JPH10135233A - Method of reforming high-dielectric const. film and heat-treating apparatus using the same - Google Patents

Method of reforming high-dielectric const. film and heat-treating apparatus using the same

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JPH10135233A
JPH10135233A JP28784996A JP28784996A JPH10135233A JP H10135233 A JPH10135233 A JP H10135233A JP 28784996 A JP28784996 A JP 28784996A JP 28784996 A JP28784996 A JP 28784996A JP H10135233 A JPH10135233 A JP H10135233A
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Japan
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film
dielectric constant
high dielectric
constant film
heat treatment
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Masateru Hara
昌輝 原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To bury a metal oxide high-dielectric const. film in holes formed due to oxygen lack and oxidation of C and H atoms, impurity in the film originating from a film forming gas, by a low-temp., little-damage and short-time heat treatment. SOLUTION: A gas, contg. O3 at its partial pressure over the atmospheric pressure is introduced into a high-pressure chamber 1, and a wafer W set in a stage 3 is heated by a heater 4, while an ultraviolet ray hν is fed into the chamber from an ultraviolet lamp 7 through an optical fiber 6 directed to the end face of the wafer, to optically decompose O3 near the wafer to create O-type active species. On the wafer W a high-dielectric contg. film is formed as a capacitor insulating film for DRAM. The heating tamp. is far lower than the durable temp. of a metal layer electrode of a capacitor. If the treating time is short, the active species can be efficiently penetrated at a high pressure to raise the specific dielectric const. ε of the film and lower the leak current.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DRAMのキャパ
シタ絶縁膜に用いて好適な高誘電率膜のリーク電流を低
減させるための改質方法、およびこれに好適に用いられ
る熱処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a modification method for reducing a leak current of a high dielectric constant film suitable for use as a capacitor insulating film of a DRAM, and a heat treatment apparatus suitably used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAMやSRAM等のメモリ素子は、
半導体デバイスの中でも特に微細化が高度に推進されて
いる分野であるが、ソフトエラー発生率を低く抑えて信
頼性を確保するためには、1ビット当たり、すなわちメ
モリ・セル当たりのキャパシタ容量を一定値(約30f
F)以上に確保することが必要である。従来は、円筒型
あるいは多段フィン型等の立体構造を採用することでキ
ャパシタ面積を確保し、またキャパシタ絶縁膜としてS
ixNy膜やSiOx/SixNy積層膜を用いること
で、この課題をクリアしてきた。上記SixNy膜は、
比誘電率εは4〜7程度であるものの、絶縁耐圧が高
く、故に薄膜化が可能であるために、使いやすい膜であ
った。しかし、上述のようにアスペクト比が高く複雑な
立体構造は、層間絶縁膜の平坦化にかかる負担が極めて
重く、またリーク電流を低減する観点からはキャパシタ
絶縁膜の薄膜化も限界に近づいていることから、256
MDRAMや1GDRAMの世代では新たな技術上のブ
レイクスルーが求められている。
2. Description of the Related Art Memory devices such as DRAM and SRAM are
Although semiconductor devices are particularly advanced in miniaturization, in order to keep the soft error rate low and ensure reliability, the capacitor capacity per bit, that is, per memory cell, must be fixed. Value (about 30f
F) It is necessary to secure more than this. Conventionally, a capacitor area is secured by adopting a three-dimensional structure such as a cylindrical type or a multi-stage fin type.
This problem has been solved by using an ixNy film or a SiOx / SixNy laminated film. The SixNy film is
Although the relative dielectric constant [epsilon] is about 4 to 7, it is easy to use because it has a high withstand voltage and can be made thinner. However, as described above, a complex three-dimensional structure having a high aspect ratio has an extremely heavy burden on flattening an interlayer insulating film, and from the viewpoint of reducing leakage current, thinning of a capacitor insulating film is approaching its limit. Therefore, 256
In the generations of MDRAM and 1GDRAM, new technological breakthroughs are required.

【0003】かかる背景にあって、キャパシタ絶縁膜の
構成材料として高誘電率膜が有望視されている。高誘電
率膜としては、Ta2 5 (酸化タンタル:ε=20〜
35)の他、ペロブスカイト型の単位結晶格子構造に起
因して常誘電性,圧電性,焦電性を示す複合酸化物系セ
ラミクスが知られている。かかる複合酸化物系セラミク
スの代表例としては、BST(チタン酸バリウム・スト
ロンチウム:ε>400)やPZT(チタン酸ジルコン
酸鉛:ε>1000)が挙げられる。これらの高誘電率
膜をキャパシタ絶縁膜として使用すれば、平面的なキャ
パシタ構造であっても十分な容量を確保することが可能
であり、デバイス製造が容易となり、またデバイスの信
頼性も向上させることができる。
Against this background, a high dielectric constant film is expected to be a promising material for a capacitor insulating film. As the high dielectric constant film, Ta 2 O 5 (tantalum oxide: ε = 20 to
35) In addition, composite oxide ceramics exhibiting paraelectric, piezoelectric, and pyroelectric properties due to a perovskite-type unit crystal lattice structure are known. Representative examples of such composite oxide ceramics include BST (barium strontium titanate: ε> 400) and PZT (lead zirconate titanate: ε> 1000). If these high dielectric constant films are used as capacitor insulating films, it is possible to secure a sufficient capacity even with a planar capacitor structure, which facilitates device manufacture and improves device reliability. be able to.

【0004】ところで、一般に金属酸化物の薄膜中では
酸素原子の欠損による空孔が生じやすく、空孔がない場
合と比べて耐リーク電流特性が劣化することが多い。ま
た、上記の高誘電率膜を構成する原子や分子は蒸気圧が
低いので、たとえばこれらをCVDで成膜しようとする
場合には、ソース・ガスとして有機金属化合物が用いら
れる。たとえば、Ta2 5 膜は、Ta(OC2 5
5 を用いたMOCVDにより成膜することができる。ま
た、PZT膜の成膜には、Pb(C2 5 4,Zr
(C11192 4 ,Ti(i−OC3 7 4 等のガ
スが用いられる。しかし、このようにして成膜された金
属酸化膜中には、ソース・ガスに由来するC原子やH原
子が不純物として必然的に取り込まれてしまう。
In general, vacancies due to oxygen atom vacancies tend to occur in a thin film of a metal oxide, and the leakage current resistance is often deteriorated as compared with the case where there are no vacancies. Further, since atoms and molecules constituting the high dielectric constant film have a low vapor pressure, for example, when these are to be formed by CVD, an organometallic compound is used as a source gas. For example, a Ta 2 O 5 film is made of Ta (OC 2 H 5 )
5 can be formed by MOCVD. Further, Pb (C 2 H 5 ) 4 , Zr
(C 11 H 19 O 2) 4, Ti (i-OC 3 H 7) 4 and the like of the gas is used. However, C atoms and H atoms derived from the source gas are inevitably taken into the metal oxide film formed as described above as impurities.

