(57)【要約】      （修正有）【課題】ゲートの動作速度を向上させ、リーク電流を低下させる。【解決手段】高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室１０に搬入する工程と、前記処理室１０内に搬入された前記基板１１上に処理ガスを供給する工程と、前記基板１１にマイクロ波を供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。ここで、前記高誘電率膜は、前記基板１１にシリコン酸化膜を介して形成され、前記金属含有膜は、前記高誘電率膜の上に形成されている。【選択図】図１
2014187269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、
前記基板にマイクロ波を供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記高誘電率膜は、前記基板にシリコン酸化膜を介して形成され、前記金属含有膜は、前記高誘電率膜の上に形成されている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記マイクロ波を供給する工程では、前記金属含有膜よりも前記高誘電率膜を加熱するように、前記マイクロ波と前記処理室内雰囲気を調整する請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項５】
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いて主に基板を加熱する半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化、高速化のため、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの縮小化が行われている。
【０００３】
しかしながら、ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）の厚さが２ｎｍ以下となると、ゲート電極とシリコン基板との間に流れるトンネル電流が増大し、ゲートリーク電流が大きくなってしまう。
【０００４】
ゲートリーク電流に対する対策として、酸化シリコンの誘電率より高い誘電率を有する、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）等の高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用い、等価酸化シリコン膜厚（ＥＯＴ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｏｘｉｄｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を抑制しつつ、物理的にゲート絶縁膜厚を厚くする構成が用いられている。酸化シリコンの誘電率のｋ倍の誘電率を有する高誘電率絶縁体であれば、厚さをｋ倍にしてもＥＯＴは同じ値となり、ゲート電極の制御性が保たれる。シリコン基板の表面状態を良好に保つため、通常熱酸化した薄いシリコン酸化膜の上に高誘電率絶縁膜（例えばＨｆＯ膜）を堆積し、その後、上部電極として一般的にチタンアルミニウム窒化膜（ＴｉＡｌＮ膜）やチタニウム窒化膜（ＴｉＮ膜）を堆積し、トランジスタを形成する。
【０００５】
しかしながら、前記方法においては、ＨｆＯ堆積の際、初期酸化によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）が生成され、このＳｉＯ膜の薄膜化には限界があった。また、ゲートの動作速度を向上させるためにも、ＨｆＯ膜直下のＳｉＯ膜を薄くすることが好ましい。
【０００６】
下記の特許文献には、基板を処理する処理室と、処理室内で基板を支持する基板支持部と、処理室の壁面に開口する基板搬入搬出口を開閉すると共に、基板搬入搬出口を閉じた際には処理室の内壁面の一部を構成する開閉部と、処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、を備え、処理室の内壁面のうち、基板支持部上に支持された基板の処理面に対向する面と開閉部が構成する面とを結ぶ面が、基板の処理面に対して斜めに構成された基板処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−６６２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ゲートの動作速度を向上させ、リーク電流を低下させる半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム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】
【０００９】
第１の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、前記基板にマイクロ波を供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【００１０】
第２の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板が搬入される処理室と、前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部とを制御する制御部と、を有する基板処理装置にある。
