JP2001152339A - 原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法 - Google Patents

原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法を提供す
る。 【解決手段】 基板を含む反応チャンバに薄膜をなす元
素とリガンドを含む第１反応物を注入かつパージし、次
に第２反応物を注入且つパージする。第２反応物を薄膜
をなす元素との結合エネルギーがリガンドよりも大きい
物質を用いて薄膜をなす元素と第２反応物との化学反応
により薄膜を形成すると共に、副反応物の生成を防止す
る。または、第２反応物として水酸化基を含んでいない
物質を用い、第２反応物のパージ後に水酸化基を含んで
いる第３反応物と再び反応させることにより、薄膜内に
水酸化基の副産物の生成を抑止する。または、第２反応
物のパージ後に不純物の除去及び化学量論の向上のため
の第３反応物を注入及びパージする。これにより、薄膜
内に不純物が含まれていず、しかも化学量論に優れた薄
膜を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法に係
り、より詳細には、原子層蒸着法（ＡｔｏｍｉｃＬａｙ
ｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）を用いた薄膜形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、薄膜は、半導体素子の誘電
膜、液晶表示素子の透明な導電体及び電子発光薄膜表示
素子の保護層など、各種の用途で使われる。前記薄膜は
ゾル−ゲル法、スパッタリング法、電気メッキ法、蒸気
法、化学気相蒸着法、ＡＬＤ法等により形成されてい
る。
【０００３】中でも、ＡＬＤ法は、化学気相蒸着法に比
べて優れた段差被覆性が得られ、かつ低温工程が可能で
あるという長所をもっている。このようなＡＬＤ法は、
熱分解ではなく、各反応物の周期的な供給を通じた化学
的置換により反応物を分解して薄膜を形成する方法であ
る。ここでは、従来の原子層蒸着法を用い、半導体素子
の誘電膜として用いられるアルミニウム酸化膜を形成す
る方法について詳細に説明する。
【０００４】図１は、従来の原子層蒸着法を用いたアル
ミニウム酸化膜の形成過程を説明するためのフローチャ
ートであり、図２Ａないし図２Ｄは、図１に示したアル
ミニウム酸化膜の形成時の反応メカニズムを説明するた
めに示す図である。
【０００５】具体的には、まず、基板（Ｓ）の搬入され
た反応チャンバ（図示せず）に第１反応物（Ａ）、すな
わち、薄膜をなすアルミニウム（ａ1）とメチルリガン
ド（ａ2）よりなるトリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3、「ＴＭＡ」と称する）を注入する（ステップ
１）。
【０００６】次に、物理吸着されている第１反応物
（Ａ）を不活性ガスのパージにより除去する（ステップ
３）。これにより、図２Ａに示されたように、基板
（Ｓ）上に第１反応物（Ａ）が化学吸着される。
【０００７】次に、第１反応物（Ａ）の化学吸着された
反応チャンバに第２反応物（Ｂ）、すなわち、酸素（ｂ
1）と水素ラジカル（ｂ2）よりなる水蒸気（Ｈ2Ｏ）を
注入する（ステップ５）。これにより、図２Ｂに示され
たように、第２反応物（Ｂ）が第１反応物（Ａ）に化学
吸着される。
【０００８】ここで、前記化学吸着された第２反応物
（Ｂ）の水素ラジカル（ｂ2）は、図２Ｃに示されたよ
うに、第１反応物（Ａ）のメチルリガンド（ａ2）に移
動して第１反応物（Ａ）からメチルリガンドが分離され
る。すると、下記化学式（１）及び図２Ｄに示されたよ
うに、前記移動した第２反応物（Ｂ）の水素ラジカル
（ｂ2）が分離された第１反応物（Ａ）のメチルリガン
ド（ａ2）と反応してＣＨ4よりなる揮発性の気相物質
（Ｄ）を形成する。そして、基板（Ｓ）上には第１反応
物（Ａ）のアルミニウム（ａ1）及び第２反応物（Ｂ）
の酸素（ｂ1）の反応によりアルミニウム酸化膜（Ｃ）
が形成される。この反応を化学式で示すと、下記（１）
式のとおりである。
【０００９】 ２Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｈ2Ｏ→Ａｌ2Ｏ3＋６ＣＨ4 …（１） 次に、前記ＣＨ4よりなる揮発性の気相物質（Ｄ）と反
応してない水蒸気は不活性ガスのパージによって除去す
る（ステップ７）。
【００１０】次に、前記形成されたアルミニウム酸化膜
（Ｃ）の厚さが適宜であるかどうかを確認し（ステップ
９）、必要ならば前記ステップ１からステップ７までの
段階を周期的に繰り返し行う。
【００１１】ところが、従来のＡＬＤ法は、水素ラジカ
ル（ｂ2）の移動によってメチルリガンド（ａ2）が除去
されるため、下記化学式２に示されたように、水素ラジ
カル（ｂ2）の移動に応じて残存するＯＨラジカルによ
って副反応が発生する。この反応を化学式で示すと、下
記（２）式のとおりである。