【0005】ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・
ソサエティ第143巻3号(1996年)(J. Elctroch
em. Soc., Vol.143, No.3, March 1996)には、Ta(O
25 5 を用いたMOCVDで成膜されたTa2
5 膜について、リーク電流の発生メカニズムを詳細に検
討した結果が記載されている。この文献によると、アモ
ルファスTa2 5 膜では、C原子やH原子等の不純物
に起因するフレンケル−プール型の伝導がリーク電流の
主体をなしている。このリーク電流は、圧力0.5To
rrのO2 雰囲気下,700℃,10分間の熱処理、あ
るいは圧力0.3Torr,RFパワー0.35W/c
2 (RF周波数=13.56MHz),400℃,1
0分間のO2 プラズマ処理を経ることにより著しく減少
する。上記の熱処理あるいはプラズマ処理を経たTa2
5 膜の二次イオン質量分析結果から、雰囲気中のO原
子が膜中を拡散してC原子やH原子を酸化し、さらにT
a原子も酸化していることが確認されている。
[0005] Journal of Electrochemical
Society Vol.143, No.3 (1996) (J. Elctroch)
em. Soc., Vol. 143, No. 3, March 1996) includes Ta (O
Ta 2 O formed by MOCVD using C 2 H 5 ) 5
The results of a detailed study of the leakage current generation mechanism for the five films are described. According to this document, in an amorphous Ta 2 O 5 film, a Frenkel-Pool type conduction caused by impurities such as C atoms and H atoms forms a main part of a leak current. This leak current has a pressure of 0.5 To
heat treatment at 700 ° C. for 10 minutes in an rr O 2 atmosphere, or a pressure of 0.3 Torr and an RF power of 0.35 W / c
m 2 (RF frequency = 13.56 MHz), 400 ° C, 1
It is significantly reduced by the O 2 plasma treatment for 0 minutes. Ta 2 after the above heat treatment or plasma treatment
From the results of the secondary ion mass spectrometry of the O 5 film, O atoms in the atmosphere diffuse in the film to oxidize C atoms and H atoms,
It has been confirmed that the a atom is also oxidized.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膜中不
純物であるC原子やH原子を酸化するに際して700℃
もの高温域で熱処理を行うことは、デバイスにとって望
ましいことではない。これは、高誘電率膜を絶縁膜とす
るキャパシタが通常、MIM構造(金属上部電極−絶縁
体−金属下部電極の積層構造)をとることと関連してい
る。すなわち、高誘電率膜はその成膜が高温にて行われ
るため、これを仮にポリシリコン膜のような下部電極の
上に直接成膜するとSiが高誘電率膜中に拡散し、Si
の形成する不純物準位に起因するフレンケル−プール電
流が流れてしまう。ポリシリコン下部電極の表面を窒化
することでSi拡散を防止し、キャパシタをMIS型構
造(金属上部電極−絶縁体−半導体下部電極の積層構
造)としても良いが、MIM型構造の方が直列抵抗が低
く、動作の高速化できることから好まれるのである。こ
のため、下部電極としてはPt,Ir,Ru等の金属材
料が必要となり、またこれに伴ってTiN等のバリヤメ
タルが必須となる。
However, when oxidizing C atoms and H atoms, which are impurities in the film, 700 ° C.
Performing the heat treatment in a very high temperature range is not desirable for the device. This is related to the fact that a capacitor using a high-dielectric-constant film as an insulating film usually has an MIM structure (laminated structure of a metal upper electrode-insulator-metal lower electrode). That is, since the high-dielectric-constant film is formed at a high temperature, if this film is formed directly on a lower electrode such as a polysilicon film, Si diffuses into the high-dielectric-constant film,
Frenkel-Pool current flows due to the impurity level formed by The surface of the polysilicon lower electrode is nitrided to prevent Si diffusion, and the capacitor may have a MIS type structure (laminated structure of a metal upper electrode-insulator-semiconductor lower electrode), but the MIM type structure has a higher series resistance. Is low and the operation speed can be increased. For this reason, a metal material such as Pt, Ir, and Ru is required for the lower electrode, and a barrier metal such as TiN is required accordingly.

【0007】しかし、このバリヤメタルの耐熱性の上限
がほぼ700℃前後であるため、上述のような高温熱処
理を前提とすると、MIM構造が採用できないことにな
ってしまう。反面、温度を400℃程度に下げようとす
ると、今度は熱処理に30分もの時間がかかり、スルー
プットを大幅に低下させる結果となる。
However, since the upper limit of the heat resistance of the barrier metal is about 700 ° C., the MIM structure cannot be adopted on the premise of the above-described high-temperature heat treatment. On the other hand, if the temperature is to be lowered to about 400 ° C., the heat treatment takes as long as 30 minutes, resulting in a significant decrease in throughput.

【0008】この点、プラズマ処理は400℃程度で行
えることから、MIM型構造の採用に関しては問題がな
い。しかし、プラズマ放電時にプラズマ・チャンバの壁
面や放電電極の表面から金属原子が放出されることによ
る金属汚染、あるいはプラズマ中からの加速イオンによ
る衝撃ダメージが及ぼされる虞れが大きく、今後のデバ
イスの微細化に伴ってますます薄膜化されるキャパシタ
絶縁膜の改質方法としては、必ずしも好適とは言えな
い。そこで本発明は、高誘電率膜の改質を低温、低ダメ
ージ、かつ短時間で行うことが可能な方法および装置を
提供することを目的とする。
In this regard, since the plasma processing can be performed at about 400 ° C., there is no problem in employing the MIM type structure. However, there is a high possibility that metal atoms will be released from the wall of the plasma chamber or the surface of the discharge electrode during plasma discharge, and that metal ions will be contaminated, or impact damage will be caused by accelerated ions in the plasma. It is not necessarily suitable as a method for modifying a capacitor insulating film which is becoming thinner and thinner as the semiconductor device becomes thinner. Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of modifying a high dielectric constant film at low temperature, with low damage and in a short time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属酸化物か
らなる高誘電率膜を酸化するに際し、この高誘電率膜の
ごく至近における酸素系活性種の濃度を従来よりも高め
ることにより、上述の目的を達成するものである。これ
を可能とする方法としては、(a)酸素系活性種と高誘
電率膜との接触を気相で行わせる方法と、(b)液相で
行わせる方法とがある。
According to the present invention, when oxidizing a high-dielectric-constant film made of a metal oxide, the concentration of oxygen-based active species in the immediate vicinity of the high-dielectric-constant film is increased more than before. The above object is achieved. There are two methods for making this possible: (a) a method in which the oxygen-based active species is brought into contact with the high dielectric constant film in the gas phase, and (b) a method in which the contact is performed in the liquid phase.

【0010】上述(a)の方法としては、酸素系活性種
を生成し得るガスを少なくとも1気圧以上の分圧もしく
は全圧にて含む雰囲気中で、金属酸化物からなる高誘電
率膜の熱処理を行う。この熱処理は、該高誘電率膜に対
して紫外線を照射しながら行っても良い。上述(b)の
方法としては、熱分解により酸素系活性種を生成し得る
液体を接触させる。
In the method (a), a high-dielectric-constant film made of a metal oxide is heat-treated in an atmosphere containing a gas capable of generating an oxygen-based active species at a partial pressure of at least 1 atm or at a total pressure. I do. This heat treatment may be performed while irradiating the high dielectric constant film with ultraviolet rays. In the method (b), a liquid capable of generating oxygen-based active species by thermal decomposition is brought into contact.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】上述(a)の方法にしたがい、酸
素系活性種を生成し得るガスを少なくとも1気圧以上の
分圧もしくは全圧にて含む雰囲気中で熱処理を行えば、
従来よりも熱処理温度が低く、また熱処理時間が短くて
も、高濃度の酸素を酸化膜中に拡散させることができ
る。したがって、有機金属化合物を用いて成膜されたた
めに膜中不純物としてC原子やH原子を含む高誘電率膜
であっても、該膜中不純物を効率的に酸化し、リーク電
流を低減させることが可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the above method (a), if heat treatment is performed in an atmosphere containing a gas capable of producing oxygen-based active species at a partial pressure of at least 1 atm or a total pressure,
Even if the heat treatment temperature is lower than before and the heat treatment time is shorter, high-concentration oxygen can be diffused into the oxide film. Therefore, even if the film is formed using an organometallic compound, even if the film has a high dielectric constant containing C atoms or H atoms as impurities in the film, the impurities in the film can be efficiently oxidized to reduce the leak current. Becomes possible.

