成膜方法及成膜装置的制作方法

专利名称：成膜方法及成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体晶圆等被处理基板上形成氧化锆系膜的成膜方法及成膜装置。
背景技术：
近来，由于LSI的高集成化、高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计规则更加细微化。随之，要求DRAM等所采用的电容器的容量上升，要求电介质膜的高介电常数化。这样的电解质膜为了获得更高的介电常数而需要结晶化，进一步要求更高结晶性的膜。另外，由于设备的原因而热预算存在制约，期望一种能在低温下进行成膜、结晶化的膜。
作为可应用于这些用途的高介电常数材料，研究了氧化锆(Zr02)膜(例如专利文献l )。
作为在低温下形成氧化锆膜的方法，公知有例如将四(乙基曱基氨基)锆(TEMAZ : Tetrakis匿ethylmethylaminoZirconium)用作原料气体(前体)、例如将03气体用作氧化剂来将它们交替供给的ALD工艺(例如专利文献2)。另外，氧化锆易于结晶化，保持着利用这样的方法在低温下成膜的状态、或者之后在450。C以下的低温下退火，从而能够不对设备产生不良影响地结晶化。
但是，这样的电介质膜不仅介电常数较高，而且也要求泄漏电流较低，但在如上所述那样将电介质膜结晶化时，存在因自晶界泄漏的晶界泄漏而使泄漏电流增大这样的问题。
专利文献l:曰本净争开2001 - 152339号7>才艮
专利文献2:曰本净争开2006 — 310754号7>才艮

发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供能够进行结晶化、且形成泄漏电流也很小的氧化锆系膜的成膜方法及成膜装置。
其目的还在于提供一种存储有执行这样的成膜方法的程序的存储介质。
为了解决上述课题，本发明的第l技术方案提供一种成膜方法，其特征在于，将被处理体插入到能保持真空的处理容器
内，使上述处理容器内保持真空的状态，通过对形成Zr02膜时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成Si02膜时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整来进行形成Z r O 2膜的工序和形成Si02膜的工序，使得膜中的Si浓度为1 ~ 4atm%,将上述供给次数的Zr02膜成膜和Si02膜成膜作为l个循环，进行该循环l个以上而形成规定膜厚的氧化锆系膜，该形成Zr02膜的工序是向上述处理容器内交替地多次供给锆原料和氧化剂而在基板上形成Zr02膜的工序，该形成Si02膜的工序是向上述处理容器内交替地1次或多次供给硅原料和氧化剂而在基板上形成S i O 2膜的工序。
在上述第l技术方案中，优选对形成Zr02膜时的锆原料和
氧化剂的供给次数及形成Si02膜时的硅原料和氧化剂的供给
次数进行调整，使得膜中的Si浓度为2 4atm%。
还优选在上述锆原料的供给与上述氧化剂的供给之间、及
上述硅原料的供给与上述氧化剂的供给之间排出上述处理容器
内的气体。优选在上述成膜之后，以450。C以下的温度对获得
的膜进行退火。
并且，作为上述氧化剂，能够采用从Os气体、H20气体、02气体、N02气体、NO气体、N20气体、02气体和H2气体的 自由基中选出的至少一种。作为上述锆原料及上述硅原料，能 够采用有机金属化合物。优选形成的氧化锆系膜具有氧化锆晶体。
