(57)【要約】  歩留まりおよび生産性を高め、段差被覆性および密着性を高める。  成膜プロセスは初期成膜ステップと、本成膜ステップとを有する。初期成膜ステップは、処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して基板上に吸着した原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップとを１サイクルとしてサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する。本成膜ステップは、処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップとを１サイクルとして複数回繰り返し、初期成膜ステップにて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する。
2007058120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１反応ガスは水素原子を含むガスである半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第１反応ガスはＨ2 またはＮＨ3 であり、前記第２反応ガスはＯ2 である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記処理室内に供給された後、プラズマで活性化してから基板に対して供給するようにする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１において、前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記処理室内に供給された後、前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加して発生させたプラズマで活性化してから基板に対して供給するようにし、前記ＲＦ電極に印加するＲＦ電力の値を前記第１反応ガス供給時と前記第２反応ガス供給時とで、それぞれ異ならせるようにする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１において、前記第１反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記第２反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成するステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第１反応ガスの供給と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内への原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第２反応ガスの供給と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
【請求項１１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に設けられプラズマを発生させるためのＲＦ電極と、
前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加するＲＦ電源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
【請求項１２】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に設けられプラズマを発生させるためのＲＦ電極と、
前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加するＲＦ電源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記反応ガスを供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成するための半導体装置の製造方法および基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭのキャパシタは微細化に伴う蓄積電荷容量を確保するために、容量絶縁膜の高誘電率化、下部電極または上部電極の金属化の研究が活発化している。
これらの材料としては高い誘電率を持つＡｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，ＳＴＯ( ＳｒＴｉＯ3 ），Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）、ＰＺＴ（（Ｐｂ、Ｚｒ）ＴｉＯ3 ）等々が容量絶縁膜として候補となっており、Ｔｉ, Ｈｆ, Ｚｒ, Ａｌ，Ｒｕ, Ｐｔ, Ｉｒの金属、ＳＲＯ( ＳｒＲｕＯ3 ），ＲｕＯ2 等の酸化物、あるいはＴｉＮ, ＨｆＮ, ＺｒＮ等の窒化物が電極としての候補となっている。
電極形状は高アスペクト比のシリンダ型が主流となっており、場合によってはバリアメタル膜であるＴｉＮ、ＴａＮ等を含めた上記の全ての膜が段差被覆性（ステップカバレッジ。step coverage ）に優れている必要がある。
膜の形成方法としては従来のスパッタリング法から段差被覆性に優れているＣＶＤ法へと移行しており、有機金属液体原料と酸素の反応が多く利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＣＶＤ法において段差被覆性を向上するために低温化は避けることはできない。
低温化により有機液体原料中の炭素や水素が不純物として膜中に多く残り、電気特性を劣化させる。
Ｒｕ原料の多くは、酸素との反応が容易に進行するので、反応ガスとして酸素が使用されている。
一方、膜形成後は、膜の結晶化および膜中の不純物を除去するために高温熱処理を行う。この時、金属膜中に残留している酸素原子の拡散により、Ｒｕ膜の下地にある金属膜が酸化され、絶縁膜を形成し、抵抗値が高くなるという課題がある。
また、酸素原子以外のＲｕ原料に含まれる不純物においても、高温処理を行うことにより、膜中から不純物がガス脱離して、膜が収縮し、表面の凹凸が劣化したり、膜が剥がれてしまうという課題がある。
さらには、幾つかのＲｕ原料についてはインキュベーションタイムが増大するという報告があり、生産性が劣るといった課題がある。【０００４】
したがって、本発明の課題は、歩留まりおよび生産性が高く、段差被覆性および密着性に優れた半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記した課題を解決するための手段は、次の通りである。
処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、下地金属膜の酸化、膜収縮による表面の凹凸劣化、膜剥がれを解決することができ、歩留まりおよび生産性が高く、段差被覆性および密着性に優れた半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る基板処理装置の第１実施形態であるダイレクトプラズマユニット組込みの枚葉式処理装置を示す概略図である。