【００１２】 Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｈ2Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）3＋３ＣＨ4 …（２） このように副反応が発生する場合、アルミニウム酸化膜
（Ｃ）内に好ましくない不純物、例えば、Ａｌ（ＯＨ）
3が含まれる。このようにＡｌ（ＯＨ）3などの不純物が
含まれると、所望の薄膜特性が得られなくなる。特に、
含Ａｌ（ＯＨ） 3の前記アルミニウム酸化膜を半導体素
子の誘電膜に適用する場合電子のトラップサイトや電流
リークサイトとして作用し、誘電膜の性質を低下させる
結果となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みて成されたものであり、その目的は、原子層蒸着法
を用いる場合に、好ましくない不純物の形成を抑止して
化学量論に優れた薄膜が得られる薄膜形成方法を提供す
ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法
は、基板を含む反応チャンバに、薄膜をなす元素及びリ
ガンドを含む第１反応物を注入して、前記基板上に第１
反応物を化学吸着させる。次に、前記反応チャンバを不
活性ガスでパージして物理吸着された第１反応物を除去
する。続いて、前記反応チャンバに前記薄膜をなす元素
との結合エネルギーが前記リガンドよりも大きい第２反
応物を注入して前記薄膜をなす元素及び第２反応物の化
学反応によって原子層単位の薄膜を形成すると共に、副
反応物の生成なしに前記リガンドを除去することを特徴
とする。
【００１５】特に、本発明では、第２反応物（Ｂ）から
第１反応物（Ａ）へのラジカルの移動なしに結合エネル
ギーの違いにより第１反応物（Ａ）のリガンドが分離さ
れる。そして、リガンド間の結合によって揮発性の気相
物質が形成され、この気相物質はパージにより除去され
る。これにより、本発明では、ラジカルの移動がないた
め副反応による薄膜内の不純物の生成を抑止でき、その
結果、優れた化学量論的な薄膜を得ることができる。
【００１６】また、本発明による原子層蒸着法を用いた
薄膜形成方法は、基板（Ｓ）上に第１反応物を化学吸着
させた後、反応チャンバを不活性ガスでパージして物理
吸着された第１反応物を除去する。次に、前記反応チャ
ンバに水酸化基を含まない第２反応物を注入して前記化
学吸着された第１反応物を金属−酸素原子層に置換させ
る。次に、前記反応チャンバを不活性ガスでパージして
物理吸着された第２反応物を除去する。次に、前記反応
チャンバに第３反応物を注入して前記化学吸着された第
１反応物の残余分を金属−酸素原子層に置換させ、水酸
化基の生成が抑止された状態で原子層単位の金属酸化膜
を形成する。また、前記第３反応物の注入後に、不純物
の除去及び化学量論の向上のための第４反応物、例えば
オゾンガスを注入し、不活性ガスでパージすることもで
きる。
【００１７】好ましくは、前記第１反応物としては金属
反応物を用い、前記水酸化基を含まない第２反応物とし
てはＮ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3またはＣＯ2を用い、前記第３反応
物としては酸化ガスを用いる。また、好ましくは、前記
第１反応物の注入段階から第３反応物の注入段階までの
前記反応チャンバの温度は１００〜４００℃に保たれ
る。ここで、前記基板がシリコン基板である場合、前記
第１反応物の注入前に酸化ガスを注入して基板の表面の
ダングリングボンドを終端処理することもできる。
【００１８】また、本発明による原子層蒸着法を用いた
薄膜形成方法は、基板（Ｓ）上に前記第１反応物を化学
吸着させた後、反応チャンバを不活性ガスでパージして
物理吸着された第１反応物を除去する。次に、前記反応
チャンバに第２反応物を注入して第１反応物及び第２反
応物の化学置換により原子層単位の薄膜を形成する。次
に、前記反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸
着された第２反応物を除去した後、前記薄膜の形成され
た反応チャンバに不純物の除去及び化学量論の向上のた
めの第３反応物を注入する。
【００１９】好ましくは、前記第１反応物としては金属
反応物を用い、第２及び第３反応物としては酸化ガスを
用いる。また、好ましくは、前記第１反応物としては金
属反応物を用い、第２及び第３反応物としては窒化ガス
を用いる。ここで、前記基板がシリコン基板である場
合、前記第１反応物の注入前に酸化ガスまたは窒化ガス
をさらに注入して基板表面のダングリングボンドを終端
処理することもできる。好ましくは、前記第１反応物の
注入段階から第３反応物の注入段階までの前記反応チャ
ンバの温度は１００〜４００℃に保たれる。
【００２０】本発明によると、水酸化基などの好ましく
ない副産物の生成を防止ないし抑止して不純物を含むこ
となく、かつ化学量論に優れた薄膜を得ることができ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の実施の形態について詳細に説明する。しかし、後
述する本発明の実施の形態は各種の形態に変形でき、本
発明の範囲が後述する実施の形態に限定されることはな
い。本発明の実施の形態は当業界における通常の知識を
