(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井にシャワーヘッドが備えられ、底上の前記シャワーヘッドの下に半導体基板がローディングされる半導体基板装着台が備えられ、前記半導体基板上に誘電膜を形成する反応チャンバにおいて、
前記シャワーヘッドに第１ガス供給ライン及び第２ガス供給ラインが連結されており、前記第１ガス供給ラインは前記誘電膜のソースガスが供給されるラインであり、前記第２ガス供給ラインは前記誘電膜の反応ガスO2及び前記誘電膜のアニールガスO3が供給される少なくとも二種のガス供給に共同で使用されるラインで、
前記第１及び第２ガス供給ラインは前記シャワーヘッドの相異なる位置に連結され、
前記第２ガス供給ラインにオゾン発生器が並列に連結され、
前記底の下にオゾン分解器が設けられ、
前記オゾン分解器と前記底との間にポンピングラインが連結され、前記オゾン分解器にポンプが連結され、前記ポンピングラインと前記ポンプとの間に前記オゾン分解器を迂回する第２のポンピングラインがさらに備えられていることを特徴とする反応チャンバ。
【請求項２】
前記オゾン分解器と前記オゾン発生器との間にオゾン浄化ラインがさらに備えられていることを特徴とする請求項１に記載の反応チャンバ。
【請求項３】
前記第２ガス供給ラインに第１弁、第２弁、及び第３弁が設けられ、前記オゾン浄化ラインに第４弁が設けられ、前記第１ガス供給ラインに第５弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の反応チャンバ。
【請求項４】
前記第１弁と第２弁との間に前記オゾン発生器の入力端及び出力端が並列に連結されていることを特徴とする請求項３に記載の反応チャンバ。
【請求項５】
前記オゾン浄化ラインは前記オゾン発生器の出力端に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の反応チャンバ。
【請求項６】
前記半導体基板装着台は第１乃至第５半導体基板装着台を含む複数個の装着台からなることを特徴とする請求項１に記載の反応チャンバ。
【請求項７】
前記シャワーヘッドは前記第２乃至第５半導体基板装着台に一対一で対応する複数個のシャワーヘッドからなることを特徴とする請求項６に記載の反応チャンバ。
【請求項８】
前記第２乃至第５半導体基板装着台に一対一で対応するシャワーヘッドの周りに不活性ガスのエアカーテンを形成可能なガス噴射手段が備えられていることを特徴とする請求項７に記載の反応チャンバ。
【請求項９】
半導体基板上に薄膜を形成する第１段階と、
前記薄膜上に誘電膜を形成する第２段階と、
前記誘電膜を結晶化温度より低温で第１アニールする第３段階と、
前記誘電膜を結晶化温度より高温で第２アニールする第４段階とを含む誘電膜の形成方法において、
前記第２段階及び前記第３段階は同一の第１乃至第５半導体基板装着台が備えられた反応チャンバ内でインサイチュで進行され、前記第１半導体基板装着台で前記薄膜が形成された半導体基板を予熱する段階と、前記予熱された半導体基板を前記第２乃至第５半導体基板装着台上に順次に移動させながら前記予熱された半導体基板上に第１乃至第４の厚さの誘電膜を形成してアニールする段階とを含むものである
ことを特徴とする誘電膜の形成方法。
【請求項１０】
前記誘電膜はタンタル酸化膜、チタン酸化膜、アルミニウム酸化膜、イトリウム酸化膜、バナジウム酸化膜及びニオビウム酸化膜よりなる群から選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１１】
前記タンタル酸化膜は２００〜７００℃のオゾン雰囲気または酸素雰囲気下で第１アニールされることを特徴とする請求項１０に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１２】
前記タンタル酸化膜は７００℃〜９００℃の乾式酸素または湿式酸素雰囲気下で第２アニールされることを特徴とする請求項１０に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１３】
前記第２段階及び前記第３段階は、天井にシャワーヘッドが備えられ、底にウェーハの加熱に用いられるサセプタを具備する薄膜形成用反応チャンバにおいて、前記シャワーヘッドに前記誘電膜形成用ソースガスを供給するための第１ガス供給ライン及び前記誘電膜形成用反応ガスの供給とアニーリングのためのガスの供給に共同で用いられる第２ガス供給ラインが連結されている反応チャンバを用いてインサイチュで実施されることを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１４】
前記第２段階及び第３段階において前記半導体基板はランプ加熱方式で加熱されることを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１５】
前記第２段階から前記第３段階に進むとき、前記両段階の間の圧力差が大きい場合にはターボモレキュラーポンプを使用することを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１６】
前記第２段階及び第３段階は各々前記第１乃至第５半導体基板装着台のうち、相異なる半導体基板装着台で進行されることを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１７】
前記第２段階及び第３段階は、
前記第１半導体基板装着台で前記薄膜が形成された半導体基板を予熱する段階と、
前記第２半導体基板装着台で前記予熱された半導体基板上に誘電膜を形成する段階と、
前記第３半導体基板装着台で誘電膜をアニールする段階とをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１８】
前記ソースガスはタンタル酸化膜系、チタン酸化膜系またはアルミニウム酸化膜系のガスよりなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項１９】
前記反応ガス及びアニーリングガスは各々酸素ガス及びオゾンと酸素ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の誘電膜の形成方法。
【請求項２０】
前記混合ガスにおける前記酸素ガスと前記オゾンとの比率は略９：１であることを特徴とする請求項１９に記載の誘電膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造装置に関し、特に共同ガス供給ラインが備えられた反応チャンバ及びこれを用いた誘電膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャパシタの静電容量(C）は次の数学式から分かるように電極の面積(A)と電極間の誘電物質の誘電率(ε)に比例し、前記電極間の間隔(d)に反比例する。
C=ε(A/d)
【０００３】