本发明的第2技术方案提供一种成膜装置，该成膜装置在 被处理体上形成金属氧化膜，其特征在于，包括能保持真空 的纵型且形成筒体状的处理容器；将上述被处理体以多层保持 的状态保持在上述处理容器内的保持构件；设置在上述处理容 器的外周的加热装置；将锆原料供给到上述处理容器内的锆原 料供给机构；将硅原料供给到上述处理容器内的硅原料供给机 构；向上述处理容器内供给氧化剂的氧化剂供给机构；控制上 述锆原料供给机构、上述硅原料供给机构及上述氧化剂供给机 构的控制机构，上述控制机构进行如下控制将被处理体插入 到上述处理容器内，使上述处理容器内保持真空的状态，通过 对形成ZrOJ莫时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成Si02膜 时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整来进行形成Zr02膜 的工序和形成Si02膜的工序，使得膜中的Si浓度为1 ~ 4atm%, 将上述供给次数的Zr02膜成膜和Si02膜成膜作为l个循环，进 行该循环l个以上，该形成Zr02膜的工序是向上述处理容器内 交替地多次供给锆原料和氧化剂而在基板上形成Zr02膜的工
序，该形成Si02膜的工序是向上述处理容器内交替地l次或多
次供给硅原料和氧化剂而在基板上形成Si02膜的工序。
在上述第2技术方案中，优选上述控制机构对形成Zr02膜
时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成S i O 2膜时的硅原料和
氧化剂的供给次数进行调整，使得膜中的S i浓度为2 ~ 4 a t m % 。 还优选上述控制机构进行如下控制在上述锆原料的供给
与上述氧化剂的供给之间、及上述硅原料的供给与上述氧化剂的供给之间排出上述处理容器内的气体。优选上述控制机构进
行如下控制在上述成膜之后，以450。C以下的温度对获得的 膜进行退火。
本发明的第3技术方案提供一种存储介质，该存储介质存 储有在计算机上动作而控制成膜装置的程序，其特征在于，上 述程序使计算机控制上述成膜装置，从而在执行该程序时进行 上述第l技术方案的方法。


图l是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的一个 例子的纵剖视图。
图2是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的 一个 例子的横剖视图。
图3是表示本发明的成膜方法的气体供给时机的时序图。
图4是表示Si02膜成膜工序的次数的比例与Si浓度的关系 的图。
图5是表示膜中的Si浓度与介电常数、泄漏电流值之间的关 系的图。
图6是试样6 ( Si= Oatm%)、试样1 ( Si - 3.1atm% )、试 样2 ( Si - 5.5atm%)的透过型电子显微镜(TEM )照片。
图7是通过电子射线衍射对试样6 ( Si- Oatm% )和试样l (Si=3.1atm%)确认晶体构造的图。
图8是表示将3DMAS和4DMAS用作Si源的情况下的Si02 膜成膜工序的次数的比例与Si浓度的关系的图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图l是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的一个
例子的纵剖视图，图2是表示图l的成膜装置的横剖视图，图3 是表示本发明的成膜方法的 一个例子的气体供给时机的时间 图。另外，在图2中省略加热装置。
成膜装置100具有下端开口的有顶圆筒体状的处理容器l。 该处理容器l整体例如由石英形成，在该处理容器l内的顶部设 有石英制的顶板2而被密闭。另外，在该处理容器l的下端开口 部，夹着0形密封圈等密封构件4连结有例如由不锈钢成形为圆 筒体状的分流器3。
上述分流器3支承处理容器1的下端，能够多层地载置多 枚、例如50~ IOO枚作为被处理体的半导体晶圆(以下仅记作 晶圆)W的石英制的晶圆舟皿(boat) 5能够从该分流器3的下 方插入到处理容器l内。该晶圆舟皿5具有3根支柱6(参照图2), 利用形成于支柱6上的槽支承多枚晶圆W。
该晶圆舟皿5隔着石英制的保温筒7被载置在工作台8上， 该工作台8被支承在旋转轴10上，该旋转轴10贯穿用于对分流 器3的下端开口部进行打开或关闭的例如不锈钢制的盖部9 。
而且，在该旋转轴10的贯穿部设有例如磁性流体密封件 11，气密地密封旋转轴IO、并且可旋转地支承旋转轴IO。另外， 例如由O形密封圏构成的密封构件12介于盖部9的周边部与分 流器3的下端部之间，由此保持处理容器l内的密封性。
