JP2000068265A - 酸化絶縁膜のアニ−ル方法 - Google Patents
酸化絶縁膜のアニ−ル方法Info
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- JP2000068265A JP2000068265A JP10255956A JP25595698A JP2000068265A JP 2000068265 A JP2000068265 A JP 2000068265A JP 10255956 A JP10255956 A JP 10255956A JP 25595698 A JP25595698 A JP 25595698A JP 2000068265 A JP2000068265 A JP 2000068265A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リーク電流を低減させることができ、短時間
で処理できる、キャパシタ絶縁膜として用いられるタン
タル酸化膜のアニール方法を提供する。 【解決手段】 酸化絶縁膜を形成した試料を３５０〜６
００℃に加熱するとともに、濃度１０〜２００ｇ／ｍ3
のオゾン雰囲気中で前記試料に紫外線を照射することを
特徴とする酸化絶縁膜のアニール方法。
で処理できる、キャパシタ絶縁膜として用いられるタン
タル酸化膜のアニール方法を提供する。 【解決手段】 酸化絶縁膜を形成した試料を３５０〜６
００℃に加熱するとともに、濃度１０〜２００ｇ／ｍ3
のオゾン雰囲気中で前記試料に紫外線を照射することを
特徴とする酸化絶縁膜のアニール方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化絶縁膜のアニー
ル方法の改良に関し、特に半導体メモリーのキャパシタ
絶縁膜として用いられるタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ
5 膜）のアニール方法に係わり、絶縁膜特性として必要
なリーク電流を低減させ、短時間で処理できる方法に関
する。
ル方法の改良に関し、特に半導体メモリーのキャパシタ
絶縁膜として用いられるタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ
5 膜）のアニール方法に係わり、絶縁膜特性として必要
なリーク電流を低減させ、短時間で処理できる方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一つのキャパシタと一つのトランジスタ
より構成されるメモリセルよりなるＤＲＡＭの高集積化
にともなって、キャパシタの面積も減少し、動作電圧も
低くなっている。
より構成されるメモリセルよりなるＤＲＡＭの高集積化
にともなって、キャパシタの面積も減少し、動作電圧も
低くなっている。
【０００３】しかしながら、情報の区分を可能にする電
荷量は一定量必要なのでキャパシタンスＣの確保に伴う
製造が難しくなっている。キャパシタの電荷量Ｑはキャ
パシタのキャパシタンスＣと動作電圧Ｖとの積から定め
られる。即ちＱ＝ＣＶである。
荷量は一定量必要なのでキャパシタンスＣの確保に伴う
製造が難しくなっている。キャパシタの電荷量Ｑはキャ
パシタのキャパシタンスＣと動作電圧Ｖとの積から定め
られる。即ちＱ＝ＣＶである。
【０００４】動作電圧が低い状態で一定量の電荷量を得
るには、キャパシタンスＣを大きくするしかない。現在
広く用いられているＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 膜より誘電率
が高く、ＤＲＡＭキャパシタの高誘電率として注目され
ているのはタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）である。
るには、キャパシタンスＣを大きくするしかない。現在
広く用いられているＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 膜より誘電率
が高く、ＤＲＡＭキャパシタの高誘電率として注目され
ているのはタンタル酸化膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）である。
【０００５】従来、タンタル膜の製造はＣＶＤなどでの
成膜工程と急速熱酸化膜法（ＲＴＯ）、プラズマ法など
のアニール工程から構成されている。
成膜工程と急速熱酸化膜法（ＲＴＯ）、プラズマ法など
のアニール工程から構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】絶縁膜としてのタンタ
ル酸化膜は一定量のキャパシタンスＣと低いリーク電流
特性が必要であり、現在これを実現するためにいろいろ
なアニール法が試みられている。
ル酸化膜は一定量のキャパシタンスＣと低いリーク電流
特性が必要であり、現在これを実現するためにいろいろ
なアニール法が試みられている。
【０００７】急速熱酸化膜法（ＲＴＯ）では約８００〜
９００℃の高温で処理されているが、高温のため下地電
極とタンタル膜が反応してキャパシタンスＣが低下す
る。
９００℃の高温で処理されているが、高温のため下地電
極とタンタル膜が反応してキャパシタンスＣが低下す
る。
【０００８】プラズマアニール法ではキャパシタンスＣ
を増やすためタンタル酸化膜が複雑形状化されている
が、影となる部分にプラズマが廻り込めずリーク電流が
充分低減できない、面内の均一性が不十分などの問題が
指摘されている。
を増やすためタンタル酸化膜が複雑形状化されている
が、影となる部分にプラズマが廻り込めずリーク電流が
充分低減できない、面内の均一性が不十分などの問題が
指摘されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を克服するため
の本発明による酸化絶縁膜のアニール方法として、オゾ
ン濃度１０〜２００ｇ／ｍ3 のオゾンと紫外線照射を併
用し、酸化絶縁膜を形成した試料を３５０〜６００℃に
加熱しながら処理を行うこと、また、処理後は、窒素雰
囲気で試料温度が３００℃以下に低下するまで冷却する
ことを特徴とする。
の本発明による酸化絶縁膜のアニール方法として、オゾ
ン濃度１０〜２００ｇ／ｍ3 のオゾンと紫外線照射を併