【図２】そのダイレクトプラズマユニットを示す平面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の第１実施形態であるＩＣの製造方法の成膜工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法の第２実施形態であるＩＣの製造方法の成膜工程を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る基板処理装置の第２実施形態であるＲＦ電極組込みの枚葉式処理装置を示す概略図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の製造方法の第３実施形態であるＩＣの製造方法の成膜工程を示すフローチャートである。
【図７】下部電極膜および上部電極膜を含むＤＲＡＭキャパシタの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【０００８】
１    処理室
２    基板
６    電極
７    電極
３１  原料ガス供給管
４２  第１反応ガス供給管
５６  排気管
６１  メインコントローラ
６３  第２反応ガス供給管
６８  反応ガス供給管
７０  ＲＦ電極
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施形態においては、Ｒｕ原料ガスと酸素含有ガス以外の反応ガスにより膜を形成する。しかし、Ｒｕ原料ガスは、酸素含有ガス以外の反応ガスとは、反応性が乏しく膜が形成されない。
そこで、プラズマ源により励起した反応ガスを利用するが、Ｒｕ原料ガスとプラズマ源により励起した反応ガスを同時に基板に対して供給すると、気相反応により、段差被覆性が劣ってしまうので、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法により膜を形成する。
ＡＬＤ法では、次のサイクルが繰り返される。
（１）Ｒｕ原料ガスだけを基板に対して供給することにより、基板上にＲｕ原料ガスが段差被覆性良く吸着する。
（２）Ａｒ、ＨｅやＮ2 等の不活性ガスによるパージによって、余分な原料ガスを排気する。
（３）プラズマ源により励起した酸素含有ガス以外の反応ガスを基板に対して供給することにより、励起された反応ガスが基板上に吸着している前記Ｒｕ原料ガスと反応し、膜が形成される。
プラズマ源により励起したガス種は反応性が高く、Ｒｕ原料ガス中に含まれる炭素、水素と結合してガス化することにより、膜中不純物が低減される。
（４）Ａｒ、ＨｅやＮ2 等の不活性ガスによるパージによって、余分な反応ガスを排気する。
以上の（１）〜（４）を１サイクルとして、このサイクルを繰り返すことにより、所望の膜厚を得ることができる。【００１０】
一方、ＡＬＤ法では、成膜速度が遅く、生産性が劣る。
そこで、初期成膜ステップでは前記のＡＬＤ法で基板上に核形成を行い、その後の本成膜ステップでは反応ガスに酸素含有ガスを使用して、従来のＣＶＤ法により成膜を行えば、生産性が向上する。
若しくは、反応ガスを酸素含有ガスにして、前記のＡＬＤ法を行えば、成膜速度が向上し、生産性が向上する。
このように、初期成膜ステップにおいては、原料吸着ステップと、プラズマ励起された酸素含有ガス以外の反応ガスによるＡＬＤ法を用いることにより、歩留まりが高く、段差被覆性および密着性に優れた半導体装置の製造方法を提供できる。
さらには、本成膜ステップにおいて、反応ガスとして酸素含有ガスを用いることにより、生産性の高い半導体装置の製造方法を提供できる。【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態を説明する。【００１２】
図１を用いて、本発明が実施される基板処理装置の一例を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る基板処理装置であるダイレクトプラズマユニットが組込まれた枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略断面図である。【００１３】
図１に示すように、処理室１には支持台２０が設けられる。支持台２０は被成膜対象であるシリコンウエハやガラス基板等の基板２を支持する。
支持台２０の上部には支持板としてのサセプタ２１が設けられる。サセプタ２１は支持台２０の一部を構成しており、サセプタ２１の上に基板が載置される。
支持台２０の内部には、加熱手段としてのヒータ２２が設けられ、ヒータ２２はサセプタ２１上に載置された基板２を加熱するようになっている。
ヒータ２２は基板２の温度が所定の温度となるように温度コントローラ２３により制御される。【００１４】
処理室１の外部には昇降機構２４が設けられ、昇降機構２４により、支持台２０が処理室１内で昇降可能となっている。【００１５】
処理室１の支持台２０の上部には、シャワーヘッド１２と対向電極ユニット５が基板２と対向するように配置される。シャワーヘッド１２は原料ガスおよび反応ガスを基板２へ供給する際の直接の供給口となる複数のシャワー孔８を有する。
対向電極ユニット５はプラズマを発生させるための高周波（ＲＦ）を印加する少なくとも一組以上の対向電極を備えており、これらが被成膜基板２と対向してシャワー孔８よりも基板２に近い位置に配置されている。
この場合、シャワー孔８を複数持つシャワーヘッド１２と対向電極ユニット５とは、被成膜基板２と対向するように配置される。
具体的には、シャワーヘッド１２は対向電極ユニット５と対向するように配置され、対向電極ユニット５は被成膜基板２と対向するように配置される。【００１６】
図２に示すように、プラズマを発生させるための対向電極ユニット５は、一組の電極６と電極７とが互いに対向するように配置されたユニットとして構成されている。
すなわち、電極６および電極７は何れも櫛歯型に構成され、それぞれの櫛歯に相当する部分同士が互い違いに隣り合う（対向する）ように配置されている。換言すると、一方の電極の櫛歯と櫛歯の間に他方の電極の櫛歯が１本ずつ挿入されている。
なお、電極６と電極７とは同一平面上に配置される。【００１７】
ここで、図２に示すように、対向電極ユニット５は保持用の電極プレート１４を有する。電極プレート１４は上面の中央に円形の窓孔１４ａが大きく形成され、側面に貫通孔１５が形成されている。この貫通孔１５の中に石英のような絶縁物から構成された電極管１６が挿入され、この電極管１６の中に、ＡｌやＮi 等の材質で構成された棒状の電極６および電極７が埋め込まれている。
処理室１を真空に保つために、電極プレート１４の貫通孔１５の内壁に対し、電極管１６はＯリング１７を用いて真空封じ込みを行う。
対向電極６および対向電極７は、それぞれまとめて接続され、絶縁トランス１１に接続される。絶縁トランス１１に高周波電源ユニット１３により高周波電圧を印加することにより、プラズマが対向電極ユニット５の表面に発生する。