【0012】本発明で改質処理が行われる高誘電率膜と
しては、Ta2 5 ,PbTiO3(チタン酸鉛),B
aTiO3 (チタン酸バリウム),Bi4 Ti3
12(チタン酸ビスマス),BST(チタン酸バリウム・
ストロンチウム),STO(チタン酸ストロンチウ
ム),PZT(チタン酸ジルコン酸鉛),PLZT(チ
タン酸ジルコン酸鉛ランタン),SBT(タンタル酸ス
トロンチウム・ビスマス)を例示することができる。
The high dielectric constant film subjected to the modification treatment in the present invention includes Ta 2 O 5 , PbTiO 3 (lead titanate), B
aTiO 3 (barium titanate), Bi 4 Ti 3 O
12 (bismuth titanate), BST (barium titanate
Strontium), STO (strontium titanate), PZT (lead zirconate titanate), PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), and SBT (strontium bismuth tantalate) can be exemplified.

【0013】上記の酸素系活性種を生成し得るガスは、
単独で用いてももちろん良いが、He,Ar等の希ガス
と混合して用いても良い。このガスの単独使用の場合の
全圧、もしくは混合使用の場合の分圧は、好ましくはお
およそ3気圧以上、700気圧以下の範囲で設定するこ
とが好ましい。3気圧より低い圧力範囲では、加熱温度
との組み合わせによっては十分な酸素拡散速度が得られ
ない虞れがある。一方、700気圧より高い圧力範囲で
は能力の高い加圧装置や高耐圧の容器が必要となり、コ
ストパフォーマンスが低下する虞れが大きい。上記ガス
としては、O3 を典型的に用いることができる。
The gas capable of producing the oxygen-based active species is as follows:
Of course, it may be used alone, or may be used as a mixture with a rare gas such as He or Ar. The total pressure in the case of using the gas alone or the partial pressure in the case of using the gas in a mixture is preferably set in the range of about 3 atm or more and 700 atm or less. In a pressure range lower than 3 atm, a sufficient oxygen diffusion rate may not be obtained depending on a combination with a heating temperature. On the other hand, in a pressure range higher than 700 atmospheres, a pressurizing device having a high capacity and a container having a high pressure resistance are required, and there is a great possibility that cost performance may be reduced. As the above gas, O 3 can be typically used.

【0014】上述(a)の方法は、たとえば図2に示さ
れるような高圧熱処理装置を用いて行うことができる。
この装置は、ステンレス鋼からなる円筒形の高圧チャン
バ11の内部にウェハWを載置するためのステージ13
が収容されたものである。上記高圧チャンバ11の底面
側には排気口12が設けられ、必要に応じて矢印A方向
に接続される排気装置(図示せず。)によりその内部が
排気される。一方、上記高圧チャンバ11の天井側には
ガス導入管15が挿通されており、図示されない加圧装
置により矢印B方向から酸素系活性種を生成し得るガス
を導入するようになされている。さらに、上記ステージ
13にはヒータ14が内蔵されており、該ステージ13
を介した熱伝導によりウェハW上の高誘電率膜を加熱す
る。
The above method (a) can be performed by using, for example, a high-pressure heat treatment apparatus as shown in FIG.
The apparatus includes a stage 13 for mounting a wafer W inside a cylindrical high-pressure chamber 11 made of stainless steel.
Is housed. An exhaust port 12 is provided on the bottom side of the high-pressure chamber 11, and the inside thereof is exhausted by an exhaust device (not shown) connected in the direction of arrow A as necessary. On the other hand, a gas introduction pipe 15 is inserted through the ceiling of the high-pressure chamber 11 so that a gas capable of generating oxygen-based active species is introduced from the direction of arrow B by a pressurizing device (not shown). Further, the stage 13 has a built-in heater 14.
The high-permittivity film on the wafer W is heated by the heat conduction through.

【0015】また、加圧雰囲気下における加熱に紫外線
照射を組み合わせることにより、酸素性活性種の生成促
進を図った本発明装置を図1に示す。この装置は、円筒
形の高圧チャンバ1の内部にウェハWを載置するための
ステージ3が収容されたものである。上記低圧チャンバ
1の底面側には排気口2が設けられ、必要に応じて矢印
A方向に接続される排気装置(図示せず。)によりその
内部が排気されるようになされている。一方、上記高圧
チャンバ1の天井側にはガス導入管5が挿通されてお
り、図示されない加圧装置により矢印B方向から酸素系
活性種を生成し得るガスを導入可能である。さらに、上
記ステージ3にはヒータ4が内蔵されており、該ステー
ジ3を介した熱伝導によりウェハW上の高誘電率膜を加
熱する。
FIG. 1 shows an apparatus according to the present invention in which the generation of oxygen active species is promoted by combining heating under a pressurized atmosphere with ultraviolet irradiation. In this apparatus, a stage 3 for mounting a wafer W in a cylindrical high-pressure chamber 1 is accommodated. An exhaust port 2 is provided on the bottom side of the low-pressure chamber 1, and the inside thereof is exhausted by an exhaust device (not shown) connected in the direction of arrow A as necessary. On the other hand, a gas introduction pipe 5 is inserted into the ceiling side of the high-pressure chamber 1 so that a gas capable of generating oxygen-based active species can be introduced from the direction of arrow B by a pressurizing device (not shown). Further, the stage 3 has a built-in heater 4 for heating the high dielectric constant film on the wafer W by heat conduction through the stage 3.

【0016】しかし、この装置の最大の特徴は、高圧チ
ャンバ1の天井部に光ファイバ6の束が挿通され、かつ
その端面がウェハW面の至近にて対向するように配さ
れ、チャンバ外部の紫外線ランプ7から直接入射もしく
は反射鏡8で反射されて入射する紫外光hνでウェハ面
を照射できるようになされた点である。なお、光ファイ
バ6の端面とウェハ面との距離は、ここでは10mm程
度とした。このように光ファイバ6の端面をウェハWの
表面とを近接させるのは、O3 の光分解による酸素系活
性種がウェハ面へ到達するまでに失活することをできる
だけ防ぎ、効率良く活性種を利用可能とするためであ
る。上記紫外線ランプ7としては、たとえば重水素ラン
プ,超高圧水銀キセノン・ランプ,低圧水銀ランプ,メ
タル・ハライド・ランプを用いることができる。あるい
は、エキシマ・レーザ光源を用いても良い。特に、励起
波長により生成する化学種が変化するいわゆる波長効果
を有するガスについては、所望の化学種に応じた波長を
選択する必要がある。また、光ファイバ6や紫外線ラン
プ7の設置位置は、紫外光をウェハWへ向けて導波する
ことができさえすれば、高圧チャンバ1の天井側に限ら
れるものではない。かかる構成により、高圧熱処理+紫
外線照射が可能となり、高誘電体膜の改質効果および改
質効率を著しく高めることができる。
However, the greatest feature of this apparatus is that a bundle of optical fibers 6 is inserted into the ceiling of the high-pressure chamber 1 and the end faces of the bundle are opposed to each other in the vicinity of the wafer W surface. The point is that the wafer surface can be irradiated with ultraviolet light hν which is directly incident from the ultraviolet lamp 7 or reflected by the reflecting mirror 8 and incident. Here, the distance between the end face of the optical fiber 6 and the wafer surface was about 10 mm here. The reason that the end face of the optical fiber 6 is brought close to the surface of the wafer W in this way is to prevent oxygen-based active species due to O 3 photolysis from being deactivated before reaching the wafer surface as much as possible, and to efficiently activate the active species. This is to make available. As the ultraviolet lamp 7, for example, a deuterium lamp, an ultra-high pressure mercury xenon lamp, a low pressure mercury lamp, and a metal halide lamp can be used. Alternatively, an excimer laser light source may be used. In particular, for a gas having a so-called wavelength effect in which a generated chemical species changes depending on the excitation wavelength, it is necessary to select a wavelength according to a desired chemical species. The installation positions of the optical fiber 6 and the ultraviolet lamp 7 are not limited to the ceiling side of the high-pressure chamber 1 as long as the ultraviolet light can be guided toward the wafer W. With this configuration, high-pressure heat treatment and ultraviolet irradiation can be performed, and the modification effect and the modification efficiency of the high dielectric film can be significantly increased.