有した者に本発明をより完全に説明するために提供され
るものである。なお、図中、膜または領域の大きさまた
は厚さは明細書の明確性のために誇張されている。ま
た、ある膜が他の膜または基板の「上」にあると記載さ
れている場合、前記ある膜が前記他の膜の上に直接的に
存在することもできれば、その間に第３の膜を介在され
ることもできる。
【００２２】図３は、本発明の原子層蒸着法を用いた薄
膜形成方法に用いられる原子層薄膜形成装置を説明する
ための概略図である。
【００２３】この原子層薄膜形成装置は、外部のヒータ
ー（図示せず）により加熱される反応チャンバ１１と、
基板１５、例えばシリコン基板が置かれるように前記反
応チャンバ１１の底面に設けられたサセプタ１３と、反
応ガスが前記反応チャンバ１１の内部に注入されるよう
に前記サセプタ１３の上部に設けられたシャワーヘッド
１７と、前記反応チャンバ１１の内部の圧力を調節する
ために前記反応チャンバ１１と連結された真空ポンプ１
９とを具備する。
【００２４】前記シャワーヘッド１７には、互いに別々
の２本のガス注入管Ａ及びＢが連結されている。そし
て、このシャワーヘッド１７には、第１反応物、不活性
ガス、第２反応物及び第３反応物が注入される。第１反
応物は金属反応物であり、不活性ガスは窒素ガスやアル
ゴンガスであり、第２反応物は水酸化基を含んでいない
酸化ガス、例えばＮ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3またはＣＯ2ガス、ま
たは水蒸気であり、第３反応物は水蒸気や活性化した酸
化剤であって、酸素ラジカルを含んでいる物質、例え
ば、オゾン、プラズマＯ2、プラズマＮ2Ｏである。図３
において、便宜上第２反応物及び第３反応物を別々に構
成したが、単一に構成しても良い。
【００２５】そして、第１反応物及び不活性ガスは、前
記ガス注入管Ａを通じて反応チャンバ１１の内部に注入
され、第２反応物及び第３反応物は、前記ガス注入管Ｂ
を通じて反応チャンバ１１の内部に注入される。ここ
で、前記第１反応物と第２反応物及び第３反応物のガス
管を別々にしたのは、単一のガス管（ＡまたはＢ）内で
の反応物間の反応を抑止するためである。
【００２６】前記第１反応物及び前記不活性ガスは、各
々第１弁Ｖ１及び第２弁Ｖ２により反応チャンバ１１の
内部への注入が制御され、前記第２反応物及び第３反応
物は各々第３弁Ｖ３、第４弁Ｖ４によって前記反応チャ
ンバ１１の内部への注入が制御される。
【００２７】以下、図３の原子層薄膜形成装置を用いた
薄膜形成方法の各種の実施の形態について説明する。
【００２８】第１の実施の形態 図４Ａないし図４Ｄは、本発明を適用した第１の実施の
形態による原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法の反応メ
カニズムを説明するための図面である。
【００２９】まず、基板（図３の１５）、例えばシリコ
ン基板の搬入された反応チャンバ１１に、薄膜をなす元
素（ａ1）とリガンド（ａ2）よりなる第１反応物（Ａ）
を注入して基板１５上に第１反応物（Ａ）を化学吸着さ
せた後、物理吸着されている第１反応物（Ａ）を不活性
ガスのパージにより除去する（図４Ａ参照）。
【００３０】次に、第１反応物（Ａ）の吸着された反応
チャンバ１１に第２反応物（Ｂ）を注入する。これによ
り、第２反応物（Ｂ）は第１反応物（Ａ）に化学吸着さ
れる。ここで、前記第２反応物（Ｂ）としては、第１反
応物（Ａ）との反応性が大きい不完全な物質を用いる。
そして、第２反応物（Ｂ）としては、前記第２反応物
（Ｂ）と第１反応物（Ａ）の薄膜をなす元素（ａ1）と
の結合エネルギーが前記第１反応物（Ａ）の薄膜をなす
元素（ａ1）とリガンド（ａ2）との結合エネルギーより
も大きい物質を用いる（図４Ｂ参照）。
【００３１】図４Ｃを参照すれば、前記第２反応物
（Ｂ）と第１反応物（Ａ）の薄膜をなす元素（ａ1）と
の結合エネルギーが前記第１反応物（Ａ）の薄膜をなす
元素（ａ1）とリガンド（ａ2）との結合エネルギーより
も大きいため、第２反応物（Ｂ）は第１反応物（Ａ）の
薄膜をなす元素（ａ1）と結合しようとし、かつ第１反
応物（Ａ）からリガンド（ａ2）は分離される。
【００３２】次に、前記第１反応物（Ａ）から分離され
たリガンド（ａ2）は不安定な状態であるため、リガン
ド（ａ2）間の結合によって揮発性の気相物質（Ｄ）を
形成する。そして、基板１５上には第１反応物（Ａ）の
薄膜をなす元素（ａ1）及び第２反応物（Ｂ）の反応に
よって原子層単位の薄膜（Ｃ）が形成される。前記揮発
性の気相物質（Ｄ）は不活性ガスのパージによって除去
される（図４Ｄ参照）。
【００３３】次に、図４Ａないし図４Ｄに示された結合
エネルギーの違いを用いた薄膜形成方法をアルミニウム
酸化膜の形成過程に適用した場合を例にとって説明す
る。
【００３４】図５は、前記第１の実施の形態によるアル
ミニウム酸化膜の形成過程を説明するためのフローチャ
ートであり、図６Ａないし図６Ｄは、図５の原子層蒸着
法を用いてアルミニウム酸化膜を形成するときの反応メ
カニズムを説明するための図面である。
【００３５】まず、基板（図３の１５）、例えばシリコ