すなわち、プラズマは、シャワーヘッド１２と対向電極ユニット５との間の空間における対向電極ユニット５の上面付近、および、対向電極ユニット５と基板２との間の空間における対向電極ユニット５の下面付近に、発生する。
シャワーヘッド１２内には供給口４および供給口３から原料ガスおよび反応ガスがそれぞれ供給される。シャワーヘッド１２のシャワー孔８は原料ガスおよび反応ガスをそれぞれ別々あるいは同時に基板２に対してシャワー状に噴出させる。【００１８】
処理室１の外部には、液体原料２８を供給する原料供給ユニット２５が設けられており、原料供給ユニット２５は液体原料供給管２６、液体原料供給量を制御する流量コントローラとしての液体原料流量制御装置２９を介して、液体原料を気化する気化器３０に接続されている。
原料供給ユニット２５には液体原料２８が蓄えられており、圧送ライン２７から供給されるＨｅあるいはＡｒ等の不活性ガスの圧力により、液体原料２８が気化器３０へ供給される。
気化器３０には原料ガス供給管３１が接続されており、原料ガス供給管３１はバルブ３２を介して原料ガス供給口４に接続されている。
液体原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、すなわち、有機金属液体原料を用いる。
あるいは、常温では固体であっても数十度程度に加熱すれば液体になるような原料であれば、原料供給ユニット２５、液体原料供給管２６および液体原料流量制御装置２９を数十度程度に加熱するヒータを各々に設けて使用することが可能である。【００１９】
処理室１の外部には不活性ガス供給ユニット３３が設けられており、不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを気化器３０へキャリアガスとして供給するためのキャリアガス供給管３４が接続されている。
キャリアガス供給管３４は気化器３０に、キャリアガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置３５を介して接続されている。
気化器３０は内部において液体原料２８をキャリアガスとともに噴出することにより、気化効率を上げている。
不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等が用いられる。【００２０】
不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを原料ガス供給管３１へパージガスとして供給するためのパージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置３７およびバルブ３８を介して、原料ガス供給管３１に接続されている。【００２１】
気化器３０で気化した原料ガスを原料ガス供給管３１から原料ガス供給口４に供給しない場合には、バルブ３２を閉じ、バルブ３９を開き、ベントラインとしての原料ガスバイパス管４０に原料ガスを流す。
このとき、バルブ３８を開いて、パージガス供給管３６から不活性ガスを供給することにより、原料ガス供給管３１のバルブ３２から原料ガス供給口４の配管、対向電極ユニット５および処理室１の表面に吸着している原料ガスを取り除くことが可能になる。【００２２】
処理室１の外部には、第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ユニット４１が設けられており、第１反応ガス供給ユニット４１は第１反応ガスを第１反応ガス供給管４２へ供給する。
第１反応ガス供給管４２は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置４３、バルブ４４、反応ガス供給管６８を介して反応ガス供給口３に接続されている。第１反応ガスとしては、酸素原子を含まないガスを用いる。本実施形態では第１反応ガスとしてＨ2 やＮＨ3 等の水素含有ガス用いる。【００２３】
不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを反応ガス供給管６８へパージガスとして供給するためのパージガス供給管４５が接続されている。
パージガス供給管４５は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置４６およびバルブ４７を介して、反応ガス供給管６８に接続されている。【００２４】
第１反応ガスを第１反応ガス供給管４２から反応ガス供給口３に供給しない場合には、バルブ４４を閉じ、バルブ４８を開き、ベントラインとしての第１反応ガスバイパス管４９に第１反応ガスを流す。
このとき、バルブ４７を開いて、パージガス供給管４５から不活性ガスを供給することにより、第１反応ガス供給管４２のバルブ４４から反応ガス供給口３の配管、対向電極ユニット５および処理室１の表面に吸着している第１反応ガスを取り除くことが可能になる。【００２５】
処理室１の外部には、第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ユニット６２が設けられており、第２反応ガス供給ユニット６２は第２反応ガスを第２反応ガス供給管６３へ供給する。第２反応ガス供給管６３は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置６４、バルブ６５、反応ガス供給管６８を介して、反応ガス供給口３に接続されている。第２反応ガスとしてはＯ2 やＯ3 やＮ2 Ｏ等の酸素原子を含むガスを用いる。【００２６】
第２反応ガスを第２反応ガス供給管６３から反応ガス供給口３に供給しない場合には、バルブ６５を閉じ、バルブ６６を開き、ベントラインとしての第２反応ガスバイパス管６７に第２反応ガスを流す。
このとき、バルブ４７を開いて、パージガス供給管４５から不活性ガスを供給することにより、第２反応ガス供給管６３のバルブ６５から反応ガス供給口３の配管、対向電極ユニット５および処理室１の表面に吸着している第２反応ガスを取り除くことが可能になる。【００２７】
処理室１の外部には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニット５０が設けられており、クリーニングガス供給ユニット５０はクリーニングガスをクリーニングガス供給管５１へ供給する。
クリーニングガス供給管５１は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置５２、バルブ５３を介して反応ガス供給口３に接続されている。【００２８】
処理室１の側壁下部には排気口１０が設けられており、排気口１０には真空ポンプ５４、原料回収トラップ５７および除害装置（図示せず）が排気管５６によってつながれている。また、排気管５６には、処理室１の圧力を調整する圧力コントローラ５５が設けられている。【００２９】
処理室１の排気口１０と反対側の側面には、基板搬入搬出口５９が設けられている。基板搬入搬出口５９は、真空基板移載室５８との仕切り弁としてのゲートバルブ６０によって開閉され、基板搬入搬出口５９から基板２を処理室１に搬入搬出し得るように構成されている。【００３０】