【００１１】
第３の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、前記基板にマイクロ波を供給する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ゲートの動作速度を向上させ、リーク電流を低下させる半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に用いられる基板の積層構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理工程を用いた実験例であって（ａ）は、アニール処理前の基板の断面図であって、（ｂ）は、（ａ）の基板にマイクロ波アニール処理を施した後の断面図であって、（ｃ）は、（ａ）の基板にサーマルアニール処理を施した後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。基板処理装置１００は、処理室１０と搬送室（不図示）とマイクロ波供給部１９とを備える。処理室１０は、基板としてのウェハ１１を処理する。マイクロ波供給部１９は、導波路２１と導波口２２とを備える。なお、マイクロ波供給部１９にマイクロ波発生部２０を設けても良い。
【００１５】
マイクロ波発生部２０は、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部２０としては、例えばマイクロトロン、クライストロン、ジャイロトロン等が用いられる。マイクロ波発生部２０で発生したマイクロ波は、導波路２１を介して、処理室１０内に連通する導波口２２から処理室１０内に輻射される。これにより、誘電加熱の効率をあげることができる。導波路２１には、導波路２１内部の反射電力を少なくするマッチング機構２６が設けられる。
【００１６】
マイクロ波発生部２０、導波路２１、導波口２２、及びマッチング機構２６でマイクロ波供給部１９が構成される。
【００１７】
処理室１０を形成する処理容器１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室１０と外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。
【００１８】
処理室１０内には、ウェハ１１をその上端１３ａで支持する基板支持機構としての基板支持ピン１３が設けられる。
【００１９】
基板支持ピン１３は、例えば石英やセラミックス、サファイア、又はテフロン（登録商標）等、伝熱性が低く、電気的に絶縁性が良好な材質で形成される。このような材質とすることで、基板支持ピン１３そのものが加熱されることを抑制し、更にはウェハ１１から基板支持ピン１３への熱逃げを抑制することができる。熱逃げを抑制することができるため、ウェハ面内を均一に加熱することが可能となる。また、基板支持ピン１３の加熱を防ぐことで、基板支持ピン１３の熱変形を防ぐことができ、結果熱変形によるウェハ高さを一定にすることができるので、１スロット辺りのウェハ加熱を再現性良く加熱することが可能となる。また、基板支持ピン１３は、複数（本実施形態においては３本）で構成される。
【００２０】
処理室１０の側壁には、例えば窒素（Ｎ２）等のガスを供給するガス供給管５２が設けられている。ガス供給管５２には、上流から順に、ガス供給源５５、ガス流量を調整する流量制御装置５４、ガス流路を開閉する開閉バルブ５３が設けられており、この開閉バルブ５３を開閉することで、処理室１０内にガス供給管５２からガスが供給、又は供給停止される。ガス供給管５２から供給されるガスは、処理室１０内の酸素濃度を低酸素濃度にしたり、ウェハ１１を冷却したり、パージガスとして処理室１０内のガスや雰囲気を押し出したりするのに用いられる。
【００２１】
ガス供給管５２、開閉バルブ５３、流量制御装置５４及びガス供給源５５でガス供給部５０が構成される。流量制御装置５４と開閉バルブ５３は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。
【００２２】
図１に示すように、例えば直方体である処理容器１８の下部であって処理室１０の側壁には、処理室１０内のガスを排気するガス排出管６２が設けられている。ガス排出管６２には、上流から順に、排気装置としての真空ポンプ６４と、圧力調整バルブ６３が設けられており、この圧力調整バルブ６３の開度を調整することで、処理室１０内の圧力が所定の値に調整される。
【００２３】
ガス排出管６２、圧力調整バルブ６３及び真空ポンプ６４でガス排出部６０が構成される。圧力調整バルブ６３は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により圧力調整制御される。
【００２４】
図１に示すように、処理容器１８の一側面には、処理室１０の内外にウェハ１１を搬送するためのウェハ搬送口７１が設けられている。ウェハ搬送口７１には、ゲートバルブ７２が設けられており、ゲートバルブ駆動部７３によりゲートバルブ７２を開けることにより、処理室１０内と搬送室内とが連通するように構成されている。ウェハ搬送口７１、ゲートバルブ７２、ゲートバルブ駆動部７３でウェハ搬送部が構成される。搬送室内には、ウェハ１１を搬送する搬送ロボット（不図示）が設けられている。搬送ロボットには、ウェハ１１を搬送する際にウェハ１１を支持する搬送アームが備えられている。ゲートバルブ７２を開くことによって、搬送ロボットにより処理室１０内と搬送室内との間で、ウェハ１１を搬送することが可能なように構成されている。