上述旋转轴10安装在支承于例如舟亚升降机等升降机构 (未图示)的臂13的前端，从而使晶圆舟皿5及盖部9等一体地 升降而使晶圆舟皿5插入处理容器1内或使晶圆舟皿5自处理容 器1内脱离。另外，也可以将上述工作台8固定设置在上述盖部 9侧，不使晶圆舟皿5旋转就能进行晶圆W的处理。
成膜装置100包括向处理容器l内供给气体状的氧化剂、例如03气体的氧化剂供给机构14;向处理容器1内供给Zr源气 体(锆原料)的Zr源气体供给机构15;以及向处理容器l内供 给Si源气体(硅原料)的Si源气体供给机构16。还具有向处理 容器1内供给作为清除气体的惰性气体、例如N2气体的清除气 体供给机构28。
氧化剂供给机构14具有氧化剂供给源17、自氧化剂供给源 17导入氧化剂的氧化剂配管18、和连接于该氧化剂配管18的、 由向内侧贯穿分流器3的侧壁并向上方弯曲而垂直延伸的石英 管构成的氧化剂分散喷嘴19。在该氧化剂分散喷嘴19的垂直部 分隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔19a,能够自各气体 喷出孔19a沿水平方向朝向处理容器l大致均匀地喷出氧化剂、 例如03气体。作为氧化剂，除03气体之外，还能够采用H20气 体、02气体、N02气体、NO气体、N20气体等。也可以设置等 离子生成机构而将氧化剂等离子化来提高反应性。也可以是采 用02气体和H2气体的自由基氧化。在采用Os气体的情况下，氧 化剂供给源17包括产生O 3气体的臭氧发生器。
Zr源气体供给机构15包括贮存有液体状的Zr源、例如四 (乙基曱基氨基)锆(TEMAZ)的Zr源贮存容器20;自该Zr 源贮存容器20导入液体的Zr源的Zr源配管21;连接于Zr源配管 21的使Zr源气化的气化器22;导入由气化器22生成的Zr源气体 的Zr源气体配管23;和连接于该Zr源气体配管23的、由向内侧 贯穿分流器3的侧壁贯通后向上方弯曲而垂直延伸的石英管构 成的Zr源气体分散喷嘴24。在气化器22上连接有供给作为载体 气体的N2气体的载体气体配管22a。在该Zr源气体分散喷嘴24 中，沿着其长度方向隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔 24a ，能够自各气体喷出孔24a沿水平方向将Zr源气体大致均匀 地喷到处理容器l内。Si源气体供给机构16包括贮存有液体状的Si源、例如三 (二甲氨基)硅烷(3DMAS)的Si源贮存容器25;设置在Si 源贮存容器25周围的用于使液体状的Si源气化的加热器25a; 导入在Si源贮存容器25内被气化的Si源气体的Si源气体配管 26;以及连接于该Si源气体配管26的、贯穿分流器3地设置的 Si源气体分散喷嘴27。在该Si源气体分散喷嘴27中，沿着其长 度方向隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔27a，能够自各 气体喷出孔2 7 a沿水平方向将S i源气体大致均匀地喷到处理容 器l内。
并且，清除气体供给机构28还具有清除气体供给源29、自 清除气体供给源29导入清除气体的清除气体配管30、和连接于 该清除气体配管30的、贯穿分流器3的侧壁地设置的清除气体 喷嘴31。作为清除气体，能够适当地釆用惰性气体、例如N2 气体。
在氧化剂配管18中设有开闭阀18a及质量流量控制器这样 的流量控制器18b,能够在控制流量的同时、供给气体状的氧 化剂。另外，在Si源气体配管26上也设有开闭阀26a及质量流 量控制器这样的流量控制器26b，能够在控制流量的同时、供 给Si源气体。并且，在清除气体配管30上还设有开闭阀30a及 质量流量控制器这样的流量控制器3 0 b ，能够在控制流量的同 时、供给清除气体。
在上述Zr源贮存容器20中插入有Zr源压力输送配管20a， 通过自Zr源压力输送配管20a供给He气体等压力输送气体，向 Zr源配管21中输送供给液体的Zr源。在上述Zr源配管21上设有 液体质量流量控制器这样的流量控制器21 a,在上述Z r源气体 配管23上设有阀23a。