基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ６１により制御される。【００３１】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第１実施形態を、以上の構成に係る枚葉式処理装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板に薄膜を堆積する場合について説明する。【００３２】
以下、液体原料としてＲｕ（Ｃ7 Ｈ11Ｃ7 Ｈ9 ）（２，４ジメチルペンタジエニル  エチルシクロペンタジエニル  ルテニウム。以下、ＤＥＲと略す。）、第１反応ガス（初期成膜ステップ）としてＨ2 、第２反応ガス（本成膜ステップ）としてＯ2 を用いて、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法およびＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法、特に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical VaporDeposition）法により基板上にＲｕ膜を形成する場合の本発明に係る半導体装置の製造方法の第１実施形態（以下、第１実施形態方法という。）について、図１ないし図３に即して説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ６１により制御される。【００３３】
まず、図３に示された基板搬入ステップにおいて、基板２が処理室１に搬入される。
すなわち、支持台２０が基板搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ６０が開かれ、基板搬入搬出口５９が開放されると、図示しない基板移載機により基板２が処理室１内に搬入される。このとき、支持台２０は昇降機構により移載位置にある。移載位置では、支持台２０表面よりも基板突き上げピン６９の先端が高い位置になり、搬入された基板２は、基板突き上げピン６９の上に移載される。
基板２が処理室１内に搬入された後に、ゲートバルブ６０が閉じられる。支持台２０が移載位置から上方の基板処理位置まで上昇する。その間に、基板２はサセプタ２１上に載置される（基板載置ステップ）。【００３４】
支持台２０が基板処理位置に到達すると、ヒータ２２に電力が供給され基板２は所定の温度になるように均一に加熱される（基板昇温ステップ）。
同時に、処理室１は、真空ポンプ５４により真空排気され、所定の圧力になるように制御される（圧力調整ステップ）。
なお、基板２の搬送時や基板加熱時および圧力調整時においては、パージガス供給管３６およびパージガス供給管４５にそれぞれ設けられたバルブ３８およびバルブ４７は開いた状態とされ、不活性ガス供給ユニット３３より、処理室１に不活性ガスが常に流される。
これにより、パーティクルや金属汚染物の基板２への付着を防ぐことができる。【００３５】
次に、図３に示された初期成膜ステップについて説明する。
基板２の温度および処理室１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度および所定の処理圧力に到達して安定すると、原料ガス供給ステップにおいて、処理室１内に原料ガスすなわちＤＥＲガスが供給される。
すなわち、原料供給ユニット２５から供給された液体のＤＥＲが、液体原料流量制御装置２９によって流量制御され、不活性ガス供給ユニット３３から供給されてガス流量制御装置３５によって流量制御されたキャリアガスと共に、気化器３０へ供給されて気化される。
このとき、気化されたＤＥＲガスは、バルブ３２が閉じ、バルブ３９が開いた状態で、原料ガスバイパス管４０に流れている。ＤＥＲの気化量が安定すると、バルブ３９が閉じられ、バルブ３２が開かれ、気化されたＤＥＲガスは原料ガス供給管３１を通って、処理室１内に導入され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散され、基板２上に均一な濃度で供給される。【００３６】
ＤＥＲガスの供給が所定時間行われた後、原料ガスパージステップにおいて、バルブ３２が閉じられ、ＤＥＲガスの基板２への供給が停止されると共に、バルブ３８が開かれ、パージガスとしての不活性ガスが原料ガス供給管３１を通って、処理室１に導入される。
これにより、原料ガス供給管３１および処理室１が不活性ガスによりパージされ、残留ガスが除去される。【００３７】
なお、この際には、原料ガスバイパス管４０に設けられたバルブ３９を開き、ＤＥＲガスを原料ガスバイパス管４０より処理室１をバイパスするように排気し、気化器３０からのＤＥＲガスを停止しないようにするのが、好ましい。
ＤＥＲを気化して、気化したＤＥＲガスを安定供給するまでには時間がかかるので、気化器３０からのＤＥＲガスの供給を停止することなく、処理室１をバイパスするように流しておくと、次の原料ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで直ちにＤＥＲガスを基板２へ安定供給できる。【００３８】
ただし、次の原料ガス供給ステップまでの時間が長い場合は、原料を無駄に捨てることになるため、こまめに気化器からの気化動作を停止させ、液体原料の無駄な使用を止めることが望ましい場合がある。
この場合には、原料ガスバイパス管４０に設けられたバルブ３９を開き、ＤＥＲガスを原料ガスバイパス管４０より処理室１をバイパスするように排気した後に、気化器３０内のバルブ（図示せず）を閉じ、キャリアガスだけを流した状態にする。これは、いわば原料消費節約型原料パージステップである。【００３９】
次の原料ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで直ちにＤＥＲガスを基板２へ安定供給できるようにするためには、後述する反応ガスパージステップ中で、キャリアガスだけが処理室１をバイパスしている状態で、気化器３０内のバルブを開き、気化状態が安定化するようにしておく。【００４０】
処理室１のパージが所定時間行われた後に、第１反応ガス供給ステップにおいて、処理室１に第１反応ガスとしてＨ2 が供給される。
すなわち、バルブ４８が開かれ、バルブ４４が閉じた状態（第１反応ガスが処理室１をバイパスした状態）から、バルブ４８を閉じ、バルブ４４が開かれ、反応ガス供給管６８を通って、処理室１にＨ2 が供給され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散される。
Ｈ2 は対向電極ユニット５上に均一な濃度で供給された後に、対向電極６と対向電極７の間に高周波が印加され、プラズマ励起される。Ｈ2 はこの段階で、原子状の水素や水素イオン等の活性種として基板２上に供給される。
また、印加する高周波出力は、高周波電源ユニット１３により最適な出力に制御されている。【００４１】
反応ガスとしてのＨ2 の供給が所定時間行われた後に、第１反応ガスパージステップにおいて、バルブ４４が閉じられ、Ｈ2 の基板２への供給が停止されるとともに、バルブ４７が開かれ、パージガスとしての不活性ガスが、反応ガス供給管６８を通って、処理室１に導入される。
これにより、反応ガス供給管６８および処理室１が不活性ガスによりパージされ、残留ガスが除去される。【００４２】