【００２５】
図２は、制御部８０のハードウェア構成を示すブロック図である。
制御部８０には、演算装置１０２、記憶装置１０４、入出力部としてのＩ／Ｏポート１０６が内部バス１０８を介して、それぞれ互いにデータ交換可能なように設けられている。
【００２６】
演算装置１０２として、ＣＰＵ又は専用の演算回路等が用いられる。
【００２７】
記憶装置１０４は、内部記録媒体１０５を有している。内部記録媒体１０５内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや後述する基板処理工程や条件などを含むプロセスレシピ等が読み出し可能に格納されている。
【００２８】
なお、プロセスレシピは、基板処理工程における各ステップを制御部８０に実行させ、所定の結果が得ることがでるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して単にプログラムともいう。ここで、本明細書においてプログラムとした場合にはプロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、またはその両方を含む場合がある。
【００２９】
Ｉ／Ｏポート１０６には、マイクロ波発生部２０、開閉バルブ５３、流量制御装置５４、圧力調整バルブ６３、真空ポンプ６４、ゲートバルブ駆動部７３、搬送ロボット等がバス１０７を介して接続されている。
【００３０】
また、制御部８０はネットワーク１１０に接続されている。ネットワーク１１０は、半導体製造工場内に設けられたネットワークやインターネット等で構成される。
【００３１】
また、制御部８０には、入出力装置２０４と外部記憶装置２０６が内部バス１０８を介して接続されている。ここで、入出力装置２０４は制御部８０と一体の構成としてもよい。入出力装置２０４として、ディスプレイ、タッチパネル、操作端末、キーボード、マウス等が用いられる。外部記憶装置２０６は、外部記録媒体２０７を有している。外部記録媒体２０７内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや後述する基板処理工程や条件などを含むプロセスレシピ等が読み出し可能に格納されている。
【００３２】
つまり、制御部８０は、演算装置１０２が、記憶装置１０４の内部記録媒体１０５に記憶されたプログラムを実行することにより、Ｉ／Ｏポート１０６を介してマイクロ波発生部２０、開閉バルブ５３、流量制御装置５４、圧力調整バルブ６３、真空ポンプ６４、ゲートバルブ駆動部７３、搬送ロボット等の各構成部の動作を制御する。なお、プログラムは、制御部８０の外部に設けられた外部記憶装置２０６に格納するようにし、外部記憶装置２０６から読み出して実行しても良く、外部記憶装置２０６に記録されたプログラムを内部記録媒体１０５へ移動させ、内部記録媒体１０５から読み出して実行するようにしても良い。また、プログラムは、制御部８０に接続されたネットワーク１１０から内部記録媒体１０５に記憶させてから実行するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、内部記録媒体１０５として、例えばハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ等が用いられる。また、外部記録媒体２０７として、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フラッシュメモリ等が用いられる。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に用いられる処理対象である基板としてのウェハ１１の要部積層構造を示す断面図である。
【００３５】
図３に示されているように、ウェハ１１には、高誘電率ゲート絶縁膜が形成されている。具体的には、シリコンウェハ１１１の表面上に、ＨｆＯ初期酸化シリコン膜としてのＳｉＯ膜１１２が形成され、ＳｉＯ膜１１２の上に高誘電率膜としてのＨｆＯ膜１１４が形成されている。そして、ＨｆＯ膜１１４の上には、金属含有膜としてのチタン（Ｔｉ）含有膜であるＴｉＡｌＮ膜１１６又はＴｉＮ膜１１７が形成されている。
【００３６】
ＳｉＯ膜１１２及びＨｆＯ膜１１４は、原子層堆積法（ＡＬＤ法：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）により形成される。ここで、ＳｉＯ膜１１２は、ＨｆＯ膜の形成によりシリコンウェハ１１１とＨｆＯ膜１１４の間に形成される界面酸化膜である。
【００３７】
次に、基板処理装置１００における本実施形態の基板処理動作について説明する。図４は、本実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。また、本実施形態の基板処理は、半導体装置を製造する複数工程の中の一工程を構成するものである。なお、後述する各部の動作は、制御部８０により制御される。
【００３８】
＜基板搬入工程、ステップＳ１０＞
ウェハ１１を処理室１０に搬入する基板搬入工程において、まず、ゲートバルブ７２を開き、処理室１０と搬送室とを連通させる。次に、処理対象（処理基板）のウェハ１１を、搬送ロボットにより、搬送室内から処理室１０内へ搬入する。
【００３９】
＜基板載置工程、ステップＳ１１＞