従って、キャパシタの静電容量(C)を増加させる方法としては、電極の面積(A)を広げる方法、誘電率(ε）の大きな誘電膜を使用する方法及び電極間の間隔(d)を狭める方法がある。
【０００４】
半導体装置の高集積化につれ、半導体装置内におけるキャパシタの形成領域が非常に狭くなっている。かかる状況において、電極の面積(A)を広げようとする場合、狭い領域で電極を３次元的に形成する必要があるので物理的に多くの制約が伴う。また、半導体装置の継続的な高集積化を保障しにくい。そして、前記電極間の間隔(d)を狭める方法は漏れ電流を増加させる。従って、半導体装置の高集積化に適しながらもキャパシタの静電容量(C)を増加させるため、誘電率(ε)の高い誘電膜を使用する方法が望ましい。また、このような薄膜を薄膜化すれば、キャパシタの静電容量をさらに増加させることができる。
【０００５】
現在、誘電率(ε)の高い薄膜として脚光を浴びている誘電物質中の一つがタンタル酸化膜(Ta2O5)である。タンタル酸化膜も薄膜化される場合、漏れ電流が増加する問題点がある。タンタル酸化膜において、漏れ電流は蒸着不均一によるタンタル酸化膜内の脆弱部分、酸素空洞(vacancy)または炭素のような不純物などが原因であると知られている。タンタル酸化膜のかかる問題点を解消するために多様な方法が提示されている。
【０００６】
例えば、タンタル酸化膜をドライ−酸素(dry-O2)アニーリングする方法や、低温(５００℃以下)で紫外線−オゾン(UV-O3)アニーリングを実施してドライ−酸素アニーリングを実施する方法(IEEE Transactions on Electron Devices,Vol ３８,No.３,March １９９１,"UV-O3 and Dry-O2：Two-Step Annealed Chemical Vapor Deposited Ta2O5 Films for Storage Dielectrics of ６４-Mb DRAM’s"、by Shinriki and Masayuki Makata)などが提示されている。
【０００７】
従来の技術によるタンタル酸化膜の形成及び紫外線オゾンアニーリングは各々図１及び図２に示されたように別のチャンバで進行される。
図１を参照すれば、タンタル酸化膜が形成されるチャンバはタンタル酸化膜が均一に形成されるようにチャンバ８の上部にシャワーヘッド１０が備えられている。そして、シャワーヘッド１０にタンタル酸化膜のソースガスのペンタエトキシタンタル(Penta Ethoxy Tantalum)を供給する第１ガス供給ライン１２と反応ガスの酸素ガス(O2)を供給する第２ガス供給ライン１４が備えられている。第１ガス供給ライン１２及び第２ガス供給ライン１４に各々第１弁１２a及び第２弁１４aが設けられている。チャンバ８の底にサセプタ１６が置かれ、その上にウェーハ１８が載せられている。チャンバ８の底にはポンピングライン２０が連結されている。前記ポンピングライン２０にはポンプ２２が連結されている。
【０００８】
図１に示されたチャンバ８でタンタル酸化膜が形成された後、図２に示されたアニーリングチャンバでタンタル酸化膜の紫外線−オゾンアニーリングが進行される。
図２を参照すれば、紫外線−オゾンアニーリングが進行されるチャンバ９は天井に石英ウィンドウ(quartz window)１１が備えられている。その上にチャンバ９と別に紫外線が発生される紫外線ランプハウス(UV lamp house)１３が備えられており、紫外線ランプハウス１３の底に紫外線ランプ１５が設けられてチャンバ９内部に紫外線が照射される。そして、チャンバ９内に酸素ガスとオゾンガスとの混合ガス(O2+O3)により酸化膜の厚さを均一に形成させるために、チャンバ９内に紫外線を均一に調査させるために石英ウィンドウ１１の下部に石英よりなるシャワーヘッド１７が備えられている。シャワーヘッド１７はチャンバ９の外に設けられたオゾン発生器１９と連結されている。チャンバ９のシャワーヘッド１７の直下の底にサセプタ２１が置かれ、その上にタンタル酸化膜の形成されたウェーハ２３が置かれている。チャンバ９の下にオゾン分解器２５がポンプライン２７を通して連結されており、ここにポンプ２９が連結されている。
【０００９】
このように、従来の技術はタンタル酸化膜を形成した後、タンタル酸化膜内の欠陥を治して膜の漏れ電流特性を改善するために別のアニーリングチャンバを用いて紫外線オゾンアニーリングを実施する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題はアニール工程を含む誘電膜の形成工程を単純化して半導体装置の生産性を向上させ、誘電膜の電気的特性を改善させうる反応チャンバを提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は前記反応チャンバを用いた誘電膜の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するため本発明は、天井にシャワーヘッドが備えられ、シャワーヘッドの下の底上に半導体基板がローディングされる半導体基板装着台が備えられて半導体基板上に誘電膜を形成しうる反応チャンバにおいて、シャワーヘッドに第１及び第２ガス供給ラインが連結されており、第１ガス供給ラインは誘電膜のソースガスが供給されるラインであり、第２ガス供給ラインは誘電膜の反応ガス及び誘電膜のアニールガスが供給される少なくとも二種のガス供給に共同で使用されるラインであることを特徴とする反応チャンバを提供する。
【００１２】
ここで、アニールガスはオゾンである。
誘電膜が複合誘電膜である場合、第１ガス供給ラインは複合誘電膜のソースガス別に構成されうる。この際、第１ガス供給ラインは複数本のガス供給ラインで構成される。
第２ガス供給ラインに並列にオゾン発生器が連結されている。
シャワーヘッドとオゾン発生器との間に反応ガス及びアニールガス専用供給ラインが別に備えられる。
【００１３】
第２ガス供給ラインのオゾン発生器が連結される地点の前に反応チャンバ及びガス供給ラインのパージ(purge)のために窒素ガスまたはアルゴンガス(Ar)などが流入される不活性ガス供給ラインが連結されている。
第２ガス供給ライン及び不活性ガス供給ラインに各々流量調節器(Mass Flow Controller、以下ＭＦＣと称する）が備えられている。
反応チャンバの下にオゾン分解器が設けられ、オゾン分解器と反応チャンバの底との間にポンピングラインが設けられ、オゾン分解器にポンプが連結されている。
【００１４】
本発明の実施例によれば、反応チャンバの下にオゾン分解器を迂回してポンピングラインとポンプとを連結する第２のポンピングラインがさらに備えられている。第２ポンピングラインにより、誘電膜の蒸着時排出されるガスにより誘発される不純物の積層によりオゾン分解器が異質物に汚染されることを防止しうる。
【００１５】
オゾン分解器とオゾン発生器はオゾン浄化ラインに連結されている。
