(57)【要約】【課題】耐圧性を備えた酸窒化膜を得ることができる成膜方法を提供する。【解決手段】ウエハＷのＳｉＣ基板１８の表面に薄いＳｉＯ２膜２３を成膜した後、ＨｆＯ膜２５の成膜及びＡｌＮ膜２４の成膜を繰り返してＨｆＯ膜２５の成膜とＡｌＮ膜２４が交互に成膜されたＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成し、ＨｆＡｌＯＮ膜２６が形成されたＳｉＣ基板１８を加熱してＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理を施す。【選択図】図３
2015198185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、
第１の元素を含む窒化膜を成膜する窒化膜成膜ステップと、第２の元素を含む酸化膜を成膜する酸化膜成膜ステップとを繰り返して窒化膜及び酸化膜を交互に成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記窒化膜成膜ステップ及び前記酸化膜成膜ステップを繰り返した後に前記窒化膜及び前記酸化膜へ熱処理を施すことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
一の前記窒化膜及び一の前記酸化膜の厚さの合計は０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項４】
最初の前記窒化膜成膜ステップを、最初の前記酸化膜成膜ステップより先に行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
最初の前記酸化膜成膜ステップを、最初の前記窒化膜成膜ステップより先に行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記窒化膜の成膜及び／又は前記酸化膜の成膜はＡＬＤ、ＣＶＤ又はＰＶＤによって実行されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記窒化膜成膜ステップ及び前記酸化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記窒化膜及び前記酸化膜へ酸化処理を施すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記酸化処理は熱処理又はプラズマ処理であることを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記窒化膜成膜ステップ及び前記酸化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記窒化膜及び前記酸化膜へ窒化処理を施すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記窒化処理は熱処理又はプラズマ処理であることを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記窒化膜及び／又は前記酸化膜が酸窒化膜であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、
第１の元素を含む酸化膜を成膜する第１の酸化膜成膜ステップと、第２の元素を含む酸化膜を成膜する第２の酸化膜成膜ステップとを繰り返して第１の酸化膜及び第２の酸化膜を交互に成膜し、
前記第１の酸化膜成膜ステップ及び前記第２の酸化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記第１の酸化膜及び前記第２の酸化膜へ窒化処理を施すことを特徴とする成膜方法。
【請求項１３】
前記第１の酸化膜成膜ステップ及び前記第２の酸化膜成膜ステップを繰り返した後に前記第１の酸化膜及び前記第２の酸化膜へ熱処理を施すことを特徴とする請求項１２記載の成膜方法。
【請求項１４】
一の前記第１の酸化膜及び一の前記第２の酸化膜の厚さの合計は０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであることを特徴とする請求項１２又は１３記載の成膜方法。
【請求項１５】
前記第１の酸化膜の成膜及び／又は前記第２の酸化膜の成膜はＡＬＤ、ＣＶＤ又はＰＶＤによって実行されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１６】
前記窒化処理は熱処理又はプラズマ処理であることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１７】
前記第１の酸化膜及び／又は前記第２の酸化膜が酸窒化膜であることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１８】
パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、
第１の元素を含む窒化膜を成膜する第１の窒化膜成膜ステップと、第２の元素を含む窒化膜を成膜する第２の窒化膜成膜ステップとを繰り返して第１の窒化膜及び第２の窒化膜を交互に成膜し、
前記第１の窒化膜成膜ステップ及び前記第２の窒化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記第１の窒化膜及び前記第２の窒化膜へ酸化処理を施すことを特徴とする成膜方法。
【請求項１９】
前記第１の窒化膜成膜ステップ及び前記第２の窒化膜成膜ステップを繰り返した後に前記第１の窒化膜及び前記第２の窒化膜へ熱処理を施すことを特徴とする請求項１８記載の成膜方法。
【請求項２０】
一の前記第１の窒化膜及び一の前記第２の窒化膜の厚さの合計は０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであることを特徴とする請求項１８又は１９記載の成膜方法。
【請求項２１】
前記第１の窒化膜の成膜及び／又は前記第２の窒化膜の成膜はＡＬＤ、ＣＶＤ又はＰＶＤによって実行されることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項２２】
前記酸化処理は熱処理又はプラズマ処理であることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項２３】
前記第１の窒化膜及び／又は前記第２の窒化膜が酸窒化膜であることを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項２４】
パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、
第１の元素を含む膜を成膜する第１の成膜ステップと、第２の元素を含む膜を成膜する第２の成膜ステップとを繰り返して第１の膜及び第２の膜を交互に成膜し、
前記第１の成膜ステップ及び前記第２の成膜ステップを繰り返す際に、第１の所定のタイミングで前記第１の膜及び前記第２の膜へ酸化処理を施し、第２の所定のタイミングで前記第１の膜及び前記第２の膜へ窒化処理を施すことを特徴とする成膜方法。
【請求項２５】
前記第１の成膜ステップ及び前記第２の成膜ステップを繰り返した後に前記第１の膜及び前記第２の膜へ熱処理を施すことを特徴とする請求項２４記載の成膜方法。
【請求項２６】
一の前記第１の膜及び一の前記第２の膜の厚さの合計は０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであることを特徴とする請求項２４又は２５記載の成膜方法。
【請求項２７】
前記酸化処理及び前記窒化処理のそれぞれは熱処理又はプラズマ処理であることを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項２８】
前記ゲート絶縁膜の厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項２９】
前記第１の元素及び前記第２の元素は互いに異なる元素であり、前記第１の元素及び前記第２の元素のそれぞれはアルミニウム、シリコン、チタン、ランタン及びハフニウムのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項３０】
前記第１の元素及び前記第２の元素の一方はアルミニウムであり、他方はハフニウムであることを特徴とする請求項２９記載の成膜方法。
【請求項３１】
前記第１の元素及び前記第２の元素の一方はシリコンであり、他方はアルミニウム、チタン及びランタンのいずれかであることを特徴とする請求項２９記載の成膜方法。
【請求項３２】
前記第１の元素及び前記第２の元素はいずれも金属であることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項３３】
前記ゲート絶縁膜は酸窒化膜であり、炭化珪素、窒化ガリウム及びダイヤモンドのいずれかを含む基板の上に形成されることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項３４】
前記酸窒化膜及び前記基板の間に酸化珪素膜が形成されることを特徴とする請求項３３記載の成膜方法。
【請求項３５】
前記第１の元素を含む窒化膜の成膜及び前記第２の元素を含む酸化膜の成膜を行う成膜手段を備える成膜装置であって、
前記成膜手段は、前記窒化膜成膜ステップ及び前記酸化膜成膜ステップを繰り返して請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の成膜方法を実行することを特徴とする成膜装置。
【請求項３６】
前記第１の元素を含む酸化膜の成膜及び前記第２の元素を含む酸化膜の成膜を行う成膜手段と、窒化処理を施す窒化手段とを備える成膜装置において、
前記成膜手段は、前記第１の酸化膜成膜ステップ及び前記第２の酸化膜成膜ステップを繰り返して請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の成膜方法を実行することを特徴とする成膜装置。
【請求項３７】
前記第１の元素を含む窒化膜の成膜及び前記第２の元素を含む窒化膜の成膜を行う成膜手段と、酸化処理を施す酸化手段とを備える成膜装置において、
前記成膜手段は、前記第１の窒化膜成膜ステップ及び前記第２の窒化膜成膜ステップを繰り返して請求項１８乃至２３のいずれか１項に記載の成膜方法を実行することを特徴とする成膜装置。
【請求項３８】
前記第１の元素を含む膜の成膜及び前記第２の元素を含む膜の成膜を行う成膜手段と、酸化処理を施す酸化手段と、窒化処理を施す窒化手段とを備える成膜装置において、
