[发明专利]成膜装置、成膜方法和记录介质

说明书

技术领域

本发明涉及制造半导体装置的成膜装置，特别是涉及制造具有高电介质膜的超微细化高速半导体装置的成膜装置。

在现阶段的超高速半导体装置中，随着微细化工艺的进步，使得实现0.1μm以下的栅极长度变得可能。一般半导体装置的动作速度与微细化同步提高，但是，在这种极其微细化的半导体装置中，随着由微细化引起的栅极长度的缩短，按照比例(scaling)规律减少栅极绝缘膜的膜厚则变得有必要。

背景技术

但是，若栅极长度在0.1μm以下，则在使用现有的热氧化膜时，栅极绝缘膜的厚度也需要设定在1～2nm或其以下，但是在这种非常薄的栅极绝缘膜中，隧道电流增大，其结果产生不能避免栅极漏电流增大的问题。

对于这种情况而言，在现有技术中，已经提出有将相对介电常数比热氧化膜大很多的Ta₂O₅、Al₂O₃、ZrO₂、HfO₂、乃至ZrSiO₄或HfSiO₄那样的高电介质材料(所谓的high-K材料)应用于栅极绝缘膜的方案。通过使用这种高电介质材料，能够较小地保持EOT(SiO₂电容量换算膜厚)不变，增大物理膜厚。因此，当栅极长度在0.1μm以下时，即便在非常短的超高速半导体装置中也能够使用约10nm程度的物理膜厚的栅极绝缘膜，能够抑制由隧道(tunnel)效应引起的栅极漏电流。

通常认为因为特别是ZrSiO₄或HfSiO₄等的金属硅化盐材料，与ZrO₂或HfO₂那样的氧化物材料相比，尽管相对介电常数多少有些降低，但是晶体化温度显著上升，即便当进行在半导体装置的制造工艺中使用的热处理时，也能够有效地抑制晶体化的发生，所以极其适合于作为高速半导体装置的高电介质栅极绝缘膜材料。

现阶段，这种高电介质栅极绝缘膜能够利用原子层堆积(ALD)法或MO(有机金属)CVD法形成是众所周知的。特别是当使用通过堆积每一个原子层形成膜的ALD法时，可以在膜中形成任意的组成梯度。例如在日本特开2001-284344号专利公报中，记载有在ZrSiO₄栅极绝缘膜中，以与硅基板的界面附近成为富含Si的方式，此外以随着离开上述界面成为富含Zr的方式，使用ALD技术形成组成梯度的情形。另一方面，在ALD法中因为对每一个原子层切换原料气体，而且一面在其间插入清除步骤一面进行堆积，所以需要时间，具有半导体装置的制造生产率低下的问题。

与此相对，在MOCVD法中，因为使用有机金属化合物原料统括地进行堆积，所以能够很大地提高半导体装置的制造生产率。因此，为了提高生产性，与ALD法相比，优选利用MOCVD法。此外，利用MOCVD法的成膜装置，与利用ALD法的成膜装置相比，具有成膜装置的构造简单的特征。因此，在利用MOCVD法的成膜装置中，具有单个装置的价格以及装置维持管理所需的费用等比利用ALD法的装置低的优点。

例如，在图1中，模式地表示利用MOCVD法的成膜装置的构成的一个例子。

参照图1，作为MOCVD装置的成膜装置10备有利用泵11进行排气的处理容器12，在上述处理容器12中设置有保持被处理基板W的保持台12A。

此外，在上述处理容器12中以与上述被处理基板W相对的方式，设置有具有多个开口部12P(气体喷出孔)的喷淋头12S。供给氧气的管线12a经过省略图示的MFC(质量流量控制器)和阀门V11与上述喷淋头12S连接。此外，供给例如四叔丁氧铪(HTB)等的有机金属化合物原料气体的管线12b经过省略图示的MFC和阀门V12与上述喷淋头12S连接。

在上述喷淋头12S内，上述氧气和有机金属化合物原料气体通过各自的路径，从在上述喷淋头12S中与上述硅基板W相对的面上形成的上述开口部12p，喷出到上述处理容器12内的处理空间中。

这里，在由内置于上述保持台12A中的加热器等加热单元12所加热的被处理基板W上，形成HfO₂薄膜。

专利文献1：日本特开2001-284344号专利公报

专利文献2：WO03/049173号专利公报

专利文献3：美国第6551948号专利公报

但是，在上述成膜装置的情形中，例如存在着原料气体在到达被处理基板前在被处理基板以外的地方被消耗的问题。