【0017】一方、上述(b)の方法にしたがい、熱分
解により酸素系活性種を生成し得る液体を接触させれ
ば、高誘電率膜は大気圧下もしくは減圧下であっても高
濃度の酸素系活性種と接触できることになり、やはり効
率良い膜中不純物の酸化が可能となる。この(b)の方
法は液体の接触の形態により、(b−1)エアロゾル状
態で接触させる方法と、(b−2)液膜状態で接触させ
る方法とに分けられる。
On the other hand, according to the above method (b), if a liquid capable of generating an oxygen-based active species by thermal decomposition is brought into contact, the high dielectric constant film has a high concentration even at atmospheric pressure or under reduced pressure. As a result, it is possible to come into contact with the oxygen-based active species, and it is also possible to efficiently oxidize impurities in the film. The method (b) can be classified into (b-1) a method of contacting in an aerosol state and (b-2) a method of contacting in a liquid film state, depending on the form of liquid contact.

【0018】上記(b−1)のエアロゾル状態で接触さ
せる方法では、所定の加熱温度に保持された高誘電率膜
の近傍からエアロゾルを連続的に供給することにより、
膜表面に付着したエアロゾル粒子を直ちに熱分解させ、
酸素系活性種を生成させることができる。図3に、低圧
ミスト雰囲気下での熱処理に用いられる熱処理装置の一
構成例を示す。この装置は、円筒形の低圧チャンバ21
の内部で、ウェハWを載置するためのステージ23と酸
化性薬液LのミストMを供給するためのシャワーヘッド
25aとが対向配置されたものである。上記低圧チャン
バ21の内部雰囲気は、排気口22を通じて矢印A方向
に行われる排気速度とシャワーヘッド25aから放出さ
れるミストの流量により決まる所定圧力に調整されてい
る。
In the contact method in the aerosol state (b-1), the aerosol is continuously supplied from the vicinity of the high dielectric constant film maintained at a predetermined heating temperature.
The aerosol particles attached to the membrane surface are immediately pyrolyzed,
Oxygen-based active species can be generated. FIG. 3 shows a configuration example of a heat treatment apparatus used for heat treatment in a low-pressure mist atmosphere. This device comprises a cylindrical low pressure chamber 21
, A stage 23 for mounting the wafer W and a shower head 25a for supplying the mist M of the oxidizing chemical liquid L are arranged to face each other. The internal atmosphere of the low-pressure chamber 21 is adjusted to a predetermined pressure determined by the exhaust speed performed in the direction of arrow A through the exhaust port 22 and the flow rate of the mist emitted from the shower head 25a.

【0019】上記ミストMは、気化装置Iで生成され
る。この気化装置Iでは、密閉容器27内に満たされた
酸化性薬液Lに、キャリヤ・ガス供給管30を通じて不
活性なキャリヤ・ガスが吹き込まれ、バブリングにより
ミストMが生成される。上記の酸化性薬液Lは酸化性薬
液貯蔵タンク28より、またキャリヤ・ガスはキャリヤ
・ガス・ボンベ29よりそれぞれ供給される。ここで
は、前者としてH2 2 ,後者としてN2 を例示した。
生成されたミストMは、ミスト供給管25を通じて低圧
チャンバ21内へ供給されるが、この間の流路は冷却に
よるミストMの凝集を防ぐために断熱材で被覆されてい
ても良い。図3にはシャワーヘッド25aにヒータ26
が内蔵されているが、これもミストMの凝集を防止する
ための工夫である。
The mist M is generated by the vaporizer I. In the vaporizer I, an inert carrier gas is blown into the oxidizing chemical liquid L filled in the closed container 27 through the carrier gas supply pipe 30, and mist M is generated by bubbling. The oxidizing chemical liquid L is supplied from an oxidizing chemical storage tank 28, and the carrier gas is supplied from a carrier gas cylinder 29. Here, the former is exemplified by H 2 O 2 and the latter by N 2 .
The generated mist M is supplied into the low-pressure chamber 21 through the mist supply pipe 25. The flow path between the mist M and the mist M may be covered with a heat insulating material in order to prevent aggregation of the mist M due to cooling. In FIG. 3, the heater 26 is attached to the shower head 25a.
Is also built in to prevent mist M from aggregating.

【0020】なお、上記の酸化性薬液Lが紫外線照射に
より分解して酸素系活性種を生成するような薬液である
場合には、上記低圧チャンバ21に紫外線照射手段を付
加しても良い。たとえば、上記低圧チャンバ21の側壁
面に石英窓を設け、上記シャワーヘッド25aとウェハ
Wとの間の空間に横方向から紫外線を照射する構成とす
ることができる。また、ミストMの発生は上述のような
バブリングに限られるものではなく、たとえば超音波振
動子を用いて酸化性薬液Lを気化させても良い。
When the oxidizing chemical L is a chemical that is decomposed by irradiation with ultraviolet rays to generate oxygen-based active species, an ultraviolet irradiation means may be added to the low-pressure chamber 21. For example, a configuration may be adopted in which a quartz window is provided on the side wall surface of the low-pressure chamber 21 and the space between the shower head 25a and the wafer W is irradiated with ultraviolet rays from the lateral direction. The generation of the mist M is not limited to bubbling as described above, and the oxidizing chemical liquid L may be vaporized using, for example, an ultrasonic vibrator.

【0021】一方、上記(b−2)のごとく液体状態で
接触させる場合には、たとえばパドル現像においてレジ
スト現像液の液膜をウェハ上に形成してしばらく静置し
ておく場合と同様に、液体自身の表面張力によりこれを
高誘電率膜上に保持させることが好適である。ただし、
始めから高誘電率膜が加熱されていると液体が直ちに蒸
発してしまうので、加熱は液膜形成後に行う。この場合
の加熱は、液膜の上方からたとえばランプ加熱により行
うと簡便である。上記液体としては、過酸化水素水を典
型的に用いることができる。
On the other hand, when the contact is made in a liquid state as in (b-2), for example, a liquid film of a resist developing solution is formed on a wafer in paddle development and left for a while, It is preferable to hold the liquid on the high dielectric constant film by the surface tension of the liquid itself. However,
If the high-dielectric-constant film is heated from the beginning, the liquid evaporates immediately, so the heating is performed after the formation of the liquid film. The heating in this case is conveniently performed, for example, by lamp heating from above the liquid film. As the liquid, aqueous hydrogen peroxide can be typically used.