前記成膜手段は、前記第１の成膜ステップ及び前記第２の成膜ステップを繰り返して請求項２４乃至２７のいずれか１項に記載の成膜方法を実行することを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜として用いられる酸窒化膜の成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン（Ｓｉ）よりも熱伝導率、絶縁破壊電界強度、及び電子飽和速度が高く、素子の高温動作が可能という利点があるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、ダイヤモンド等からなる基板をパワーＭＯＳＦＥＴに用いることが検討されている。このようなパワーＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成には堆積法が用いられるが、堆積される材料としては高誘電率の材料が好ましく、特にバンドギャップ等の物性値の観点からアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が有望視されている。
【０００３】
しかしながら、Ａｌ２Ｏ３は多数の電子トラップを有するため、Ａｌ２Ｏ３のみでゲート絶縁膜を形成した場合、フラットバンド電圧がシフトし、閾値電圧が不安定となる。そこで、ゲート絶縁膜の酸素と基板のシリコンとの中間の価電子数を持つ窒素を、ゲート絶縁膜に添加して電子トラップを解消することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。特に、ゲート絶縁膜を構成するＡｌ２Ｏ３へ数ａｔ％の窒素を添加する場合には、プラズマによってＡｌ２Ｏ３を窒化して酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜を生成する方法が用いられている（例えば、非特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“高速トランジスタを実現する高誘電率ゲート絶縁膜の欠陥制御技術を開発”、[online]、株式会社富士通研究所、[平成２４年７月２日検索]、インターネット（URL: http://pr.fujitsu.com/jp/news/2002/07/1.html）
【非特許文献２】K. Manabe, IEICE TRANS. ELECTRON., Vol. E87-C, No. 1, page 30, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコン基板を用いる通常のＭＯＳＦＥＴにおけるゲート絶縁膜の厚さは数ｎｍであるため、ゲート絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３膜をプラズマによって窒化する際、窒素はＡｌ２Ｏ３膜の膜厚方向に関して十分にドープされ、窒素が均一に分散した酸窒化膜を生成することができる。
【０００６】
しかしながら、パワーＭＯＳＦＥＴにおけるゲート絶縁膜は耐圧性を考慮して厚さが少なくとも５０ｎｍであり、好ましくは１００ｎｍ以上となるため、プラズマによって窒化を試みた場合、窒素がゲート絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３膜の膜厚方向に関して十分にドープされず、窒素が厚み方向に関して均一に分散した酸窒化膜を生成することができない。窒素が均一に分散していない酸窒化膜をゲート絶縁膜としても用いた場合、所望のフラットバンド電圧や閾値電圧を実現することができない。
【０００７】
すなわち、酸窒化膜において窒素を均一に分散させることを優先させた場合、耐圧性を備えることが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、耐圧性を備えた酸窒化膜を得ることができる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、第１の元素を含む窒化膜を成膜する窒化膜成膜ステップと、第２の元素を含む酸化膜を成膜する酸化膜成膜ステップとを繰り返して窒化膜及び酸化膜を交互に成膜することを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、第１の元素を含む酸化膜を成膜する第１の酸化膜成膜ステップと、第２の元素を含む酸化膜を成膜する第２の酸化膜成膜ステップとを繰り返して第１の酸化膜及び第２の酸化膜を交互に成膜し、前記第１の酸化膜成膜ステップ及び前記第２の酸化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記第１の酸化膜及び前記第２の酸化膜へ窒化処理を施すことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、第１の元素を含む窒化膜を成膜する第１の窒化膜成膜ステップと、第２の元素を含む窒化膜を成膜する第２の窒化膜成膜ステップとを繰り返して第１の窒化膜及び第２の窒化膜を交互に成膜し、前記第１の窒化膜成膜ステップ及び前記第２の窒化膜成膜ステップを繰り返す際に、所定のタイミングで前記第１の窒化膜及び前記第２の窒化膜へ酸化処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、パワーデバイス向けのＭＯＳＦＥＴに用いられるゲート絶縁膜の成膜方法であって、第１の元素を含む膜を成膜する第１の成膜ステップと、第２の元素を含む膜を成膜する第２の成膜ステップとを繰り返して第１の膜及び第２の膜を交互に成膜し、前記第１の成膜ステップ及び前記第２の成膜ステップを繰り返す際に、第１の所定のタイミングで前記第１の膜及び前記第２の膜へ酸化処理を施し、第２の所定のタイミングで前記第１の膜及び前記第２の膜へ窒化処理を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐圧性を備えた酸窒化膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行する成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る成膜方法で形成されるＨｆＡｌＯＮ膜をゲート絶縁膜として用いるプレーナ構造を有するＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【図４】本実施の形態に係る成膜方法で形成されるＨｆＡｌＯＮ膜をゲート絶縁膜として用いるトレンチゲート構造を有するＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行するセミバッチ式の成膜装置の構成を概略的に示す水平断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行するバッチ式の成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法によって製造されたゲート絶縁膜の熱処理の温度と、瞬時絶縁破壊電圧及び比誘電率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行する成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。この成膜装置は基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にゲート絶縁膜としてのＨｆＡｌＯＮ膜を成膜する。
【００１８】
図１において、成膜装置１０は、例えば、円筒形状を呈するチャンバ１１と、該チャンバ１１内の底部に配置される載置台１２と、チャンバ１１内へ処理ガスを導入するガス導入部１３（成膜手段）と、チャンバ１１内を排気する排気部１４と、成膜装置１０の各構成部位の動作を制御するコントローラ１５と、チャンバ１１内を外部と連通させるゲート（図示しない）を備える。
【００１９】
チャンバ１１は内部を外部雰囲気から隔離し、該内部においてセミバッチ方式で後述するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を用いた成膜処理をウエハＷへ施す。載置台１２はヒータ１６（成膜手段）を内蔵し、複数のウエハＷを載置して該載置された複数のウエハＷを同時に加熱する。載置台１２はチラーを内蔵し、載置された複数のウエハＷを冷却してもよく、枚葉でウエハＷを載置してもよい。
【００２０】
ガス導入部１３は４つのガス導入管１３ａ〜１３ｄからなり、ガス導入管１３ａはアルミニウム源ガスとして、例えば、ＴＭＡ（Trimethylaluminum）を導入し、ガス導入管１３ｂはハフニウム源ガスを導入し、ガス導入管１３ｃは酸素源ガスとして、例えば、オゾン（Ｏ３）を導入し、ガス導入管１３ｄは窒素源として、例えば、アンモニア（ＮＨ３）を導入する。
【００２１】
成膜装置１０は、ＡＬＤによってウエハＷ上にＡｌＮ膜やＨｆＯ膜を成膜する。例えば、ＡｌＮ膜を成膜する際、まず、ガス導入管１３ａからＴＭＡを導入してＴＭＡの各分子をウエハＷの表面又はウエハＷ上に形成された膜へ物理的に吸着させ、排気部１４によって余分なＴＭＡの分子（ウエハＷ等に吸着していないＴＭＡの分子）をチャンバ１１の外へ排出することによって複数の分子が厚み方向に重ならない（すなわち、１層の）ＴＭＡ分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｄからＮＨ３を導入し、且つヒータ１６によってウエハＷを加熱することによってＮＨ３をＴＭＡ分子層と化学反応させてＡｌＮ膜を生成しながら、余分なＮＨ３や副生成物をチャンバ１１外へ排出する。また、例えば、ＨｆＯ膜を成膜する際、まず、ガス導入管１３ｂからハフニウム源ガスを導入して各ハフニウム含有分子をウエハＷの表面又はウエハＷ上に形成された膜（例えば、ＡｌＮ膜）へ物理的に吸着させ、排気部１４によって余分なハフニウム含有分子をチャンバ１１の外へ排出することによって１層のハフニウム含有分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｃからＯ３を導入し、且つウエハＷを加熱することでＯ３をハフニウム含有分子層と化学反応させてＨｆＯ膜を生成しながら、排気部１４によって余分なＯ３や副生成物をチャンバ１１外へ排出する。すなわち、成膜装置１０は厚さが数ｎｍのＡｌＮ膜やＨｆＯ膜を生成することができる。なお、余分なガス（例えば、Ｏ３やＮＨ３）や副生成物の排出は、不活性ガス、例えば、Ｎ２をチャンバ１１内へパージすることによっても行ってもよい。
【００２２】
成膜の際に結晶欠陥を抑制して高品質な膜を得るためには、ＴＭＡの露点管理が必要であり、例えば、ガス導入管１３ａ，１３ｂには水分除去のためのピュリファイア１３ｅ，１３ｆが設けられる。また、スループット向上を目的として導入する処理ガスの切り替えを早く行うために、各ガス導入管１３ａ〜１３ｄはチャンバ１１に隣接するように配置されたバルブ１３ｇ〜１３ｊを有する。これにより、チャンバ１１内から各バルブ１３ｇ〜１３ｊまでの体積を極力減らし、例えば、処理ガスをＴＭＡからＯ３に切り替える際にチャンバ１１内からバルブ１３ｇの間に残留するＴＭＡの量を極力少なくすることができ、処理ガスの切り替えを素早く行うことができる。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係る成膜方法で形成されるＨｆＡｌＯＮ膜をゲート絶縁膜として用いるプレーナ構造を有するＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す断面図である。