第２のポンピングラインがポンピングラインと連結される部分に制御弁が備えられている。制御弁は反応チャンバから来るガスが第２のポンピングラインまたはポンピングラインに選択的に流れるように制御する。
【００１６】
本発明の他の実施例によれば、反応チャンバ内に複数個の半導体基板装着台、例えば第１乃至第５半導体基板装着台が備えられている。各半導体基板装着台上に各装着台と一対一に対応するシャワーヘッドが備えられ、第２乃至第５半導体基板装着台と一対一に対応するシャワーヘッドの周りに不活性ガスのエアカーテンを構成しうるガス噴射手段が備えられている。
【００１７】
他の技術的課題を達成するため本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する第１段階と、薄膜上に誘電膜を形成する第２段階と、誘電膜を結晶化温度より低い温度に第１熱処理する第３段階と、誘電膜を結晶化温度より高い温度に第２熱処理する第４段階とを含む薄膜形成方法において、第２段階と第３段階は同一なチャンバでインサイチュ(in-situ)で進行することを特徴とする誘電膜の形成方法を提供する。
【００１８】
誘電膜がタンタル酸化膜の時、第１熱処理は略４５０℃の温度にオゾン雰囲気または酸素雰囲気下で実施することが望ましい。
また、誘電膜がタンタル酸化膜である際、第２熱処理は酸素雰囲気下で実施する熱処理である。
第２熱処理は乾式酸素(dry-O2)または湿式酸素(wet-O2)雰囲気下で実施する熱処理である。
【００１９】
第２段階及び第３段階は、天井にシャワーヘッドが備えられ、底にウェーハを加熱させるのに用いられるサセプタを具備する誘電膜形成用反応チャンバにおいて、シャワーヘッドに誘電膜形成用ソースガスを供給するための第１ガス供給ライン及び誘電膜形成用反応ガスの供給とアニーリングのためのガスの供給に共用される第２ガス供給ラインが連結されていることを特徴とする反応チャンバにおいてインサイチュで実施される。
【００２０】
本発明の実施例によれば、同一反応チャンバで誘電膜上に第２の誘電膜をさらに形成し、形成された第２の誘電膜に対する第２のアニーリングもインサイチュでさらに実施しうる。
【００２１】
第２段階及び第３段階において半導体基板は抵抗加熱方式またはランプ加熱方式で加熱されることが望ましい。
ソースガスは金属酸化膜系のガス、例えばタンタル酸化膜系(ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2H5)5))、チタン酸化膜系またはアルミニウム酸化膜系のガスである。
反応ガス及びアニーリングガスとしてはソースガスがタンタル酸化膜系ガスの場合、各々酸素ガス(O2)及びオゾンガス(O3)を使用する。
【００２２】
第２段階は第１ガス供給ラインを通して誘電膜形成用ソースガスを供給し、第２ガス供給ラインを通して誘電膜の形成に必要な反応ガスを供給する段階である。
第２段階から第３段階に進行するとき、圧力変化が激しい場合、ターボモレキュラーポンプ(Turbo Molecular Pump、以下ＴＭＰと称する)を使用することによって、第２及び第３段階の間の圧力変換にかかる時間を短縮しうる。
【００２３】
一方、第２段階及び第３段階は第１乃至第５半導体基板装着台が備えられた反応チャンバにおいてインサイチュで進行される。この際、第２及び第３段階は同じ半導体基板装着台で進行される。
【００２４】
即ち、第２段階及び第３段階は第１半導体基板装着台で薄膜が形成された半導体基板を予熱する段階と、予熱された半導体基板を第２乃至第５半導体基板装着台上に順次に移動させながら予熱された半導体基板上に第１乃至第４厚さの誘電膜を形成してアニールする段階とをさらに含む。
逆に、第２及び第３段階は各々第１乃至第５半導体基板装着台のうち、相異なる半導体基板装着台で進行されうる。
【００２５】
即ち、第２段階及び第３段階は第１半導体基板装着台で薄膜が形成された半導体基板を予熱する段階と、第２または第４半導体基板装着台で予熱された半導体基板上に誘電膜を形成する段階と、第３または第５半導体基板装着台で誘電膜をアニールする段階とを含む。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る誘電膜形成用反応チャンバ及びこれを用いた誘電膜の形成方法を添付された図面に基づき詳しく説明する。
ただし、本発明の実施例は多様な変形が可能であり、本発明の範囲が後述する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。図面において層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張されたものである。図面において、同じ番号は同じ要素を示す。また、何れかの層が他層または基板の「上部」にあると記載された場合、何れかの層が他層または基板の上部に直接存在したり、または第３の層が介在することもある。
【００３２】
本発明に係る誘電膜形成用反応チャンバ及びこれを用いた誘電膜の形成方法を説明する前に、アニール方式に応じて誘電膜、例えばタンタル酸化膜の漏れ電流の密度の変化を先に説明する。
＜実験例＞
半導体基板上に略９０Åの厚さにタンタル酸化膜を形成した。タンタル酸化膜に対する漏れ電流の密度は次の４つの方式で測定した。
【００３３】
第１の方式は、前処理のみ実施し、熱処理を実施しない状態のタンタル酸化膜の漏れ電流の密度を測定した。第２の方式は、略８００℃のドライ−酸素で熱処理を実施したタンタル酸化膜の漏れ電流の密度を測定した。第３の方式は、略４５０℃の紫外線−オゾン−オゾン(UV-O３)熱処理を行った後、８００℃のドライ−酸素熱処理を実施したタンタル酸化膜の漏れ電流の密度を測定した。第４の方式は、４５０℃のオゾン熱処理を実施した後、８００℃のドライ−酸素熱処理したタンタル酸化膜の漏れ電流の密度を測定した。この結果は図３に示されている。図３を参照すれば、第１乃至第４グラフG１、G２、G３、G４は各々４つの方式に対する薄膜の漏れ電流密度の変化を示したグラフである。第１乃至第４グラフG１、G２、G３、G４を参照すれば、薄膜を形成した後に熱処理を行わない方式(G１)に比べ、薄膜を形成した後に熱処理行う方式(G２、G３、G４)が漏れ電流の密度が低かった。
【００３４】
反面、薄膜の漏れ電流の密度は、薄膜を形成した後、８００℃のドライ−酸素熱処理のみ実施すること(G２)より紫外線−オゾン熱処理(G３)またはオゾン熱処理(G４)をドライ−酸素熱処理と共に実施することが余程低いことが分かる。
【００３５】
しかし、第３及び第４グラフG３、G４を参照すれば、薄膜を２つの熱処理方式で連続的に処理する場合、初期の熱処理方式が異なっても薄膜の漏れ電流の密度は同一なのが分かる。即ち、薄膜を初期に紫外線−オゾン方式で熱処理しても、或いはオゾンのみを用いた方式で熱処理してもその結果は同一であった。このように、オゾンを用いて薄膜を熱処理する過程において紫外線を使用せずにオゾンのみを使用しても、紫外線−オゾンを使用して熱処理したものとその効果は同一なので、薄膜を紫外線無しにオゾンのみで熱処理しうることが分かった。
