御ユニット
１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値ＲとなるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させてもよい。所定値Ｒは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５１】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定し、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００５２】
具体的には、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を増加させる。また、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されて
いるＯ2ガス流量の値を減少させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、ＩｒＯｘ膜の反射率とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。ＩｒＯｘ膜の反射率とＯ2ガ
ス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５３】
制御ユニット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し
、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。また、制御ユニ
ット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値ＳとなるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させてもよい。所定値Ｓは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５４】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定し、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００５５】
具体的には、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を減少させる。また、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定さ
れているＯ2ガス流量の値を増加させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗
とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。ＩｒＯｘ膜のシー
ト抵抗とＯ2ガス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけ
ばよい。
【００５６】
このように、ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を自動的に測定し、その測定結果に基づいて成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量を制御するこ
とにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を所望の範囲内に制御することができる。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を所望の範囲内に制御することにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させることができる。
【００５７】
ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理について、図１２を用いて説明する。図１２は、ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理の流れを示すフローチャートである。
【００５８】
まず、搬送ロボット２５は、ウエハーキャリア２１内に格納されているウエハー３を取り出す（Ｓ２０１）。次に、搬送ロボット２５は、取り出したウエハー３をウエハーアライナー２２に搬送し、ウエハーアライナー２２のステージに設置する(Ｓ２０２)。ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３を水平方向に回転させることで、ウエハー３の位置合わせ（アライメント）が行われる。例えば、ウエハーアライナー２２では、光学センサーによりオリエンテーションフラット又はノッチの有無を確認し、ウエハー３の位置合わせを行う。
【００５９】
ウエハー３の位置合わせが行われた後、搬送ロボット２５は、ウエハー３をロードロック室２３内に搬送する（Ｓ２０３）。ロードロック室２３内に搬送されたウエハー３は、ロードロック室２３内に設置される。その後、ロードロック室２３の真空排気が行われ、ロードロック室２３と搬送室２４との間に設けられたゲートバルブ２８が開かれる。
【００６０】
搬送ロボット２６は、ロードロック室２３内に設置されたウエハー３を成膜チャンバー１内に搬送する（Ｓ２０４）。成膜チャンバー１内に搬送されたウエハー３は、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２に設置される。また、図１１では図示しないが、成膜チャンバー１内には、ウエハーステージ２に設置されるウエハー３と対向してＩｒターゲット５がターゲットステージ４上に設置されている。さらに、成膜チャンバー１内には、シールド６が設けられている。
【００６１】
成膜チャンバー１内でウエハー３の成膜処理が行われる（Ｓ２０５）。ウエハー３の成膜処理後、搬送ロボット２６は、ウエハー３を成膜チャンバー１からロードロック室２３内に搬送する（Ｓ２０６）。ロードロック室２３内に搬送されたウエハー３は、ロードロック室２３内に設置される。
【００６２】
搬送ロボット２５は、ロードロック室２３内に設置されたウエハー３をウエハーアライナー２２に搬送し、ウエハーアライナー２２のステージに設置する（Ｓ２０７）。
【００６３】
検出センサー２７は、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置されていることを検出した場合、反射率測定装置及び抵抗測定装置にウエハー検出の検出信号を送る（Ｓ２０８）。
【００６４】
検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った反射率測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する（Ｓ２０９）。例えば、反射率測定装置は、検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った場合、所定波長（例えば、４８０ｎｍの波長）の光をウエハー３のＩｒＯｘ膜に照射し、それにより反射された光を検出し、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。
【００６５】
検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った抵抗測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定する（Ｓ２１０）。例えば、抵抗測定装置は、４探針法や渦電流法などの非接触測定法により、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定してもよい。また、抵抗測定装置は、プローブを用いて、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定してもよい。
【００６６】
ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定した後、搬送ロボット２５は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３を、ウエハーキャリア２１に搬送し、ウエハーキャリア２１内に格納する（Ｓ２１１）。
【００６７】