処理室１０内に搬入されたウェハ１１は、搬送ロボットにより、基板支持ピン１３の上端１３ａに載置され、基板支持ピン１３に支持される。次に、搬送ロボットが処理室１０内から搬送室内へ戻ると、ゲートバルブ７２が閉じられる。
【００４０】
＜窒素ガス供給工程、ステップＳ１２＞
次に、処理室１０内を窒素（Ｎ２）雰囲気に置換する。ウェハ１１を搬入すると処理室１０の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影響しないように処理室１０内をＮ２雰囲気に置き換える。
【００４１】
＜ガス排気工程、ステップＳ１３＞
開閉バルブ５３を開いて、処理室１０内にガス供給管５２からＮ２ガスを供給するとともに、圧力調整バルブ６３により処理室１０内の圧力を所定の値に調整しつつ、ガス排出管６２から、真空ポンプ６４により処理室１０内のガス（雰囲気）を排出する。
【００４２】
すなわち、マイクロ波を供給する工程の前に、処理室１０内の酸素濃度を低酸素濃度、好ましくは、処理室１０内の酸素濃度を１ｐｐｍ以下にする。なお、本実施形態においては、Ｎ２雰囲気に置き換えたが、これに限らず、不活性ガス雰囲気や、真空雰囲気に置き換えてもよい。また、ＨｆＯ膜１１４とシリコンウェハ１１１の間に形成されたＳｉＯ膜１１２の還元を促進するために、ここで還元性ガスを加えてもよい。還元性ガスとして、例えば、水素（Ｈ２）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
【００４３】
＜マイクロ波供給工程、ステップＳ１４＞
次に、マイクロ波発生部２０で発生させたマイクロ波を、導波口２２から処理室１０内に供給し、照射する。このとき、処理室１０内にプラズマを発生させないように処理室１０内の圧力を制御する。マイクロ波の周波数は、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚで、好ましくは２ＧＨｚ〜８ＧＨｚであって、例えば、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ〜７ＧＨｚの所望の周波数に設定する。このマイクロ波照射では、ＴｉＡｌＮ膜１１６又はＴｉＮ膜１１７よりもＨｆＯ膜１１４を加熱するように、マイクロ波と処理室内雰囲気とを調整する。
【００４４】
高誘電率膜（以下、Ｈｉｇｈ−ｋ膜と記す）等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。我々の研究によれば、ハイパワーのマイクロ波をウェハに照射し処理すると、ウェハ上の誘電体膜が加熱され改質されることが分かっている。また、マイクロ波による加熱は、誘電率εと誘電正接ｔａｎδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的により高温に加熱できることが分かっている。
【００４５】
以下にＨｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明する。ウェハの基板材料であるシリコンに比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの比誘電率εｒは３．９であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の比誘電率εｒは２５、ＺｒＯ膜の比誘電率εｒは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウェハにマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が選択的により高温に加熱される。
【００４６】
以上のようにして、所定時間、マイクロ波を供給して基板加熱処理を行った後、マイクロ波の供給を停止する。
【００４７】
＜基板搬出工程、ステップＳ１５＞
マイクロ波供給工程が終了すると、上述した基板搬入工程に示した手順とは逆の手順により、加熱処理したウェハ１１を処理室１０から搬送室内へ搬出する。
【００４８】
＜実験例＞
図５（ａ）は、ウェハ１１として、図３のウェハの最上面のＴｉＡｌＮ膜１１６、ＴｉＮ膜１１７の代わりに、界面酸化膜としてのＳｉＯ膜１１２の還元技術やマイクロ波でのアニール技術に注目する為、アモルファスシリコン膜（ａ―Ｓｉ膜）１１８を形成した積層構造を示す断面図であって、図５（ｂ）は、図５（ａ）のウェハ１１に６５０℃でマイクロ波アニール処理を施した後の断面図であって、図５（ｃ）は、図５（ａ）のウェハ１１に６５０℃でサーマルアニール処理を施した後の断面図である。ＨｆＯ膜１１４の上にキャップ膜として、アモルファスシリコン膜（ａ―Ｓｉ膜）１１８を形成することで、処理室１０内の環境による酸化種の引き込みを防いでいる。
【００４９】
図５（ａ）に示されているように、各アニール処理前のＳｉＯ膜１１２の厚さを１．２ｎｍ、ＨｆＯ膜１１４の厚さを１．５ｎｍ、ａ―Ｓｉ膜１１８の厚さを１３．５ｎｍとする。
【００５０】
アニール処理を施すことにより、ａ―Ｓｉ膜１１８が結晶化され、ａ―Ｓｉ膜１１８とＨｆＯ膜１１４との間にポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜１１９が形成される。
【００５１】