【００２４】
図２において、ＭＯＳＦＥＴ１７は、ウエハＷを構成するＳｉＣ基板１８において、下部に形成されて一部が表面に露出する第１のｎ型ＳｉＣ部１９と、上部に形成されて表面に露出し、且つ第１のｎ型ＳｉＣ部１９と交錯しない第２のｎ型ＳｉＣ部２０と、第１のｎ型ＳｉＣ部１９及び第２のｎ型ＳｉＣ部２０の間に介在して一部が表面に露出するｐ型ＳｉＣ部２１と、ＳｉＣ基板１８の表面に形成されたゲート絶縁膜２２とを有する。ゲート絶縁膜２２はＳｉＣ基板１８の表面において第１のｎ型ＳｉＣ部１９の全露出部分、ｐ型ＳｉＣ部２１の全露出部分及び第２のｎ型ＳｉＣ部２０の露出部分の一部を覆うように平板状に形成されるため、後述する本実施の形態に係る成膜方法のように複数の膜を成膜する方法であっても、容易に形成することができる。
【００２５】
なお、ＳｉＣ基板１８は純粋なＳｉＣのみによって構成される必要はなく、不純物がドーピングされていてもよい。また、ウエハＷを構成する基板はＳｉＣ基板１８に限られず、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）又はダイヤモンドを含む基板であってもよい。
【００２６】
図３は、本実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【００２７】
まず、成膜装置１０又は他の熱処理装置（図示しない）、例えば、ランプヒータを備える熱処理炉においてＳｉＣ基板１８の表面に薄い酸化珪素（ＳｉＯ２）膜２３を成膜し（図３（Ａ））、次いで、成膜装置１０において、ガス導入管１３ａからのＴＭＡの導入及び続くチャンバ１１内の排気によってＳｉＣ基板１８の表面上に１層のＴＭＡ分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｄからのＮＨ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＡｌＮ膜２４（窒化膜）を成膜する（図３（Ｂ））（窒化膜成膜ステップ）。本実施の形態に係る成膜方法では、後述するようにＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返すが、酸素源ガス、例えば、Ｏ３を用いないＡｌＮ膜２４の成膜を最初に行う。これにより、酸素原子が薄いＳｉＯ２膜２３を通過してＳｉＣ基板１８の表面を酸化するのを抑制することができる。また、薄いＳｉＯ２膜２３は必須ではないが、トンネル電流の抑制やＳｉＣ基板１８及びＡｌＮ膜２４の接触における相性の観点からＳｉＣ基板１８及び最下層のＡｌＮ膜２４の間に薄いＳｉＯ２膜２３が介在するのが好ましい。
【００２８】
次いで、ガス導入管１３ｂからのハフニウム源ガスの導入及び続くチャンバ１１内の排気によって１層のハフニウム含有分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｃからのＯ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＨｆＯ膜２５（酸化膜）を成膜する（図３（Ｃ））（酸化膜成膜ステップ）。
【００２９】
次いで、ＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返してＡｌＮ膜２４及びＨｆＯ膜２５を交互に成膜することによって膜厚が５０ｎｍ〜２００ｎｍのＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成する（図３（Ｄ））。なお、後述する熱処理におけるアルミニウム分子及びハフニウム分子の均一な分散を考慮すると一のＡｌＮ膜２４及び一のＨｆＯ膜２５の厚さの合計は大きくない方が好ましく、例えば、０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであるのが好ましい。また、必ずしもＡｌＮ膜２４の成膜とＨｆＯ膜２５の成膜を交互に行う必要はなく、まず、ＡｌＮ膜２４の成膜を所定の回数繰り返した後に、ＨｆＯ膜２５の成膜を所定の回数繰り返すことによって所定の膜厚を有するＨｆＡｌＯＮ膜を形成してもよい。
【００３０】
次いで、ＨｆＡｌＯＮ膜２６が形成されたＳｉＣ基板１８を成膜装置１０又は他の熱処理装置において、例えば、９００℃〜１０００℃、好ましくは、９５０℃以上に加熱してＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理（アニール処理）を施し（図３（Ｅ））、さらに、当該ＳｉＣ基板１８へ従来のフォトプロセスを行った後、プラズマエッチング装置（図示しない）に搬入してドライエッチング等によってＨｆＡｌＯＮ膜２６の不要な部分を削除してゲート絶縁膜２２を得（図３（Ｆ））、その後、本処理を終了する。なお、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）では、理解を容易にするためにＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５を明確に区別してあたかもＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間に明瞭な界面が存在するように描画されているが、ＨｆＡｌＯＮ膜２６ではＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間に明瞭な界面が存在する必要はない。
【００３１】
本実施の形態に係る成膜方法によれば、形成されたＨｆＡｌＯＮ膜２６はＡｌＮ膜２４及びＨｆＯ膜２５が交互に成膜されて形成されているので、当該ＨｆＡｌＯＮ膜２６の厚み方向に関してほぼ均等にＡｌＮ膜２４が配置され、結果としてＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくてもＨｆＡｌＯＮ膜２６の厚み方向に関して各ＡｌＮ膜２４から窒素が均一に分散して存在する。さらに、ＨｆＡｌＯＮ膜２６には熱処理が施されるので、各ＡｌＮ膜２４に含まれる窒素がＨｆＡｌＯＮ膜２６において拡散する。その結果、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくても窒素を厚み方向に関して確実に均一に分散させることができる。すなわち、耐圧性を備えるとともに窒素が均一に分散したＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。また、ＨｆＡｌＯＮ膜２６に含まれる各原子は熱処理によって活性化される。なお、ＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間に界面が生じた場合、熱処理における各原子等の拡散作用により、ＨｆＡｌＯＮ膜２６におけるＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間の界面が崩れてＨｆＡｌＯＮ膜２６における積層構造が解消される。
【００３２】
また、アルミニウム分子やハフニウム分子等の金属分子は移動しにくいため、ＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を単に繰り返して成膜しただけでは、ＨｆＡｌＯＮ膜２６においてアルミニウム分子やハフニウム分子が均一に拡散するのが困難であり、ＨｆＡｌＯＮ膜２６において意図した誘電率が得られないことがある。上述した本実施の形態に係る成膜方法では、これに対して、熱処理における拡散作用によってＡｌＮ膜２４のアルミニウム分子やＨｆＯ膜２５のハフニウム分子をＨｆＡｌＯＮ膜２６内において均一に拡散させるため、均質なＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。
【００３３】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、チャンバ１１内の圧力やウエハＷの温度、さらには、ＳｉＣ基板１８をＮＨ３やＯ３に晒す時間を調整することにより、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の窒素含有量を１％〜約５０％の間で制御可能である。
【００３４】
上述した本実施の形態に係る成膜方法において、成膜される各ＡｌＮ膜２４の膜厚や各ＨｆＯ膜２５の膜厚は同じでなくてもよい。例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜２６においてＳｉＣ基板１８の表面に近い部位のみの窒素濃度を向上させる場合には、ＳｉＣ基板１８の表面近傍で成膜されるＨｆＯ膜２５の膜厚を小さくするとともにＡｌＮ膜２４の膜厚を大きくし、ＳｉＣ基板１８の表面から離れるほどＨｆＯ膜２５の膜厚を大きくするとともにＡｌＮ膜２４の膜厚を小さくしてもよい。
【００３５】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の形成の前にＳｉＣ基板１８の表面へ薄いＳｉＯ２膜２３を形成したが、当該ＳｉＯ２膜２３を形成することなく、ＳｉＣ基板１８の表面へ直接ＡｌＮ膜２４を形成してもよい。
【００３６】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡＬＤによってＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４を成膜する際、ＳｉＣ基板１８を加熱してＴＭＡ及びＮＨ３を化学反応させ、ハフニウム源ガス及びＯ３を化学反応させたが、チャンバ１１内でＮＨ３やＯ３からプラズマを生成し、若しくは、チャンバ１１内へＮＨ３やＯ３のプラズマを導入してプラズマとＴＭＡやハフニウム源ガスとを化学反応させてよい。
【００３７】
また、上述した成膜装置１０はＡＬＤによってＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４を成膜したが、ＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４の成膜方法はＡＬＤに限られず、例えば、ＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）によって成膜されてもよく、特に、ＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４の膜厚が大きい場合にはＣＶＤによって好適に成膜される。また、ＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４の成膜方法は、複数の成膜方法を組み合わせて利用することが出来る。例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の形成の初期段階では、ＡＬＤを用いてＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４を成膜し、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の形成の後期段階では、ＣＶＤを用いてＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４を成膜することで、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の形成においてＡＬＤが提供する高品質とＣＶＤが提供する高いスループットを両立することができる。