Ｓ２０１及びＳ２０２の処理で説明したように、搬送ロボット２５により、ウエハーキャリア２１内から成膜処理前のウエハー３が取り出され、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置される。この場合、制御ユニット１３は、反射率測定装置及び抵抗測定装置を制御することにより、成膜処理前のウエハー３に対して反射率の測定及びシート抵抗の測定を行わないようにしておけばよい。
【００６８】
第２実施形態では、ウエハーアライナー２２に反射率測定装置及び抵抗測定装置を設ける例を示したが、ウエハーアライナー２２に、反射率測定装置又は抵抗測定装置のいずれかを設けるようにしてもよい。また、第２実施形態で説明した、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗の測定方法は例示であり、他の測定方法により、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定することを除外するものではない。
【００６９】
〈変形例〉
また、第２実施形態に係る半導体製造装置１０を以下のように変形してもよい。本変形例に係る半導体製造装置１０について、図１３に基づいて説明する。図１３は、本変形例に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。本変形例に係る半導体製造装置１０と第２実施形態に係る半導体製造装置１０とは、検出センサー３１を搬送室２４内に設け、不図示の反射率測定装置をウエハーアライナー２２に設けることに替えて、搬送室２４内に不図示の反射率測定装置を設ける点が相違する。検出センサー３１は、不図示の制御ユニット１３と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、検出センサー３１からの検出信号を受け取る。
【００７０】
搬送ロボット２６は、成膜処理後のウエハー３を、成膜チャンバー１からロードロック室２３内に搬送する。図１３の太矢印Ｄで示すように、ウエハー３は搬送室２４内を通過することになるが、そのウエハー３が通過する経路上に検出センサー３１が設けられている。搬送室２４内に設けられた検出センサー３１は、ウエハー３が搬送室２４内の所定位置（図１３では、検出センサー３１の直下の位置）に存在するか否かを検出する。
【００７１】
検出センサー３１は、ウエハー３が搬送室２４内の所定位置に存在することを検出した場合、反射率測定装置にウエハー検出の検出信号を送る。検出センサー３１からウエハー検出の検出信号を受け取った反射率測定装置は、搬送室２４内の所定位置に存在するウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する方法は、第２実施形態に係る半導体製造装置１０による測定方法と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
また、図１３の太矢印Ｅで示すように、ウエハー３の成膜処理前においても、ウエハー３は搬送室２４内を通過することになる。この場合、制御ユニット１３は、反射率測定装置を制御することにより、成膜処理前のウエハー３に対して反射率測定を行わないように
しておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ウエハーにＩｒＯｘ膜を形成する場合の説明図である。
【図２】スイッチング分極量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示した図である。
【図３】リーク電流とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示した図である。
【図４】ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係及びＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜のシート抵抗との関係を示した図である。
【図５】ＩｒＯｘ膜の反射率とシールドライフとの関係を示した図である。
【図６】ＩｒＯｘ膜のシート抵抗とシールドライフとの関係を示した図である。
【図７】シールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガスの流量との関係を示した図である。
【図８】第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図９】第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図１０】成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を変更する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図１２】ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第２実施形態の変形例に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 成膜チャンバー
２ ウエハーステージ
３ ウエハー
４ バッキングプレート
５ Ｉｒターゲット
６ シールド
１０ 半導体製造装置
１１ Ｏ2ガス濃度計
１２、１６ パイプ
１３ 制御ユニット
１４ Ｏ2ガス導入装置
１５ Ａｒガス導入装置
２１ ウエハーキャリア
２２ ウエハーアライナー
２３ ロードロック室
２４ 搬送室
２５、２６ 搬送ロボット
２７、３１ 検出センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体材料を用いた不揮発性半導体メモリ回路（ＦｅＲＡＭ：Ferroelectric Random
Access Memory）の強誘電体キャパシタの上部電極は、酸化度が異なる２種類のＩｒＯｘ膜が積層構造となって形成されている。半導体ウエハー（以下、単にウエハーという）に対するＩｒＯｘ膜の形成は、成膜チャンバー内に、ＡｒガスとＯ2ガス（酸素ガス）との
混合ガスを導入し、Ｉｒターゲットを用いて、反応性スパッタにより行われている。上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度は、強誘電体キャパシタの特性に対して影響が大きい。そのため、上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度の制御は、重要である。
【特許文献１】特開２００６−７３６４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３９６９９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２２１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上部電極の上層のＩｒＯｘ膜の酸化度を制御する場合、ＩｒＯｘ膜が成膜された後のテストサンプル（テストピース）を定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の酸化度を確認する方法がある。ＩｒＯｘ膜が成膜された後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の酸化度を確認する場合、テストサンプルのチェックを行う工程が必要となる。また、テストサンプル自体を用意する必要がある。本発明は、テストサンプルを定期的にチェックする必要なしに、ＩｒＯｘ膜の酸化度を制御する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の半導体製造装置は、上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する。
【０００５】
本発明の半導体製造装置によれば、酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように成膜チャンバーに対する酸素ガスの導入流量を変更する。そして、成膜チャンバーに対する酸素ガスの導入流量を変更することで、成膜チャンバー内の混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を所定値の範囲内となるように制御する。このような制御により、所望のキャパシタ特性を備えた強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造することが可能となる。また、本発明は、コンピュータその他の装置、機械等が上記いずれかの処理を実行する方法であってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、テストサンプルを定期的にチェックする必要なしに、ＩｒＯｘ膜の酸化度を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。