【0022】図4に、上記(b−2)の方法に用いて好
適な熱処理装置の構成例を示す。この装置は、円筒形の
低圧チャンバ31の内部にウェハWを載置するためのス
テージ33が収容されたものである。上記低圧チャンバ
31の底面側には排気口32が設けられ、必要に応じて
矢印A方向に接続される排気装置(図示せず。)により
その内部が排気されるようになされている。この低圧チ
ャンバ31の側壁面および底面はステンレス鋼で構成さ
れているが、天井部は石英窓34とされており、チャン
バ外部に配された赤外線ランプ37からの赤外光hνを
取り込み可能である。また、この低圧チャンバ31には
矢印C方向から酸化性薬液を供給するための酸化性薬液
供給管35が挿通されており、その先端に装着されたデ
ィスペンサ・ノズル36からウェハW上へ薬液を吐出し
て液膜Lfを形成するようになされている。また、ステ
ージ13はその支柱を中心に矢印D方向に回転可能とさ
れ、酸化性薬液を遠心力によりウェハWの全面へ速やか
に塗布することができる。このステージ13の回転速度
は可変とされ、熱処理終了後に液膜Lfを振り切る際に
はより高速回転を行うように設計されている。
FIG. 4 shows a configuration example of a heat treatment apparatus suitable for use in the method (b-2). In this apparatus, a stage 33 for mounting a wafer W inside a low pressure chamber 31 having a cylindrical shape is accommodated. An exhaust port 32 is provided on the bottom side of the low-pressure chamber 31, and the inside thereof is exhausted by an exhaust device (not shown) connected in the direction of arrow A as necessary. The side wall surface and the bottom surface of the low-pressure chamber 31 are made of stainless steel, but the ceiling portion is a quartz window 34, so that infrared light hν from an infrared lamp 37 arranged outside the chamber can be taken in. . An oxidizing chemical supply pipe 35 for supplying an oxidizing chemical from the direction of arrow C is inserted into the low-pressure chamber 31, and the chemical is discharged onto the wafer W from a dispenser nozzle 36 attached to the tip thereof. As a result, a liquid film Lf is formed. Further, the stage 13 is rotatable about its support in the direction of arrow D, so that the oxidizing chemical can be quickly applied to the entire surface of the wafer W by centrifugal force. The rotational speed of the stage 13 is variable, and is designed to rotate at a higher speed when the liquid film Lf is shaken off after the heat treatment.

【0023】上述(a),(b)いずれの方法をとる場
合にも、本発明では熱処理時の加熱温度をおおよそ30
0℃以上とすることが好適である。これより低い温度範
囲では、ガス圧との組み合わせによっては十分な酸素拡
散速度が得られない虞れがある。一方、加熱温度の上限
に関しては、特に高誘電率膜を金属下部電極の上に積層
されるキャパシタ絶縁膜である場合には、該金属下部電
極の耐熱温度以下の温度域とすることが重要である。こ
の温度は下部電極を構成する金属の種類にもよるが、お
およそ600℃以下とすることが好適である。なお、こ
こで述べる金属下部電極には、バリヤメタルも含まれ
る。上記の温度範囲内であれば、バリヤメタルの劣化に
伴ってキャパシタ電極を構成する金属がキャパシタ絶縁
膜中へ拡散して新たな不純物準位を形成したり、あるい
は下地基板内に既に形成されている不純物拡散層の不純
物プロファイルが再拡散により変化したりする懸念もま
ずない。金属下部電極の代表的な構成材料としては、I
n,Pt,Ir,Ru,W等を例示することができる。
In any of the above methods (a) and (b), in the present invention, the heating temperature during the heat treatment is set to about 30.
The temperature is preferably set to 0 ° C. or higher. In a lower temperature range, a sufficient oxygen diffusion rate may not be obtained depending on a combination with the gas pressure. On the other hand, regarding the upper limit of the heating temperature, particularly when the high dielectric constant film is a capacitor insulating film laminated on the metal lower electrode, it is important that the temperature range be lower than the heat resistant temperature of the metal lower electrode. is there. This temperature depends on the type of metal constituting the lower electrode, but is preferably about 600 ° C. or less. Note that the metal lower electrode described here includes a barrier metal. Within the above temperature range, the metal constituting the capacitor electrode diffuses into the capacitor insulating film with the deterioration of the barrier metal to form a new impurity level, or has already been formed in the underlying substrate. There is almost no concern that the impurity profile of the impurity diffusion layer changes due to re-diffusion. A typical constituent material of the metal lower electrode is I
n, Pt, Ir, Ru, W, and the like.

【0024】なお、上記金属下部電極が、絶縁性の酸化
物を生成する金属材料で形成されていると、高誘電率膜
を貫通した酸素が金属下部電極との界面へ到達した場合
にそこへ絶縁膜が形成され、キャパシタ絶縁膜の実質的
な膜厚を増加させてキャパシタの容量を低下させる結果
となる。したがって、本発明では上述(a),(b)の
いずれの方法をとる場合にも、金属下部電極を導電性の
酸化物を与えるような金属材料で構成しておくことが特
に好適である。かかる金属材料の代表例としては、I
n,Ru,Irがある。
When the metal lower electrode is formed of a metal material that forms an insulating oxide, when oxygen penetrating through the high dielectric constant film reaches the interface with the metal lower electrode, the metal lower electrode is formed there. An insulating film is formed, which results in increasing the substantial thickness of the capacitor insulating film and reducing the capacitance of the capacitor. Therefore, in the present invention, it is particularly preferable that the metal lower electrode is made of a metal material that gives a conductive oxide, in any of the above methods (a) and (b). Representative examples of such metallic materials include I
n, Ru, and Ir.

【0025】以下、本発明の具体的な実施例について説
明する。実施例1 ここでは、前掲の図2に示した熱処理装置とO3 を含有
するガスとを用いて、Ta2 5 膜の改質を行った。ま
ず、使用したサンプル・ウェハの構造について図5を参
照しながら説明する。この図は、Ta2 5 膜をキャパ
シタ絶縁膜とする平面型キャパシタを有するDRAMの
製造途中の状態を表したものである。ここまでの工程を
簡単に説明すると、まずシリコン41基板上にたとえば
LOCOS法によりフィールド酸化膜42を形成した
後、このフィールド酸化膜42で規定される素子形成領
域でゲート酸化膜形成、ワード線43のパターニング、
LDDイオン注入、LDDサイドウォール形成、ソース
/ドレイン・イオン注入を順次行う。続いてウェハWの
全面を層間絶縁膜45で被覆し、ビット線コンタクト用
のコンタクトホール開口、ビット線46の形成、再度の
層間絶縁膜45の形成、蓄積ノード・コンタクト用のコ
ンタクトホール開口、パッド電極47によるコンタクト
ホール埋め込み、蓄積ノード電極48の全面成膜、パッ
ド電極47と蓄積ノード電極48の一括パターニング、
およびキャパシタ絶縁膜としてのTa2 5 膜49の全
面成膜を順次行って、図示される状態が得られる。ただ
し、この状態では、まだキャパシタ51は完成されてお
らず、Ta2 5 膜49の改質処理を終了した後にこの
上にプレート電極50が成膜されて、初めてキャパシタ
51となる。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. Example 1 In this example , the Ta 2 O 5 film was modified using the heat treatment apparatus shown in FIG. 2 and a gas containing O 3 . First, the structure of the used sample wafer will be described with reference to FIG. This figure shows a state in the course of manufacturing a DRAM having a planar capacitor using a Ta 2 O 5 film as a capacitor insulating film. To briefly explain the steps so far, first, a field oxide film 42 is formed on a silicon 41 substrate by, for example, the LOCOS method, and then a gate oxide film is formed in an element formation region defined by the field oxide film 42, and a word line 43 is formed. Patterning,
LDD ion implantation, LDD sidewall formation, and source / drain ion implantation are sequentially performed. Subsequently, the entire surface of the wafer W is covered with an interlayer insulating film 45, a contact hole opening for bit line contact, formation of a bit line 46, formation of an interlayer insulating film 45 again, contact hole opening for storage node contact, pad Filling contact holes with electrodes 47, depositing the entire surface of storage node electrode 48, batch patterning of pad electrode 47 and storage node electrode 48,
Then, the entire surface of the Ta 2 O 5 film 49 as the capacitor insulating film is sequentially formed, and the state shown in the figure is obtained. However, in this state, the capacitor 51 has not been completed yet, and after the modification process of the Ta 2 O 5 film 49 is finished, the plate electrode 50 is formed thereon before the capacitor 51 is formed.