用し、酸化絶縁膜を形成した試料を３５０〜６００℃に
加熱しながら処理を行うこと、また、処理後は、窒素雰
囲気で試料温度が３００℃以下に低下するまで冷却する
ことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による酸化絶縁膜のアニー
ル方法は、オゾン、紫外線、熱による処理と、窒素雰囲
気で冷却する後処理から成っている。
ル方法は、オゾン、紫外線、熱による処理と、窒素雰囲
気で冷却する後処理から成っている。
【００１１】高濃度オゾン（Ｏ3 ）と紫外線（ＵＶ）の
併用により生成する酸素原子を用い、絶縁膜であるタン
タル酸化膜の内部の酸素欠陥を修復することによりリー
ク電流が低減できる。
併用により生成する酸素原子を用い、絶縁膜であるタン
タル酸化膜の内部の酸素欠陥を修復することによりリー
ク電流が低減できる。
【００１２】このときのアニール温度は３５０℃以上か
ら効果があり、温度が高くなるほど処理時間は短くてよ
いが６００℃を越えるとタンタル酸化膜と電極との反応
が進行するためかキャパシタンスＣが低くなり不具合が
発生する。
ら効果があり、温度が高くなるほど処理時間は短くてよ
いが６００℃を越えるとタンタル酸化膜と電極との反応
が進行するためかキャパシタンスＣが低くなり不具合が
発生する。
【００１３】さらに、このＵＶ／Ｏ3 処理後すぐに反応
室から試料を取り出すと温度変化が大きくストレスが加
わり、膜にダメージを与えたり、高温のため反応性に富
んでいて、外部雰囲気に含まれている水分、炭素などを
吸着して汚染される場合がある。
室から試料を取り出すと温度変化が大きくストレスが加
わり、膜にダメージを与えたり、高温のため反応性に富
んでいて、外部雰囲気に含まれている水分、炭素などを
吸着して汚染される場合がある。
【００１４】そこで、ＵＶ／Ｏ3 処理後窒素雰囲気に切
り替えて、試料を加熱ステージから離して３００℃まで
冷却させた後、処理室外に取り出すようにすると、リー
ク電流、電荷量の変化も少なく安定した膜特性がえられ
る。
り替えて、試料を加熱ステージから離して３００℃まで
冷却させた後、処理室外に取り出すようにすると、リー
ク電流、電荷量の変化も少なく安定した膜特性がえられ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。
する。
【００１６】図１はタンタル酸化膜を用いたキャパシタ
断面図である。Poly−Ｓｉの下部電極１に絶縁膜である
Ｔａ2 Ｏ5 ２をＣＶＤで蒸着させた後、アニールを施し
ＴｉＮの上部電極３を形成させた構造である。
断面図である。Poly−Ｓｉの下部電極１に絶縁膜である
Ｔａ2 Ｏ5 ２をＣＶＤで蒸着させた後、アニールを施し
ＴｉＮの上部電極３を形成させた構造である。
【００１７】本発明によるタンタル酸化膜のアニール方
法を図２と図３を用いて説明する。図２は処理装置でア
ニール処理中を示す図である。上部がランプ室で、下部
が処理室になっていて、上部と下部の間をノズル穴を複
数個設けた紫外線透過ガラス５で区分された構成になっ
ている。上部ランプ室には１８５と２５４ｎｍを主に放
射する低圧水銀ランプ４が配置され、ランプ室は窒素供
給口１０および排気口１１を設けてあり、ランプ点灯中
は窒素雰囲気とする。これはランプからの紫外線が空気
で吸収されないようにするためである。
法を図２と図３を用いて説明する。図２は処理装置でア
ニール処理中を示す図である。上部がランプ室で、下部
が処理室になっていて、上部と下部の間をノズル穴を複
数個設けた紫外線透過ガラス５で区分された構成になっ
ている。上部ランプ室には１８５と２５４ｎｍを主に放
射する低圧水銀ランプ４が配置され、ランプ室は窒素供
給口１０および排気口１１を設けてあり、ランプ点灯中
は窒素雰囲気とする。これはランプからの紫外線が空気
で吸収されないようにするためである。
【００１８】さらに、外部からランプ室を通って紫外線
透過ガラスのノズル穴につながってガス配管９が設けら
れオゾナイザで発生させた高濃度のオゾンが処理室に供
給される。処理室の底部に排気口１２があり強制排気さ
れる。
透過ガラスのノズル穴につながってガス配管９が設けら
れオゾナイザで発生させた高濃度のオゾンが処理室に供
給される。処理室の底部に排気口１２があり強制排気さ
れる。
【００１９】処理室の内部は昇降およびモーター８で回
転させるようにした加熱ステージ７が設けられており、
このステージの上面にはＴａ2 Ｏ5 が形成された試料の
ウエハ６が近接してのせられ、所定の温度に加熱される
ようになっている。
転させるようにした加熱ステージ７が設けられており、
このステージの上面にはＴａ2 Ｏ5 が形成された試料の
ウエハ６が近接してのせられ、所定の温度に加熱される
ようになっている。
【００２０】図３はアニール後処理を示す図である。処
理室のステージ７は下降し、アニールした試料６をリフ
トピン１３で加熱ステージ７から離し、同時に処理室の
ガスをオゾンから窒素に切り替えて窒素雰囲気にする。
試料は自然冷却され３００℃まで低下させて処理室外に
取り出す。
理室のステージ７は下降し、アニールした試料６をリフ
トピン１３で加熱ステージ７から離し、同時に処理室の
ガスをオゾンから窒素に切り替えて窒素雰囲気にする。
試料は自然冷却され３００℃まで低下させて処理室外に
取り出す。
【００２１】処理温度およびオゾン濃度を変えてアニー
ル実験した結果、温度を３５０（１０分）〜６００℃
（５分）、オゾン濃度を１０〜２００ｇ／ｍ3 の範囲で
あれば電圧１Ｖでのリーク電流密度は目標の１Ｅ−８Ａ
／ｃｍ2 以下となることが確認された。
ル実験した結果、温度を３５０（１０分）〜６００℃
（５分）、オゾン濃度を１０〜２００ｇ／ｍ3 の範囲で
あれば電圧１Ｖでのリーク電流密度は目標の１Ｅ−８Ａ
／ｃｍ2 以下となることが確認された。
【００２２】後処理の効果では、後処理なしではリーク
電流にバラツキがみられるが、後処理ありでは６００℃
の試料でも１分で３００℃まで低下して取り出すことが
でき、リーク電流のバラツキがない。
電流にバラツキがみられるが、後処理ありでは６００℃
の試料でも１分で３００℃まで低下して取り出すことが
でき、リーク電流のバラツキがない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の手段を用