【００３８】
例えば、上述した成膜装置１０においてＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５をＣＶＤで成膜する場合、まず、薄いＳｉＯ２膜２３が成膜されたウエハＷ（ＳｉＣ基板１８）が収容されたチャンバ１１内にＴＭＡを導入し、次いでＴＭＡをチャンバ１１内から排気することなくＮＨ３を導入し、さらにＳｉＣ基板１８を加熱してＳｉＣ基板１８上においてＴＭＡとＮＨ３を化学反応させてＡｌＮ膜２４を成膜する。
【００３９】
次いで、ハフニウム源ガスを導入し、ハフニウム源ガスをチャンバ１１内から排気することなくＯ３を導入し、さらにＳｉＣ基板１８を加熱してＨｆＯ膜２５を化学反応によって成膜し、その後、同様の方法でＡｌＮ膜２４の成膜とＨｆＯ膜２５の成膜とを繰り返す。
【００４０】
また、上述したＡＬＤでは、チャンバ１１内にＴＭＡやハフニウム源ガスを導入した後、余分なＴＭＡの分子やハフニウム分子を全てチャンバ１１の外に排出したが、余分な全てのＴＭＡの分子やハフニウム分子が排出される前にＮＨ３やＯ３を導入してもよい。この場合には、厚さが１層のＴＭＡ分子層やハフニウム含有分子層よりも多少厚くなるＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５が形成される。
【００４１】
また、図４に示すような、トレンチゲート構造を有するＭＯＳＦＥＴ２７においてトレンチ２８内にゲート絶縁膜２２としてのＨｆＡｌＯＮ膜２６を図３の成膜方法によって形成する場合、ＡＬＤは段差被覆性に優れているため、ＡＬＤによってＨｆＯ膜２５やＡｌＮ膜２４を成膜することにより、ＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５をトレンチ２８の内面に沿ってほぼ均一な膜厚で成膜して均一な膜厚のゲート絶縁膜２２を生成することができる。なお、ＣＶＤも他の成膜手法と比べて比較的、段差被覆性に優れているため、ＣＶＤによってもＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５をトレンチ２８の内面に沿ってほぼ均一な膜厚で成膜することができる。
【００４２】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、熱処理を成膜装置１０とは異なる他の熱処理装置で行うこともあるが、成膜装置１０から他の熱処理装置への移動の際にＨｆＡｌＯＮ膜２６が自然酸化するおそれがあるため、ＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５の成膜と、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の熱処理とはいずれも同じ成膜装置１０で行うのが好ましい。
【００４３】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成する際、窒化膜としてＡｌＮ膜２４を成膜し、酸化膜としてＨｆＯ膜２５を成膜したが、窒化膜や酸化膜はこれに限られず、窒化膜としてＨｆＮ膜を成膜し、酸化膜としてＡｌＯ膜を成膜してもよい。さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、最初のＡｌＮ膜２４の成膜を最初のＨｆＯ膜２５の成膜よりも先に行ったが、最初のＨｆＯ膜２５の成膜を最初のＡｌＮ膜２４の成膜よりも先に行ってもよく、窒化膜としてＨｆＮ膜を成膜し、酸化膜としてＡｌＯ膜を成膜する場合、最初のＡｌＯ膜の成膜を最初のＨｆＮ膜の成膜よりも先に行ってもよい。
【００４４】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返す際に、各ＡｌＮ膜２４や各ＨｆＯ膜２５へ酸化処理や窒化処理を施してもよい。これにより、ＨｆＡｌＯＮ膜２６への酸素や窒素の添加の自由度を増すことができ、もって、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の窒素濃度をより厳密に制御することができる。各ＡｌＮ膜２４や各ＨｆＯ膜２５へ酸化処理や窒化処理を施すタイミングに特に制約は無いが、例えば、一のＡｌＮ膜２４及び一のＨｆＯ膜２５からなる組が形成される毎に酸化処理や窒化処理を施してもよい。また、酸化処理はＳｉＣ基板１８の加熱だけでなくチャンバ１１内でＯ３から生成されたプラズマやガス導入管１３ｃから導入されたＯ２のプラズマを用いて行ってもよく、窒化処理はＳｉＣ基板１８の加熱だけでなくチャンバ１１内でＮＨ３から生成されたプラズマやガス導入管１３ｄから導入されたＮＨ３のプラズマを用いて行ってもよい。
【００４５】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、窒化膜に含まれる元素（第１の元素）としてアルミニウムが用いられ、酸化膜に含まれる元素（第２の元素）としてハフニウムが用いられたが、窒化膜や酸化膜に含まれる元素はこれらに限らず、窒化膜に含まれる元素としてシリコン、チタン、ランタン及びハフニウムのいずれかを用いてもよく、酸化膜に含まれる元素としてアルミニウム、シリコン、チタン及びランタンのいずれかを用いてもよい。但し、酸化膜に含まれる元素は窒化膜に含まれる元素とは異なる。さらに、例えば、ＨｆＳｉＯＮはフラットバンドシフトが大きいため、窒化膜に含まれる元素及び酸化膜に含まれる元素の一方がシリコンである場合、他方はアルミニウム、チタン及びランタンのいずれかであるのが好ましい。また、上記と同様の理由で酸化膜に含まれる元素及び窒化膜に含まれる元素は、シリコン以外の元素、つまり、金属から選ばれることがより好ましい。さらに、ウエハＷがＳｉＣによって構成される場合、バンドギャップの物性値の最適化の観点から窒化膜や酸化膜に含まれる元素としてアルミニウムが用いられるのが好ましい。
【００４６】
さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、窒化膜であるＡｌＮ膜２４と酸化膜であるＨｆＯ膜２５とが交互に成膜されたが、窒化膜や酸化膜の少なくともいずれかが酸窒化膜、例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜であってもよい。
【００４７】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡｌＮ膜２４の成膜やＨｆＯ膜２５の成膜の度にＳｉＣ基板１８が加熱されるため、下層のＡｌＮ膜２４は繰り返して加熱されるが、ＡｌＮ膜２４への積算加熱量が増大すると当該ＡｌＮ膜２４から過剰に窒素が脱離するおそれがあるため、ＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返す際に、上層のＡｌＮ膜２４やＨｆＯ膜２５ほど成膜時間を短くして下層のＡｌＮ膜２４への積算加熱量が増大するのを抑制するのが好ましい。
【００４８】
なお、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、アルミ源としてＴＭＡを用いたが、他のアルミ源、例えば、トリエチルアルミニウムを用いてもよい。また、酸素源としてＯ３を用いたが、他の酸素源、例えば、酸素、水、亜酸化窒素、酸化窒素、一酸化炭素や二酸化炭素を用いてもよい。さらに、窒素源としてＮＨ３を用いたが、他の窒素源、例えば、窒素、亜酸化窒素や酸化窒素を用いてもよい。さらに、ハフニウム源として、例えば、ＴＤＭＡＨ（Tetrakis(dimethylamino)hafnium）、ＴＥＭＡＨ（Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium）やＴＤＥＡＨ（Tetrakis(diethylamino)hafnium）を用いてもよい。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法について説明する。
【００５０】
本実施の形態に係る成膜方法は、窒化膜の成膜を行わず、２種類の異なる酸化膜の成膜のみを行い、成膜された酸化膜の窒化を行う点で第１の実施の形態と異なるため、以下、主に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００５１】
図５は、本実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【００５２】
まず、成膜装置１０又は他の熱処理装置においてＳｉＣ基板１８の表面に薄い酸化珪素膜２３を成膜する（図５（Ａ））。なお、薄いＳｉＯ２膜２３は必須ではないが、トンネル電流の抑制の観点からＳｉＣ基板１８及び最下層のＡｌＯ膜３０の間に薄いＳｉＯ２膜２３が介在するのが好ましい。
【００５３】
次いで、成膜装置１０において、ガス導入管１３ａからのＴＭＡの導入及び続くチャンバ１１内の排気によってＳｉＣ基板１８の表面上に１層のＴＭＡ分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｃからのＯ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＡｌＯ膜３０（第１の酸化膜）を成膜し（第１の酸化膜成膜ステップ）、さらに、ガス導入管１３ｂからのハフニウム源ガスの導入及び続くチャンバ１１内の排気によって１層のハフニウム含有分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｃからのＯ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＨｆＯ膜２５（第２の酸化膜）を成膜する（第２の酸化膜成膜ステップ）（図５（Ｂ））。
【００５４】
次いで、ガス導入管１３ｄから窒素源ガスとしてのＮＨ３やＮ２を導入してチャンバ１１内でプラズマを生成し、該プラズマ（図中矢印で示す。）によって成膜されたＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に窒化処理を施し、窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａを生成する（図５（Ｃ））。なお、窒化処理は、ＮＨ３やＮ２からプラズマを生成することなく、ＳｉＣ基板１８を加熱して導入されたＮＨ３やＮ２とＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５とを反応させることによって行ってもよい。
【００５５】