Zr源并没有特别的限定，可以采用能形成Zr02膜的各种物质，但能够适当地采用上述TEMAZ所代表的、在常温下为液 体的有机金属化合物。另外，作为在常温下为液体的有机金属 化合物，也能够采用其他的四(二乙基氨基)锆(TDEAZ)。 当然，也能够采用在常温下为固体的物质，但在这种情况下， 需要使原料蒸发的机构及加热配管等的机构等。
Si源也没有特别的限定，能够采用可形成Si02膜的各种物 质，但能够适当地采用上述3DMAS这样的有机金属化合物。另 外，也能够采用四(二曱氨基)硅烷(4DMAS)、双叔丁基氨 基硅烷(BTBAS: bis(tertiary-butylamino)silane )等其他有 机金属化合物。
用于分散喷出氧化剂的氧化剂分散喷嘴19设置在处理容 器l的凹部la内，Zr源气体分散喷嘴24与Si源气体分散喷嘴27 设置成由它们夹着氧化剂分散喷嘴19。
在处理容器l的与氧化剂分散喷嘴19及Zr源气体分散喷嘴 24相反的一侧的部分设有用于对处理容器l进行真空排气的排 气口 37。该排气口 37是通过沿上下方向切削处理容器1的侧壁 而细长地形成的。在处理容器l的与该排气口 37对应的部分， 利用焊接安装有以覆盖排气口 37的方式成形为截面〕字状的 排气口罩构件38。该排气口罩构件38沿着处理容器1的侧壁而 向上方延伸，在处理容器l的上方规定气体出口 39。于是，利 用未图示的包括真空泵等的真空排气机构自该气体出口 39进 行抽真空。而且，围着该处理容器l的外周地设有对该处理容 器l及其内部的晶圆W进行加热的筒体状的加热装置40。
成膜装置100的各构成部的控制、例如利用阀18a、 23a、 26a、 30a的开闭而进行的各气体的供给、停止、由流量控制器 18b、 21a、 26b、 30b进行的气体或流体源的流量控制、导入 到处理容器l中的气体的切换、加热装置40的控制等例如通过由微处理器(计算机)构成的控制器50来进行。控制器50上连 接有用户接口51，该用户接口51由为了供操作者管理成膜装置 IOO而进行输入命令的操作等的键盘、将成膜装置100的工作状 况可视化地显示的显示器等构成。
在控制器50上还连接有存储部52，该存储部52容纳有用于 利用控制器50的控制来实现由成膜装置IOO执行的各种处理的 控制程序、用于根据处理条件使成膜装置100的各构成部执行 处理的程序、即制程程序。制程程序存储在存储部52中的存储 介质中。存储介质可以是硬盘等被固定设置的部件，也可以是 CDROM、 DVD、闪存器等便携式构件。另外，也可以自其他 装置例如通过专用线路适当地传送制程程序。
于是，通过根据需要利用来自用户接口 51的指示等自存储 部52调用任意的制程程序而使控制器50执行该制成程序，能够 在控制器50的控制下在成膜装置100中进行期望的处理。
接着，参照图3对使用如上所述那样构成的成膜装置进行 的本实施方式的成膜方法进行说明。
首先，在常温下，通过使例如搭载有50 ~ IOO枚晶圆W的 状态的晶圆舟皿5自处理容器1的下方上升到被预先控制为规 定温度的处理容器l内来进行装载，通过由盖部9关闭分流器3 的下端开口部而将处理容器1内形成为密闭空间。作为晶圆W，
例示了直径为300mm的晶圆。
然后，对处理容器l内进行抽真空而维持在规定的工艺压 力，并且控制对加热装置40供给电力，使晶圆温度上升而维持 在工艺温度，在使晶圆舟皿5旋转的状态下开始成膜处理。工 艺温度优选为200 300°C ,例如以21(TC进行。
如图3所示，此时的成膜处理首先将向处理容器l中供给Zr 源气体并使其吸附于晶圓W的工序S1、由清除气体对处理容器内进行清除的工序S 2 、将作为气体状的氧化剂例如0 3气体供给 到处理容器l中而使Zr源气体氧化的工序S3、由清除气体对处 理容器内进行清除的工序S4作为l次的Zr02成膜操作，重复该 操作x次(x为复数)，形成Zr02膜。其次，将向处理容器l中供给Si源气体并使其吸附于晶圆W 的工序S5、由清除气体对处理容器内进行清除的工序S6、将作 为气体状的氧化剂例如O 3气体供给到处理容器1中并使S i源气 体氧化的工序S7、由清除气体对处理容器内进行清除的工序S8 作为l次的Si02成膜操作，重复该操作y次(y为l以上)，形成Si02膜。