ン基板の搬入された反応チャンバ１１に、第１反応物と
して薄膜をなすアルミニウム（ａ1）とメチルリガンド
（ａ2）よりなるトリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3、ＴＭＡ：「Ａ」）を注入する（ステップ１０
１）。次に、物理吸着されているＴＭＡを不活性ガスで
１次パージして除去する（ステップ１０３）。これによ
り、図６Ａに示されたように、基板１５上にＴＭＡが化
学吸着される。
【００３６】次に、ＴＭＡの吸着された反応チャンバ１
１に、第２反応物として活性化した酸化剤であるオゾン
（Ｂ）を注入する（ステップ１０５）。これにより、オ
ゾン（Ｂ）は、図６Ｂに示されたように、ＴＭＡのアル
ミニウム（ａ1）に化学吸着される。
【００３７】ここで、前記オゾン（Ｂ）は、ＴＭＡとの
反応性が大きく、かつ不完全な物質である。そして、前
記オゾン（Ｂ）はＴＭＡのアルミニウム（ａ1）との結
合エネルギーが約５４０ｋＪ／ｍｏｌであって、前記Ｔ
ＭＡのアルミニウム（ａ1）とメチルリガンド（ａ2）と
の結合エネルギー（例えば、Ａｌ−Ｃ結合エネルギー）
である２５５ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい物質である。前
記オゾン（Ｂ）とＴＭＡの薄膜をなす元素であるアルミ
ニウム（ａ1）との結合エネルギーが前記ＴＭＡの薄膜
をなす元素であるアルミニウム（ａ1）とメチルリガン
ド（ａ2）との結合エネルギーよりも大きいため、図６
Ｃに示されたように、ＴＭＡからメチルリガンド
（ａ2）が分離される。
【００３８】また、前記ＴＭＡから分離されたメチルリ
ガンド（ａ2）は不安定な状態であるため、図６Ｄに示
されたように、メチルリガンド（ａ2）間の結合によっ
てＣ2Ｈ6よりなる揮発性の気相物質（Ｄ）を形成する。
そして、基板１５上にはＴＭＡの薄膜をなすアルミニウ
ム（ａ1）とオゾン（Ｂ）との反応によって、下記化学
式（３）に示されたように原子層単位のアルミニウム酸
化膜（Ｃ）が形成される。
【００３９】 ２Ａｌ（ＣＨ3）3＋Ｏ3→Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ2Ｈ6 …（３） 次に、前記反応チャンバを不活性ガスで２次パージして
前記の揮発性の気相物質（Ｄ）と反応してないメチルリ
ガンド（ａ2）を除去する（ステップ１０７）。続い
て、前記形成されたアルミニウム酸化膜の厚さが適宜で
あるかどうかを確認し（ステップ１０９）、必要ならば
前記ステップ１０１からステップ１０７までの段階を周
期的に繰り返し行う。
【００４０】この実施の形態では、第２反応物としてオ
ゾンを使用したが、紫外線を使ってオゾンをさらに活性
化させることもできる。また、前記活性化した酸化剤と
して、オゾンに代えて、下記化学式（４）に示されたよ
うに、プラズマＯ2やプラズマＮ2Ｏを使用することもで
きる。 ＴＭＡ＋Ｏ2（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）⇒４Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｏ2 →Ａｌ2Ｏ3＋６Ｃ2Ｈ6 …（４） 図７及び図８は各々、従来の技術及び本発明の第１の実
施の形態によってアルミニウム酸化膜を形成するときの
ＲＧＡ（Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｇａｓ ａｎａｌｙｓｉ
ｓ）データを示すグラフである。図７及び図８におい
て、矢印で表示された区間がアルミニウム酸化膜が形成
される区間である。
【００４１】前述したように、第２反応物（Ｂ）と第１
反応物（Ａ）との反応メカニズムに応じて除去されるリ
ガンドの形態が異なるため、工程中に発生する物質も異
なってくる。すなわち、従来は、図７のように、第１反
応物（Ａ）としてＴＭＡを、そして第２反応物（Ｂ）と
して水蒸気（Ｈ2Ｏ）を使用する場合には、水蒸気から
水素ラジカルを受けて生成されたＣＨ3 +、ＣＨ4 +が主な
副産物として検出される。これに対し、本発明による第
１の実施の形態により、図８のように、第１反応物
（Ａ）としてＴＭＡを、そして第２反応物（Ｂ）として
オゾンを使用する場合にはＣＨ3リガンドが除去され
て、Ｃ2Ｈ5 +やＣ2Ｈ6 +が副産物として検出されることが
分かる。
【００４２】図９は、従来の技術及び本発明の第１の実
施の形態によりアルミニウム酸化膜を形成する場合にお
けるサイクル数によるアルミニウム酸化膜の厚さを示す
グラフである。
【００４３】原子層蒸着法は、表面調節工程であるた
め、各反応物の供給サイクル数により蒸着される薄膜の
厚さが決定される。すなわち、サイクルに応じて線形的
に厚さが増大するなら、原子層蒸着法により薄膜が形成
されるということを意味する。図９に示されたように、
従来及び本発明共に線形的に厚さが増大するため、原子
層蒸着法を用いて薄膜が形成されるということが分か
る。
【００４４】ところが、第２反応物（Ｂ）として水蒸気
を用いる従来技術（●にて表示）とオゾンを用いる本発
明（○にて表示）との間には、潜伏サイクルの違いが見
られる。すなわち、本発明では潜伏サイクルなしに初期