【0026】上記のパッド電極47はたとえば不純物含
有ポリシリコン膜、また蓄積ノード電極48は厚さ約2
00nmのRuで形成されている。また、上記Ta2
5 膜49はペンタエトキシタンタルTa(OC2 5
5を用いたMOCVDにより約10nmの厚さに成膜さ
れており、原料ガスに由来する若干のC原子とH原子と
を膜中不純物として含有している。ここでは、成膜直後
の比誘電率εが16のTa2 5 膜49を用いた。
The pad electrode 47 is, for example, an impurity-containing polysilicon film, and the storage node electrode 48 is about 2 mm thick.
It is formed of Ru of 00 nm. In addition, the above Ta 2 O
5 Film 49 is made of pentaethoxy tantalum Ta (OC 2 H 5 )
The film is formed to a thickness of about 10 nm by MOCVD using 5, and contains some C atoms and H atoms derived from the source gas as impurities in the film. Here, a Ta 2 O 5 film 49 having a relative dielectric constant ε of 16 immediately after film formation was used.

【0027】このウェハWを図2の熱処理装置のステー
ジ13上に載置し、図示されない真空排気系統を用いて
高圧チャンバ11の内部を排気した。この高圧チャンバ
11の内容積は約1.0リットルである。またこれと同
時に、ヒータ14を用いてウェハWを450℃に加熱し
た。次に、高圧チャンバ11内に、O3 とHeとを1:
3のモル比で混合した混合ガスをガス導入管15より導
入して加圧し、チャンバ内部が100気圧に達したとこ
ろでさらに10分間維持した。
The wafer W was placed on the stage 13 of the heat treatment apparatus shown in FIG. 2, and the inside of the high-pressure chamber 11 was evacuated using a vacuum evacuation system (not shown). The internal volume of the high-pressure chamber 11 is about 1.0 liter. At the same time, the wafer W was heated to 450 ° C. using the heater 14. Next, O 3 and He are mixed in the high-pressure chamber 11 at 1:
A mixed gas mixed at a molar ratio of 3 was introduced from the gas introduction pipe 15 and pressurized, and was further maintained for 10 minutes when the inside of the chamber reached 100 atm.

【0028】この過程では、O3 から発生した酸素系活
性種が高圧条件下で速やかにTa25 膜49の内部へ
拡散し、酸素欠損による空孔を埋めると共に、膜中不純
物を酸化した。この結果、本発明では従来のプラズマ処
理よりやや高い程度の温度域で短時間の熱処理を行った
だけであるにもかかわらず、Ta2 5 膜49の比誘電
率εが22に上昇し、またリーク電流も約5桁(電解強
度=1MV/cm)低減された。また、Ta2 5 膜4
9の下地である蓄積ノード電極48にはRuを用いてい
るので、Ta2 5 膜49と蓄積ノード電極48との界
面まで酸素系活性種が拡散して該蓄積ノード電極48の
表面が酸化されても、生成する酸化物RuO2 は導電性
を有する。したがって、キャパシタ絶縁膜の見かけ上の
厚さが増大したり、これによりキャパシタ容量が低下す
る等の不都合は生じなかった。
In this process, the oxygen-based active species generated from O 3 rapidly diffused into the Ta 2 O 5 film 49 under high pressure conditions to fill the voids due to oxygen vacancies and oxidize impurities in the film. . As a result, in the present invention, the relative dielectric constant ε of the Ta 2 O 5 film 49 increases to 22 even though the heat treatment is performed for a short time in a temperature range slightly higher than the conventional plasma processing, Also, the leak current was reduced by about 5 orders (electrolytic strength = 1 MV / cm). Also, a Ta 2 O 5 film 4
Since Ru is used for the storage node electrode 48, which is the base of No. 9, oxygen-based active species diffuse to the interface between the Ta 2 O 5 film 49 and the storage node electrode 48, and the surface of the storage node electrode 48 is oxidized. Even so, the generated oxide RuO 2 has conductivity. Therefore, there were no problems such as an increase in the apparent thickness of the capacitor insulating film and a decrease in the capacitance of the capacitor due to the increase in the apparent thickness.

【0029】実施例2 ここでは、前掲の図1に示した熱処理装置とO3 を含有
するガスとを用いて、同じくDRAMのキャパシタ絶縁
膜を構成するTa2 5 膜の改質を行った。使用したサ
ンプル・ウェハは、実施例1で用いたものと同様であ
る。上記ウェハWを図1の熱処理装置のステージ3上に
載置し、図示されない真空排気系統を用いて高圧チャン
バ1の内部を排気した。この高圧チャンバ1の内容積は
約1.0リットルである。またこれと同時に、ヒータ4
を用いてウェハWを450℃に加熱した。次に、高圧チ
ャンバ1内に、O3 とHeとを1:3のモル比で混合し
た混合ガスをガス導入管5より導入して加圧し、チャン
バ内部が100気圧に達したところで紫外線ランプ7を
ONとし、この状態で10分間維持した。紫外線ランプ
7として、ここでは低圧水銀ランプを用いた。
Example 2 In this example, the Ta 2 O 5 film constituting the capacitor insulating film of the DRAM was also modified by using the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 and the gas containing O 3 . . The used sample wafer is the same as that used in Example 1. The wafer W was placed on the stage 3 of the heat treatment apparatus in FIG. 1, and the inside of the high-pressure chamber 1 was evacuated using a vacuum evacuation system (not shown). The internal volume of the high-pressure chamber 1 is about 1.0 liter. At the same time, the heater 4
Was used to heat the wafer W to 450 ° C. Next, a mixed gas obtained by mixing O 3 and He in a molar ratio of 1: 3 is introduced into the high-pressure chamber 1 through the gas introduction pipe 5 and pressurized. Was turned ON, and this state was maintained for 10 minutes. Here, a low-pressure mercury lamp was used as the ultraviolet lamp 7.

【0030】O3 は紫外域にハートレイ(Hartley) バン
ドと呼ばれる光吸収帯を有しており、波長310nm以
下の紫外線を照射すると、次の反応式 O3 +hν → O2 (1Δ) + O* (1D) により1重項酸素ラジカルO* (1D) を発生する。O3
は可視光でも分解されるが、このときの分解生成物は3
重項酸素であり、1重項酸素よりもエネルギーは低い。
このようにして発生した1重項酸素ラジカルO* (1D)
がTa2 5 膜49に効果的に作用する結果、本実施例
でもTa2 5 膜49の比誘電率εが23に上昇し、ま
たリーク電流も約5桁(電解強度=1MV/cm)低減
された。
[0030] O 3 has a light absorption band called Hartley (Hartley) band in the ultraviolet region, when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of at most 310 nm, the following reaction scheme O 3 + hν → O 2 ( 1 Δ) + O * (1 D) by generating singlet oxygen radicals O * a (1 D). O 3
Is decomposed by visible light, but the decomposition product at this time is 3
It is singlet oxygen and has lower energy than singlet oxygen.
The singlet oxygen radical O * ( 1 D) thus generated
There effectively act results in the Ta 2 O 5 film 49, also increases the dielectric constant ε 23 of the Ta 2 O 5 film 49 in this embodiment, also the leakage current is also about 5 orders of magnitude (electric field intensity = 1 MV / cm A) reduced.