【００３６】
実験の結果から判断すれば、薄膜の形成と形成した薄膜に対する熱処理を同一チャンバでインサイチュで実施しうる反応チャンバがあり、これを用いると、薄膜の形成工程を単純にし、現場で装置が占める体積も縮小することができる。
【００３７】
このような実験の結果に基づき本発明は次のような第１乃至第４実施例に係る誘電膜の形成方法を提示する。しかし、本発明に係る誘電膜の形成方法は第１乃至第５実施例にのみ限定されるものではない。
【００３８】
＜第１実施例＞
図４は本発明の第１実施例に係る誘電膜の形成方法を段階別に示す工程図である。
図４を参照すれば、第１段階７０は誘電膜の形成段階である。具体的には、半導体基板上に薄膜、例えばキャパシタの下部電極を形成する。薄膜上に誘電膜を形成する。誘電膜はTa2O5、TiO2、Al2O3、イトリウム酸化膜、バナジウム酸化膜及びニオビウム酸化膜よりなる群から選択された何れか一つで形成する。
【００３９】
第２段階７２は誘電膜を第１アニールする段階である。第２段階は誘電膜を形成した反応チャンバでインサイチュで行われる。第１アニールは誘電膜、例えばタンタル酸化膜の結晶化温度より低い温度で実施される。例えば、誘電膜がタンタル酸化膜の場合、第１アニールは２００〜７００℃、望ましくは略４５０℃で実施される。そして、第１アニールはO3雰囲気下または酸素雰囲気下で実施される。第１アニールが酸素雰囲気下で実施される場合に対しては後述する第３実施例において詳しく説明する。
【００４０】
第１及び第２段階７０、７２が同一の反応チャンバでインサイチュで実施されるために各段階毎に反応チャンバの出入口を開閉し、基板を移動するのにかかる時間を短縮して半導体装置の生産性を向上させるとと共に、半導体基板の大気中への露出による汚染が防止できるので、半導体装置の収率も改善することができる。
【００４１】
第３段階７４は誘電膜を第２アニールする段階である。第２アニールは誘電膜の結晶化温度より高い温度及び酸素雰囲気下で実施される。即ち、第２アニールは高温酸素雰囲気下で実施される。この際、高温酸素雰囲気は乾式酸素または湿式酸素雰囲気である。従って、第２アニールの温度は誘電膜に応じて変わる。例えば、誘電膜がタンタル酸化膜の場合、第２アニールは７００℃〜９００℃、望ましくは８００℃で実施される。第２アニールは第１段階７０または第２段階７２に比べて高温で進行されるので炉またはＲＴＰ設備を用いて進行する。
【００４２】
＜第２実施例＞
図５は本発明の第２実施例に係る誘電膜の形成方法を段階別に示す工程図である。
図５を参照すれば、第２実施例に係る誘電膜の形成方法は第１実施例と同様に第１乃至第３段階１７０、１７２、１７４に進行される。しかし、第２実施例は第３段階１７４を進行する前に、第１及び第２段階１７０、１７２をN回さらに反復する。ここで、Nは２と同一であるか、２以上である。この際、N回の第１及び第２段階１７０、１７２はインサイチュで進行される。第１及び第２段階１７０、１７２が進行される過程から見ると、進行回数(N）は誘電膜が繰返して積層される回数であり、第１アニールが実施される回数である。つまり、第２実施例は所定厚さの誘電膜を数回に亙って形成して毎度第１アニールを実施する誘電膜の形成方法に関する。
【００４３】
例えば、第１段階１７０が実施される度に略２５Åの誘電膜が形成されると仮定すれば、１００Å程度の厚さの誘電膜を形成するために、第１段階１７０は４回実施されるべきである。また、毎度第１アニールが実施されるべきなので、第２段階１７２も４回実施されるべきである。以降、第１実施例の第２アニールが実施される。
【００４４】
＜第３実施例＞
図６は本発明の第３実施例に係る誘電膜の形成方法を段階別に示す工程図である。
図６を参照すれば、第２段階２７２の第１アニールは酸素雰囲気下で実施される。第３実施例が第１実施例または第２実施例と異なる点は第１及び第２段階２７０、２７２がインサイチュで実施されない点である。その代わりに、第１アニールが実施される第２段階２７２と第２アニールが実施される第３段階２７４がインサイチュで実施される。この際、第１及び第２アニールは全て酸素雰囲気下で実施される。前述したように、第２アニールは誘電膜の結晶化温度以上で実施される高温酸素アニール工程である。従って、第２アニールは誘電膜が形成される反応チャンバで実施されずに、炉またはＲＴＰ設備で実施される。第２及び第３段階２７２、２７４はインサイチュで実施されるので、第１段階２７０で誘電膜を形成した後の後続工程は炉またはＲＴＰ設備で実施される。
【００４５】
誘電膜がタンタル酸化膜の場合、第３実施例に係る誘電膜の形成方法は次のように進行しうる。半導体基板上に形成された薄膜上にタンタル酸化膜を所定の厚さに形成する。タンタル酸化膜を炉またはＲＴＰ設備を用いて第１アニールする。この際、第１アニールはタンタル酸化膜の結晶化温度より低い５００℃〜７００℃、望ましくは６００℃で実施する。次いで、同一の炉または同一のＲＴＰ設備でインサイチュでタンタル酸化膜を第２アニールする。この際、第２アニールはタンタル酸化膜の結晶化温度より高い温度の７００℃〜９００℃、望ましくは８００℃にインサイチュで実施する。これにより、タンタル酸化膜内の欠陥、例えば酸素空洞や不純物が除去され、タンタル酸化膜が結晶化される。
【００４６】
＜第４実施例＞
一方、誘電膜の結晶化は誘電膜の誘電率を高める利点はあるが、誘電膜の漏れ電流が増加される短所もあると知られている。従って、誘電膜の結晶化が必ずしも必要なものでなければ、誘電膜は次のような方法で形成しうる。つまり、本発明の第４実施例に係る誘電膜の形成方法は誘電膜の非結晶質を前提とした誘電膜の形成方法である。
【００４７】
図７は本発明の第４実施例に係る誘電膜の形成方法を段階別に示す工程図である。
図７を参照すれば、第４実施例に係る誘電膜の形成方法は第１及び第２段階３７０、３７６で進行される。第１段階３７０は半導体基板上に薄膜、例えば下部電極を形成した後、薄膜上に誘電膜を形成する段階である。そして、第２段階３７６は誘電膜をアニールする段階である。この際、第２段階３７６の誘電膜アニールは第１乃至第３実施例による誘電膜の形成方法で提示した誘電膜のアニールとは異なる。第１乃至第３実施例において、誘電膜のアニールは誘電膜の結晶化温度を基準として２回進行される反面、第４実施例では誘電膜の結晶化温度より低い温度に一回のみ進行される。
【００４８】
例えば、誘電膜がタンタル酸化膜の場合、前提したように、タンタル酸化膜の結晶化が不要な場合、タンタル酸化膜のアニールはその物質の結晶化温度より低い５００℃〜７００℃、望ましくは６００℃で１回のみ実施される。ここで、タンタル酸化膜はオゾンと酸素との混合ガス雰囲気下でアニールし、酸素ガスとオゾンガスの含有比率を略９：１にすることが望ましい。これによりタンタル酸化膜をその物質の結晶化温度より高い温度、即ち７００℃〜９００℃、望ましくは８００℃に酸素雰囲気下で熱処理した効果と類似した効果が得られる。