次いで、ＨｆＯ膜２５の成膜、ＡｌＯ膜３０の成膜及び窒化処理を繰り返して窒化ＡｌＯ膜３０ａ及び窒化ＨｆＯ膜２５ａを交互に成膜することによって膜厚が５０ｎｍ〜２００ｎｍのＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成する（図５（Ｄ））。なお、後述する熱処理におけるアルミニウム分子及びハフニウム分子の均一な分散を考慮すると一のＡｌＯ膜３０及び一のＨｆＯ膜２５の厚さの合計は大きくない方が好ましく、例えば、０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであるのが好ましい。また、必ずしもＡｌＯ膜３０の成膜とＨｆＯ膜２５の成膜を交互に行う必要はなく、まず、ＡｌＯ膜３０の成膜を所定の回数繰り返した後に、ＨｆＯ膜２５の成膜を所定の回数繰り返すことによって所定の膜厚を有するＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成してもよい。
【００５６】
次いで、ＳｉＣ基板１８を、例えば、９００℃〜１０００℃、好ましくは、９５０℃以上に加熱してＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理を施し（図５（Ｅ））、さらに、当該ＳｉＣ基板１８へ従来のフォトプロセスを行った後、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の不要な部分を削除してゲート絶縁膜２２を得（図５（Ｆ））、その後、本処理を終了する。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）では、理解を容易にするためにＨｆＯ膜２５やＡｌＯ膜３０等を明確に区別して、例えば、ＨｆＯ膜２５とＡｌＯ膜３０の間に明瞭な界面が存在するように描画されているが、ＨｆＡｌＯＮ膜２６ではＨｆＯ膜２５とＡｌＯ膜３０の間に明瞭な界面が存在する必要はない。
【００５７】
本実施の形態に係る成膜方法によれば、ＡｌＯ膜３０の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返す際に窒化処理が施されるので、ＨｆＡｌＯＮ膜２６が形成されるまでにＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の窒化が繰り返される。これにより、一度に窒化されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の体積を少なくしてＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５を均等に窒化することができる。その結果、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくても、当該ＨｆＡｌＯＮ膜２６を膜厚方向に関して均等に窒化することができる。すなわち、耐圧性を備えるとともに窒素が均一に分散したＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。
【００５８】
また、アルミニウム分子やハフニウム分子等の金属分子は移動しにくいため、ＡｌＯ膜３０の成膜、ＨｆＯ膜２５の成膜及び窒化処理を単に繰り返しただけではＨｆＡｌＯＮ膜２６において意図した誘電率が得られないことがある。上述した本実施の形態に係る成膜方法では、これに対して、ＨｆＡｌＯＮ膜２６に熱処理が施されるので、熱処理における拡散作用によってＡｌＯ膜３０のアルミニウム分子やＨｆＯ膜２５のハフニウム分子がＨｆＡｌＯＮ膜２６内において均一に拡散し、均質なＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。また、窒化ＡｌＯ膜３０ａと窒化ＨｆＯ膜２５ａの間に界面が生じた場合、熱処理における各原子等の拡散作用により、ＨｆＡｌＯＮ膜２６における窒化ＡｌＯ膜３０ａと窒化ＨｆＯ膜２５ａの間の界面が崩れてＨｆＡｌＯＮ膜２６における積層構造が解消される。
【００５９】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、一のＡｌＯ膜３０及び一のＨｆＯ膜２５が成膜されたタイミングでＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に窒化処理が施されたが、窒化処理を施すタイミングはこれに限れず、ＡｌＯ膜３０の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を複数回繰り返す度に窒化処理が施されてもよい。但し、この場合、窒素濃度の制御の観点から、成膜されたＡｌＯ膜３０及びＨｆＯ膜２５の合計厚さが２．０ｎｍを超える前に窒化処理を施すのが好ましい。
【００６０】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、チャンバ１１内の圧力やウエハＷの温度、さらには、窒化処理の時間を調整することにより、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の窒素含有量を１％〜約５０％の間で制御可能である。
【００６１】
上述した本実施の形態に係る成膜方法において、複数回行われる窒化処理の時間は全て同じで無くてもよい。例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜２６においてＳｉＣ基板１８の表面に近い部位のみの窒素濃度を向上させる場合には、ＳｉＣ基板１８の表面近傍で成膜されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に施される窒化処理の時間を長くし、ＳｉＣ基板１８の表面から離れるほど成膜されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に施される窒化処理の時間を短くしてもよい。
【００６２】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の形成の前にＳｉＣ基板１８の表面へ薄いＳｉＯ２膜２３を形成したが、当該ＳｉＯ２膜２３を形成することなく、ＳｉＣ基板１８の表面へ直接ＡｌＯ膜３０を形成してもよい。
【００６３】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡＬＤによってＨｆＯ膜２５やＡｌＯ膜３０を成膜する際、ＳｉＣ基板１８を加熱してＴＭＡ、ハフニウム源ガス及びＯ３を化学反応させたが、チャンバ１１内でＯ３からプラズマを生成し、若しくは、チャンバ１１内へＯ３のプラズマを導入してプラズマとＴＭＡやハフニウム源ガスとを化学反応させてよい。
【００６４】
また、上述した成膜装置１０はＡＬＤによってＨｆＯ膜２５やＡｌＯ膜３０を成膜したが、ＨｆＯ膜２５やＡｌＯ膜３０の成膜方法はＡＬＤに限られず、ＨｆＯ膜２５やＡｌＯ膜３０がＣＶＤやＰＶＤによって成膜されてもよい。
【００６５】
上述したＡＬＤでは、チャンバ１１内にＴＭＡやハフニウム源ガスを導入した後、余分なＴＭＡの分子やハフニウム分子を全てチャンバ１１の外に排出したが、余分な全てのＴＭＡの分子やハフニウム分子が排出される前にＯ３を導入してもよい。この場合には、厚さが１層のＴＭＡ分子層やハフニウム含有分子層よりも多少厚くなるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５が形成される。
【００６６】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法において、ＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の成膜と、窒化処理と、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の熱処理とはいずれも同じ成膜装置１０で行うのが好ましい。
【００６７】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、最初のＡｌＯ膜３０の成膜を最初のＨｆＯ膜２５の成膜よりも先に行ったが、最初のＨｆＯ膜２５の成膜を最初のＡｌＯ膜３０の成膜よりも先に行ってもよい。
【００６８】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる酸化膜のそれぞれに含まれる２種類の元素（第１の元素、第２の元素）としてアルミニウムとハフニウムが用いられたが、２種類の元素はこれらに限らず、シリコン、チタン及びランタンのいずれかを用いてもよい。但し、２種類の元素は互いに異なり、さらに、２種類の元素の一方がシリコンである場合、他方はアルミニウム、チタン及びランタンのいずれかであるのが好ましい。また、２種類の元素は、シリコン以外の元素、つまり、金属であることがより好ましい。
【００６９】
さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる酸化膜であるＡｌＯ膜３０とＨｆＯ膜２５とが交互に成膜されたが、２種類の異なる酸化膜の少なくともいずれかが酸窒化膜、例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜であってもよい。
【００７０】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡｌＯ膜３０の成膜やＨｆＯ膜２５の成膜の度にＳｉＣ基板１８が加熱されるため、下層の窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａは繰り返して加熱されるが、窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａへの積算加熱量が増大すると窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａから窒素が脱離するおそれがあるため、ＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返す際に、上層のＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５ほど成膜時間を短くして下層の窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａへの積算加熱量が増大するのを抑制するのが好ましい。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る成膜方法について説明する。
【００７２】
本実施の形態に係る成膜方法は、酸化膜の成膜を行わず、２種類の異なる窒化膜の成膜のみを行い、成膜された窒化膜の酸化を行う点で第１の実施の形態と異なるため、以下、主に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００７３】
図６は、本実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【００７４】