サイクルから蒸着がなされるのに対し、従来技術では１
２サイクルの潜伏期間が経過してから薄膜が蒸着され
る。このことは、初期界面が異質的な反応によって形成
されるので、本発明の場合がより安定的にアルミニウム
酸化膜が形成されるということを意味する。
【００４５】図１０は、従来及び本発明の第１の実施の
形態によって形成されたアルミニウム酸化膜の温度によ
るストレス履歴を示すグラフである。
【００４６】第１反応物（Ａ）としてＴＭＡを、そして
第２反応物（Ｂ）として水蒸気を用いて形成された従来
のアルミニウム酸化膜のストレス履歴（□にて表示）
は、ストレスの形態が４５０℃で引張ストレスから圧縮
ストレスに変わる。これに対し、第１反応物ＡとしてＴ
ＭＡを、そして第２反応物（Ｂ）としてオゾンを用いて
形成された本発明のアルミニウム酸化膜のストレス履歴
（●にて表示）は、全温度範囲に亘って引張ストレスに
ストレスモードが変わらないため、膜そのものが熱に対
してより安定的であることが分かる。
【００４７】図１１は、従来の技術及び本発明の第１実
施の形態によって形成されたアルミニウム酸化膜の後ア
ニーリング条件による厚さ収縮率を示すグラフである。
【００４８】図１１のＸ軸においてＮ４５０、Ｎ７５
０、Ｎ８３０は各々４５０℃、７５０℃、８３０℃の窒
素雰囲気下で後アニーリングを行ったサンプルであり、
Ｏ４５０、Ｏ７５０、Ｏ８３０は各々４５０℃、７５０
℃、８３０℃の酸素雰囲気下で後アニーリングを行った
サンプルであり、ＲＴＯは８５０℃で急速熱酸化させた
サンプルである。従来の技術及び本発明の第１実施の形
態によって形成されたアルミニウム酸化膜は、後アニー
リングの温度及びガス条件によって厚さ収縮率（厚さ減
少率）が大きく変わらないことが分かる。
【００４９】図１２及び図１３は各々、従来の技術及び
本発明の第１実施の形態によって形成されたアルミニウ
ム酸化膜の波長による吸収常数及び屈折率を示すグラフ
である。
【００５０】従来の技術及び本発明の第１実施の形態に
よって形成されたアルミニウム酸化膜は、図１２に示さ
れたように、１８０〜９００ｎｍの広い波長帯で吸収常
数が０．００５以下の値を有する優れた透明度を表す。
そして、従来の技術及び本発明の第１実施の形態によっ
て形成されたアルミニウム酸化膜の屈折率は、図１３に
示されたように、１８０〜９００ｎｍの広い波長帯で大
きく変わらないことが分かる。
【００５１】図１４は、従来の技術及び本発明の第１実
施の形態によって形成されたアルミニウム酸化膜の後ア
ニーリング温度及び雰囲気ガスによる湿式エッチング速
度を各々示すグラフである。
【００５２】図１４のＸ軸において、「ａｓ−ｄｅｐ」
は基板上に蒸着した後にアニーリングしていないサンプ
ルであり、Ｎ４５０、Ｎ７５０、Ｎ８３０は各々４５０
℃、７５０℃、８３０℃の窒素雰囲気下で後アニーリン
グを行なったサンプルである。また、Ｏ４５０、Ｏ７５
０、Ｏ８３０は各々４５０℃、７５０℃、８３０℃の酸
素雰囲気下で後アニーリングを行ったサンプルであり、
ＲＴＰは８５０℃の酸素雰囲気下で急速熱酸化させたサ
ンプルである。そして、Ｙ軸は、各々のサンプルに対し
て２００：１のＨＦ溶液で湿式エッチングを行ったとき
のエッチング速度を表す。
【００５３】図１４に示されたように、従来の技術及び
本発明の第１実施の形態によって形成されたアルミニウ
ム酸化膜は、アニーリング条件に無関係にアニーリング
温度が増大するに従って湿式エッチング速度が落ちる。
特に、８００℃以上で後アニーリングを行えば、エッチ
ング速度が２〜３Å／ｍｉｎに急減する。また、８００
℃以下で後アニーリングを行えば、本発明の第１の実施
の形態によるアルミニウム酸化膜のエッチング速度が従
来に比べて約３０％小さくなることが分かる。これよ
り、オゾンを酸化ガスとして用いる場合がＨ2Ｏを酸化
ガスとして用いる場合よりも化学的に安定していること
が分かる。
【００５４】以下、本発明の第１の実施の形態によって
形成されたアルミニウム酸化膜を半導体素子に採用した
場合について説明する。
【００５５】図１５は、本発明の第１の実施の形態によ
って形成された誘電膜が採用された半導体素子のキャパ
シタ構造を示す断面図である。
【００５６】本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用された半導体素子のキャパシタは、基
板２０１、例えばシリコン基板上に形成された下部電極
２０５、誘電膜２０７及び上部電極２０９を含む。図１
５中、参照番号２０３は層間絶縁膜であり、参照番号２
１１はキャパシタの上部電極上に形成されるキャッピン
グ膜である。
【００５７】以下、前記上部電極２０９及び下部電極２
０５の両方を不純物のドーピングされたポリシリコン膜
で構成し、かつ誘電膜２０７を本発明の第１の実施の形
態によって形成されたアルミニウム酸化膜で構成したキ
ャパシタを「ＳＩＳキャパシタ」と呼ぶ。そして、前記
下部電極２０５を不純物のドーピングされたポリシリコ
ン膜で構成し、誘電膜２０７を本発明の第１の実施の形
態によって形成されたアルミニウム酸化膜で構成し、上
部電極２０９はＴｉＮ膜で構成した場合を「ＭＩＳキャ
パシタ」と呼ぶ。また、前記上部電極２０９及び下部電