【００４９】
＜第５実施例＞
図８を参照すれば、第１段階(４７０)は半導体基板上に薄膜、例えば下部電極を形成した後、薄膜上に誘電膜を形成する段階である。第２段階(４７２)は誘電膜を第１アニーリングする段階である。第３段階(４７４)は誘電膜を第２アニーリングする段階である。第１乃至第３段階(４７０、４７２、４７４)は酸素雰囲気に保たれるチャンバ内でインサイチュで進行する。第２段階(４７２)は誘電膜の結晶化温度より低温に実施する。一方、第３段階(４７４)は誘電膜の結晶化温度より高温に実施する。誘電膜がタンタル酸化膜の場合、第２段階(４７２)は５００℃〜７００℃、望ましくは６００℃に実施する。また第３段階（４７４）は７００℃〜９００℃、望ましくは８００度に実施する。
【００５０】
引続き、前述した第１乃至第５実施例に係る誘電膜の形成方法で言及したように、誘電膜の形成と形成された誘電膜のアニールをインサイチュで実施しうる誘電膜形成用第１乃至第３実施例に係る反応チャンバを詳しく説明する。
【００５１】
＜第１実施例＞
図９は本発明の第１実施例に係る薄膜形成用反応チャンバの部分断面図である。
図９を参照すれば、チャンバ４０の天井に石英シャワーヘッド４２が設けられている。
【００５２】
チャンバ４０の石英シャワーヘッド４２の下の底部に半導体基板を工程温度まで加熱させるサセプタ４４が置かれている。そして、サセプタ４４上に半導体基板４６が置かれている。反応チャンバ４０の底部にポンピングライン４８が連結されている。ポンピングライン４８はオゾン分解器５０と連結されている。オゾン分解器５０にはポンプ５２が連結されている。ポンプ５２にはＴＭＰ(図示せず)が連結されることがある。従って、チャンバ４０内に大きな圧力変化を起こす必要があるとき、ＴＭＰが使われる。石英シャワーヘッド４２に第１ガス供給ライン５６が連結されている。そして、第１ガス供給ライン５６と無関係に第２ガス供給ライン５８が石英シャワーヘッド４２の別所に連結されている。第１ガス供給ライン５６を通じてチャンバ４０内に薄膜形成用ソースガスが注入される。ソースガスは金属酸化膜系のガス、例えばタンタル酸化膜系(ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2H5)5))、チタン酸化膜系またはアルミニウム酸化膜系のガスである。第２ガス供給ライン５８を通じて薄膜形成用ソースガスでない少なくとも２種のガス、例えば薄膜形成に必要な反応ガスと薄膜をアニールする過程に必要なアニールガスが供給される。ソースガスがタンタル酸化膜系ガス、特にタンタル酸化膜ガスの場合、反応ガスと熱処理ガスは各々O2及びO3である。従って、第２ガス供給ライン５８は共同ガス供給ラインとして使われる。
【００５３】
一方、シャワーヘッド４２と第２ガス供給ライン５８に並列に連結されたオゾン発生器６０間に反応ガス及びアニールガス専用供給ライン(図示せず)が別に備えられることがある。この場合、第２ガス供給ライン５８は複数本のガス供給ラインから構成される。
【００５４】
第２ガス供給ライン５８及びオゾン発生器６０が連結される地点の前に反応チャンバ４０及びガス供給ライン等のパージのために窒素ガスまたはアルゴンガスなどが流入する不活性ガス供給ライン５８aが連結されている。そして、第２ガス供給ライン５８及び不活性ガス供給ライン５８aに第１及び第２流量調節器５８b、５８cが備えられている。オゾン発生器６０とオゾン分解器５０との間にオゾン浄化ライン５４が連結されている。オゾン浄化ライン５４の一端はオゾン発生器６０の出力端６０bに連結され、他端はオゾン分解器５０に連結されている。
【００５５】
一方、第２ガス供給ライン５８に第１乃至第３弁V１、V２、V３が設けられている。そして、オゾン浄化ライン５４に第４弁V４が設けられている。また、第１ガス供給ライン５６には第５弁V５が設けられている。オゾン発生器６０の両端は第２ガス供給ライン５８に設けられた第１及び第２弁V１、V２に各々連結されている。即ち、オゾン発生器６０の入力端６０aは第１弁V１に連結され、出力端６０bは第２弁V２に連結されている。
【００５６】
＜第２実施例＞
図１０は本発明の第２実施例に係る薄膜形成用反応チャンバの部分断面図である。
図１０を参照すれば、第１実施例のオゾン分解器５０を迂回してポンピングライン４８とポンプ５２との間に第２のポンプライン４８aが備えられている。第２のポンプライン４８aを通すとチャンバ４０はオゾン分解器５０を経ずにポンプ５２に直接連結される。従って、チャンバ４０とオゾン浄化ライン５４にオゾンが供給されない時、第２のポンプライン４８aを通してチャンバ４０をポンピングすることにより、ポンプ５２のポンピング効率が改善できるだけでなく、誘電膜の蒸着時排出されるガスによるオゾン分解器５０内への異物の積層を防止しうるのでオゾン分解器５０の寿命が延びる。
【００５７】
第２のポンピングライン４８aはポンプ５２と第６弁V６との間に連結されている。第６弁V６は制御弁であって、チャンバ４０からのガスの流れ方向を制御する。即ち、第６弁V６を操作することによってガスをポンピングライン４８のオゾン分解器５０が連結されている方向に流すか、または第２のポンピングライン４８aに流すかが決定される。
【００５８】
一方、半導体基板４６上に複合誘電膜を形成するため、反応チャンバ４０のシャワーヘッド４２に複合誘電膜ソースガスを供給するための複数本のガス供給ライン、例えば第３及び第４ガス供給ライン５６a、５６bが連結されている。第３及び第４ガス供給ライン５６a、５６bには各々第６及び第７弁V６、V７が設けられている。複合誘電膜に応じてシャワーヘッド４２に連結されるソースガス供給ラインは２本以上備えられることがある。
【００５９】
反応チャンバ４０に供給されるソースガスが２種以上の場合、第２実施例とは異なって第１ガス供給ライン５６の前にガス混合器(図示せず)を備え、ガス混合器でソースガスを混合した後、第１実施例の第１ガス供給ライン５８を通じて反応チャンバ４０に供給してもよい。
【００６０】
次いで、このような構成要素を有する反応チャンバにおいて誘電膜の形成工程と誘電膜のアニール工程がどのように進行されるかを図９及び図１２を参照して詳しく説明する。
【００６１】
一般に、半導体基板上に薄膜を形成する前にトランジスタのような半導体素子が先に形成される。従って、薄膜の形成前に半導体基板上に形成されている素子が薄膜の形成過程で影響を受けないように半導体基板を薄膜形成温度で安定化させる必要がある。
【００６２】
これにより、反応チャンバ４０のサセプタ４４上に半導体基板４６をローディングした後、半導体基板４６を第２温度T２の窒素雰囲気下で第１時間t１アニーリングする。第２温度T２は略４００℃〜６００℃であり、望ましくは略４８０℃である。
【００６３】
第２温度T２で半導体基板４６を安定化させた後、半導体基板４６上に薄膜を形成する。薄膜は金属酸化膜、例えばタンタル酸化膜系、アルミニウム酸化膜系またはチタン酸化膜系である。望ましくは薄膜はタンタル酸化膜系である。この際、薄膜は略４８０℃〜５００℃の温度と０.３torrの圧力で形成することが望ましい。