まず、成膜装置１０又は他の熱処理装置においてＳｉＣ基板１８の表面に薄い酸化珪素膜２３を成膜する（図６（Ａ））。
【００７５】
次いで、成膜装置１０において、ガス導入管１３ａからのＴＭＡの導入及び続くチャンバ１１内の排気によってＳｉＣ基板１８の表面上に１層のＴＭＡ分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｄからのＮＨ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＡｌＮ膜２４を成膜し（第１の窒化膜成膜ステップ）、さらに、ガス導入管１３ｂからのハフニウム源ガスの導入及び続くチャンバ１１内の排気によって１層のハフニウム含有分子層を形成し、その後、ガス導入管１３ｄからのＮＨ３の導入及びＳｉＣ基板１８の加熱によってＨｆＮ膜３１を成膜する（第２の窒化膜成膜ステップ）（図６（Ｂ））。
【００７６】
次いで、ガス導入管１３ｃから酸素源ガスとしてのＯ３やＯ２を導入してチャンバ１１内でプラズマを生成し、該プラズマ（図中矢印で示す。）によって成膜されたＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１に酸化処理を施し、酸化ＡｌＮ膜２４ａや酸化ＨｆＮ膜３１ａを生成する（図６（Ｃ））。なお、酸化処理は、Ｏ３やＯ２からプラズマを生成することなく、ＳｉＣ基板１８を加熱して導入されたＯ３やＯ２とＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１とを反応させることによって行ってもよい。
【００７７】
次いで、ＨｆＮ膜３１の成膜、ＡｌＮ膜２４の成膜及び酸化処理を繰り返して酸化ＡｌＮ膜２４ａ及び酸化ＨｆＮ膜３１ａを交互に成膜することによって膜厚が５０ｎｍ〜２００ｎｍのＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成する（図６（Ｄ））。なお、後述する熱処理におけるアルミニウム分子及びハフニウム分子の均一な分散を考慮すると一のＡｌＮ膜２４及び一のＨｆＮ膜３１の厚さの合計は大きくない方が好ましく、例えば、０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであるのが好ましい。また、必ずしもＡｌＮ膜２４の成膜とＨｆＮ膜３１の成膜を交互に行う必要はなく、まず、ＡｌＮ膜２４の成膜を所定の回数繰り返した後に、ＨｆＮ膜３１の成膜を所定の回数繰り返すことによって所定の膜厚を有するＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成してもよい。
【００７８】
次いで、ＳｉＣ基板１８を、例えば、９００℃〜１０００℃、好ましくは、９５０℃以上に加熱してＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理を施し（図６（Ｅ））、さらに、当該ＳｉＣ基板１８へ従来のフォトプロセスを行った後、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の不要な部分を削除してゲート絶縁膜２２を得（図６（Ｆ））、その後、本処理を終了する。なお、図６（Ａ）〜図６（Ｆ）では、理解を容易にするためにＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１等を区別して、例えば、ＡｌＮ膜２４とＨｆＮ膜３１の間に明瞭な界面が存在するように描画されているが、ＨｆＡｌＯＮ膜２６ではＡｌＮ膜２４とＨｆＮ膜３１の間に明瞭な界面が存在する必要はない。
【００７９】
本実施の形態に係る成膜方法によれば、形成されたＨｆＡｌＯＮ膜２６は酸化ＡｌＮ膜２４ａ及び酸化ＨｆＮ膜３１ａを交互に成膜しているので、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくてもＨｆＡｌＯＮ膜２６の厚み方向に関して窒素の分布が途切れない。すなわち、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくてもＨｆＡｌＯＮ膜２６の厚み方向に関して窒素が均一に分散するので、耐圧性を備えるとともに窒素が均一に分散したＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。
【００８０】
また、アルミニウム分子やハフニウム分子等の金属分子は移動しにくいため、ＡｌＮ膜２４の成膜、ＨｆＮ膜３１の成膜及び酸化処理を単に繰り返しただけではＨｆＡｌＯＮ膜２６において意図した誘電率が得られないことがある。上述した本実施の形態に係る成膜方法では、これに対して、ＨｆＡｌＯＮ膜２６に熱処理が施されるので、熱処理における拡散作用によってＡｌＮ膜２４のアルミニウム分子やＨｆＮ膜３１のハフニウム分子がＨｆＡｌＯＮ膜２６内において均一に拡散し、均質なＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。また、酸化ＡｌＮ膜２４ａと酸化ＨｆＮ膜３１ａの間に界面が生じた場合、熱処理における各原子等の拡散作用により、ＨｆＡｌＯＮ膜２６における酸化ＡｌＮ膜２４ａや酸化ＨｆＮ膜３１ａの間の界面が崩れてＨｆＡｌＯＮ膜２６における積層構造が解消される。
【００８１】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、一のＡｌＮ膜２４及び一のＨｆＮ膜３１が成膜されたタイミングでＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１に酸化処理が施されたが、酸化処理を施すタイミングはこれに限れず、ＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＮ膜３１の成膜を複数回繰り返す度に酸化処理が施されてもよい。但し、この場合、酸化の均一化の観点から一度に酸化処理が施される複数のＡｌＮ膜２４及び複数のＨｆＮ膜３１の厚さの合計は１０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００８２】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、チャンバ１１内の圧力やウエハＷの温度、さらには、酸化処理の時間を調整することにより、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の窒素含有量を１％〜約５０％の間で制御可能である。
【００８３】
上述した本実施の形態に係る成膜方法において、複数回行われる酸化処理の時間は全て同じで無くてもよい。例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜２６においてＳｉＣ基板１８の表面に近い部位のみの窒素濃度を向上させる場合には、ＳｉＣ基板１８の表面近傍で成膜されるＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１に施される酸化処理の時間を短くし、ＳｉＣ基板１８の表面から離れるほど成膜されるＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１に施される酸化処理の時間を長くしてもよい。
【００８４】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡＬＤによってＨｆＮ膜３１やＡｌＮ膜２４を成膜する際、ＳｉＣ基板１８を加熱してＴＭＡ、ハフニウム源ガス及びＮＨ３を化学反応させたが、チャンバ１１内でＮＨ３からプラズマを生成し、若しくは、チャンバ１１内へＮＨ３のプラズマを導入してプラズマとＴＭＡやハフニウム源ガスとを化学反応させてよい。
【００８５】
また、上述した成膜装置１０はＡＬＤによってＨｆＮ膜３１やＡｌＮ膜２４を成膜したが、ＨｆＮ膜３１やＡｌＮ膜２４の成膜方法はＡＬＤに限られず、ＨｆＮ膜３１やＡｌＮ膜２４がＣＶＤやＰＶＤによって成膜されてもよい。
【００８６】
上述したＡＬＤでは、チャンバ１１内にＴＭＡやハフニウム源ガスを導入した後、余分なＴＭＡの分子やハフニウム分子を全てチャンバ１１の外に排出したが、余分な全てのＴＭＡの分子やハフニウム分子が排出される前にＮＨ３を導入してもよい。この場合には、厚さが１層のＴＭＡ分子層やハフニウム含有分子層よりも多少厚くなるＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１が形成される。
【００８７】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法において、ＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１の成膜と、酸化処理と、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の熱処理とはいずれも同じ成膜装置１０で行うのが好ましい。
【００８８】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、最初のＡｌＮ膜２４の成膜を最初のＨｆＮ膜３１の成膜よりも先に行ったが、最初のＨｆＮ膜３１の成膜を最初のＡｌＮ膜２４の成膜よりも先に行ってもよい。
【００８９】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる窒化膜のそれぞれに含まれる２種類の元素（第１の元素、第２の元素）としてアルミニウムとハフニウムが用いられたが、２種類の元素はこれらに限らず、シリコン、チタン及びランタンのいずれかを用いてもよい。但し、２種類の元素は互いに異なり、さらに、２種類の元素の一方がシリコンである場合、他方はアルミニウム、シリコン、チタン及びランタンのいずれかであるのが好ましい。また、２種類の元素は、シリコン以外の元素、つまり、金属であることがより好ましい。
【００９０】
さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる窒化膜であるＡｌＮ膜２４とＨｆＮ膜３１とが交互に成膜されたが、２種類の異なる窒化膜の少なくともいずれかが酸窒化膜、例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜であってもよい。
【００９１】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＡｌＮ膜２４の成膜やＨｆＮ膜３１の成膜の度にＳｉＣ基板１８が加熱されるため、下層の酸化ＡｌＮ膜２４ａや酸化ＨｆＮ膜３１ａは繰り返して加熱されるが、酸化ＡｌＮ膜２４ａや酸化ＨｆＮ膜３１ａへの積算加熱量が増大すると酸化ＡｌＮ膜２４ａや酸化ＨｆＮ膜３１ａから窒素が脱離するおそれがあるため、ＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１の成膜を繰り返す際に、上層のＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１ほど成膜時間を短くして下層のＡｌＮ膜２４やＨｆＮ膜３１への積算加熱量が増大するのを抑制するのが好ましい。