将这些x次的Zr02成膜操作和y次的Si02成膜操作作为l个 循环，通过将其重复z个循环而形成为规定膜厚。Z根据欲获得 的氧化锆系膜的膜厚而设定为l个以上适当的值。另外，Zr02 膜的成膜与S i O 2膜的成膜顺序也可以颠倒。接着，通过根据需要而进行退火，形成结晶化的氧化锆系 膜。这种情况下的退火温度优选为450。C以下。在温度大于450 。C时，有可能对设备产生不良影响。在此，x与y的次数被调整，使得氧化锆系膜的膜中的Si浓 度为l 4atm0/。。在Si浓度小于latm。/。时，效果不充分，在该 浓度大于4atm。/。时，形成的膜成为非晶形，介电常数降低。更 优选的范围为2~ 4atm%。膜中的Si浓度与Si源供给的次数y的比率、即y/ (x + y) 的值大致成正比。例如，在将TEMAZ用作Zr源、将3DMAS用 作Si源、在lTorr ( 133.3Pa)、 210。C的条件下利用上述方法进 行成膜处理、之后以450。C进行退火的情况下，y/ (x+y) x 100[%]与膜中的Si浓度[atm%]的关系如图4所示。图4的详情见 后述。由该图4可知，为了获得例如Si浓度3atm。/。的膜，y的比例(。/。)(y/ (x+y) x 100)为8.3%左右，即相对于ll次的 ZrCM莫成膜操作的次数x, Si02膜成膜操作的次数y为1次即可。 只要预先做成这样的图，就能够对x及y进行设定来进行成膜， 使得膜中的Si浓度成为期望的Si浓度。在上述工序S1中，在T1的期间内例如自Zr源气体供给机构 15的Zr源5&存容器20供给TEMAZ作为Zr源，将利用气化器22 气化而产生的Zr源气体经由Zr源气体配管23及Zr源气体分散 喷嘴24而自气体喷出孔24a供给到处理容器l内。由此，使Zr 源吸附在晶圓上。此时的期间T1例示为1 ~ 120sec。另外，Zr 源的流量例示为0.2 0.5mL/min ( sccm)。另夕卜，此时的处 理容器1内的压力例示为10 100Pa。在上述工序S3的供给氧化剂的工序中，自氧化剂供给机构 14的氧化剂供给源17经由氧化剂配管18及氧化剂分散喷嘴19 例如喷出03气体作为氧化剂。由此，吸附于晶圓W的Zr源被氧 化而形成Zr02。该工序S3的期间T3优选为10 180sec的范围。氧化剂的 流量也根据晶圆W的搭载枚数、氧化剂的种类而不同，但在将 Os气体用作氧化剂、晶圆W的搭载枚数为50 IOO枚左右时， 例示为100~ 200g/Nm3。另外，此时的处理容器l内的压力例 示为10~ 100Pa。上述工序S2、 S4是在工序S1之后或工序S3之后除去残留 在处理容器l内的气体而在下一工序中产生期望的反应的工 序，自清除气体供给机构28的清除气体供给源29经由清除气体 配管30及清除气体喷嘴31而向处理容器1内供给清除气体、例如N2而对处理容器1内进行清除。在这种情况下，通过多次反复进行真空抽吸和供给清除气体，能够提高残留的气体的除去 效果。作为该工序S2、 S4的期间T2、 T4例示为20 120sec。另外，此时的处理容器1内的压力例示为10~ 100Pa。此时，供 给Zr源气体的工序Sl之后的工序S2与供给氧化剂的工序S3之 后的工序S4也可以由两种气体的排出性的差异来改变真空抽 吸时间、清除气体供给时间。具体地讲，由于在工序S1之后排 出气体要花费时间，因此，优选延长在工序S1之后进行的工序 S2的时间。在上述工序S5中，在T5的期间内，利用加热器25a使贮存 在Si源气体供给机构16的Si源气体贮存容器25内的Si源、例如 3DMAS气化，经由Si源气体配管26及Si源气体分散喷嘴27而 自气体喷出孔27a将气化的3DMAS供给到处理容器l内。由此， 使Si源吸附在晶圆W上。此时的期间T5例示为10 ~ 60sec。另 外，Si源气体的流量例示为50 300mL/min ( sccm)。另夕卜， 此时的处理容器l内的压力例示为10 ~ 100Pa。上述工序S7的供给氧化剂的工序与上述工序S3同样地实 施。