【００６４】
薄膜を形成するため、図９の第１ガス供給ライン５６の第５弁V５を開放してチャンバ４０に薄膜のソースガスのPETを供給すると同時に、第２ガス供給ライン５８の第１乃至第３弁V１、V２、V３を開放してチャンバ４０に反応ガス、例えばO2を供給する。この際、第１及び第２弁V１、V２はオゾン発生器６０に向かって閉まった状態になるべきである。そして、チャンバ４０は所定の圧力、例えば０.３torr程度の圧力に保たれ、半導体基板４６は、図１２に示されたように、第２温度T２に保たれる。
【００６５】
また、第１及び第２弁V１、V２に各々オゾン発生器６０の入力端６０aと出力端６０bが連結されているので、酸素ガスがオゾン発生器６０に流入されないように第１及び第２弁V１、V２を操作する。このような条件下で薄膜形成工程は第２時間t２の間続けられる。第２時間t２は形成しようとする薄膜の厚さに応じて変わる。
【００６６】
薄膜形成工程が終了するところで第１弁V１を開放して酸素ガスをオゾン発生器６０に供給する。この際、第２弁V２は相変らず閉められた状態に保たれる。そして、第４弁V４は開放された状態に保たれる。こうして初期にオゾン発生器６０から発生するオゾンをオゾン浄化ライン５４を通じてチャンバの外に排出させる。このように、薄膜形成工程が完全に終了されない状況でオゾン発生器６０からオゾンを発生させることは薄膜形成工程が完了次第、チャンバ４０にオゾンを供給するためである。オゾン発生器６０から発生したオゾンは薄膜を形成した後、チャンバ４０内に残っているソースガス及び反応副産物がチャンバ４０から完全に排出されるまで出力端６０bに残留することになる。第５弁V５を閉じてソースガスの供給を遮断した状態でチャンバ４０内の残留ソースガス及び反応副産物をチャンバ４０の外に排出させる第３時間t３の間、半導体基板４６の温度は第１温度T１まで低められる。第１温度T１は２００℃〜７００℃程度であり、望ましくは４５０℃程度である。
【００６７】
半導体基板４６が第１温度T１まで低められ、チャンバ４０内に残っているソースガス及び反応副産物がチャンバ４０から排出された後、第４弁V４は閉じ、第２弁V２は開放してチャンバ４０にオゾンと酸素ガスが含まれた混合ガス(O2+O3)を供給して薄膜をオゾン熱処理する。この際、酸素ガスとオゾンとの比率は９：１程度が望ましい。オゾン熱処理は第４時間t４実施する。薄膜のオゾン熱処理は２００℃〜７００℃、望ましくは略４５０℃で実施する。この際、圧力は３０torr程度に保つ。このような状態でオゾン熱処理は２分間実施する。
【００６８】
薄膜のオゾン熱処理が終了された後、第２ガス供給ライン５８とオゾン発生器６０の入力端６０a及び出力端６０bに残留するオゾンをチャンバ４０の外に排出させる。このため、第２弁V２を操作してチャンバ４０に向かって開放し、オゾン発生器６０側に閉じる。そして、第４弁V４を開放する。この状態で、第２ガス供給ライン５８に窒素ガス(N2)(または酸素ガス)を供給してチャンバ４０及び第２ガス供給ライン５８に残っているオゾンをチャンバ４０の外に排出させる。
【００６９】
一方、オゾン発生器６０の出力端６０bに連結されているオゾン浄化ライン５４を通してオゾン発生器６０の出力端６０bに残っているオゾンをオゾン分解器５０を通して外に排出させる。
【００７０】
図１２に示されたように、誘電膜の形成温度と誘電膜の熱処理温度が異なる場合、半導体基板４６は抵抗加熱方式よりランプ加熱方式を使用して加熱する方が生産性の向上のために望ましい。しかし、薄膜形成温度と薄膜熱処理温度が類似しており、オゾン熱処理温度に応じる薄膜の電気的特性値の許容範囲が広い場合、抵抗加熱方式を使用して半導体基板４６を加熱することが望ましい。
【００７１】
また、誘電膜のような薄膜形成工程の圧力と薄膜を熱処理する工程の圧力との差が大きい場合、薄膜形成工程から薄膜を熱処理する工程に移動するのに長時間を要する恐れがある。この場合、ターボモレキュラーポンプを使用することによって、薄膜形成工程から薄膜熱処理工程への移動時間を短縮することができる。
【００７２】
次いで、第１または第２実施例に係る反応チャンバを用いて多段階方式で誘電膜を形成してアニールする工程を図９及び図１３に基づき詳しく説明する。
具体的には、図１３を参照すれば、半導体基板上に薄膜を形成する前に半導体基板を第２温度T２’に第１時間t１’熱処理して安定化させる。第２温度T２’は第１実施例に係る誘電膜の形成方法と同じ温度であることが望ましい。引続き、第２温度T２’に第２時間t２’半導体基板上に第１薄膜を形成する。第３時間t３’半導体基板の温度を第２温度T２’から第１温度T１’に下げる。第１薄膜を第４時間t４’オゾンを含む雰囲気下で第１熱処理する。第５時間t５’の間にチャンバ内のオゾンを浄化し、半導体基板の温度を再び第１温度T１’から第２温度T２’に上げる。第６時間t６’の間第１薄膜上に第１薄膜と同一の第２薄膜を形成する。第７時間t７’の間半導体基板の温度を第２温度T２’から第１温度T１’まで下げる。第２薄膜をオゾンを含む雰囲気下で第８時間t８’第２熱処理する。以降、チャンバ内の残留オゾンをチャンバの外に排出する。
【００７３】
第１及び第２薄膜は第１実施例の薄膜形成工程と同一の工程によって形成される。また、第１及び第２熱処理は全て本発明の実施例によるチャンバを用いてインサイチュで進行される。
【００７４】
＜第３実施例＞
図１１は本発明の第３実施例に係る反応チャンバの部分平面図である。
図１１を参照すれば、第３実施例に係る反応チャンバ６２は第１及び第２実施例に係る反応チャンバと同一の機能を有しているが、内部構造において多少の差がある。
【００７５】
即ち、第１実施例または第２実施例に係る反応チャンバ４０は、図９または図１０に示されたように、反応チャンバ４０の内部に１つのサセプタ４４が設けられており、サセプタ４４に半導体基板が１枚ずつローディングされる。従って、一回に１枚の半導体基板しか処理できない。
【００７６】
反面、第３実施例に係る反応チャンバ６２は、図１１に示されたように、チャンバ内に複数個の半導体基板装着台が備えられている。即ち、第１乃至第５半導体基板装着台A１、A２、A３、A４、A５が反応チャンバ６２内に備えられている。
【００７７】
第１半導体基板装着台A１上に半導体基板がローディングされる。ローディングされた半導体基板を安定化させるためにローディングされた半導体基板を予熱する。第２乃至第５半導体基板装着台A２、A３、A４、A５上で予熱された半導体基板上に誘電膜を形成する工程(以下、第１工程と称する）と誘電膜のアニール工程(以下、第２工程と称する）がインサイチュで進行される。即ち、第１乃至第５半導体基板装着台上で第１工程及び第２工程がインサイチュで連続的に進行される。第１工程で形成される誘電膜はTa2O5、チタン酸化膜TiO2、Al2O3、イトリウム酸化膜、バナジウム酸化膜及びニオビウム酸化膜よりなる群から選択された何れか一つである。
