半导体装置的制造方法、基板处理装置和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体装置的制造方法、基板处理装置和存储介质。提供抑制EOT增加且具有高功函数的功函数金属膜。半导体装置的制造方法具有：将对基板供应含第1金属元素的含第1金属气体的工序、从基板除去该气体的工序、对基板供应反应气体的工序和从基板除去该气体的工序重复数次，形成第1金属层的工序；及，将对所得基板供应含与氧的键强于第1金属元素的第2金属元素的含第2金属气体的工序、从基板除去该气体的工序、对基板供应反应气体的工序、从基板除去该气体的工序进行1次，在第1金属层上形成第2金属层的工序；将形成第1、第2金属层的工序重复数次，在基板上形成含第1和第2金属元素、功函数比第1金属层高、与氧的键强的导电膜。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置的制造方法、基板处理装置和存储介质
本专利技术涉及半导体装置的制造方法、基板处理装置和存储介质。
技术介绍
伴随着MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的高集成化和高性能化，正在使用各种种类的金属膜。从低耗电的观点出发，MOSFET的栅极要求接近于成为基板的材料的导带、价带的能级的功函数，例如，就硅(Si)基板而言，PMOS(P沟道金属氧化物半导体)要求具有5.1eV附近的功函数的金属膜，NMOS(N沟道金属氧化物半导体)要求具有4.1eV附近的功函数的金属膜；就锗(Ge)基板而言，PMOS要求具有4.6eV附近的功函数的金属膜，NMOS要求具有4.1eV附近的功函数的金属膜。此外，DRAM存储器的电容器电极要求具有更高的功函数且低电阻的金属膜(参照例如专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－6783号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题氮化钛膜(TiN膜)的功函数在氧化铪(HfO2)绝缘膜上时为4.9eV左右，比Si的价带附近的能量低一些。因此，期望具有更高的功函数的金属膜，作为其候补之一，有氮化钨膜(WN膜)，但氧化后的钨会由于此后进行的工序中的热处理而释放其中的氧，对电气特性带来不良影响。本专利技术的目的在于，提供一种能形成抑制等效氧化层厚度(EOT：equivalentoxidethickness)增加的缺点、且具有高功函数的金属膜的技术。用于解决课题的手段根据本专利技术的一个方案，提供一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：具有形成第1金属层的工序和形成第2金属层的工序，所述形成含有第1金属元素的第1金属层的工序具有：(a)对处理室内所收容的基板供应含有第1金属元素的含第1金属气体的工序，(b)从前述处理室除去前述含第1金属气体的工序，(c)对前述基板供应反应气体的工序和(d)从前述处理室除去前述反应气体的工序，且将前述(a)～(d)重复数次，形成含有前述第1金属元素的第1金属层；所述形成第2金属层的工序具有：(e)对前述处理室内的形成有前述第1金属层的基板供应含有第2金属元素的含第2金属气体的工序，其中，所述第2金属元素具有与氧的键比前述第1金属元素强的性质，(f)从前述处理室除去前述含第2金属气体的工序，(g)对前述基板供应前述反应气体的工序和(h)从前述处理室除去前述反应气体的工序，且将前述(e)～(h)进行1次，在前述第1金属层上直接形成含有前述第2金属元素的第2金属层；将前述形成第1金属层的工序和前述形成第2金属层的工序重复数次，在前述基板上形成含有前述第1金属元素和前述第2金属元素、与前述第1金属层相比功函数高、且与氧的键强的导电膜。专利技术的效果根据本专利技术，可以形成抑制EOT增加的缺点、且具有高的功函数的金属膜。附图说明图1为示出本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的立式处理炉的概略的纵向剖面图。图2为图1中的A－A线概略横向剖面图。图3为本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的控制器的概略构成图，为通过框图示出控制器的控制系统的图。图4为示出本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的动作的流程图。图5为示出本专利技术的一个实施方式中的气体供应时机的图。图6为用结构式来说明W－N－W键和W－N－Ti键的图。图7为示出表示本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的动作的流程变形例的图。图8为示出表示本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的动作的流程变形例的图。图9为示出表示本专利技术的一个实施方式中的基板处理装置的动作的流程变形例的图。图10为表示本专利技术的另一个实施方式中的基板处理装置的动作的流程图。图11为表示本专利技术的一个实施方式中的MOS电容器的制作的流程图。图12为从由图11中的MOS电容器得到的CV和IV特性抽取而得的图，(a)为示出EOT－Vfb曲线的图，(b)为示出HfO2膜厚－EOT曲线的图，(c)为示出由(a)抽取的有效功函数的图。附图标记说明10基板处理装置121控制器200晶圆(基板)201处理室202处理炉207加热器203外管209歧管204内管217晶圆盒201处理室410、420、430喷嘴310、320、330气体供应管220a、220bO形环312、322、332质量流量控制器314、324、334阀门510、520、530气体供应管512、522、532流量控制器514、524、534阀门201a预备室410a、420a、430a气体供应孔246真空泵204a排气孔206排气路231排气管243阀门245压力传感器219密封盖267旋转机构115晶圆盒升降机218绝热板263温度传感器121aCPU121c存储装置122输入输出装置123外部存储装置具体实施方式＜本专利技术的一个实施方式＞以下参照图1～5来说明本专利技术的一个实施方式。基板处理装置10作为在半导体装置的制造工序中使用的装置的一例而构成。(1)基板处理装置的构成基板处理装置10具备处理炉202，所述处理炉202设置有作为加热设备(加热机构、加热系统)的加热器207。加热器207为圆筒形，通过被作为保持板的加热器基座(图中未示出)支撑而垂直安装。在加热器207的内侧配设有外管203，所述外管203与加热器207呈同心圆状地构成反应容器(处理容器)。外管203由例如石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料形成，形成为上端封闭、下端开口的圆筒形。