【０００８】
強誘電体キャパシタは、下部電極、誘電体、上部電極により構成されている。下部電極は、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）膜とＰｔ膜の積層構造となっている。誘電体は、例えば強誘電体であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）によって形成されている。上部電極は、例えばＩｒＯｘ（酸化イリジウム）膜によって形成される。
【０００９】
図１に示すように、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２に設置されたウエハー（半導体基板）３にＩｒＯｘ膜を形成する場合、成膜チャンバー１にＡｒガスとＯ2ガスと
の混合ガスを導入する。そして、バッキングプレート４に設置されたＩｒターゲット５を陰極としてプラズマ励起させ、アルゴンイオン（Ａｒ+）を生成する。アルゴンイオン（
Ａｒ+）がＩｒターゲット５に衝突することによりＩｒ原子が弾き出され、対向して設置
されたウエハー３にＩｒＯｘ膜が成膜される。なお、成膜チャンバー１内には、成膜チャンバー１の内壁とウエハー３との間にシールド（防着版）６が設けられている。
【００１０】
ＩｒＯｘ膜の酸化度は、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗と相関関係がある。ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加すると、ＩｒＯｘ膜の反射率が減少する傾向にある。ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加すると、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗が増加する傾向にある。したがって、ＩｒＯｘ膜の反射率を測定することにより、ＩｒＯｘ膜の酸化度を間接的に認識することができる。また、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定することにより、ＩｒＯｘ膜の酸化度を間接的に認識することができる。
【００１１】
図２は、スイッチング分極量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示している。図２の縦軸は、スイッチング分極量（クーロン／ｃｍ2）であり、図２の横軸は、ＩｒＯｘ膜の反射
率（％）である。図２では、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合について、スイッチング分極量をそれぞれ測定している。また、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合のそれぞれについて、スイッチング分極量を同じ回数測定している。
【００１２】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％の場合、スイッチング分極量は、２．４Ｅ−０５（２．４×１０-5）〜２．６Ｅ−０５（２．６×１０-5）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％の場合、スイッチング分極量は、１．８Ｅ−０５（１．８×１０-5）〜２．２Ｅ−０５（２．２×１０-5）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２７％の場合、スイッチング分極量は、１．６Ｅ−０５（１．６×１０-5）〜１．８Ｅ−０５（１．８×１０-5）程度の範囲内にある。このように、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなると、スイッチング分極量は大きくなることがわかる。スイッチング分極量が大きくなれば、ＦｅＲＡＭの読み出しマージンも大きくなる。
【００１３】
図３は、リーク電流とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示している。図３の縦軸は、リーク電流（Ａ）であり、図３の横軸は、ＩｒＯｘ膜の反射率（％）である。図３に示すリーク電流は、強誘電体キャパシタの上部電極と誘電体との間のリーク電流である。図３では、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合について、リーク電流をそれぞれ測定している。また、ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％、２６％、２７％の場合のそれぞれについて、リーク電流を同じ回数測定している。
【００１４】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２５％の場合、リーク電流は、５．０Ｅ−０９（５．０×１０-9）〜３．５Ｅ−０９（３．５×１０-8）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％の場合、リーク電流は、１．０Ｅ−０８（１．０×１０-8）〜２．０Ｅ−０８（２．０
×１０-8）程度の範囲内にある。ＩｒＯｘ膜の反射率が２７％の場合、リーク電流は、１．０Ｅ−０８（１．０×１０-8）〜２．０Ｅ−０８（２．０×１０-8）程度の範囲内にある。
【００１５】
図３に示すように、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなると、リーク電流の分布が広範囲となる傾向があり、リーク電流が大きくなる場合がある。リーク電流が大きくなると、強誘電体キャパシタのリテンション特性（データ保持能力）が悪化する。
【００１６】
ＩｒＯｘ膜の反射率は小さいほうが、スイッチング分極量の観点からは望ましいが、ＩｒＯｘ膜の反射率が小さくなりすぎると、強誘電体キャパシタのリテンション特性の観点からは望ましくない。したがって、ＩｒＯｘ膜の反射率は、リーク電流を抑制することができ、スイッチング分極量があまり大きくならない値にすることが望まれる。そのような要求を満たすＩｒＯｘ膜の反射率の値は、図２及び図３から２６％であるといえる。
【００１７】
図４に、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係及び
ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜のシート抵抗との関係を示す。こ
こで、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とは、成膜チャンバー１に導入するＯ2ガス流量である。図４では、横軸にＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量（ｓｃｃｍ）
を示し、縦軸（左側）にＩｒＯｘ膜の反射率（％）を示し、縦軸（右側）にＩｒＯｘ膜のシート抵抗（Ω）を示す。
【００１８】
ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を変化させた場合、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸
化度が変化する。そして、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸化度が変化した場合、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗は変化する。
【００１９】
図４に示すように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が４０ｓｃｃｍであると
き、ＩｒＯｘ膜の反射率は２８％を超えており、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は約２５．５Ωである。また、図４に示すように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が６０ｓｃ