另外，上述工序S6、 S8的供给清除气体而对处理容器l内 进行清除的工序与上述工序S2、 S4同样地实施。供给Si源气体 的工序S5之后的工序S6与供给氧化剂的工序S7之后的工序S8 也可以由两种气体的排出性的差异来改变真空抽吸时间、清除 气体供给时间。具体地讲，由于在工序S5之后排出气体要花费 时间，因此，优选延长在工序S5之后进行的工序S6的时间。这样，将由通过交替地多次进行Z r源气体的供给和氧化剂 的供给而进行的成为基底的Zr02膜的成膜、与通过交替地l次 或多次进行Si源气体的供给和氧化剂的供给而进行的Si02膜 的成膜构成的循环进行l次以上，之后，根据需要进行退火处 理，从而形成掺杂有l ~ 4atm。/。的Si的氧化锆系膜，从而，能 够在维持氧化锆结晶而保持较高的介电常数的状态下，显著地 降低泄漏电流。其原因推测为，由于这样的微量的Si存在于氧化锆结晶的晶界，因此未有损氧化锆结晶，而且这样的Si覆盖 晶界，抑制晶界泄漏。另外，通过含有3atm。/。左右的Si,存在 氧化锆晶粒增大的倾向，随之晶界自身减小，因此，由此也能 抑制晶界泄漏。而且，氧化锆晶粒的增大也有助于介电常数的 上升。因此，含有Si为3atm。/。左右的氧化锆系膜显示出介电常 数高于不含有Si的氧化锆膜、而且泄漏电流低出接近两位数这 样的极其良好的特性。接着，说明作为本发明的根据的实验。在此，首先，将TEMAZ用作Zr源、3DMAS用作Si源、03 用作氧化剂，按照图3的时序图，利用图l的成膜装置在晶圆上 进行成膜。通过改变Zr02膜成膜工序的重复次数x、 Si02膜成膜工序 的重复次数y次，改变膜中的Si浓度，对全部循环数z进行调整 来形成氧化锆系膜，使得总膜厚为规定的膜厚。然后，在处理 容器中，形成为N2环境、1Torr ( 133.3Pa)，以450。C对获得 的膜实施了 30min的退火处理。在试样1中，x-ll、 y=l、 z=8,总膜厚为13.76nm。在 试样2中，x=5、 y=l、 z=16，总膜厚为13.80nm。在试样3 中，x=3、 y=l、 z=25,总膜厚为13.00nm。基于通过卢瑟 福背散射分析(RBS)对这些试样l ~ 3的Si浓度进行分析的结 果，试样l为3.1atm。/。，试样2为5.5atm。/。，试样3为8.5atm%。 根据该结果，上述图4表示y的比例(％)(y/ (x+y) x ioo) 与Si浓度的关系。除这些试样1 3之外，制作x-9、 y=l、 z-9而使Si浓度 为4atm0/。、膜厚为12.80nm的试样4、 x=18、 y=l、 z-5而4吏 Si浓度为2atm。/。、膜厚为13.80nm的试样5、以及仅将Zr02膜 成膜工序重复86次而使Si浓度为0atm。/。、膜厚为12.90nm的试17样6,对这些试样l ~ 6进行了介电常数的测定和泄漏电流的测 定。泄漏电流求出了施加1V电压时的泄漏电流。将这些结果一 并表示在图5中。图5是将横轴表示膜中的Si浓度、纵轴表示介 电常数及泄漏电流来表示它们的关系的图。如图5所示，存在 随着Si浓度从O上升而介电常数上升、泄漏电流降低的倾向。在 Si浓度为3. latm%时显示介电常数约为25的峰值，随着Si浓度 进一步增加而介电常数降低，在Si浓度为4atm。/。时成为与不含 有Si的试样6大致相同的程度，在Si浓度大于4atm。/。时，介电 常数低于不含有Si的试样6。另一方面，泄漏电流急剧降低至 Si浓度为2atm。/。左右，在2atm%以上的情况下也进一 步降低， 相对于不含有Si的试样6的泄漏电流值为l x 1(T A/cm2左右， 在Si浓度为2atm。/。以上的情况下，成为10_ 9A / cm2数量级以 下，可确认泄漏电流提高了两位数左右。在Si浓度为latm。/o的 情况下不存在曲线，但由图5可确认，即使Si浓度为latm%, 效果也很充分。接着，利用透过型电子显微镜(TEM )对试样6 ( Si = 0atm%)、试样l ( Si= 3.1atm%)、试样2 ( Si = 5.5atm% )进 行膜的组织观察。其结果表示在图6中。