[发明专利]高电介质膜的形成方法和半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于半导体器件中的栅极绝缘膜、电容器膜的高电介质膜的形成方法和使用该高电介质膜的半导体装置的制造方法。

背景技术

近年来，根据LSI的高集成化、高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计规则不断微细化，随之，在CMOS器件中，栅极绝缘膜被要求是以SiO₂电容换算膜厚的EOT(Equivalent Oxide Thickness，等效氧化层厚度)表示的1.5nm程度以下的值。作为不增加栅极漏电流地实现这样薄的绝缘膜的材料，高介电常数材料、所谓的High-k材料正在受到关注。

在将高介电常数材料用作栅极绝缘膜的情况下，需要其没有与硅基板的相互扩散，在热力学方面稳定，从该观点出发，铪、锆的氧化物或者其金属硅酸盐被认为是很有前景的。

作为这样的高电介质膜的成膜方法，已知使用有机金属材料作为金属原料气体进行成膜的化学蒸镀(CVD)法、通过交替供给金属原料气体和氧化剂的原子层蒸镀(ALD)法进行成膜的方法(例如日本特开2004-079753(专利文献1))。并且，在这样的成膜之后，根据需求进行氮添加工序、退火工序等，从而能够形成高电介质栅极绝缘膜。

但是，在按照这些方法形成高电介质膜的情况下，从极力避免对器件的不良影响的观点出发，趋向于在更加低温的条件下形成膜。另一方面，有机金属原料中含有大量的氢，并且，作为氧化剂也使用含有氢的气体，在使有机金属原料氧化的过程中，生成含氢成分。如果这样的含氢成分进入膜中，则在低温的条件下难以从膜中释放出来，容易残留在膜中。如果这样的含氢成分残留在膜中，则在形成半导体装置(晶体管)时，会引起界面态(interface state)的产生、Vth偏移，损害器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使在使用有机金属材料的低温成膜条件下，也难以在膜中残留含氢成分的高电介质膜的形成方法。

本发明的另一目的在于提供一种应用这样的高电介质膜的制造方法的半导体装置的制造方法。

进一步，本发明的另一目的在于提供一种存储有用于执行这样的高电介质膜的形成方法的程序的存储介质。

根据本发明的第一观点，提供一种高电介质膜的形成方法，其包括：在基板上使用有机金属原料以350℃以下的温度通过ALD或CVD形成高电介质膜的工序；和在低压的含氧气氛中向上述高电介质膜照射紫外线使膜中的氢脱离的工序。

根据本发明的第二观点，提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置具有高电介质膜作为栅极绝缘膜或电容器膜，上述高电介质膜通过具有下述工序的方法形成：在基板上使用有机金属原料以350℃以下的温度通过ALD或CVD形成高电介质膜的工序；和在低压的含氧气氛中向上述高电介质膜照射紫外线使膜中的氢脱离的工序。

根据本发明的第三观点，提供一种半导体装置的制造方法，其包括：在半导体基板上使用有机金属原料以350℃以下的温度通过ALD或CVD形成作为栅极绝缘膜的高电介质膜的工序；在低压的含氧气氛中向上述高电介质膜照射紫外线使膜中的氢脱离的工序；和在上述高电介质膜之上形成栅极电极的工序。

在上述第一～第三观点中，作为上述高电介质膜，能够使用Hf或Zr的氧化物或硅酸盐。在这种情况下，作为上述有机金属原料能够使用酰胺类金属化合物。在形成高电介质膜时，能够使用H₂O作为氧化剂。

另外，上述紫外线的照射优选在0.665～665Pa的压力下进行。上述紫外线的照射优选在将基板加热至500℃以下的温度的状态下进行。上述紫外线的照射能够在O₂气体气氛中进行。上述紫外线的照射能够使用波长为172nm的紫外线进行。

根据本发明的第四观点，提供一种存储介质，其存储有在计算机中执行，控制高电介质膜的形成装置的程序，上述程序在执行时，以进行高电介质膜的形成方法的方式，使计算机控制上述高电介质膜的形成装置，上述高电介质膜的形成方法包括：在基板上使用有机金属原料以350℃以下的温度通过ALD或CVD形成高电介质膜的工序；和在低压的含氧气氛中向上述高电介质膜照射紫外线使膜中的氢脱离的工序。

根据本发明，在含氢成分容易残留在膜中的、使用有机金属原料以350℃以下的条件通过ALD或者CVD进行的高电介质膜的成膜之后，在低压条件下进行在含氧气体气氛中的紫外线照射，从而能够使氢从高电介质膜脱离，能够防止由于含氢成分残留在膜中而导致的器件的可靠性的降低。