ｃｍであるとき、ＩｒＯｘ膜の反射率は約２５％であり、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は７０Ωを超えている。このように、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量が増加すると、
ＩｒＯｘ膜の反射率は減少し、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する。
【００２０】
ＩｒＯｘ膜の反射率が２６％となるように強誘電体キャパシタを製造する場合、図４の関係を考慮すれば、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を５５ｓｃｃｍにすればよ
いことになる。
【００２１】
ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する過程において、成膜チャンバー１内に設置されたシールド６の内壁面にもＩｒＯｘ膜が成膜される。シールド６の内壁面に成膜されたＩｒＯｘ膜は、脱ガスとしてＯ2ガスを放出する。そのため、シールド６にＩｒＯｘ膜が成膜さ
れた状態で、成膜チャンバー１にＯ2ガスを導入すると、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇する。Ｏ2ガス濃度とは、ＡｒガスとＯ2ガスとの混合ガスに含まれるＯ2ガスの
割合をいう。成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇した状態で、ウエハー３にＩｒＯ
ｘ膜を成膜した場合、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少し、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加することになる。したがって、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇した状態で、ウエハ
ー３にＩｒＯｘ膜を成膜した場合、酸化度は上昇することになる。
【００２２】
図５に、ＩｒＯｘ膜の反射率とシールドライフとの関係を示す。シールドライフは、ＩｒＯｘ膜を成膜する際のＩｒターゲット５に供給する電力量（ｋＷｈ）である。また、シールドライフは、ＩｒＯｘ膜を成膜する際の積算処理時間ともいえる。図５の縦軸は、ＩｒＯｘ膜の反射率（％）であり、図５の横軸は、シールドライフ（ｋＷｈ）である。ここ
では、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際において、成膜チャンバー１に導入するＯ2
ガスの流量は５９ｓｃｃｍとし、成膜チャンバー１に導入するＡｒガスの流量は１００ｓｃｃｍとしている。図５に示すように、シールドライフが増加するに従い、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少する傾向にあり、ＩｒＯｘ膜の反射率の減少は、シールドライフの増加に依存している。図５に示すように、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の反射率は減少する。したがって、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の酸化度は上昇することがわかる。
【００２３】
図６に、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗とシールドライフとの関係を示す。図６の縦軸は、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗（Ω）であり、図６の横軸は、シールドライフ（ｋＷｈ）である。ここでは、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際において、成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量は５９ｓｃｃｍとし、成膜チャンバー１に導入するＡｒガスの流量は１０
０ｓｃｃｍとしている。図６に示すように、シールドライフが増加するに従い、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する傾向にあり、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗の増加は、シールドライフの増加に依存している。図６に示すように、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗は増加する。したがって、シールドライフが増加すれば、ＩｒＯｘ膜の酸化度は上昇することがわかる。
【００２４】
図７に、シールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガスの流量との関係を示
す。図７は、ＩｒＯｘ膜を成膜した後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定した結果に基づき、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガ
ス流量を減少させたときのシールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量
との関係を示している。図７の縦軸は、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量であり
、図７の横軸は、シールドライフである。図７の曲線Ａ、Ｂ及びＣは、同じ条件下において、ＩｒＯｘ膜を成膜した後のテストサンプルを定期的にチェックし、ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定し、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を減少させた場合
のシールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量との関係である。
【００２５】
図７の曲線の例では、シールドライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５１．０ｓｃｃｍに制御している。図７の曲線Ｂの例では、シールド
ライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５３．５ｓｃ
ｃｍに制御している。図７の曲線Ｃの例では、シールドライフが１０ｋＷｈの場合、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を約５５．０ｓｃｃｍに制御している。このように
、シールドライフの値から、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量を一義的に決める
ことはできない。
【００２６】
成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が上昇するにつれて、ＩｒＯｘ膜の酸化度が増加す
ることから、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を一定に維持した状態で、ウエハー３に
ＩｒＯｘ膜を成膜させる必要がある。そこで、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を一定
に維持しつつ、ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜することにより、成膜後のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させる。
【００２７】
〈第１実施形態〉
図８は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。成膜チャンバー１内には、ウエハー３がウエハーステージ２上に設置され、ウエハー３と対向してＩｒターゲット５がバッキングプレート４上に設置されている。ウエハー３にＩｒＯｘ膜を成膜する際、成膜チャンバー１の内壁面にＩｒＯｘ膜が成膜することを防止するため、成膜チャンバー１内にはシールド（防着板）６が設けられている。
【００２８】
成膜チャンバー１には、Ｏ2ガスのＯ2濃度を測定するためのＯ2ガス濃度計１１がパイ