極２０５の両方を白金族貴金属膜、例えばＰｔ、Ｒｕ等
で構成し、誘電膜２０７を絶縁膜、例えばタンタル酸化
膜やＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ3）膜で構成したキャパシ
タを「ＭＩＭキャパシタ」と呼ぶ。
【００５８】図１６は、本発明の第１の実施の形態によ
って形成された誘電膜が採用された半導体素子のトラン
ジスタ構造を示す断面図である。
【００５９】本発明の第１の実施の形態による誘電膜が
採用された半導体素子は、第１電極としてリン、ひ素、
ボロン、フッ素などの不純物がドーピングされたシリコ
ン基板３０１と、誘電膜としてゲート絶縁膜３０５と、
第２電極としてゲート電極３０７とを具備する。図１６
中、参照番号３０３は不純物ドーピング領域であって、
ソースまたはドレイン領域を表す。
【００６０】ここで、本発明の半導体素子のトランジス
タ構造は、キャパシタ構造と比較するとき、シリコン基
板３０１は下部電極に対応し、ゲート電極３０７は上部
電極に対応する。また、前記ゲート絶縁膜３０５はキャ
パシタの誘電膜に対応する。
【００６１】次に、説明の便宜上キャパシタ構造を参照
して誘電膜の絶縁特性を説明するが、トランジスタ構造
でも同一に適用できる。
【００６２】図１７は、従来のキャパシタ及び本発明の
第１の実施の形態によって形成された誘電膜が採用され
たＳＩＳキャパシタの印加電圧による漏れ電流特性を説
明するために示すグラフである。
【００６３】本発明のＳＩＳキャパシタ（○にて表示）
は、従来のキャパシタ（●にて表示）と比較して、誘電
膜の形成方法を異ならしめたことを除いては同一に構成
した。図１７に示されたように、一般的な半導体素子の
キャパシタで許容可能な漏れ電流密度である１Ｅ−７Ａ
／ｃｍ2において、本発明のＳＩＳキャパシタは従来の
キャパシタよりも約０．４Ｖだけ印加電圧を大きくでき
ることが分かる。したがって、本発明のＳＩＳキャパシ
タは一定の漏れ電流値で誘電膜の厚さをより低くでき、
半導体素子の集積化に有利である。なお、漏れ電流密度
「１Ｅ−７」などは、「１×１０-7」などを示すもので
ある。これは本明細書および図面において同様である。
【００６４】図１８は、本発明の第１実施の形態によっ
て形成された誘電膜が採用されたＳＩＳキャパシタの等
価酸化膜によるリーク電流密度が１Ｅ−７Ａ／ｃｍ2以
上になる絶縁特性を示す離陸電圧のグラフである。な
お、離陸電圧とは前記図１７のように、低部傾斜が急激
に変わるような特性を示す電圧のことである。
【００６５】図１８に示したように、本発明によるＳＩ
Ｓキャパシタは、等価酸化膜の厚さが３５Åまでは安定
的な絶縁特性を示すため、離陸電圧があまり減少しな
い。そして、等価酸化膜の厚さが３５Å以下になると、
離陸電圧が急減されて絶縁特性が弱くなる。
【００６６】図１９は、本発明の第１の実施の形態によ
って形成された誘電膜が採用されたＭＩＳキャパシタの
印加電圧による漏れ電流特性を示すグラフである。
【００６７】漏れ電流密度が１Ｅ−７Ａ／ｃｍ2であ
り、電圧が１．２Ｖである一般的な基準値で、本発明の
ＭＩＳキャパシタの場合、等価酸化膜の厚さを２６．５
Åにすることができる。このように等価酸化膜の厚さを
低くする場合、半導体素子の集積化に極めて有利であ
る。
【００６８】図２０は、本発明の第１の実施の形態によ
って形成された誘電膜が採用されたＭＩＳキャパシタ及
び従来のキャパシタの漏れ電流特性を比較したグラフで
ある。
【００６９】従来のキャパシタは、本発明のＭＩＳキャ
パシタと比較して、誘電膜を除いては同一である。図２
０に示されたように、本発明の第１の実施の形態によっ
て形成されたアルミニウム酸化膜を採用したＭＩＳキャ
パシタは、セル当たり１ｆＡの漏れ電流値で誘電膜とし
てタンタル酸化膜（ＴａＯ）や窒化膜−酸化膜（ＮＯ）
を使用した従来のキャパシタと比較してみるとき、印加
電圧がもっとも大きい。換言すれば、本発明のＭＩＳキ
ャパシタは従来のキャパシタと比較してみるとき、薄い
等価酸化膜でも最高の漏れ電流特性を有することができ
る。図２０において、括弧内の数字は誘電膜の厚さを表
わす。
【００７０】図２１及び図２２は各々、従来の技術及び
本発明の第１の実施の形態によるアルミニウム酸化膜を
ＭＩＭキャパシタのキャッピング膜として採用する場合
の印加電圧による漏れ電流特性を示すグラフである。
【００７１】図２１及び図２２において、「黒四角」は
キャッピング膜を採用していない場合のＭＩＭキャパシ
タを表す。図２１において、「●」は従来の技術により
キャッピング膜としてアルミニウム酸化膜を形成した場
合であり、「黒下三角」はアルミニウム酸化膜をキャッ
ピング膜として形成した後、４００℃で水素アニーリン
グを行なった場合を表わす。図２２において、「●」は
本発明の第１の実施の形態によってキャッピング膜とし
てアルミニウム酸化膜を形成した場合であり、「黒上三
角」はアルミニウム酸化膜をキャッピング膜として形成
した後４００℃で水素アニーリングを行った場合であ
り、「黒下三角」はアルミニウム酸化膜をキャッピング
膜として形成した後７００℃で窒素アニーリングを行っ
た場合である。
【００７２】一般的に、半導体素子においてＭＩＭキャ