【0031】実施例3 ここでは、前掲の図3に示した熱処理装置、および酸化
性薬液としてのH2 2 とを用い、同じくDRAMのキ
ャパシタ絶縁膜を構成するTa2 5 膜の改質を行っ
た。使用したサンプル・ウェハは、実施例1で用いたも
のと同様である。上記ウェハWを図3の熱処理装置のス
テージ23上に載置し、図示されない真空排気系統を用
いて低圧チャンバ21の内部を排気した。これと同時に
ヒータ24を用いてウェハWを450℃に加熱し、また
ヒータ26を用いてシャワーヘッドも約100℃に加熱
した。
Example 3 In this example, the heat treatment apparatus shown in FIG. 3 and H 2 O 2 as an oxidizing chemical were used to modify a Ta 2 O 5 film also constituting a capacitor insulating film of a DRAM. Was done. The used sample wafer is the same as that used in Example 1. The wafer W was placed on the stage 23 of the heat treatment apparatus in FIG. 3, and the inside of the low-pressure chamber 21 was evacuated using a vacuum evacuation system (not shown). At the same time, the wafer W was heated to 450 ° C. using the heater 24, and the shower head was also heated to about 100 ° C. using the heater 26.

【0032】この状態で、気化装置Iにて発生させたH
2 2 のミストMを低圧チャンバ21内へ送り込んだ。
ミストMは、キャリヤ・ガスであるN2 を1000SC
CMの流量で密閉容器27内へ吹き込むことにより生成
させた。この時のH2 2 は5.0g/分(H2 2
濃度は65%)の割合で低圧チャンバ21内に供給され
たことになる。また、ミストM供給時のチャンバ内圧力
は10Torr,熱処理時間は15分間とした。上記の
過程では、加熱されたウェハWに接触したH2 2 粒子
が直ちに熱分解を起こし、生成した酸素系活性種がTa
2 5 膜の改質に寄与した。本実施例でもTa2 5
49の比誘電率εが21に上昇し、またリーク電流も約
5桁(電解強度=1MV/cm)低減された。
In this state, H generated in the vaporizer I
The mist M of 2 O 2 was sent into the low pressure chamber 21.
The mist M converts the carrier gas N 2 to 1000 SC
It was produced by blowing into the closed container 27 at the flow rate of CM. At this time, H 2 O 2 was supplied into the low-pressure chamber 21 at a rate of 5.0 g / min (H 2 O 2 concentration was 65%). The pressure in the chamber when the mist M was supplied was 10 Torr, and the heat treatment time was 15 minutes. In the above process, the H 2 O 2 particles in contact with the heated wafer W immediately undergo thermal decomposition, and the generated oxygen-based active species becomes Ta.
This contributed to the modification of the 2 O 5 film. Also in this example, the relative dielectric constant ε of the Ta 2 O 5 film 49 was increased to 21, and the leak current was reduced by about 5 digits (electrolytic strength = 1 MV / cm).

【0033】実施例4 ここでは、前掲の図4に示した熱処理装置、および酸化
性薬液としてのH2 2 とを用い、同じくDRAMのキ
ャパシタ絶縁膜を構成するTa2 5 膜49の改質を行
った。使用したサンプル・ウェハは、実施例1で用いた
ものと同様である。上記ウェハWを図4の熱処理装置の
ステージ33上に載置し、図示されない真空排気系統を
用いて低圧チャンバ21の内部を排気した。なお、この
時の排気は、ウェハW上に形成される酸化性薬液Lの液
膜Lfを急速には蒸発させず、また熱処理終了後に振り
切られた液膜Lfを吸引できる程度の排気速度で行われ
ていれば良い。
Embodiment 4 In this embodiment , the heat treatment apparatus shown in FIG. 4 and H 2 O 2 as an oxidizing chemical were used, and the Ta 2 O 5 film 49 also constituting a capacitor insulating film of a DRAM was modified. The quality went. The used sample wafer is the same as that used in Example 1. The wafer W was placed on the stage 33 of the heat treatment apparatus in FIG. 4, and the inside of the low-pressure chamber 21 was evacuated using a vacuum evacuation system (not shown). The evacuation at this time is performed at such an evacuation speed that the liquid film Lf of the oxidizing chemical liquid L formed on the wafer W is not rapidly evaporated and that the liquid film Lf shaken off after the heat treatment can be sucked. It should be good.

【0034】この状態で、ディスペンサ・ノズル36か
らH2 2 水溶液を静かに吐出し、ステージ33を回転
させてウェハWの全面にこれを行き渡らせた。続いて、
赤外線ランプ37をONとして赤外光hνを照射した。
この赤外光は、シリコン基板41の基礎吸収帯と合致し
ていることから速やかにウェハWを昇温させることがで
き、これによりH2 2 の分解生成物によるTa2 5
膜49の改質を促進することができた。なお、酸化性薬
液Lは赤外線照射中に適宜補充しても良い。本実施例に
よっても、Ta2 5 膜49の比誘電率εが21に上昇
し、またリーク電流も約5桁(電解強度=1MV/c
m)低減された。
In this state, the H 2 O 2 aqueous solution was gently discharged from the dispenser nozzle 36, and the stage 33 was rotated to spread the H 2 O 2 solution over the entire surface of the wafer W. continue,
The infrared lamp 37 was turned on to irradiate infrared light hν.
Since the infrared light matches the basic absorption band of the silicon substrate 41, the temperature of the wafer W can be raised quickly, and thereby, Ta 2 O 5 due to decomposition products of H 2 O 2 can be obtained.
The modification of the film 49 could be promoted. Note that the oxidizing chemical liquid L may be appropriately replenished during infrared irradiation. Also according to the present embodiment, the relative dielectric constant ε of the Ta 2 O 5 film 49 increases to 21 and the leak current also increases by about 5 digits (electrolytic strength = 1 MV / c).
m) reduced.

【0035】以上、本発明の具体的な実施例を4例挙げ
たが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。たとえば、上述の各実施例では高誘電率膜とし
てTa2 5 膜、酸素系活性種を生成し得るガスとして
3 、酸化性薬液としてH22 、蓄積ノード電極の構
成金属としてRuを選択した場合について述べたが、材
料はこれらに限られるものではなく、本明細書中で例示
した材料を適宜組み合わせて用いることができる。この
他、熱処理装置の構成,サンプル・ウェハの構成や各部
の膜厚,熱処理条件等の細部、およびこれらの組み合わ
せについても、適宜変更や選択が可能である。
As mentioned above, four specific embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in each of the above embodiments, a Ta 2 O 5 film as a high dielectric constant film, O 3 as a gas capable of generating oxygen-based active species, H 2 O 2 as an oxidizing chemical, and Ru as a constituent metal of the storage node electrode. Although the case of selection is described, the material is not limited to these, and the materials exemplified in this specification can be used in appropriate combination. In addition, the details of the configuration of the heat treatment apparatus, the configuration of the sample wafer, the film thickness of each part, the heat treatment conditions, and the like, and combinations thereof, can be appropriately changed and selected.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば高誘電率膜の膜質改善を、従来よりも低温、
低ダメージかつ短時間にて行うことができる。したがっ
て、この高誘電率膜をDRAMのキャパシタ絶縁膜に適
用した場合には、高集積化に適し、かつ高速で信頼性の
高いDRAMを提供することが可能となる。また、上述
した高誘電率膜のうち、Ta2 5 以外のペロブスカイ
ト系複合酸化物は強誘電体でもあり、圧電性や焦点性も
兼ね備えている。したがって、本発明により高誘電率膜
が改質されることで、圧電素子,電気光学素子,赤外検
出素子,セラミクス・コンデンサ等のデバイスの性能も
著しく改善されることとなり、産業上の価値は極めて大
である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to improve the film quality of a high dielectric constant film at a lower temperature than in the conventional case.
It can be performed with low damage and in a short time. Therefore, when this high dielectric constant film is applied to a capacitor insulating film of a DRAM, it is possible to provide a DRAM which is suitable for high integration and has high speed and high reliability. In addition, among the high dielectric constant films described above, perovskite-based composite oxides other than Ta 2 O 5 are also ferroelectrics and have both piezoelectricity and focus. Therefore, by modifying the high dielectric constant film according to the present invention, the performance of devices such as a piezoelectric element, an electro-optical element, an infrared detecting element, and a ceramic capacitor is remarkably improved. Very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】光ファイバを含む紫外線照射手段と高圧チャン
バを備えた本発明の熱処理装置の一構成例を示す模式的
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a heat treatment apparatus of the present invention provided with ultraviolet irradiation means including an optical fiber and a high-pressure chamber.