【００９２】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る成膜方法について説明する。
【００９３】
本実施の形態に係る成膜方法は、酸化膜や窒化膜の成膜を行わず、２種類の異なる元素を含む膜の成膜のみを行い、成膜された膜の酸化及び窒化を行う点で第１の実施の形態と異なるため、以下、主に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００９４】
図７は、本実施の形態に係る成膜方法を示す工程図である。
【００９５】
まず、成膜装置１０又は他の熱処理装置においてＳｉＣ基板１８の表面に薄い酸化珪素膜２３を成膜する（図７（Ａ））。
【００９６】
次いで、成膜装置１０において、アルミニウム源（図示しない）をターゲットとするＰＶＤによってＳｉＣ基板１８の表面上に薄膜のＡｌ膜３２（第１の膜）を成膜し（第１の成膜ステップ）、その後、ハフニウム源（図示しない）をターゲットとするＰＶＤによってＨｆ膜３３（第２の膜）を成膜する（第２の成膜ステップ）（図７（Ｂ））。
【００９７】
次いで、ガス導入管１３ｃから酸素源ガスとしてのＯ３やＯ２を導入してチャンバ１１内でプラズマを生成し、該プラズマ（図中矢印で示す。）によってＡｌ膜３２やＨｆ膜３３に酸化処理を施し、ＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５を生成する（図７（Ｃ））。なお、酸化処理は、Ｏ３やＯ２からプラズマを生成することなく、ＳｉＣ基板１８を加熱して導入されたＯ３やＯ２とＡｌ膜３２やＨｆ膜３３とを反応させることによって行ってもよい。
【００９８】
次いで、ガス導入管１３ｄから窒素源ガスとしてのＮＨ３やＮ２を導入してチャンバ１１内でプラズマを生成し、該プラズマ（図中矢印で示す。）によってＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に窒化処理を施し、窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａを生成する（図７（Ｄ））。なお、窒化処理は、ＮＨ３やＮ２からプラズマを生成することなく、ＳｉＣ基板１８を加熱して導入されたＮＨ３やＮ２とＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５とを反応させることによって行ってもよい。
【００９９】
次いで、Ａｌ膜３２の成膜、Ｈｆ膜３３の成膜、酸化処理及び窒化処理を繰り返して窒化ＡｌＯ膜３０ａ及び窒化ＨｆＯ膜２５ａを交互に成膜することによって膜厚が５０ｎｍ〜２００ｎｍのＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成する（図７（Ｄ））。なお、後述する熱処理におけるアルミニウム分子及びハフニウム分子の均一な分散を考慮すると一のＡｌ膜３２及び一のＨｆ膜３３の厚さの合計は大きくない方が好ましく、例えば、０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであるのが好ましい。また、必ずしもＡｌ膜３２の成膜とＨｆ膜３３の成膜を交互に行う必要はなく、まず、Ａｌ膜３２の成膜を所定の回数繰り返した後に、Ｈｆ膜３３の成膜を所定の回数繰り返すことによって所定の膜厚を有するＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成してもよい。
【０１００】
次いで、ＳｉＣ基板１８を、例えば、９００℃〜１０００℃、好ましくは、９５０℃以上に加熱してＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理を施し（図７（Ｅ））、さらに、当該ＳｉＣ基板１８へ従来のフォトプロセスを行った後、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の不要な部分を削除してゲート絶縁膜２２を得（図７（Ｆ））、その後、本処理を終了する。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｇ）では、理解を容易にするために窒化ＡｌＯ膜３０ａや窒化ＨｆＯ膜２５ａ等を区別して、例えば、窒化ＡｌＯ膜３０ａと窒化ＨｆＯ膜２５ａの間に明瞭な界面が存在するように描画されているが、ＨｆＡｌＯＮ膜２６では窒化ＡｌＯ膜３０ａと窒化ＨｆＯ膜２５ａの間に明瞭な界面が存在する必要はない。
【０１０１】
本実施の形態に係る成膜方法によれば、Ａｌ膜３２の成膜及びＨｆ膜３３の成膜を繰り返す際に、Ａｌ膜３２やＨｆ膜３３に酸化処理が施されてＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５が生成され、さらに、生成されたＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に窒化処理が施されるので、ＨｆＡｌＯＮ膜２６が形成されるまでに、ＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の窒化が繰り返される。これにより、一度に窒化されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５の厚みを小さくしてＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５を均等に窒化することができる。その結果、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の膜厚が大きくても、当該ＨｆＡｌＯＮ膜２６を膜厚方向に関して均等に窒化することができる。すなわち、耐圧性を備えるとともに窒素が均一に分散したＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。
【０１０２】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、ＨｆＡｌＯＮ膜２６に熱処理が施されるので、熱処理における拡散作用によってＡｌ膜３２のアルミニウム分子やＨｆ膜３３のハフニウム分子をＨｆＡｌＯＮ膜２６内において均一に拡散させることができ、これにより、均質なＨｆＡｌＯＮ膜２６を得ることができる。
【０１０３】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、一のＡｌ膜３２及び一のＨｆ膜３３が成膜されたタイミングでＡｌ膜３２やＨｆ膜３３に酸化処理が施され、その後、新たなＡｌ膜３２やＨｆ膜３３を成膜することなく、ＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に窒化処理が施されたが、酸化処理や窒化処理を施すタイミングはこれに限れず、Ａｌ膜３２の成膜及びＨｆ膜３３の成膜を複数回繰り返す度に酸化処理や窒化処理が施されてもよい。但し、この場合、酸化の均一化の観点から複数のＡｌ膜３２や複数のＨｆ膜３３の合計厚さが１０ｎｍに達するまでに酸化処理を施すのが好ましく、窒素濃度の制御の観点から、成膜されたＡｌＯ膜３０及びＨｆＯ膜２５の合計厚さが２．０ｎｍを超える前に窒化処理を施すのが好ましい。
【０１０４】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、チャンバ１１内の圧力やウエハＷの温度、さらには、酸化処理や窒化処理の時間を調整することにより、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の窒素含有量を１％〜約５０％の間で制御可能である。
【０１０５】
上述した本実施の形態に係る成膜方法において、複数回行われる酸化処理や窒化処理の時間は全て同じで無くてもよい。例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜２６においてＳｉＣ基板１８の表面に近い部位のみの窒素濃度を向上させる場合には、窒化処理に関し、ＳｉＣ基板１８の表面近傍で成膜されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に施される窒化処理の時間を長くし、ＳｉＣ基板１８の表面から離れるほど成膜されるＡｌＯ膜３０やＨｆＯ膜２５に施される窒化処理の時間を短くしてもよい。
【０１０６】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法において、Ａｌ膜３２やＨｆ膜３３の成膜と、酸化処理と、窒化処理と、ＨｆＡｌＯＮ膜２６の熱処理とはいずれも同じ成膜装置１０で行うのが好ましい。
【０１０７】
上述した本実施の形態に係る成膜方法では、最初のＡｌ膜３２の成膜を最初のＨｆ膜３３の成膜よりも先に行ったが、最初のＨｆ膜３３の成膜を最初のＡｌ膜３２の成膜よりも先に行ってもよい。さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、窒化処理に先立って酸化処理を行ったが、酸化処理よりも先に窒化処理を行ってもよい。
【０１０８】
また、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる元素（第１の元素、第２の元素）としてアルミニウムとハフニウムが用いられたが、２種類の元素はこれらに限らず、シリコン、チタン及びランタンのいずれかを用いてもよい。但し、２種類の元素は互いに異なり、さらに、２種類の元素の一方がシリコンである場合、他方はアルミニウム、チタン及びランタンのいずれかであるのが好ましい。また、２種類の元素は、シリコン以外の元素、つまり、金属であることがより好ましい。
【０１０９】
さらに、上述した本実施の形態に係る成膜方法では、２種類の異なる元素を含む膜であるＡｌ膜３２とＨｆ膜３３とが交互に成膜されたが、２種類の異なる元素を含む膜の少なくともいずれかが酸窒化膜、例えば、ＨｆＡｌＯＮ膜であってもよい。
【０１１０】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【０１１１】
例えば、上記各実施の形態に係る成膜方法を実行する装置は図１の成膜装置１０だけでなく、他の構造を有する成膜装置、例えば、後述するセミバッチ式の成膜装置やバッチ式の成膜装置が上記各実施の形態に係る成膜方法を実行してもよい。以下に、一例として、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行するセミバッチ式の成膜装置やバッチ式の成膜装置について説明する。
【０１１２】
図８は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行するセミバッチ式の成膜装置の構成を概略的に示す水平断面図である。
【０１１３】
図８において、成膜装置３４は、円筒形状のチャンバ３５と、チャンバ３５内に配置されて該チャンバ３５の中心軸を中心として水平に円運動を行う円板状のサセプタ３６と、チャンバ３５及び外部を連通するゲート３７と、成膜装置３４の各構成部位の動作を制御するコントローラ３９とを備え、各ウエハＷにＡＬＤ処理を行う成膜処理を施す。