图6表示这些试样的截 面及俯视的TEM照片，可以确认在不含有Si的试样6和Si为 3.1atm。/。的试样l中明确地观察到结晶，而在Si为5.5atm。/。的试 样2中未观察到结晶而成为非晶形。还可确认试样l的晶体尺寸 大于试样6的晶体尺寸。接着，通过电子射线衍射对观察到了结晶的试样6 ( Si = 0atm%)和试样l ( Si= 3.1atm% )确i人晶体构造。在此，由 利用电子射线衍射获得的峰值的衍射强度和d值求得结晶的比 例。其结果表示在图7中。由图7可确认，膜的晶体构造为立方 晶系(Cubic)和正方晶系(Tetragonal )。由这些结果可确认，即使微量地添加Si,也不会对氧化锆 结晶产生很大的影响而维持晶体构造，但在Si增加时，氧化锆
结晶未被维持而成为非晶形。
接着，对由Si源的不同所导致的Si浓度不同进行说明。在 此，以采用上述3DMAS的情况、替代3DMAS而采用4DMAS 的情况把握y/ (x+y) x ioo与Si浓度之间的关系的不同。其 结果表示在图8中。如图8所示，可把握如下情况在以同样的 条件成膜的情况下，4DMAS的Si浓度低于3DMAS的Si浓度。
采用本发明，通过利用ALD的方法形成在氧化锆中添加有 1 ~ 4atm。/。的硅的氧化锆系膜，能够在维持氧化锆结晶的状态 下抑制晶界泄漏，从而形成使高介电常数和低泄漏电流并存的 氧化锆系膜。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变 形。例如，在上述实施方式中表示将本发明应用于搭载多个晶 圆而统一地进行成膜的成批方式的成膜装置的例子，但并不限 定于此，也能够将其应用于对每一枚晶圆进行成膜的单片式的 成膜装置。
另外，在上述实施方式中，将有机金属化合物用作Zr源、 Si源，但并不限定于此，也可以是无机化合物。但是，在将产 生大量气体的有机金属化合物用作金属源的情况下更有效。
并且，被处理体并不限定于半导体晶圆，也能够将本发明 应用于LCD玻璃基板等其他基板。
本申请以于2008年8月ll日向日本专利厅提交的日本专利 申请号第2008-206976号为基础主张优先权，并将其公开内容 作为参照包含在本说明书中。
权利要求
1.一种成膜方法，其特征在于，向能保持真空的处理容器内插入被处理体，形成为将上述处理容器内保持真空的状态；通过对形成ZrO2膜时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成SiO2膜时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整来进行形成ZrO2膜的工序和形成SiO2膜的工序，使得膜中的Si浓度为1～4atm％，该形成ZrO2膜的工序是向上述处理容器内交替地多次供给锆原料和氧化剂而在基板上形成ZrO2膜的工序，该形成SiO2膜的工序是向上述处理容器内交替地1次或多次供给硅原料和氧化剂而在基板上形成SiO2膜的工序；将上述供给次数的ZrO2膜成膜和SiO2膜成膜作为1个循环，进行1个以上该循环而形成规定膜厚的氧化锆系膜。
2. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于，对形成Zr02膜时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成 Si02膜时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整，使得膜中的 Si浓度为2 ~ 4atm%。
3. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于，在上述锆原料的供给与上述氧化剂的供给之间、及上述硅 原料的供给与上述氧化剂的供给之间排出上述处理容器内的气 体。
4. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于， 在形成上述氧化锆系膜之后，以450。C以下的温度对获得的膜进行退火。
5. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于， 上述氧化剂是从Os气体、H20气体、02气体、N02气体、NO气体、N20气体、02气体和H2气体的自由基中选出的至少 一种。
6. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于， 上述锆原料及上述硅原料是有机金属化合物。
7. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于， 形成的氧化锆系膜具有氧化锆晶体。
8. —种成膜装置，其用于在被处理体上形成金属氧化膜， 其特征在于，包括能保持真空的纵型且形成筒体状的处理容器；设置在上述处理容器的外周的加热装置； 将锆原料供给到上述处理容器内的锆原料供给机构； 将硅原料供给到上述处理容器内的硅原料供给机构； 向上述处理容器内供给氧化剂的氧化剂供给机构； 以及对上述锆原料供给机构、上述硅原料供给机构及上述 氧化剂供给机构进行控制的控制机构， 上述控制机构进行如下控制将被处理体插入到上述处理 容器内，使上述处理容器内保持真空的状态，通过对形成Zr02 膜时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成Si02膜时的硅原料 和氧化剂的供给次数进行调整来进行形成Z r O 2膜的工序和形 成Si02膜的工序，使得膜中的Si浓度为1 ~ 4atm%,将上述供 给次数的Zr02膜成膜和SiOJ莫成膜作为1个循环，进行1个以上 该循环，该形成Zr02膜的工序是向上述处理容器内交替地多次供 给锆原料和氧化剂而在基板上形成Zr02膜的工序，该形成Si02 膜的工序是向上述处理容器内交替地l次或多次供给硅原料和 氧化剂而在基板上形成Si02膜的工序。
9.根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，上述控制机构对形成Zr02膜时的锆原料和氧化剂的供给 次数及形成S i O 2膜时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整， 使得膜中的Si浓度为2 4atm%。
10. 根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，上述控制机构进行如下控制在上述锆原料的供给与上述 氧化剂的供给之间、及上述硅原料的供给与上述氧化剂的供给 之间排出上述处理容器内的气体。
11. 根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，上述控制机构进行如下控制在形成上述氧化锆系膜之后， 以4 5 (TC以下的温度对获得的膜进行退火。
12. 根据权利要求l所述的成膜方法，其特征在于，上述膜中的Si浓度与硅原料供给次数的比率成正比地调整。
13. 根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，上述膜中的Si浓度与硅原料供给次数的比率成正比地调
全文摘要
本发明提供一种成膜方法及成膜装置。成膜方法向能保持真空的处理容器内插入被处理体，形成为将处理容器内保持真空的状态；通过对形成ZrO₂膜时的锆原料和氧化剂的供给次数及形成SiO₂膜时的硅原料和氧化剂的供给次数进行调整来进行形成ZrO₂膜的工序和形成SiO₂膜的工序，使得膜中的Si浓度为1～4atm％，形成ZrO₂膜的工序是向处理容器内交替地多次供给锆原料和氧化剂而在基板上形成ZrO₂膜的工序，形成SiO₂膜的工序是向处理容器内交替地1次或多次供给硅原料和氧化剂而在基板上形成SiO₂膜的工序；将上述供给次数的ZrO₂膜成膜和SiO₂膜成膜作为1个循环，进行该循环1个以上而形成规定膜厚的氧化锆系膜。
文档编号H01L21/02GK101651100SQ20091016109
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者原田豪繁, 石田义弘, 菅原卓也 申请人:东京毅力科创株式会社