【図2】本発明において高圧雰囲気下での熱処理に用い
られる熱処理装置の一構成例を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a heat treatment apparatus used for heat treatment under a high-pressure atmosphere in the present invention.

【図3】本発明において低圧ミスト雰囲気下での熱処理
に用いられる熱処理装置の一構成例を示す模式的断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a heat treatment apparatus used for heat treatment in a low-pressure mist atmosphere in the present invention.

【図4】本発明において赤外線照射による熱処理に用い
られる熱処理装置の一構成例を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a heat treatment apparatus used for heat treatment by infrared irradiation in the present invention.

【図5】本発明で改質される高誘電率膜を平面型キャパ
シタのキャパシタ絶縁膜とするDRAMの構成例を示す
模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a DRAM using a high dielectric constant film modified by the present invention as a capacitor insulating film of a planar capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11…高圧チャンバ 3,13,23,33…ステ
ージ 4,14,24,26…ヒータ 5,15…ガス
導入管 6…光ファイバ 7,37…紫外線ランプ
8,38…反射鏡 21,31…低圧チャンバ 27…
密閉容器 34…石英窓 35…酸化性薬液供給管 3
6…ディスペンサ・ノズル 48…蓄積ノード電極(下
部電極) 49…T2 5 膜(キャパシタ絶縁膜) 5
0…プレート電極(上部電極) 51…キャパシタ W
…ウェハ I…気化装置 M…ミスト L…薬液 Lf…酸化性液膜
1,11 high-pressure chamber 3,13,23,33 stage 4,14,24,26 heater 5,15 gas introduction tube 6 optical fiber 7,37 ultraviolet lamp
8, 38: Reflecting mirror 21, 31: Low pressure chamber 27:
Sealed container 34 ... Quartz window 35 ... Oxidizing chemical supply pipe 3
6 ... dispenser nozzles 48 ... storage node electrode (lower electrode) 49 ... T 2 O 5 film (capacitor insulating film) 5
0: plate electrode (upper electrode) 51: capacitor W
... Wafer I ... Vaporizer M ... Mist L ... Chemical liquid Lf ... Oxidizing liquid film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素系活性種を生成し得るガスを少なく
とも1気圧以上の分圧もしくは全圧にて含む雰囲気中
で、金属酸化物からなる高誘電率膜の熱処理を行うこと
を特徴とする高誘電率膜の改質方法。
1. A high-dielectric-constant film made of a metal oxide is heat-treated in an atmosphere containing a gas capable of generating oxygen-based active species at a partial pressure of at least 1 atm or a total pressure. A method for modifying a high dielectric constant film.
【請求項2】 前記熱処理を、前記高誘電率膜に対して
紫外線を照射しながら行うことを特徴とする請求項1記
載の高誘電率膜の改質方法。
2. The method for modifying a high dielectric constant film according to claim 1, wherein the heat treatment is performed while irradiating the high dielectric constant film with ultraviolet rays.
【請求項3】 前記高誘電率膜が金属下部電極の上に積
層されるキャパシタ絶縁膜であり、前記熱処理を該金属
下部電極の耐熱温度以下の温度域で行うことを特徴とす
る請求項1記載の高誘電率膜の改質方法。
3. The method according to claim 1, wherein the high dielectric constant film is a capacitor insulating film laminated on a metal lower electrode, and the heat treatment is performed in a temperature range equal to or lower than a heat resistant temperature of the metal lower electrode. The method for modifying a high dielectric constant film as described above.
【請求項4】 前記金属下部電極を、導電性の酸化物を
生成し得る金属材料を用いて形成することを特徴とする
請求項3記載の高誘電率膜の改質方法。
4. The method for modifying a high dielectric constant film according to claim 3, wherein the metal lower electrode is formed using a metal material capable of generating a conductive oxide.
【請求項5】 前記ガスとしてO3 を用いることを特徴
とする請求項1記載の高誘電率膜の改質方法。
5. The method according to claim 1, wherein O 3 is used as said gas.
【請求項6】 熱分解により酸素系活性種を生成し得る
液体を金属酸化物からなる高誘電率膜と接触させながら
熱処理を行うことを特徴とする高誘電率膜の改質方法。
6. A method for modifying a high dielectric constant film, wherein a heat treatment is performed while a liquid capable of generating oxygen-based active species by thermal decomposition is brought into contact with the high dielectric constant film made of a metal oxide.
【請求項7】 前記液体は、加熱された前記高誘電率膜
に対してエアロゾル状態で接触させることを特徴とする
請求項6記載の高誘電率膜の改質方法。
7. The method for modifying a high dielectric constant film according to claim 6, wherein the liquid is brought into contact with the heated high dielectric constant film in an aerosol state.
【請求項8】 前記液体は、熱処理開始前にその表面張
力により前記高誘電率膜上に保持させておくことを特徴
とする請求項6記載の高誘電率膜の改質方法。
8. The method for modifying a high dielectric constant film according to claim 6, wherein the liquid is held on the high dielectric constant film by the surface tension thereof before the start of the heat treatment.
【請求項9】 前記高誘電率膜が金属下部電極の上に積
層されるキャパシタ絶縁膜であり、前記熱処理を該金属
下部電極の耐熱温度以下の温度域で行うことを特徴とす
る請求項6記載の高誘電率膜の改質方法。
9. The method according to claim 6, wherein the high dielectric constant film is a capacitor insulating film laminated on a metal lower electrode, and the heat treatment is performed in a temperature range equal to or lower than a heat resistant temperature of the metal lower electrode. The method for modifying a high dielectric constant film as described above.
【請求項10】 前記金属下部電極を、導電性の酸化物
を生成し得る金属材料を用いて形成することを特徴とす
る請求項6記載の高誘電率膜の改質方法。
10. The method for modifying a high dielectric constant film according to claim 6, wherein the metal lower electrode is formed using a metal material capable of generating a conductive oxide.
【請求項11】 前記液体として過酸化水素水を用いる
ことを特徴とする請求項6記載の高誘電率膜の改質方
法。
11. The method according to claim 6, wherein a hydrogen peroxide solution is used as the liquid.
【請求項12】 被処理体を収容する耐圧容器と、 前記耐圧容器中に加圧雰囲気を生成させるための雰囲気
調整手段と、 前記耐圧容器中で被処理体を保持するステージと、 前記被処理体を加熱する加熱手段と、 前記被処理体に紫外線を照射する紫外線照射手段と、を
備えたことを特徴とする熱処理装置。
12. A pressure vessel for accommodating the object to be processed, an atmosphere adjusting means for generating a pressurized atmosphere in the pressure vessel, a stage for holding the object in the pressure vessel, A heat treatment apparatus comprising: a heating unit that heats a body; and an ultraviolet irradiation unit that irradiates the object to be processed with ultraviolet light.
【請求項13】 前記紫外線照射手段が、紫外線の放出
端面を被処理体に対向させるごとく配された光ファイバ
を含むことを特徴とする請求項12記載の熱処理装置。
13. The heat treatment apparatus according to claim 12, wherein said ultraviolet irradiation means includes an optical fiber disposed so that an ultraviolet light emitting end face faces a workpiece.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005054128A3 (en) * 2003-12-03 2006-04-20 Ge Healthcare Ltd Method and apparatus for synthesis of [11c] phosgen using concentrated [11c] carbon monoxide with uv light
US7148072B2 (en) 2004-05-28 2006-12-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for oxidizing conductive redeposition in TMR sensors

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