パシタを採用する場合、後続するアロイ工程で用いられ
る水素アニーリング時に誘電膜が劣化する問題がある。
このため、ＭＩＭキャパシタ上には水素バリアーの役目
をするキャッピング膜を形成する。ところが、図２１に
示されたように、本発明の第１の実施の形態によって形
成されたアルミニウム酸化膜をキャッピング膜として採
用すれば、漏れ電流密度１Ｅ−７Ａ／ｃｍ2の基準から
みるとき、アルミニウム酸化膜をキャッピング膜として
形成した場合だけでなく、後続する水素アニーリングに
よってもバリアー特性に極めて優れているので、漏れ電
流特性を劣化させない。しかし、図２２に示されたよう
に、従来の技術によって形成されたアルミニウム酸化膜
をキャッピング膜として採用すれば、蒸着中に水蒸気の
水素及びＯＨリガンドがＭＩＭキャパシタの漏れ電流特
性を劣化させる。
【００７３】第２の実施の形態 図２３は、本発明の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法
の第２の実施の形態を説明するために示すフローチャー
トである。
【００７４】基板１５（図３参照）、例えばシリコン基
板を酸化ガスにより酸素フラッシングして基板１５のダ
ングリングボンドを酸素と結合させる終端処理を行う
（ステップ２１）。前記酸素フラッシング以外にも、オ
ゾン洗浄及びシリコン酸化膜の形成などの方法によって
もダングリングボンドを酸素と結合させることができ
る。また、必要に応じて、前記基板１５の酸素フラッシ
ングを行なわない場合もある。
【００７５】次に、反応チャンバ１１（図３参照）に基
板１５を搬入させた後、ヒーター（図示せず）及びポン
プ１９を使って反応チャンバ１１を１００〜４００℃、
好ましくは、３００〜３５０℃の工程温度及び１〜１
０，０００ｍＴｏｒｒの工程圧力に保つ（ステップ２
３）。前記工程温度及び工程圧力は後続する工程におい
ても保たれ続けるが、必要に応じては変わることもあ
る。
【００７６】次に、前記工程温度及び工程圧力を保った
状態で、反応チャンバ１１に対して第１弁Ｖ１をオープ
ンさせ、第１反応物１１、例えばトリメチルアルミニウ
ム（Ａｌ（ＣＨ3）3：ＴＭＡ）をガスラインＡ及びシャ
ワーヘッド１７を通じて前記基板の表面を十分に覆る時
間、例えば１ｍ秒〜１０秒間注入する（ステップ２
５）。これにより、酸素フラッシングされたシリコン基
板上に第１反応物が化学吸着される。
【００７７】次に、前記工程温度及び工程圧力を保った
状態で、反応チャンバ１１に対して選択的に第２弁Ｖ２
をオープンさせ、不活性ガス、例えばアルゴンガスを
０．１〜１００秒間１次パージする（ステップ２７）。
これにより、基板１５上に物理吸着された第１反応物が
取り除かれる。
【００７８】次に、前記工程温度及び工程圧力を保った
状態で、反応チャンバ１１に対して第３弁Ｖ３をオープ
ンさせ、シャワーヘッド１７を通じて第２反応物、例え
ば水酸化基を含んでいない酸化ガスを注入する（ステッ
プ２９）。前記第２反応物としては、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3
またはＣＯ2ガスを用いることができる。これにより、
前記化学吸着された第１反応物及び第２反応物が互いに
反応して、前記第１反応物が金属−酸素原子層に置換さ
れる。前記第２反応物は第１反応物との反応性が小さい
が、後述するように、金属酸化膜内に水酸化基を発生し
ないながらも金属−酸素原子層を形成することができ
る。
【００７９】次に、前記工程温度及び工程圧力を保った
状態で、反応チャンバ１１を不活性ガスで０．１〜１０
０秒間２次パージして不要な反応物を取り除く（ステッ
プ３１）。
【００８０】次に、第４弁Ｖ３をオープンさせて、第３
反応物、例えば水蒸気（Ｈ2Ｏ）などの酸化物を、シャ
ワーヘッド１７を通じて前記基板の表面を十分に覆る時
間、例えば１ｍ秒〜１０秒間注入する（ステップ３
３）。これにより、前記第３反応物は前記第２反応物に
比べて第１反応物との反応性が良好であるため、吸着さ
れた第１反応物のうち反応せずに残った第１反応物及び
第３反応物は互いに反応して金属−酸素原子層に置換さ
れる。このとき、前記水酸化基を含んでいない第２反応
物及び第１反応物を予め反応させて前記第１反応物の絶
対量を減少させたため、水酸化基の発生が抑止された原
子層単位の金属酸化膜が形成される。
【００８１】この実施の形態においては、前記金属酸化
膜としてアルミニウム酸化膜（Ａｌ 2Ｏ3）に例に取って
いるが、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2
Ｏ5、ＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＲｕＯ2、
ＩｒＯ2、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＳｒＲｕＯ3、Ｃ
ａＲｕＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｓｒ，
Ｃａ）ＲｕＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ3、Ｓｎがドーピ