なお、この際、反応ガスバイパス管４９に設けられた、バルブ４８を開き、反応ガスをガスバイパス管４９より処理室１をバイパスするように排気し、ガス流量制御装置４３のＨ2 の流量をゼロにしないようにするのが好ましい。
Ｈ2 の流量をゼロから所定流量に安定化するまでには時間がかかるので、第１反応ガス供給ユニット４１からのＨ2 の供給を停止することなく、処理室１をバイパスするように流しておくと、次の反応ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで、Ｈ2 ガスを基板２へ直ちに安定供給できる。【００４３】
第１反応ガスパージステップにおいては、前述したように、次の原料ガス供給ステップでは、流れを切り替えるだけで、直ちに原料ガスを基板２へ安定供給できるようにするために、第１反応ガスパージステップの終了時間の数〜十数秒前に、キャリアガス供給管からのキャリアガスだけが処理室１をバイパスしている状態で、気化器３０内のバルブを開き気化器内にＤＥＲを流し、気化を開始し、気化状態を安定化させる。なぜなら、気化器３０の気化状態を安定化させるためには、数〜数十秒必要とするからである。【００４４】
処理室１のパージが所定時間行われた後、バルブ３９が閉じられ、バルブ３２が開かれ、予じめ安定して所定流量気化されるように準備されたＤＥＲガスは、原料ガス供給管３１を通って、処理室１に導入され、原料ガス供給ステップが行われる。【００４５】
図３に示されているように、初期成膜ステップにおいて、以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、第１反応ガス供給ステップ、第１反応ガスパージステップを、１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理により、基板２上に所定膜厚の薄膜を形成することができる。【００４６】
次に、初期成膜ステップにおいてＡＬＤ法により成膜したＲｕ膜の上に、ＣＶＤ法によりＲｕ膜を成膜する本成膜ステップについて説明する。【００４７】
本成膜ステップでは、ＣＶＤ法により成膜を実施する。
原料供給ユニット２５から供給された液体のＤＥＲが、液体原料流量制御装置２９で流量制御され、不活性ガス供給ユニット３３から供給され、ガス流量制御装置３５で流量制御されたキャリアガスと共に、気化器３０へ供給されて気化される。
このとき、気化されたＤＥＲガスは、バルブ３２は閉じ、バルブ３９は開いた状態で、原料ガスバイパス管４０に流れているが、気化量が安定すると、バルブ３９が閉じられ、バルブ３２が開かれ、気化されたＤＥＲガスは、原料ガス供給管３１を通って、処理室１に導入され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散され、基板２上に供給される。【００４８】
同様に、第２反応ガスとしてＯ2 がＤＥＲガスと同時に供給される。
すなわち、バルブ６６が開かれ、バルブ６５が閉じられた状態から、バルブ６６が閉じられ、バルブ６５が開かれる。反応ガス供給管６８を通って、処理室１にＯ2 が供給され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散され、基板２上に供給される。【００４９】
基板２に供給されたＤＥＲガスとＯ2 の反応によりＲｕ膜が形成される。
この時、対向電極ユニット５には高周波を印加しない。
ＤＥＲガスとＯ2 の供給時間を制御することにより、基板２上に所定膜厚の薄膜を形成することができる。【００５０】
基板２への薄膜成膜処理終了後、図３に示された基板搬出ステップにおいて、処理済基板２は基板搬入ステップと逆の手順で、処理室１外へ搬出される。【００５１】
なお、前述した第１実施形態方法では、本成膜ステップをＣＶＤ法で行う場合について説明したが、本成膜ステップは、初期成膜ステップと同様にＡＬＤ法で行うようにしてもよい。【００５２】
以下、初期成膜ステップを前述した第１実施形態方法と同様にＡＬＤ法により実施し、本成膜ステップをＡＬＤ法で実施する本発明に係る半導体装置の製造方法の第２実施形態（以下、第２実施形態方法という。）を図４に即して説明する。
なお、初期成膜ステップは第１実施形態方法と同様なので、その説明は省略する。
また、本成膜ステップは、第１実施形態方法における初期成膜ステップにおいて反応ガスとしてＨ2 の代わりにＯ2 を用いた場合に相当するので、反応ガス供給ステップ以外のステップの説明は省略し、反応ガス供給ステップのみ説明を行う。【００５３】
図４に示されているように、初期成膜ステップ終了後の本成膜ステップにおいて、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップが行われた後に、第２反応ガス供給ステップにおいて処理室１に第２反応ガスとしてＯ2 が供給される。
すなわち、バルブ６６が開かれ、バルブ６５が閉じられた状態から、バルブ６６が閉じられ、バルブ６５が開かれる。反応ガス供給管６８を通って、処理室１にＯ2 が供給され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散される。
Ｏ2 は対向電極ユニット５上に均一な濃度で供給された後に、対向電極６と対向電極７の間に高周波が印加され、プラズマ励起される。Ｏ2 は、この段階で、原子状の酸素や酸素イオン等の活性種として基板２上に供給される。
なお、対向電極６と対向電極７の間に印加する高周波出力は、高周波電源ユニット１３により初期成膜ステップとは異なる最適な出力となるように制御される。
対向電極６と対向電極７の間に印加する高周波出力は、例えば、初期成膜ステップでは１００Ｗ、本成膜ステップでは１５０Ｗとする。
また、例えば、対向電極６と対向電極７の間に印加する高周波出力は、初期成膜ステップでは１５０Ｗ、本成膜ステップでは１００Ｗとしてもよい。
要は、初期成膜ステップおよび本成膜ステップのそれぞれの目的に合わせて最適な出力となるように制御すればよい。
第２反応ガス供給ステップ後、第２反応ガスパージステップが行われる。【００５４】
図４に示されているように、第２実施形態方法の本成膜ステップにおいては、以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、第２反応ガス供給ステップ、第２反応ガスパージステップを、１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理により、初期成膜ステップで基板２上に形成されたＲｕ膜の上に、所定膜厚のＲｕ膜を形成することができる。【００５５】
なお、第１実施形態方法および第２実施形態方法において、ＡＬＤ法により初期成膜ステップを行う際の処理条件としては、処理温度：２００〜３５０℃、処理圧力：１０〜４００Ｐａ、ＤＥＲ流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、Ｈ2 流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ、対向電極間に印加する高周波出力：１０〜５００Ｗ、１サイクル内の各ステップ時間：１〜１０秒、が例示される。【００５６】