図５（ｂ）に示されているように、マイクロ波アニール処理後は、マイクロ波を供給することにより、ＳｉＯ膜１１２の厚さは０．７ｎｍ、ＨｆＯ膜１１４の厚さは１．６ｎｍ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１９の厚さは１２．２ｎｍ、ａ―Ｓｉ膜１１８の厚さは１．５ｎｍとなった。すなわち、シリコンウェハ１１１の表面に形成されたＳｉＯ膜１１２の膜厚は１．２ｎｍから０．７ｎｍに減膜した。これは、ウェハ１１にマイクロ波が供給されることにより、界面ダイポールが選択加熱され、ＳｉＯ膜１１２が還元され、その酸素（Ｏ）分子が一部ＨｆＯ膜に取り込まれ、一部がＨｆＯ膜１１４を通過して、結晶化されたＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１１９、ａ―Ｓｉ膜１１８へ取り込まれ、一部が外部へ放出されたと考えられる。
【００５２】
一方、図５（ｃ）に示されているように、サーマルアニール処理後は、ＳｉＯ膜１１２の厚さは１．２ｎｍ、ＨｆＯ膜１１４の厚さは１．５ｎｍ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１１９の厚さは１２．０ｎｍ、ａ―Ｓｉ膜１１８の厚さは１．７ｎｍとなった。すなわち、ウェハ１１の表面に形成されたＳｉＯ膜１１２の膜厚が１．２ｎｍのまま変化しなかった。
【００５３】
また、図５（ｂ）のマイクロ波アニール処理後のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１１９に比較して、図５（ｃ）のサーマルアニール処理後のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１１９の方が結晶性が強く現れ、ウェハ１１が受ける熱エネルギーはサーマルアニール処理の方が大きいと推測される。しかしながら、界面酸化膜としてのＳｉＯ膜１１２の変化はマイクロ波アニール処理の方が大きいことから、マイクロ波による界面ダイポールの選択性を用いた界面酸化膜還元効果であるといえる。
【００５４】
すなわち、高誘電率ゲート絶縁膜の積層構造を示すウェハ１１に、マイクロ波を供給することで、界面酸化膜としてのＳｉＯ膜１１２の膜厚を積層膜状態を崩すことなく薄膜化させることができることが分かった。
【００５５】
したがって、本発明の実施形態によれば、高誘電率膜直下の酸化シリコン膜（界面酸化膜）をマイクロ波アニール処理を施すことにより還元させることができる。
【００５６】
また、本発明の実施形態によれば、ＳｉＯ膜（界面酸化膜）の還元により、ＥＯＴが低減効率に向上し、トランジスタの動作速度を向上させることができる。また、高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用いることでリーク電流を抑制できる。また、マイクロ波により界面ダイポールを選択的に加熱するため、周辺膜への熱負荷を低減することができ、積層膜の結晶化を促進できる。また、複雑なプロセスを要しないため、安価に採用することができ、デバイスコストを低減できる。
【００５７】
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に変更が可能であることはいうまでもない。上述の各実施形態では、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００５８】
また、本実施例のような高誘電率膜を有するウェハのアニール処理（結晶化制御、不純物低減、欠損酸素補給）する場合について説明したが、それに限らず、ベェアシリコン基板に注入している不純物の活性化、Ｐｏｌｙ−Ｓｉの活性化及び結晶化形状制御、Ｐｏｌｙｍｅｒのキュア、Ｃｕ配線のＧａｉｎ  ｓｉｚｅ制御、Ｅｐｉ−Ｓｉ或いはＥｐｉ−ＳｉＧｅの欠陥修復、アモルファス或いはＰｏｌｙ構造を結晶化に応用。ＬＥＤプロセスにおいては、ＧａＮの結晶性改善などに基板処理装置及び基板製造方法に適応することができる。
【００５９】
また、固定周波数の電源を複数設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切り替えて供給或いは同時に周波数が異なる複数のマイクロ波を供給し、処理するようにしてもよい。
【００６０】
本実施形態によれば、マイクロ波の材料選択性により、処理膜の反応温度と同じ温度まで処理基板及び処理環境温度を上昇させる必要がなく、基板に与える熱負荷を減らしつつ処理膜を効率的に改質させることができる。
【００６１】
また、上述の実施形態では、高誘電率膜として、ハフニウム酸化（ＨｆＯｘ）膜を用いたが、これの一例であるハフニウムシリコン酸化（ＨｆＳｉＯ）膜やハフニウムアルミニウム酸化（ＨｆＡｌＯ）膜を用いてもよい。また、これに限らず、ジルコニウム酸化（ＺｒＯｘ）膜やこれの一例であるジルコニウムアルミニウム酸化（ＺｒＡｌＯ）膜、アルミニウム酸化（ＡｌｘＯｙ）膜、ランタン酸化（ＬａｘＯｙ）膜やこれの一例であるランタンアルミニウム酸化（ＬａＡｌＯ）膜、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ）膜、イットリウム酸化（ＹＯ）膜、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ）膜やこれらを積層又は複合した高誘電率膜にも適用することができる。