在外管203的下方，与外管203呈同心圆状地配设有歧管(入口凸缘)209。歧管209由例如不锈钢(SUS)等金属形成，形成为上端和下端开口的圆筒形。在歧管209的上端部和外管203之间设置有作为密封构件的O形环220a。歧管209被加热器基座支撑，从而外管203呈垂直安装的状态。在外管203的内侧配设有内管204，该内管204构成反应容器。内管204由例如石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料形成，形成为上端封闭、下端开口的圆筒形。处理容器(反应容器)主要由外管203、内管204和歧管209构成。在处理容器的筒中空部(内管204的内侧)形成有处理室201。处理室201构成为：能够通过后述晶圆盒217以呈水平姿态沿着垂直方向多层排列的状态来收容作为基板的晶圆200。在处理室201内，以贯穿歧管209的侧壁和内管204的方式设置有喷嘴410、420、430。在喷嘴410、420、430上分别连接有作为气体供应管线的气体供应管310、320、330。从而以下述方式构成：在基板处理装置10上设置有3个喷嘴410、420、430和3条气体供应管310、320、330，能够向处理室201内供应多种气体。但是，本实施方式的处理炉202并非仅限于上述方式。在气体供应管310、320、330上，从上游侧起依次分别设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)312、322、332。此外，在气体供应管310、320、330上分别设置有作为开闭阀的阀门314、324、334。在气体供应管310、320、330的阀门314、324、334的下游侧分别连接有气体供应管510、520、530，所述气体供应管510、520、530供应非活性气体。在气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：具有形成第1金属层的工序和形成第2金属层的工序，所述形成第1金属层的工序具有：(a)对处理室内所收容的基板供应含有第1金属元素的含第1金属气体的工序，(b)从所述处理室除去所述含第1金属气体的工序，(c)对所述基板供应反应气体的工序，和(d)从所述处理室除去所述反应气体的工序，且将所述(a)～(d)重复数次，形成含有所述第1金属元素的第1金属层；所述形成第2金属层的工序具有：(e)对所述处理室内所收容的形成有所述第1金属层的基板供应含有第2金属元素的含第2金属气体的工序，其中，所述第2金属元素具有与氧的键比所述第1金属元素强的性质，(f)从所述处理室除去所述含第2金属气体的工序，(g)对所述基板供应所述反应气体的工序，和(h)从所述处理室除去所述反应气体的工序，且将所述(e)～(h)进行1次，在所述第1金属层上直接形成含有所述第2金属元素的第2金属层；将所述形成第1金属层的工序和所述形成第2金属层的工序重复数次，在所述基板上形成含有所述第1金属元素和所述第2金属元素、与所述第1金属层相比功函数高、且与氧的键强的导电膜。

【技术特征摘要】
2016.09.21 JP 2016-1837631.一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：具有形成第1金属层的工序和形成第2金属层的工序，所述形成第1金属层的工序具有：(a)对处理室内所收容的基板供应含有第1金属元素的含第1金属气体的工序，(b)从所述处理室除去所述含第1金属气体的工序，(c)对所述基板供应反应气体的工序，和(d)从所述处理室除去所述反应气体的工序，且将所述(a)～(d)重复数次，形成含有所述第1金属元素的第1金属层；所述形成第2金属层的工序具有：(e)对所述处理室内所收容的形成有所述第1金属层的基板供应含有第2金属元素的含第2金属气体的工序，其中，所述第2金属元素具有与氧的键比所述第1金属元素强的性质，(f)从所述处理室除去所述含第2金属气体的工序，(g)对所述基板供应所述反应气体的工序，和(h)从所述处理室除去所述反应气体的工序，且将所述(e)～(h)进行1次，在所述第1金属层上直接形成含有所述第2金属元素的第2金属层；将所述形成第1金属层的工序和所述形成第2金属层的工序重复数次，在所述基板上形成含有所述第1金属元素和所述第2金属元素、与所述第1金属层相比功函数高、且与氧的键强的导电膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电膜以如下方式组成：在所述第2金属元素的3个键以内配置有所述第1金属元素。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第1金属元素为钛，第2金属元素为钨。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含第1金属气体和所述含第2金属气体为卤化物，所述反应气体为氮化气体，所述导电膜为金属氮化膜。5.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述(a)～(d)重复进行10～80次。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述(a)～(d)重复进行10～15次。7.根据权利要求1所述的方法，其中，重复进行所述(a)～(d)的次数是使所述导电膜中所含的所述第1金属元素和所述第2金属元素达到1：1的次数。8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述形成第2金属层的工序中，在所述(e)之前进行对所述处理室内所收容的形成有所述第1金属层的基板供应还原气体的工序、和从所述处理室除去所述还原气体的工序。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述还原气体为甲硅烷、乙硼烷、乙硅烷中的任一种。10.一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：具有形成第1金属层的工序和形成第2金属层的工序，所述形成第1金属层的工序具有：(a)对处理室内所收容的基板供应含有第1金属元素的含第1金属气体的工序，(b)从所述处理室除去所述含第1金属气体的工序，(c)对所述基板供应反应气体的工序，和(d)从所述处理室除去所述反应气体的工序，且将所述(a)～(d)重复数次，形成含有所述第1金属元素的第1金属层；所述形成第2金属层的工序具有：(e)对所述处理室内所收容的形成有所述第1金属层的基板供应含有第2金属元素的含第2金属气体的工序，其中，所述第2金属元素具有与氧的键比所述第1金属元素强的性质，(f)从所述处理室除去所述含第2金属气体的工序，...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川有人，清野笃郎，
申请(专利权)人：株式会社日立国际电气，
类型：发明
国别省市：日本,JP