[发明专利]半导体装置的制造方法、衬底处理方法及衬底处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有在处理室内处理衬底的工序的半导体装置的制造方法、衬底处理方法及在所述工序中优选使用的衬底处理装置。

背景技术

作为能够代替DRAM的新型RAM，例如可以举出使用SOI(绝缘衬底上的硅(Silicon On Insulator))衬底的无电容器型DRAM(SOI型RAM)、MRAM(磁电阻式内存(Magneto-resistive RAM))、PRAM(相变化内存(Phase change RAM))、ReRAM(电阻式内存(Resistive RAM))等。

其中，ReRAM具有用金属电极夹持由过渡金属氧化物形成的薄膜(以下称作过渡金属氧化膜)形成的电容器结构，将通过向金属电极间施加电压产生的过渡金属氧化膜的电阻变化(电场引起电阻变化)用作存储信息。ReRAM与现有的NOR型闪存器相比，每1比特的功率很低为1/1000以下，读出时间及重写时间均为10ns左右，速度高，因此，期待作为下一代的非挥发性内存。

发明内容

在ReRAM中，使用能够控制膜中的氧浓度的氧化钽(TaO_x)膜等氧化钽类膜作为过渡金属氧化膜。在ReRAM设备的开发阶段，氧化钽膜的成膜法以PVD(物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition))法为主流。但是，由于在ReRAM的结构上，过渡金属氧化膜要求高阶梯被覆性(Step Coverage)，所以在批量生产阶段难以采用PVD法。

为了解决上述课题，本发明的目的在于提供一种半导体装置的制造方法、衬底处理方法及衬底处理装置，所述半导体装置的制造方法控制膜中的氧浓度，同时形成具有良好的阶梯被覆性的氧化钽类的膜。

根据本发明的实施方式之一，提供了一种半导体装置的制造方法，所述制造方法包括交替重复多次下述工序而在上述衬底上形成导电性氧氮化钽膜的工序，所述导电性氧氮化钽膜化学计量上氧相对于钽及氮不足，

在发生CVD反应的条件下，向收容有衬底的处理室内供给含有钽的原料气体和氮化剂，在上述衬底上形成氮化钽层的工序；

向上述处理室内供给氧化剂，在上述氮化钽层的由上述氧化剂引起的氧化反应为不饱和的条件下，氧化上述氮化钽层的工序。

根据本发明的其他实施方式，提供了一种衬底处理方法，所述衬底处理方法包括交替重复多次下述工序而在上述衬底上形成导电性氧氮化钽膜的工序，所述导电性氧氮化钽膜化学计量上氧相对于钽及氮不足，

在发生CVD反应的条件下，向收容有衬底的处理室内供给含有钽的原料气体及氮化剂，在上述衬底上形成氮化钽层的工序；

向上述处理室内供给氧化剂，在上述氮化钽层的由上述氧化剂引起的氧化反应为不饱和的条件下，氧化上述氮化钽层的工序。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种衬底处理装置，所述衬底处理装置具有：

收容衬底的处理室；

加热上述处理室内的衬底的加热器；

向上述处理室内供给含有钽的原料气体的原料气体供给系统；

向上述处理室内供给氮化剂的氮化剂供给系统；

向上述处理室内供给氧化剂的氧化剂供给系统；及

控制部，所述控制部控制上述加热器、上述原料气体供给系统、上述氮化剂供给系统及上述氧化剂供给系统，通过交替重复下述处理在上述衬底上形成导电性氧氮化钽膜，所述导电性氧氮化钽膜化学计量上氧相对于钽及氮不足，所述处理包括：在反应CVD发生的条件下，向收容有衬底的上述处理室内供给上述原料气体及上述氮化剂，在上述衬底上形成氮化钽层的处理；和向上述处理室内供给上述氧化剂，在上述氮化钽层的由上述氧化剂引起的氧化反应为不饱和的条件下，氧化上述氮化钽层的处理。

根据本发明，能够提供一种半导体装置的制造方法、衬底处理方法及衬底处理装置，所述半导体装置的制造方法能够抑制膜中的氧浓度、同时形成具有良好的阶梯被覆性的氧化钽类的膜。

附图说明

[图1]为本发明的实施方式的衬底处理工序的流程图。

[图2]为本发明的实施方式的衬底处理装置所具有的气体供给系统及排气系统的结构图。

[图3]为本发明的实施方式的衬底处理装置的晶片处理时的截面结构图。

[图4]为本发明的实施方式的衬底处理装置的晶片搬运时的截面结构图。

[图5]为本发明的其他实施方式中优选使用的立式CVD装置的立式处理炉的结构简图，(a)以纵截面表示处理炉302部分，(b)以(a)的A-A线截面图表示处理炉302部分。