第１実施形態方法において、ＣＶＤ法によって本成膜ステップを行う際の処理条件としては、処理温度：２００〜３５０℃、処理圧力：１０〜４００Ｐａ、ＤＥＲ流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ、が例示される。【００５７】
第２実施形態方法において、ＡＬＤ法によって本成膜ステップを行う際の処理条件としては、処理温度：２００〜３５０℃、処理圧力：１０〜４００Ｐａ、ＤＥＲ流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ、対向電極間に印加する高周波出力：０〜５００Ｗ、１サイクル内の各ステップ時間：１〜１０秒が、例示される。【００５８】
初期成膜ステップで成膜される膜厚は、１〜５ｎｍ、本成膜ステップで成膜される膜厚は、５〜５０ｎｍ、が例示される。【００５９】
なお、初期成膜ステップおよび本成膜ステップは、同一の処理室内で同一温度で連続して行うのが生産性やコストの観点から望ましい。【００６０】
本発明で使用される第１反応ガスは用途に応じて様々な種類から適宜選択可能であるが、Ｈ2 、Ｎ2 、ＮＨ3 、Ｈｅ、Ｎe 、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、が例示される。【００６１】
本発明で形成される膜は用途に応じて様々な種類から適宜に選択可能であるが、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ等の金属全般が例示される。【００６２】
図５は本発明に係る基板処理装置の第２実施形態である枚葉式処理装置を示す概略図である。【００６３】
本第２実施形態に係る枚葉式処理装置（図５）が前記第１実施形態に係る枚葉式処理装置（図１）と異なる点は、対向電極ユニット５が廃止され、その代わりに支持台２０にＲＦ電極７０が設けられている点である。すなわち、本第２実施形態に係る枚葉式処理装置は、前記第１実施形態に係る枚葉式処理装置とは、プラズマ発生機構の構成が異なる。
第２実施形態に係る枚葉式処理装置（以下、第２実施形態装置という。）においては、支持台２０にヒータ２２と同様、ＲＦ電極７０が埋め込まれており、このＲＦ電極７０にはＲＦマッチングボックス７１、マッチングコントローラ７２、ＲＦ電源（ＲＦジェネレータ）７３が接続されている。第１反応ガスや第２反応ガスを流した状態で、ＲＦ電極７０にＲＦ電力を印加することで、ウエハ上にプラズマが生成される。
以上の構成に係る第２実施形態装置によっても、第１実施形態方法および第２実施形態方法と同様な初期成膜ステップおよび本成膜ステップを実施することができる。【００６４】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第３実施形態（以下、第３実施形態方法という。）を、以上の構成に係る第２実施形態装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板に薄膜を堆積する場合について説明する。【００６５】
第３実施形態方法が前記第２実施形態方法と異なる点は、反応ガス供給ステップを、処理室１内雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、処理室１内雰囲気を反応ガスで一様にした状態でＲＦ電極７０にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させるステップとの２段階に、分けた点である。すなわち、第３実施形態方法は、ＲＦを印加してプラズマを発生させるステップ（イベント）前に、反応ガスプレパージステップ（イベント）を設けた点が、第２実施形態方法と異なる。【００６６】
本発明者らは、プラズマ生成時のマッチング条件は処理室１内の雰囲気（温度、圧力、導入ガス）によって変わること、すなわち、温度、圧力、導入するガス種により、プラズマ生成時のマッチング条件が変わり、所望外のプラズマが基板上に供給され、膜厚均一性や膜付着を悪化させることがあることを見出した。
例えば、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる場合に、ＮＨ3 の供給と同時にＲＦを印加すると、プラズマ生成時のマッチング条件が安定しないことがある。
これに対して、本発明者らは、ＲＦを印加してプラズマを発生させるステップ（イベント）前に、反応ガスプレパージステップ（イベント）を設け、処理室１内が反応ガスで一様になった後に、ＲＦを印加するようにすれば、プラズマを安定供給することが可能となり、膜厚均一性や膜付着性の悪化を緩和できることを見出した。
第３実施形態方法は、本発明者らが見出したこの知見に基づくものである。【００６７】
以下、第３実施形態方法の成膜工程を、図５に示された第２実施形態装置を用いて図６に示されたフローチャートに即して実施する場合について具体的に説明する。
なお、第３実施形態方法では、初期成膜ステップにおいて、第１反応ガスとしてＮＨ3 ガスを用いる。【００６８】
図６に示されたフローチャートの初期成膜ステップにおいては、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップが行われた後に、第１反応ガス供給ステップにおいて、処理室１内に第１反応ガスとしてのＮＨ3 が供給される。
すなわち、図５に示された第２実施形態装置において、バルブ４８が開かれバルブ４４が閉じられた状態（第１反応ガスが処理室１をバイパスした状態）から、バルブ４８が閉じられ、バルブ４４が開かれ、処理室１内にＮＨ3 が反応ガス供給管６８を通って供給され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散される。
ＮＨ3 の供給を所定時間継続することで処理室１内雰囲気がＮＨ3 で一様に満たされ均一な濃度となる（第１反応ガス一様化ステップ）。
その状態で、ＲＦ電極７０に高周波電力（ＲＦ電力）が印加されることにより、ＮＨ3 はプラズマ励起される。ＮＨ3 はこの段階で、原子状の水素や水素イオン等の活性種として基板２上に供給される。また、印加するＲＦは、高周波電源ユニット１３により最適な出力に制御される（第１反応ガス一様下ＲＦ印加ステップ）。
第１反応ガス供給ステップ後、ＲＦ電極７０への高周波の印加を停止し、第１反応ガスパージステップが行われる。【００６９】
以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、処理室内雰囲気を第１反応ガスで一様にするステップ（第１反応ガス供給ステップの第１段階）、処理室内を第１反応ガスで一様にした状態でＲＦを印加してプラズマを発生させるステップ（第１反応ガス供給ステップの第２段階）、第１反応ガスパージステップを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理により、基板２上に所定膜厚のＲｕ膜を形成することができる。【００７０】
第３実施形態方法では、本成膜ステップにおける第２反応ガス供給ステップも初期成膜ステップと同様に行う。
