[发明专利]半导体器件制造方法、衬底处理装置和半导体器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求于2010年10月7日递交的日本专利申请No.2010-227649以及于2010年11月11日递交的日本专利申请No.2010-252882的优先权权益，以引用的方式将这两个申请的全部内容并入本文。

技术领域

本公开涉及用于在衬底上制造诸如集成电路(IC)之类的半导体器件的衬底处理技术，并且更具体地涉及用于通过处理诸如半导体晶片(此后称作晶片)之类的衬底来制造半导体器件的半导体制造设备，用于处理衬底的衬底处理装置或者半导体器件制造方法。

背景技术

作为用于在衬底上形成膜的膜形成方法的示例，存在物理气相沉积方法(PVD)方法、化学气相沉积(CVD)方法以及原子层沉积(ALD)方法。

PVD方法指的是通过使用离子轰击或者热能从固体原材料物理地释放气相中的原材料原子而在衬底上形成包含在原材料中的元素的膜的方法。CVD方法指的是通过使用两种或者多种类型的原材料进行气相反应或者在衬底表面上的反应而形成包含在原材料分子中的原子的膜的方法。由于CVD方法使用气相反应或者在衬底表面上的反应，因此与PVD方法相比，其具有极好的台阶覆盖性。ALD方法指的是在某一膜形成条件(温度或者时间)下向衬底逐个地交替供应用于膜形成的两种或者多种原材料，以使原材料以原子层的单元吸附在衬底上，并且通过使用表面反应的原子层级控制来形成膜的方法。例如，如在国际公开No.2007/02874中所公开的，ALD方法可以比CVD方法在更低的衬底温度(处理温度)下执行，并且可以根据膜形成循环的数目来控制膜厚度。

此外，作为在衬底上形成的绝缘层，例如可以是铪(Hf)、锆(Zr)或者铝(A1)的氧化物和氮化物，这些物质都是具有高的相对介电常数的高k(高介电常数)膜。具体地，通过使含Hf或者Zr的有机或者无机材料与诸如氧气(O₂)或者臭氧(O₃)之类的氧化气体反应而形成是高k膜的铪氧化物膜(HfO_x)、锆氧化物膜(ZrO_x)等。

这些技术例如用于形成动态随机存取存储器(DRAM)的电容器的电容器电极或者晶体管栅极结构。电容器具有层压结构，在层压结构中，绝缘膜介于电极之间。通过交替地形成氮化钛(TiN)膜、高k膜和氮化钛膜，形成了具有层压结构的电容器，在该层压结构中，作为电容性绝缘膜的高k膜介于作为顶部电极和底部电极的氮化钛膜之间。使用诸如四氯化钛(TiCl₄)之类的含Ti气体和诸如氨气(NH₃)之类的氮化剂(含氮(N)气体)形成氮化钛膜。作为高k膜的示例，使用诸如四-(乙基甲胺)锆(TEMAZ:Zr[N(CH₃)CH₂CH₃]₄)和臭氧(O₃)之类的氧化剂(含氧(O)气体)来形成氧化锆(ZrO)膜。此外，在形成高k膜之后，可以进行结晶化退火以便改善相对介电常数。这是由于高k膜的相对介电常数依赖于其晶体结构。

例如，在DRAM电容器的情况下，在由氮化钛膜形成的底部电极上形成高k膜。由于氧化剂的较差氧化能力、工艺条件的不稳定性或者对低温度的需求，不能完全氧化构成高k膜的所有原材料，并且在进行结晶化退火以便改善高k膜的相对介电常数时，氧被释放。由于这些原因，可能在膜中出现缺陷。例如，可能在高k膜中缺失氧，或者可能在高k膜中保留碳(C)。由于这些膜缺陷充当电流流动的路径，所以可能出现诸如电容器的泄露电流增加或者电容器退化之类的缺陷的现象。此外，如果结晶化退火的优化不足，从而使得高k膜的晶体结构并非完全受控时，具有相对低的介电常数的晶相占主导地位并且生成了不能实现期望的相对介电常数的大晶体颗粒，从而使得泄漏电流增加。

发明内容

本公开提供了半导体器件制造方法、衬底处理装置以及半导体器件的一些实施例，它们可以在具有高k膜的半导体器件制造工艺期间实现晶体结构的优化、结晶化的加速、氧缺陷的减少以及剩余杂质的减少，并且可以执行适于绝缘膜的改性工艺(reforming process)。

根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体器件制造方法，其包括：将衬底加载到处理室中，在该衬底上形成了高k膜；通过在该衬底上的辐射微波而加热高k膜；以及从处理室卸载该衬底。