【０１１４】
チャンバ１１は、複数、例えば、６枚の台状のボート４０を収容し、収容された各ボート４０はサセプタ３６において円周方向に均等に配置される。各ボート４０には複数のウエハＷが載置され、各ボート４０は当該ボート４０の中心周りに水平に回転する。すなわち、各ボート４０は自転しながらチャンバ３５の中心軸周りに公転し、公転する各ボート４０に載置されたウエハＷはチャンバ３５の中心軸周りを旋回する。各ボート４０はチャンバ３５の外に配置されたアーム４１によってゲート３７を介してチャンバ３５内へ搬出入される。
【０１１５】
サセプタ３６はヒータ（図示しない）を内蔵し、各ボート４０を介して各ウエハＷを加熱する。なお、サセプタ３６はチラー（図示しない）を内蔵し、各ボート４０を介して各ウエハＷを冷却してもよい。
【０１１６】
また、成膜装置３４では、チャンバ３５の円周方向に関して時計回りに、チャンバ３５内へＮ２を導入するガス導入管３８ａ、チャンバ３５内へＴＭＡを導入するガス導入管３８ｂ、チャンバ３５内へＮ２を導入するガス導入管３８ｃ、チャンバ３５内へＮＨ３を導入するガス導入管３８ｄ、チャンバ３５内へＮ２を導入するガス導入管３８ｅ、チャンバ３５内へハフニウム源ガスを導入するガス導入管３８ｆ、チャンバ３５内へＮ２を導入するガス導入管３８ｇ及びチャンバ３５内へＯ３を導入するガス導入管３８ｈが配置され、チャンバ３５内が、ＴＭＡ分子をウエハＷの表面等へ化学的に吸着させてＴＭＡ分子層を形成するＴＭＡ吸着領域Ｐ１と、ＮＨ３をＴＭＡ分子層と化学反応させてＡｌＮ膜２４を成膜するＡｌＮ成膜領域Ｐ２と、ハフニウム分子をウエハＷの表面等へ化学的に吸着させてハフニウム含有分子層を形成するハフニウム吸着領域Ｐ３と、Ｏ３をハフニウム含有分子層と化学反応させてＨｆＯ膜２５を成膜するＨｆＯ成膜領域Ｐ４とに分けられる。
【０１１７】
成膜装置３４では、各ウエハＷがチャンバ３５の中心軸周りを旋回する毎に当該ウエハＷはＴＭＡ吸着領域Ｐ１、ＡｌＮ成膜領域Ｐ２、ハフニウム吸着領域Ｐ３、及びＨｆＯ成膜領域Ｐ４を順に通過するので、各ウエハＷをチャンバ３５の中心軸周りに複数回旋回させることにより、各ウエハＷにおいてＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜が繰り返される。なお、成膜装置３４でも、ＴＭＡを導入するガス導入管３８ｂやハフニウム源ガスを導入するガス導入管３８ｆには水分除去のためのピュリファイア４２ａ，４２ｂがそれぞれ設けられる。
【０１１８】
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行するバッチ式の成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０１１９】
図９において、成膜装置４３は、二重管構造を有するチャンバ４４と、チャンバ４４の下端を塞ぐ蓋部材４５と、多数のウエハＷを多段に載置するウエハボード４６と、該ウエハボード４６の下端を支持する回転軸４７と、チャンバ４４内へ処理ガスを導入するガス導入部４８と、チャンバ４４内を排気する排気部４９と、ウエハボード４６に載置された各ウエハＷを加熱するヒータ（図示しない）とを備え、各ウエハＷにＡＬＤを用いた成膜処理を施す。
【０１２０】
チャンバ４４は内部を外部雰囲気から隔離し、ガス導入部４８はチャンバ４４の内部へガスを導入する４つのガス導入管４８ａ〜４８ｄからなり、ガス導入管４８ａはＴＭＡを導入し、ガス導入管４８ｂはハフニウム源ガスを導入し、ガス導入管４８ｃはＯ３を導入し、ガス導入管４８ｄはＮＨ３を導入する。ウエハボード４６は回転軸４７や蓋部材４５とともにチャンバ４４から分離可能に構成され、チャンバ４４の下方から退出入する。成膜装置４３の各構成部位の動作はコントローラ５０によって制御される。なお、ＴＭＡを導入するガス導入管４８ａやハフニウム源ガスを導入するガス導入管４８ｂにも水分除去のためのピュリファイア（図示しない）がそれぞれ設けられる。
【０１２１】
成膜装置４３においてＡｌＮ膜２４を成膜する際、まず、ガス導入管４８ａからＴＭＡをチャンバ４４の内部へ導入してＴＭＡ分子を物理的に吸着させ、排気部４９によって余分なＴＭＡの分子をチャンバ１１の外へ排出することによって１層のＴＭＡ分子層を形成し、その後、ガス導入管４８ｄからＮＨ３をチャンバ４４の内部へ導入し、且つウエハＷを加熱することでＮＨ３をＴＭＡ分子層と化学反応させてＡｌＮ膜を生成しながら、余分なＮＨ３や副生成物をチャンバ１１外へ排出する。
【０１２２】
次いで、ＨｆＯ膜２５を成膜する際、まず、ガス導入管４８ｂからハフニウム源ガスをチャンバ４４の内部へ導入してハフニウム分子をウエハＷの表面等へ物理的に吸着させ、排気部４９によって余分なハフニウム分子をチャンバ１１の外へ排出することによって１層のハフニウム含有分子層を形成し、その後、ガス導入管４８ｃからＯ３をチャンバ４４の内部へ導入し、且つヒータによってウエハＷを加熱することでＯ３をハフニウム含有分子層と化学反応させてＨｆＯ膜２５を生成しながら、余分なＯ３や副生成物をチャンバ１１外へ排出する。すなわち、成膜装置４３もＡｌＮ膜２４の成膜及びＨｆＯ膜２５の成膜を繰り返すことができる。
【０１２３】
また、本発明の目的は、上記各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ（例えば、成膜装置１０、３４、４３のコントローラ１５、３９、５０）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【０１２４】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上記各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１２５】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【０１２６】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上記各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１２７】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上記各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１２８】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【実施例】
【０１２９】
次に、本発明の実施例について説明する。
【０１３０】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行し、厚さが８ｍｍのＳｉＣ基板１８の表面に薄いＳｉＯ２膜２３を成膜した後、厚さが１．２ｎｍのＡｌＮ膜２４の成膜と、厚さが０．７ｎｍのＨｆＯ膜２５の成膜とを２０回繰り返してＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成し、さらに、ＨｆＡｌＯＮ膜２６へ熱処理を施してゲート絶縁膜２２を得た。
【０１３１】
このとき、熱処理の条件をｗ／ｏ（熱処理なし）、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃のそれぞれに設定したときのゲート絶縁膜２２の瞬時絶縁破壊電界と比誘電率を測定し、図１０のグラフに示した。図１０のグラフにおいて、瞬時絶縁破壊電界は「○」で示され、比誘電率は「△」で示される。
【０１３２】
図１０のグラフに示すように、瞬時絶縁破壊電界は熱処理の温度が９００℃を超えると下降し始め、熱処理の温度が９５０℃以上となると急激に低下する。また、比誘電率は熱処理の温度が９００℃を超えると急上昇する。一方、熱処理の温度が１０００℃以上となるとＨｆＡｌＯＮ膜２６の結晶化が進行するおそれがある。したがって、瞬時絶縁破壊電界及び比誘電率のバランスの観点からＨｆＡｌＯＮ膜２６の熱処理の温度は９００℃〜１０００℃が好ましく、９５０℃以上であるのがより好ましいことが分かった。
【０１３３】
また、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行し、厚さが８ｍｍのＳｉＣ基板１８の表面に薄いＳｉＯ２膜２３を成膜した後、厚さが１．１ｎｍのＡｌＮ膜２４の成膜と、厚さが０．６ｎｍのＨｆＯ膜２５の成膜とを繰り返してＨｆＡｌＯＮ膜２６を形成し、さらに、ＨｆＡｌＯＮ膜２６へ温度が８００℃の熱処理を施してゲート絶縁膜２２を得た（実施例１）。
【０１３４】
さらに、厚さが１．１ｎｍのＡｌＮ膜２４の成膜と、厚さが１．８ｎｍのＨｆＯ膜２５の成膜とを繰り返した以外は、実施例１と同様に本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行してゲート絶縁膜２２を得（比較例１）、厚さが１．３ｎｍのＡｌＮ膜２４の成膜と、厚さ２．２ｎｍのＨｆＯ膜２５の成膜とを繰り返した以外は、実施例１と同様に本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法を実行してゲート絶縁膜２２を得た（比較例２）。
【０１３５】
実施例１のゲート絶縁膜２２の断面をＳＴＥＭで観察したところ、ＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間の界面が確認されなかった。一方、比較例１及び比較例２のゲート絶縁膜２２の断面をＳＴＥＭで観察したところ、ＡｌＮ膜２４とＨｆＯ膜２５の間の界面が残存して積層構造が確認された。これにより、積層構造の解消の観点からは、一のＡｌＮ膜２４及び一のＨｆＯ膜２５の厚さの合計は２．０ｎｍより小さいのが好ましく、１．７ｎｍ以下であるのがより好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【０１３６】
Ｗ  ウエハ
１０、３４、４３  成膜装置
１３、３６  ガス導入部
１３ａ〜１３ｃ、３０ａ〜３０ｃ、３６ａ〜３６ｃ  ガス導入管
１５  ヒータ
１７  ＭＯＳＦＥＴ
１８  ＳｉＣ基板
２２  ゲート絶縁膜
２４  ＡｌＮ膜
２５  ＨｆＯ膜
２６  ＨｆＡｌＯＮ膜
３０  ＡｌＯ膜
３１  ＨｆＮ膜
３２  Ａｌ膜
３３  Ｈｆ膜
【図１】
2015198185.tif 000003
【図２】
2015198185.tif 000004
【図３】
2015198185.tif 000005
【図４】
2015198185.tif 000006
【図５】
2015198185.tif 000007
【図６】
2015198185.tif 000008
【図７】
2015198185.tif 000009
【図８】
2015198185.tif 000010
【図９】
2015198185.tif 000011
【図１０】
2015198185.tif 000012