すなわち、本成膜ステップにおいて、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップが行われた後に、第２反応ガス供給ステップにおいて処理室１内に第２反応ガスとしてのＯ2 が供給される。
すなわち、バルブ６６が開かれ、バルブ６５が閉じられた状態から、バルブ６６が閉じられ、バルブ６５が開かれる。処理室１内にＯ2 が反応ガス供給管６８を通って供給され、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー孔８で分散される。
Ｏ2 の供給を所定時間継続することにより、処理室１内雰囲気がＯ2 で一様に満たされ均一な濃度となる（第２反応ガス一様化ステップ）。
その状態で、ＲＦ電極７０にＲＦが印加されることにより、Ｏ2 はプラズマ励起される。Ｏ2 は、この段階で、原子状の酸素や酸素イオン等の活性種として基板２上に供給される（第２反応ガス一様下ＲＦ印加ステップ）。
第２反応ガス供給ステップ後、ＲＦ電極７０への高周波の印加を停止し、第２反応ガスパージステップが実施される。【００７１】
以上のような、原料ガス供給ステップ、原料ガスパージステップ、処理室内雰囲気を第２反応ガスで一様にするステップ（第２反応ガス供給ステップの第１段階）、処理室内を第２反応ガスで一様にした状態でＲＦを印加してプラズマを発生させるステップ（第２反応ガス供給ステップの第２段階）、第２反応ガスパージステップを、1 サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理により、初期成膜ステップで基板２上に形成されたＲｕ膜の上に、所定膜厚のＲｕ膜を形成することができる。【００７２】
第３実施形態方法によれば、反応ガス供給ステップを、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、その後、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にした状態でＲＦを印加してプラズマを発生させるステップと、の２段階としたので、プラズマを安定供給することが可能となり、膜厚均一性や膜付着性の悪化を緩和することができる。【００７３】
なお、第３実施形態方法においては、初期成膜ステップおよび本成膜ステップの両ステップにおいて、反応ガス供給ステップを、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、その後、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にした状態でＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させるステップと、の２段階とする例について説明したが、初期成膜ステップおよび本成膜ステップのうち、何れか一方のステップのみ反応ガス供給ステップを２段階とするようにしてもよい。
例えば、反応ガスとしてＮＨ3 を供給する初期成膜ステップのみ、反応ガス供給ステップを２段階とするようにしてもよい。【００７４】
また、第３実施形態方法の手法を第１実施形態方法に適用してもよい。すなわち、第１実施形態方法における初期成膜ステップの反応ガス供給ステップを、処理室内雰囲気を反応ガスで一様にするステップと、その後、処理室内を反応ガスで一様にした状態でＲＦを印加してプラズマを発生させるステップと、の２段階とするようにしてもよい。【００７５】
ところで、初期成膜ステップにおいて反応ガスとしてＯ2 等の酸素原子（Ｏ）を含むガスを用いると、薄膜を形成する際の下地が酸化されてしまうことがある。
例えば、成膜の下地がバリアメタル等の場合、初期成膜ステップにおいて反応ガスとしてＯ2 等の酸素原子（Ｏ）を含むガスを用いると、下地のバリアメタル膜（例えば、ＴｉＮ）が酸化され、絶縁膜（ＴｉＯ2 ）が形成されてコンタクト抵抗が高くなり、デバイス特性が悪化するという問題が生じる。【００７６】
これに対して、本発明によれば、初期成膜ステップでは、反応ガスとしてＨ2 やＮＨ3 等の酸素原子を含まない反応ガスを用いるので、下地のバリアメタル膜は酸化されることはない。
また、本成膜ステップは、下地のバリアメタル膜が初期成膜ステップで形成された膜で覆われた状態で行われるので、反応ガスとしてＯ2 等の酸素原子を含むガスを用いても下地のバリアメタル膜が酸化されることはない。
このように、本発明によれば、下地を酸化させることなく成膜することができる。【００７７】
次に、半導体装置の一例であるＤＲＡＭの製造方法においてキャパシタを形成する工程に、本発明を適用する実施の形態、すなわち、ＤＲＡＭのキャパシタの下部電極膜および上部電極膜を形成する工程に本発明を適用する実施の形態を、図７を用いて説明する。【００７８】
図７は下部電極膜および上部電極膜を含むＤＲＡＭキャパシタの一部を示す断面図である。
初めに、シリコン製の基板２上に、ＳｉＯ2 等の絶縁体からなる層間絶縁膜８０を形成する。
その後、層間絶縁膜８０を貫通するように、コンタクトホール８７を開口する。
続いて、開口したコンタクトホール８７の内部に、シリコン基板２と接続するためのコンタクトプラグ８１を形成する。コンタクトプラグ８１の材料としては、タングステン（Ｗ）等が例示される。
続いて、コンタクトプラグ８１の上部空間を埋めるようにバリアメタル膜８２を形成する。バリアメタル膜８２の材料としては、ＴｉＮやＴａＮが例示される。
なお、バリアメタル膜８２は電極を構成する材料や酸化剤が、コンタクトプラグ８１に拡散することを防止する。
続いて、層間絶縁膜８０上とバリアメタル膜８２上の全面に、層間絶縁膜８３を形成する。
その後、層間絶縁膜８３を貫通するようにコンタクトホール８８を開口する。
続いて、前述した第１実施形態方法、第２実施形態方法および第３実施形態方法の何れかの成膜法を適用することにより、コンタクトホール８８内と層間絶縁膜８３上の全面にＲｕ膜等からなる下部電極膜８４を形成する。
続いて、コンタクトホール８８内の下部電極膜８４を残留させつつ、層間絶縁膜８３上の下部電極膜８４を除去する。
その後、残留させたコンタクトホール８８内の下部電極膜８４の内部をエッチングし、下部電極膜８４の形状をシリンダ状とする。
続いて、下部電極膜８４上と層間絶縁膜８３上の全面に、容量絶縁膜８５を形成する。容量絶縁膜８５の材料としては、Ｔａ2 Ｏ5 やＡｌ2 Ｏ3 やＺｒＯ2 等が例示される。
最後に、前述した第１実施形態方法、第２実施形態方法および第３実施形態方法の何れかの成膜法を適用することにより、容量絶縁膜８５上の全面にＲｕ膜等からなる上部電極膜８６を形成して、図７に示されたＤＲＡＭキャパシタの製造を完了する。【００７９】
なお、前述した第１実施形態方法、第２実施形態方法および第３実施形態方法の何れかの成膜法は、ＤＲＡＭキャパシタの下部電極膜８４を形成する場合のみに適用し、上部電極膜８６を形成する際には、第１実施形態方法、第２実施形態方法および第３実施形態方法の何れかの本成膜ステップのみ行う成膜法（初期成膜ステップを省略した成膜法）、すなわち、酸素原子を含む反応ガスを用いる成膜法を用いるようにしてもよい。【００８０】