【００７８】
第１乃至第５半導体基板装着台A１、A２、A３、A４、A５の間の半導体基板の移動は第１乃至第５半導体基板装着台A１、A２、A３、A４、A５の中心にあるフォークアセンブリ(fork assembly)６４により同時に行われる。図１１において矢印は半導体基板の移動方向を示す。
【００７９】
第２乃至第５半導体基板装着台A２、A３、A４、A５上に各半導体基板装着台と一対一にマッチングされるシャワーヘッド(図示せず)が設けられている。また、第１半導体基板装着台A１直上にトランスファモジュールがある。トランスファモジュールはアラインステージとクーリングステージとの２層構造からなっている。半導体基板が第１半導体基板装着台A１にローディングされる際、アラインステージでアラインされてからローディングされる。また、誘電膜の形成工程及びアニール工程の終了後、半導体基板が反応チャンバ６２の外に移動される際、半導体基板を第１半導体基板装着台A１からクーリングステージに移動する。
【００８０】
シャワーヘッドは第１実施例または第２実施例に係る反応チャンバに設けられたシャワーヘッドと同一のものが望ましい。従って、シャワーヘッドを通じて各半導体基板装着台上にオゾンまたは酸素ガスが供給されうる。
【００８１】
一方、シャワーヘッドの周りに独立的に窒素のような不活性ガスをフローさせうる噴射手段(図示せず）が備えられている。噴射手段を用いることにより、各半導体基板装着台の周りにエアカーテンが形成されて各半導体基板装着台の独立性が保たれる。従って、第３実施例に係る反応チャンバ６２は第１乃至第５半導体基板装着台A１、A２、A３、A４、A５をサセプタとする五つの第１実施例または第２実施例に係る反応チャンバを独立して含んでいる反応チャンバと同一である。
【００８２】
第３実施例に係る反応チャンバが誘電膜の形成方法にどのように利用されるかを調べるため、１００Åの厚さの誘電膜、例えばタンタル酸化膜を形成してインサイチュでアニールする過程を第３実施例に係る反応チャンバを使用して実施する。
【００８３】
具体的に、第１半導体基板をトランスファモジュールのアラインステージから第１半導体基板装着台A１にローディングする。第１半導体基板を予熱した後、第２半導体基板装着台A２に移動させる。そして、空いている第１半導体基板装着台A１上に第２半導体基板をローディングして予熱する。
【００８４】
一方、第２半導体基板装着台A２に移送された第１半導体基板上に略２５Åの厚さにタンタル酸化膜を形成する。次いで、タンタル酸化膜を結晶化温度より低い温度(望ましくは略４５０℃)に第１アニールする。第１及び第２半導体基板装着台A１、A２上にある第２及び第１半導体基板を各々同時に第２及び第３半導体基板装着台A２、A３に移送する。その結果、空となる第１半導体基板装着台A１上に第３半導体基板をローディングする。第３半導体基板を予熱すると同時に第１及び第２半導体基板上に略２５Åの厚さにタンタル酸化膜を形成して第１アニールと同一にアニールする。その結果、第３半導体基板装着台A３上にある第１半導体基板上に略５０Åのタンタル酸化膜が形成され、第２半導体基板装着台A２上に移動されている第２半導体基板上に略２５Åのタンタル酸化膜が形成される。引続き、第１乃至第３半導体基板を各々同時に第４、第３及び第２半導体基板装着台A４、A３、A２に移送する。そして、空となる第１半導体基板装着台A１上に第４半導体基板をローディングする。第４半導体基板を予熱すると共に、第１乃至第３半導体基板上にタンタル酸化膜を略２５Åの厚さに形成すると同時に、その結果物を第１アニールと同様にアニールする。その結果、第１乃至第３半導体基板上に各々７５Å、５０Å、２５Å程度のタンタル酸化膜が形成される。第１乃至第４半導体基板を各々第５、第４、第３及び第２半導体基板装着台A５、A４、A３、A２に移送する。再び第１半導体基板装着台A１は空となり、ここに第５半導体基板がローディングされる。第５半導体基板が予熱されると同時に第１乃至第４半導体基板上に略２５Åの厚さにタンタル酸化膜が形成され、その結果物が第１アニールと同様にアニールされる。その結果、第１乃至第４半導体基板上に各々１００Å、７５Å、５０Å及び２５Å程度のタンタル酸化膜が形成される。再び第１乃至第５半導体基板が各々第１、第５、第４、第３及び第２半導体基板装着台A１、A５、A４、A３及びA２に移送される。ところが、第１半導体基板装着台A１に移送された第１半導体基板上に略１００Åのタンタル酸化膜が形成されているので、第１半導体基板はクーリングステージに移送されて冷却される。第１半導体基板がクーリングステージに移送されることにより第１半導体基板装着台A１は空となり、ここに第６半導体基板がローディングされる。以降、第２乃至第６半導体基板は前述したような過程を経る。
【００８５】
このように、第３実施例に係る反応チャンバは複数個の半導体基板装着台を具備するため、複数個の半導体基板上に誘電膜の形成工程と形成された誘電膜のアニール工程とをインサイチュで同時に実施しうる反応チャンバである。
【００８６】
第３実施例に係る反応チャンバは変形がありうる。ここで、変形とは、第３実施例に係る反応チャンバの構造的な変形ではなく、機能的な変形を意味する。即ち、第３実施例に係る反応チャンバにおいて第１半導体基板装着台A１を除いた第２乃至第５半導体基板装着台A２、A３、A４、A５は各装着台で誘電膜の形成及び形成された誘電膜のアニールが全て実施される装着台である。また、第３実施例に係る反応チャンバは誘電膜の形成工程と誘電膜のアニール工程の中から選択された何れか１つの工程のみ実施される機能を有する第２乃至第５半導体基板装着台を具備することもある。
【００８７】
このような反応チャンバにおいて、誘電膜の形成工程及び誘電膜のアニール工程は相異なる半導体基板装着台で実施されるので誘電膜の形成工程及び誘電膜のアニール工程が一回実施されるために基本的に２つの半導体基板装着台が必要である。従って、第３実施例に係る反応チャンバに第１半導体基板装着台A１を含めて少なくとも３つ以上の複数個の半導体基板装着台が設けられるべきである。複数個の半導体基板装着台が前述したような変形された機能を有する場合、第３実施例に係る反応チャンバに半導体基板装着台を具備するためには、各々誘電膜の形成とアニーリングのために２つを１セットとして半導体基板装着台を設置すべきである。従って、第３実施例に係る反応チャンバで誘電膜の形成及び形成された誘電膜のアニールに用いられる半導体基板装着台は偶数個となる。
【００８８】
以下、第２乃至第５半導体基板装着台A２’、A３’、A４’、A５’機能が変形された反応チャンバで誘電膜が形成され、誘電膜がアニールされる過程を説明する。