プ１２を介して接続されている。Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガスのＯ2濃
度のデータは、Ｏ2ガス濃度計１１と電気的に接続された制御ユニット１３に送られる。
Ｏ2ガス濃度計１１として、例えば、ジルコニア式酸素濃度計を用いることができる。制
御ユニット１３は、その内部にＣＰＵやＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵはＲＯＭに記録される制御プログラムに従って各種の処理を実行する。
【００２９】
図８に示すように、パイプ１２は、その一端が成膜チャンバー１内のウエハーステージ２近くで開口するように成膜チャンバー１に接続されている。したがって、Ｏ2ガス濃度
計１１は、パイプ１２を介してウエハーステージ２に設置されたウエハー３の周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することができる。このように、ウエハー３の
周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することにより、実際に成膜される
ＩｒＯｘ膜の膜質に影響を与える可能性が高いＯ2ガス濃度を測定することができる。
【００３０】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガスを成膜チャンバー１に導入するＯ2ガス導入装置１４と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４を制御することによ
り、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を制御する。また、これに限らず、Ｏ2ガス導入装置１４に替えてＯ2ガスが充填されたＯ2ガスボンベを備え、Ｏ2ガスボンベの
バルブの開度を制御ユニット１３が制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を制御してもよい。
【００３１】
また、制御ユニット１３は、Ａｒガスを成膜チャンバー１に導入するＡｒガス導入装置１５と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、Ａｒガス導入装置１５を制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＡｒガスの流量を制御する。また、これに限らず、Ａｒガス導入装置１５に替えてＡｒガスが充填されたＡｒガスボンベを備え、Ａｒガスボンベのバルブの開度を制御ユニット１３が制御することにより、成膜チャンバー１に導入されるＡｒガスの流量を制御してもよい。
【００３２】
図９は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。図９に示す半導体製造装置１０は、図８に示す半導体製造装置１０と比較して、成膜チャンバー１に接続されるパイプ１６の位置が異なっている。その他の構成については、図８に示す半導体製造装置１０と同様であり、同様の構成についてはその説明を省略する。
【００３３】
図９に示すように、パイプ１６は、その一端が成膜チャンバー１内に設けられたシールド６の内壁で開口するように成膜チャンバー１に接続されている。したがって、Ｏ2ガス
濃度計１１は、パイプ１６を介してシールド６の内壁面の周辺に存在するガスに含まれるＯ2ガス濃度を測定することができる。言い換えれば、Ｏ2ガス濃度計１１は、パイプ１６を介してシールド６の内壁の表面上に存在するガスに含まれるＯ2ガス濃度を測定するこ
とができる。成膜チャンバー１内の酸化度は、シールド６の内壁面に成膜されたＩｒＯｘ膜が脱ガスとして放出するＯ2ガスにより影響される。シールド６の内壁面の周辺に存在
するガスに含まれるＯ2ガスの濃度を測定することにより、シールド６の内壁面に成膜さ
れたＩｒＯｘ膜が脱ガスとして放出するＯ2ガスを考慮して、Ｏ2ガス濃度を測定することができる。
【００３４】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャン
バー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。
【００３５】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量
の値を設定し、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2
ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また
、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2
ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００３６】
制御ユニット１３の処理について、図１０を用いて説明する。図１０は、制御ユニット１３が、Ｏ2ガス濃度計１１によって測定されるＯ2ガス濃度の値に基づいて、Ｏ2ガス導
入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を変更する処理の流
れを示すフローチャートである。制御ユニット１３は、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２にウエハー３が設置され、ウエハー３の成膜処理の準備が完了した後、図１０に示す処理を開始する。
【００３７】
まず、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定する（Ｓ１０１）。また、制御ユニット１３は、Ａｒガス導入装置１５にＡｒガス流量の値を設定する。Ａｒガス導入装置１５に設定するＡｒガス流量の値は固定値であるが、適宜変更することも可能である。
【００３８】
次に、ウエハー３の成膜処理が開始された後、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１
１が測定するＯ2ガス濃度のデータをＯ2ガス濃度計１１から取得する（Ｓ１０２）。そして、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０３）。
【００３９】
Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にある場合（Ｓ１０３の処理でＹＥＳ）、制御ユニット１３は、ウエハー３の成膜処理が終了したか否かを確認する（Ｓ１０４）。ウエハー３の成膜処理が終了している場合、制御ユニット１３は、次のウエハー３の成膜処理が開始された後、Ｓ１０２の処理に進む。ここで、次のウエハー３とは、成膜処理が終了したウエハー３が成膜チャンバー１から取り出された後に、成膜チャンバー１内に搬送された成膜が未処理であるウエハー３をいう。そして、制御ユニット１３は、次のウエハー３に対して、Ｓ１０２以降の処理を行う。ウエハー３の成膜処理が終了していない場合、制御ユニット１３は、Ｓ１０２の処理に進む。そして、制御ユニット１３は、成膜処理が終了していないウエハー３に対して、Ｓ１０２以降の処理を行う。
【００４０】
一方、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃの範囲内にない場合（Ｓ１０３の処理でＮＯ）、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されてい
るＯ2ガス流量の値を変更する（Ｓ１０５）。
【００４１】
具体的には、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を減少させる。また、Ｏ2ガス濃度計１１から取得したＯ2ガス濃度の値が所定値Ｃより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を増加させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、Ｏ2ガス濃度とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。Ｏ2ガス濃度とＯ2ガス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００４２】
制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を変更した後、Ｓ１０４の処理に進む。
【００４３】