また、これらの材料に、酸化ケイ素（ＳｉＯ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）を組み合わせた膜であってもよく、例えば、ハフニウムシリコン酸化（ＨｆＳｉＯ）膜、ハフニウムシリコン酸窒化（ＨｆＳｉＯＮ）膜、ジルコニウムシリコン酸化（ＺｒＳｉＯ）膜を用いてもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、金属含有膜として、チタンアルミニウム窒化（ＴｉＡｌＮ）膜又はチタニウム窒化（ＴｉＮ）膜を用いたが、これに限らず、チタンアルミニウム炭化（ＴｉＡｌＣ）膜、チタンアルミニウム炭窒化（ＴｉＡｌＣＮ）膜、チタン炭窒化（ＴｉＣＮ）膜、タンタルアルミ窒化（ＴａＡｌＮ）膜、タンタル窒化（ＴａＮ）膜、タンタルアルミニウム炭窒化（ＴａＡｌＣＮ）膜、タンタル炭窒化（ＴａＣＮ）膜、タングステンアルミニウム窒化（ＷＡｌＮ）膜、タングステン窒化（ＷＮ）膜、タングステンアルミニウム炭窒化（ＷＡｌＣＮ）膜、タングステン炭窒化（ＷＣＮ）膜、ルテニウム（Ｒｕ）膜、ルテニウム酸化（ＲｕＯ）膜、コバルト（Ｃｏ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、タングステン（Ｗ）膜、炭化タングステン（ＷＣ）膜、タングステンシリコン窒化（ＷＳｉＮ）膜、タングステン硼炭化（ＷＢＣ）膜、タングステン硼炭窒化（ＷＢＣＮ）膜、タングステンアルミニウム炭化（ＷＡｌＣ）膜等にも適用することができる。また、これらの膜を積層した膜であってもよく、例えば、ＴｉＡｌＣ膜上にＴｉＮ膜を形成させた積層膜や、ＴｉＡｌＣ膜上にタングステン（Ｗ）膜を形成させた積層膜を用いてもよい。
【００６３】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００６４】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、
前記基板にマイクロ波を供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００６５】
（付記２）
付記１に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記高誘電率膜は、前記基板にシリコン酸化膜を介して形成され、前記金属含有膜は、前記高誘電率膜の上に形成されている。
【００６６】
（付記３）
付記１又は２に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記金属含有膜は、遷移金属含有膜である。
【００６７】
（付記４）
付記３に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記遷移金属含有膜は、アルミニウム、臭素、炭素、窒素のいずれか若しくは２つ以上を含む。
【００６８】
（付記５）
付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記金属含有膜は、チタン含有膜である。
【００６９】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程の前に、前記処理室内の酸素濃度を低酸素濃度にする工程を有する。
【００７０】
（付記７）
付記６に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記低酸素濃度は、１ｐｐｍ以下である。
【００７１】
（付記８）
付記１乃至７に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程では、前記処理室内にプラズマを発生させないように当該処理室内の圧力を制御する。
【００７２】
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波の周波数は、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚである。
【００７３】
（付記１０）
付記１乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程では、前記金属含有膜よりも前記高誘電率膜を加熱するように、前記マイクロ波と前記処理室内雰囲気を調整する。
【００７４】
（付記１１）
他の態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部と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。
【００７５】
（付記１２）
他の態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【００７６】
（付記１３）
他の態様によれば、
高誘電率膜と、金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが格納された記録媒体が提供される。
【符号の説明】
【００７７】
１０…処理室
１１…ウェハ
１３…基板支持ピン
１８…処理容器
１９…マイクロ波供給部
２０…マイクロ波発生部
２１…導波路
２２…導波口
５０…ガス供給部
５２…ガス供給管
５３…開閉バルブ
５４…流量制御装置
５５…ガス供給源
６０…ガス排出部
６２…ガス排出管
６３…圧力調整バルブ
６４…真空ポンプ
７１…ウェハ搬送口
７２…ゲートバルブ
７３…ゲートバルブ駆動部
８０…制御部
１００…基板処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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