具体的には、まず、トランスファモジュールのアラインステージから第１半導体基板装着台A１にローディングされた半導体基板が予熱される。次いで、半導体基板は第２半導体基板装着台A２'に移送される。第２半導体基板装着台A２'上に第１または第２実施例に係る反応チャンバに備えられたものと同一のシャワーヘッドが備えられている。従って、シャワーヘッドを通じて誘電膜形成用ソースガスが第２半導体基板装着台A２'に供給され、半導体基板上に誘電膜が形成される。以降、半導体基板は第３半導体基板装着台A３'に移送され、ここで誘電膜は酸素またはオゾンアニールされる。第４及び第５半導体基板装着台A４'、A５'を経ながら半導体基板上に誘電膜がさらに厚く形成されてアニールされる。このような多段階方式により半導体基板上に酸素またはオゾンアニールされた誘電膜が形成される。
【００８９】
第２または第４半導体基板装着台A２'またはA４'に誘電膜形成用ガスのみを供給するために、その上に設けられたシャワーヘッドに連結された弁設備を操作する。例えば、第２半導体基板装着台A２'上に設けられているシャワーヘッドは第１または第２実施例に係る反応チャンバ(図９または図１０参照)に備えられたシャワーヘッドと同一であり、第１または第２実施例に係る反応チャンバに備えられたシャワーヘッドに連結された弁設備と同一の弁設備に連結されている。従って、シャワーヘッドに連結されている弁設備において第１及び第２弁(図９または図１０のV１、V２)をオゾン発生器６０側には閉じ、反応チャンバ４０側には開放させる。こうすれば、タンタル酸化膜のソースガスとその反応ガスの酸素ガスのみがシャワーヘッドを通じて供給されるため、第２半導体基板装着台A２’はタンタル酸化膜が形成される装着台となる。
【００９０】
第３半導体基板装着台A３や第５半導体基板装着台A５の場合もシャワーヘッドに連結されている弁設備を操作して誘電膜のアニールに必要なガスのみを流入させることができる。
【００９１】
即ち、第３実施例に係る反応チャンバは誘電膜の形成工程及び誘電膜のアニール工程が同一な半導体基板装着台で実施される反応チャンバではなく、相異なる半導体基板装着台で順次に実施される反応チャンバでありうる。この場合、誘電膜の形成工程時間と誘電膜のアニール工程時間とを略等しく保つべきである。そして、二つの工程の圧力条件も略同一にすべきであり、かつ温度も隣接した他の半導体基板装着台の温度条件に影響を与えてはいけない。
【００９２】
一方、第２乃至第５半導体基板装着台A２、A３、A４、A５上に各々第１乃至第４半導体基板がローディングされた後、各半導体基板上に同時に誘電膜が形成され、同時に酸素またはオゾンアニールが進行されうる。この際、誘電膜は数回に亙って形成でき、その間々に酸素またはオゾンアニールを実施することができる。
このように、第３実施例に係る反応チャンバは多様な方式で誘電膜の形成及びアニール工程を行うことができる。
【００９３】
本発明の他の実施例に係る薄膜形成用チャンバは複数個のソースガス供給ラインがシャワーヘッドに連結されうる。この場合、薄膜形成用ソースガスを構成する種々のガスが各々相異なるガス供給ラインを通じてチャンバに供給される。また、第２ガス供給ライン５８に設けられた第１弁V１の代わりに第１弁V１が設けられた前方及び後方に各々１つずつ、そしてオゾン発生器６０の入力端６０a側に１つの弁を具備しうる。
【００９４】
さらに、第１乃至第３実施例に係る反応チャンバは誘電膜の形成及びアニールにのみ使用することではなく、一般の物質膜、例えば絶縁膜や導電膜の形成にも使用しうる。従って、前述した第１乃至第４実施例に係るチャンバ及びこれを用いた誘電膜の形成方法は誘電膜の形成にのみ限定されることではなく、一般の物質膜の形成にも適用しうる。また、第１乃至第３実施例に係る反応チャンバ以外に当業者によって１本の第２ガス供給ライン(図９の５８参照）が２本のガス供給ライン、例えば反応ガス供給ライン及びアニールガス供給ラインで構成されたり、第２弁V２の代わりに第２弁V２に連結されるラインの各々に別の弁が備えられたり、複合誘電膜を形成する場合にソースガスが供給される第１ガス供給ライン５６が２本以上のガス供給ラインで構成される変形された実施例等がありうる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明は誘電膜の形成とオゾンまたは酸素ガスのみを使用して形成された誘電膜をインサイチュでアニールしうる反応チャンバを提供する。かかる反応チャンバを用いることによって誘電膜の形成と形成された誘電膜をアニールするのに要する時間を短縮して半導体装置の生産性を向上させることができる。また、工程がインサイチュで進行されるため、誘電膜が不純物に汚染されることを防止することができる。しかも、誘電膜形成用反応チャンバと誘電膜をアニールするための反応チャンバとを一体化しうるため、誘電膜の形成及びアニーリングに関連した装備の単純化及び体積の減少効果が得られる。
このように、本発明は実施例に限定されず、多くの変形が本発明の技術的思想内で当業者によって実施可能なのは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に係る誘電膜形成用反応チャンバの部分断面図である。
【図２】従来の技術に係る紫外線−オゾンアニーリングチャンバの部分断面図である。
【図３】タンタル酸化膜の形成後処理に伴う漏れ電流の密度の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施例に係る薄膜の形成方法を段階別に示す工程図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る薄膜の形成方法を段階的に示す工程図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る薄膜の形成方法を段階的に示す工程図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る薄膜の形成方法を段階的に示す工程図である。
【図８】本発明の第５実施例による薄膜形成方法を段階的に示す行程図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る薄膜形成用反応チャンバの部分断面図である。
【図１０】本発明の第２実施例に係る薄膜形成用反応チャンバの部分断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例に係る薄膜形成用反応チャンバの部分平面図である。
【図１２】  本発明の第１実施例に係る薄膜形成方法の工程レシピーを示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施例に係る薄膜形成方法の工程レシピーを示すグラフである。
【符号の説明】
４０  チャンバ
４２  シャワーヘッド
４４  サセプタ
４６  半導体基板
４８  ポンピングライン
５０  オゾン分解器
５２  ポンプ
５６  第１ガス供給ライン
５８  第２ガス供給ライン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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