所定値Ｃは、制御ユニット１３に記録しておけばよい。例えば、所定値Ｃとして３５．５％〜３６．３％の値を制御ユニット１３に記録する。成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃
度が３５．５％〜３６．３％の範囲内となるように、成膜チャンバー１に導入されるＯ2
ガス流量を制御すれば、ＩｒＯｘ膜の反射率が約２６％となる強誘電体キャパシタを製造すること可能である。また、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度が３５．９％となるよう
に、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガス流量を制御するのがより好ましい。ただし、
所定値Ｃの例として説明したＯ2ガス濃度の値は、強誘電体キャパシタを製造する条件に
よって変動するものであり、強誘電体キャパシタを製造する条件によってこれらの値を適宜変更することは可能である。
【００４４】
このように、成膜チャンバー１内のＯ2ガス濃度を自動的に測定し、その測定結果に基
づいて成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量を制御することにより、ウエハー３の
ＩｒＯｘ膜の反射率を所望の範囲内に制御することができる。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を所望の範囲内に制御することにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させることができる。
【００４５】
〈第２実施形態〉
図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。第２実施形態に係る半導体製造装置１０は、成膜処理前のウエハー３及び成膜処理後のウエハー３を格納するためのウエハーキャリア２１、ウエハー３の位置合わせを行うためのウエハーアライナー２２、真空排気を行うためのロードロック室２３、ウエハー３の成膜処理を行うための成膜チャンバー１、ロードロック室２３と成膜チャンバー１との間に設けられる搬送室２４、ウエハー３を搬送するための搬送ロボット２５、２６を備えている。
【００４６】
搬送ロボット２５は、ウエハーキャリア２１と、ウエハーアライナー２２と、ロードロック室２３との間におけるウエハー３の搬送を行う。搬送ロボット２６は、搬送室２４内に備え付けられており、ロードロック室２３と、搬送室２４と、成膜チャンバー１との間におけるウエハー３の搬送を行う。
【００４７】
ウエハーアライナー２２には、不図示のステージが設けられており、ウエハー３がウエハーアライナー２２のステージに設置され、ウエハー３の位置合わせが行われる。また、ウエハーアライナー２２には、検出センサー２７が設けられており、検出センサー２７は、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置されているか否かを検出する。
【００４８】
また、ウエハーアライナー２２には、不図示の反射率測定装置及び抵抗測定装置が設けられている。反射率測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。抵抗測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定する。
【００４９】
図１１では図示しないが、第２実施形態に係る半導体製造装置１０は、第１実施形態に係る半導体製造装置１０と同様に、制御ユニット１３、Ｏ2ガス導入装置１４及びＡｒガ
ス導入装置１５を備えている。そして、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４及び
Ａｒガス導入装置１５とそれぞれ電気的に接続されている。また、制御ユニット１３は、反射率測定装置及び抵抗測定装置とそれぞれ電気的に接続されており、反射率測定装置及び抵抗測定装置の制御を行う。制御ユニット１３は、反射率測定装置が測定したＩｒＯｘ膜の反射率のデータを、反射率測定装置から受け取る。制御ユニット１３は、抵抗測定装置が測定したＩｒＯｘ膜のシート抵抗のデータを、抵抗測定装置から受け取る。
【００５０】
制御ユニット１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基
づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成
膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。また、制御ユニット
１３は、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値ＲとなるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させてもよい。所定値Ｒは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５１】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定し、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００５２】
具体的には、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を増加させる。また、反射率測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜の反射率の値が所定値Ｒより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されて
いるＯ2ガス流量の値を減少させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、ＩｒＯｘ膜の反射率とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。ＩｒＯｘ膜の反射率とＯ2ガ
ス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５３】
制御ユニット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を増減させる。具体的には、制御ユニット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓの範囲内となるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し
、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させる。また、制御ユニ
ット１３は、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値ＳとなるようにＯ2ガス導入装置１４を制御し、成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を減少又は増加させてもよい。所定値Ｓは、予め制御ユニット１３に記録しておけばよい。
【００５４】
したがって、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値としてのＯ2ガス流量の値を設定し、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定したＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。また、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に初期値として設定されたＯ2ガス流量の値を変更した後、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値に基づいて、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されたＯ2ガス流量の値を変更する処理を行う。
【００５５】
具体的には、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓより大きい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値を減少させる。また、抵抗測定装置によって測定されるＩｒＯｘ膜のシート抵抗の値が所定値Ｓより小さい場合は、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定さ