例えば、上部電極膜８６については、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを同時に供給する熱ＣＶＤ法を用いてもよいし、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを交互に供給するＡＬＤ法を用いてもよい。
というのは、ＤＲＡＭキャパシタの上部電極膜８６を形成する際の下地は絶縁膜であり、酸素原子を含む反応ガスを用いても問題とはならないからである。
これに対して、下部電極膜８４を形成する際の下地はバリアメタル膜８２であり、酸素原子を含む反応ガスを用いた場合、下地であるバリアメタル膜８２が酸化してしまい、コンタクト抵抗が増大してデバイス特性が悪化するという問題が生じることとなる。
よって、下部電極膜８４を形成する際については、前述した本発明の第１実施形態方法、第２実施形態方法および第３実施形態方法の何れかの成膜法が最適の実施形態となる。【００８１】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものをまとめて示すと、次の通りである。
（１）処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させるステップと、前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して基板上に吸着した前記原料ガスと反応させて基板上に薄膜を生成するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（２）前記（１）において、前記第１反応ガスは水素原子を含むガスである半導体装置の製造方法。
（３）前記（１）において、前記第１反応ガスはＨ2 またはＮＨ3 であり、前記第２反応ガスはＯ2 である半導体装置の製造方法。
（４）前記（１）において、前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記処理室内に供給された後、プラズマで活性化してから基板に対して供給するようにする半導体装置の製造方法。
（５）前記（１）において、前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記処理室内に供給された後、前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加して発生させたプラズマで活性化してから基板に対して供給するようにし、前記ＲＦ電極に印加するＲＦ電力の値を前記第１反応ガス供給時と前記第２反応ガス供給時とで、それぞれ異ならせるようにする半導体装置の製造方法。
（６）前記（１）において、前記第１反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（７）前記（６）において、前記第２反応ガスを供給するステップは、前記処理室内に前記第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（８）処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成する初期成膜ステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられた前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、前記初期成膜ステップにおいて基板上に形成された薄膜上に所望膜厚の薄膜を形成する本成膜ステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（９）処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にするステップと、前記処理室内を前記反応ガスで一様にした状態で前記処理室内に設けられたＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させ、このプラズマで活性化した前記反応ガスを基板に対して供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成するステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（１０）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第１反応ガスの供給と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内への原料ガスの供給と、前記処理室内への前記第２反応ガスの供給と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
（１１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含まない第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に酸素原子を含む第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に設けられプラズマを発生させるためのＲＦ電極と、
前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加するＲＦ電源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第１反応ガスを供給して前記処理室内を前記第１反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記第１反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返した後、前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記第２反応ガスを供給して前記処理室内を前記第２反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記第２反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
（１２）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、
前記処理室内に設けられプラズマを発生させるためのＲＦ電極と、
前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加するＲＦ電源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内に前記原料ガスを供給し、その後前記処理室内に前記反応ガスを供給して前記処理室内を前記反応ガスで一様にし、その状態で前記ＲＦ電極にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させてこのプラズマで活性化した前記反応ガスを基板に対して供給し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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