いてタンタル酸化膜を成膜後、紫外線と高濃度オゾンと
最適な加熱によるアニールが低温・短時間ででき膜特性
のリーク電流も目標値まで低減した。また後処理によっ
て安定した高信頼性の絶縁膜を得ることができる。
いてタンタル酸化膜を成膜後、紫外線と高濃度オゾンと
最適な加熱によるアニールが低温・短時間ででき膜特性
のリーク電流も目標値まで低減した。また後処理によっ
て安定した高信頼性の絶縁膜を得ることができる。
【図１】タンタル酸化膜を用いたキャパシタの概略断面
図
図
【図２】本発明アニール方法に用いる装置概略図
【図３】本発明アニール後処理方法に用いる装置概略図
１ 下部電極 ２ タンタル酸化膜 ３ 上部電極 ４ 低圧水銀ランプ ５ 紫外線透過ガラス ６ 試料 ７ 加熱ステージ ８ モーター ９ ガス配管 １０ 窒素供給口 １１ 窒素排気口 １２ 処理室の排気口 １３ リフトピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F058 BA01 BA11 BC03 BC20 BF02 BF51 BF54 BF55 BF62 BF78 BH01 BH03 BH17 BH20 BJ01 BJ02 BJ04 BJ10 5F083 AD24 GA06 JA06 PR33
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化絶縁膜を形成した試料を３５０〜６
００℃に加熱するとともに、濃度１０〜２００ｇ／ｍ3
のオゾン雰囲気中で前記試料に紫外線を照射することを
特徴とする酸化絶縁膜のアニール方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の処理を行った後、ガス
を窒素に切り替え、試料温度が３００℃以下に低下する
まで一定時間冷却することを特徴とする酸化絶縁膜のア
ニール方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法による半導
体メモリーのキャパシタ酸化絶縁膜のアニール方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10255956A JP2000068265A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 酸化絶縁膜のアニ−ル方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10255956A JP2000068265A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 酸化絶縁膜のアニ−ル方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068265A true JP2000068265A (ja) | 2000-03-03 |
| JP2000068265A5 JP2000068265A5 (ja) | 2005-11-04 |
Family
ID=17285925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10255956A Pending JP2000068265A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 酸化絶縁膜のアニ−ル方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068265A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649218B2 (en) | 2000-05-22 | 2003-11-18 | Tokyo Electron Limited | Single substrate processing film forming method |
| JP2004153258A (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法 |
| JP2006319077A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Elpida Memory Inc | 金属酸化物誘電体膜の形成方法及び半導体記憶装置の製造方法 |
| JP2010212391A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
-
1998
- 1998-08-25 JP JP10255956A patent/JP2000068265A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649218B2 (en) | 2000-05-22 | 2003-11-18 | Tokyo Electron Limited | Single substrate processing film forming method |
| JP2004153258A (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法 |
| JP4526797B2 (ja) * | 2002-10-29 | 2010-08-18 | 三星電子株式会社 | トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法 |
| JP2006319077A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Elpida Memory Inc | 金属酸化物誘電体膜の形成方法及び半導体記憶装置の製造方法 |
| JP2010212391A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
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Legal Events
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