れているＯ2ガス流量の値を増加させる。例えば、制御ユニット１３は、Ｏ2ガス導入装置１４に設定されているＯ2ガス流量の値の変更量（増減量）を、ＩｒＯｘ膜のシート抵抗
とＯ2ガス流量との関係を示したマップから求めるようにしてもよい。ＩｒＯｘ膜のシー
ト抵抗とＯ2ガス流量との関係を示したマップは、予め制御ユニット１３に記録しておけ
ばよい。
【００５６】
このように、ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を自動的に測定し、その測定結果に基づいて成膜チャンバー１に導入するＯ2ガスの流量を制御するこ
とにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を所望の範囲内に制御することができる。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を所望の範囲内に制御することにより、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の酸化度を安定させることができる。
【００５７】
ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理について、図１２を用いて説明する。図１２は、ウエハー３に成膜されたＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理の流れを示すフローチャートである。
【００５８】
まず、搬送ロボット２５は、ウエハーキャリア２１内に格納されているウエハー３を取り出す（Ｓ２０１）。次に、搬送ロボット２５は、取り出したウエハー３をウエハーアライナー２２に搬送し、ウエハーアライナー２２のステージに設置する(Ｓ２０２)。ウエハーアライナー２２のステージに設置されたウエハー３を水平方向に回転させることで、ウエハー３の位置合わせ（アライメント）が行われる。例えば、ウエハーアライナー２２では、光学センサーによりオリエンテーションフラット又はノッチの有無を確認し、ウエハー３の位置合わせを行う。
【００５９】
ウエハー３の位置合わせが行われた後、搬送ロボット２５は、ウエハー３をロードロック室２３内に搬送する（Ｓ２０３）。ロードロック室２３内に搬送されたウエハー３は、ロードロック室２３内に設置される。その後、ロードロック室２３の真空排気が行われ、ロードロック室２３と搬送室２４との間に設けられたゲートバルブ２８が開かれる。
【００６０】
搬送ロボット２６は、ロードロック室２３内に設置されたウエハー３を成膜チャンバー１内に搬送する（Ｓ２０４）。成膜チャンバー１内に搬送されたウエハー３は、成膜チャンバー１内のウエハーステージ２に設置される。また、図１１では図示しないが、成膜チャンバー１内には、ウエハーステージ２に設置されるウエハー３と対向してＩｒターゲット５がターゲットステージ４上に設置されている。さらに、成膜チャンバー１内には、シールド６が設けられている。
【００６１】
成膜チャンバー１内でウエハー３の成膜処理が行われる（Ｓ２０５）。ウエハー３の成膜処理後、搬送ロボット２６は、ウエハー３を成膜チャンバー１からロードロック室２３内に搬送する（Ｓ２０６）。ロードロック室２３内に搬送されたウエハー３は、ロードロック室２３内に設置される。
【００６２】
搬送ロボット２５は、ロードロック室２３内に設置されたウエハー３をウエハーアライナー２２に搬送し、ウエハーアライナー２２のステージに設置する（Ｓ２０７）。
【００６３】
検出センサー２７は、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置されていることを検出した場合、反射率測定装置及び抵抗測定装置にウエハー検出の検出信号を送る（Ｓ２０８）。
【００６４】
検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った反射率測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する（Ｓ２０９）。例えば、反射率測定装置は、検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った場合、所定波長（例えば、４８０ｎｍの波長）の光をウエハー３のＩｒＯｘ膜に照射し、それにより反射された光を検出し、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。
【００６５】
検出センサー２７からウエハー検出の検出信号を受け取った抵抗測定装置は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定する（Ｓ２１０）。例えば、抵抗測定装置は、４探針法や渦電流法などの非接触測定法により、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定してもよい。また、抵抗測定装置は、プローブを用いて、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３のＩｒＯｘ膜のシート抵抗を測定してもよい。
【００６６】
ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定した後、搬送ロボット２５は、ウエハーアライナー２２のステージに設置されているウエハー３を、ウエハーキャリア２１に搬送し、ウエハーキャリア２１内に格納する（Ｓ２１１）。
【００６７】
Ｓ２０１及びＳ２０２の処理で説明したように、搬送ロボット２５により、ウエハーキャリア２１内から成膜処理前のウエハー３が取り出され、ウエハーアライナー２２のステージにウエハー３が設置される。この場合、制御ユニット１３は、反射率測定装置及び抵抗測定装置を制御することにより、成膜処理前のウエハー３に対して反射率の測定及びシート抵抗の測定を行わないようにしておけばよい。
【００６８】
第２実施形態では、ウエハーアライナー２２に反射率測定装置及び抵抗測定装置を設ける例を示したが、ウエハーアライナー２２に、反射率測定装置又は抵抗測定装置のいずれかを設けるようにしてもよい。また、第２実施形態で説明した、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗の測定方法は例示であり、他の測定方法により、ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定することを除外するものではない。
【００６９】
〈変形例〉
また、第２実施形態に係る半導体製造装置１０を以下のように変形してもよい。本変形例に係る半導体製造装置１０について、図１３に基づいて説明する。図１３は、本変形例に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。本変形例に係る半導体製造装置１０と第２実施形態に係る半導体製造装置１０とは、検出センサー３１を搬送室２４内に設け、不図示の反射率測定装置をウエハーアライナー２２に設けることに替えて、搬送室２４内に不図示の反射率測定装置を設ける点が相違する。検出センサー３１は、不図示の制御ユニット１３と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、検出センサー３１からの検出信号を受け取る。
【００７０】
搬送ロボット２６は、成膜処理後のウエハー３を、成膜チャンバー１からロードロック室２３内に搬送する。図１３の太矢印Ｄで示すように、ウエハー３は搬送室２４内を通過することになるが、そのウエハー３が通過する経路上に検出センサー３１が設けられている。搬送室２４内に設けられた検出センサー３１は、ウエハー３が搬送室２４内の所定位置（図１３では、検出センサー３１の直下の位置）に存在するか否かを検出する。
【００７１】
検出センサー３１は、ウエハー３が搬送室２４内の所定位置に存在することを検出した場合、反射率測定装置にウエハー検出の検出信号を送る。検出センサー３１からウエハー検出の検出信号を受け取った反射率測定装置は、搬送室２４内の所定位置に存在するウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する。ウエハー３のＩｒＯｘ膜の反射率を測定する方法は、第２実施形態に係る半導体製造装置１０による測定方法と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
また、図１３の太矢印Ｅで示すように、ウエハー３の成膜処理前においても、ウエハー３は搬送室２４内を通過することになる。この場合、制御ユニット１３は、反射率測定装置を制御することにより、成膜処理前のウエハー３に対して反射率測定を行わないように
しておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ウエハーにＩｒＯｘ膜を形成する場合の説明図である。
【図２】スイッチング分極量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示した図である。
【図３】リーク電流とＩｒＯｘ膜の反射率との関係を示した図である。
【図４】ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜の反射率との関係及びＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガス流量とＩｒＯｘ膜のシート抵抗との関係を示した図である。
【図５】ＩｒＯｘ膜の反射率とシールドライフとの関係を示した図である。
【図６】ＩｒＯｘ膜のシート抵抗とシールドライフとの関係を示した図である。
【図７】シールドライフと、ＩｒＯｘ膜を成膜する場合のＯ2ガスの流量との関係を示した図である。
【図８】第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図９】第１実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図１０】成膜チャンバー１に導入されるＯ2ガスの流量を変更する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【図１２】ＩｒＯｘ膜の反射率及びシート抵抗を測定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第２実施形態の変形例に係る半導体製造装置１０の構造の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 成膜チャンバー
２ ウエハーステージ
３ ウエハー
４ バッキングプレート
５ Ｉｒターゲット
６ シールド
１０ 半導体製造装置
１１ Ｏ2ガス濃度計
１２、１６ パイプ
１３ 制御ユニット
１４ Ｏ2ガス導入装置
１５ Ａｒガス導入装置
２１ ウエハーキャリア
２２ ウエハーアライナー
２３ ロードロック室
２４ 搬送室
２５、２６ 搬送ロボット
２７、３１ 検出センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、
成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、
前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、
前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、
前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、半導体製造装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記半導体ウエハー周辺に存在する前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記計測部は、前記半導体ウエハーを囲むように前記成膜チャンバー内に設けられたシールドの内壁面周辺に存在する前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記半導体ウエハーに形成された上部電極の反射率を測定する反射率測定部、を更に備え、
前記制御部は、前記反射率測定部によって測定された反射率の値が所定値未満の場合、前記上部電極の反射率の値が所定値以上となるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記半導体ウエハーに形成された上部電極のシート抵抗を測定する抵抗測定部、を更に備え、
前記制御部は、前記抵抗測定部によって測定されたシート抵抗の値が所定値以上の場合、前記シート抵抗の値が所定値未満となるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入ステップと、
前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御ステップと、
前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測ステップと、を備え、
前記制御ステップは、前記計測ステップで計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、半導体装置の製造方法。
【請求項１】
上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する半導体製造装置であって、
成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入部と、
前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御部と、
前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測部と、を備え、
前記制御部は、前記計測部によって計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、半導体製造装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記半導体ウエハー周辺に存在する前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記計測部は、前記半導体ウエハーを囲むように前記成膜チャンバー内に設けられたシールドの内壁面周辺に存在する前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記半導体ウエハーに形成された上部電極の反射率を測定する反射率測定部、を更に備え、
前記制御部は、前記反射率測定部によって測定された反射率の値が所定値未満の場合、前記上部電極の反射率の値が所定値以上となるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記半導体ウエハーに形成された上部電極のシート抵抗を測定する抵抗測定部、を更に備え、
前記制御部は、前記抵抗測定部によって測定されたシート抵抗の値が所定値以上の場合、前記シート抵抗の値が所定値未満となるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
上部電極、誘電体及び下部電極から構成される強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
成膜チャンバー内に設置された半導体ウエハーに前記上部電極を形成するための混合ガスに含まれる酸素ガスを前記成膜チャンバーに導入する導入ステップと、
前記成膜チャンバーに導入される酸素ガスの導入流量を制御する制御ステップと、
前記成膜チャンバー内の前記混合ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する計測ステップと、を備え、
前記制御ステップは、前記計測ステップで計測された酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内にない場合、前記酸素ガスの濃度の値が所定値の範囲内になるように前記酸素ガスの導入流量を変更する、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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２００４０５（Ｐ２００９−２００４０５Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４２８９７（Ｐ２００８−４２８９７）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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