ングされたＩｎ2Ｏ3（ＩＴＯ）、またはＺｒがドーピン
グされたＩ2Ｏ3膜であっても良い。
【００８２】次に、前記工程温度及び工程圧力を保った
状態で、反応チャンバ１１を不活性ガスで０．１〜１０
０秒間３次パージして不要な反応物を取り除き、その結
果、原子層単位の金属酸化膜を形成する一つのサイクル
を終える（ステップ３５）。必要ならば、前記パージ後
に、水酸化基を含んでいない第２反応物を注入及びパー
ジする段階をさらに行い、第３反応物と第１反応物との
反応を最大限に抑止することもできる。
【００８３】次に、基板上に形成された金属酸化膜の厚
さの適否、例えば約１０Å〜１０００Åであるかどうか
を確認する（ステップ３７）。ここで、適宜な厚さなら
ば金属酸化膜の形成段階を終え、そうでなければ前記第
１反応物の注入段階（ステップ２５）からパージ段階
（ステップ３５）までを周期的に繰り返し行う。
【００８４】図２４ないし図２７は、本発明の第２の実
施の形態の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法によって
アルミニウム酸化膜を形成するとき、基板上に吸着され
る反応物の結合関係を説明するために示す図である。
【００８５】まず、基板１５、例えばシリコン基板を酸
素フラッシングして、図２４に示されたように、基板１
５のダングリングボンドを酸素と結合せしめる。必要な
らば、前記基板１５の酸素フラッシングは行わなくても
良い。
【００８６】次に、前記１００〜４００℃の工程温度及
び１〜１０，０００ｍＴｏｒｒの工程圧力が保たれる反
応チャンバ１１に第１反応物であるトリメチルアルミニ
ウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）を注入した後、アルゴンガスで
パージする。これにより、図２５に示されたように、酸
素フラッシングされた基板１５上に第１反応物が吸着さ
れる。すなわち、シリコン基板上にはＳｉ−Ｏ、Ｓｉ−
Ｏ−ＣＨ3またはＳｉ−Ｏ−Ａｌ−ＣＨ3など各種の形態
が存在する。
【００８７】次に、前記反応チャンバ１１に水酸化基を
含んでいない第２反応物、例えば、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3ま
たはＣＯ2を注入する。例えば、第２反応物としてＮ2Ｏ
を用いる場合の反応式は下記化学式（５）の通りであ
る。
【００８８】 ２Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｎ2Ｏ →Ａｌ2Ｏ3＋Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｃ2Ｈ6＋３Ｎ2↑ …（５） 前記化学式５に示されたように、トリメチルアルミニウ
ムに水酸化基を含んでいないＮ2Ｏを注入すれば、トリ
メチルアルミニウムが消耗されながらＡｌ2Ｏ3が形成さ
れる。換言すれば、吸着された第１反応物及び第２反応
物が互いに反応して第１反応物が、図２６に示されたよ
うに、金属−酸素原子層に置換される。すなわち、シリ
コン基板上にはＳｉ−Ｏ−Ａｌ−Ｏの形態がたくさん形
成される。
【００８９】次に、反応チャンバに第３反応物、例えば
水蒸気（Ｈ2Ｏ）を注入した後にアルゴンガスでパージ
する。これにより、図２７に示されたように、前記吸着
された第１反応物のうち前記第２反応物と反応して残っ
た第１反応物が第３反応物と反応して金属−酸素原子層
に置換される。このとき、前記水酸化基を含んでいない
第２反応物及び第１反応物をあらかじめ反応させて前記
第１反応物の絶対量を減少させたため、水酸化基の発生
が抑止された原子層単位の金属酸化膜が形成される。
【００９０】ここで、水酸化基の絶対量が少ない原子層
単位のアルミニウム酸化膜がいかに形成されるかについ
てより詳細に説明する。
【００９１】まず、本発明者は、従来のＡＬＤ法により
アルミニウム酸化膜を形成する場合、前記化学式２に示
された反応によってはアルミニウム酸化膜に好ましくな
い副産物であるＡｌ（ＯＨ）3が含まれる。このような
副産物であるＡｌ（ＯＨ）3を確認するために、本発明
者は、従来のＡＬＤ法により形成されたアルミニウム酸
化膜のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析を行った。
【００９２】図２８は、従来の原子層蒸着法により形成
されたアルミニウム酸化膜のＸＰＳグラフである。図２
８中、Ｘ軸は結合エネルギーを表し、Ｙ軸は任意単位の
カウントを表す。
【００９３】従来のＡＬＤ法により形成されたアルミニ
ウム酸化膜のピークは５３５．１ｅＶを中心として右側
及び左側のグラフを重ねてみたとき、グラフが重ならず
に少し広く現れるのが分かる。換言すれば、従来のＡＬ
Ｄ法により形成されたアルミニウム酸化膜はＡｌ（Ｏ
Ｈ）3を含んでいるため、純粋なアルミニウム酸化膜が
形成されているグラフ（ａ）よりも広幅のグラフ（ｂ）
が現れる。
【００９４】以上のことを考慮してみるとき、従来のよ
うにトリメチルアルミニウム及び水蒸気を直ちに反応さ
せると、前記化学式２に示された反応によって水酸化基
を含んでいるＡｌ（ＯＨ）3がたくさん作られる。この
ため、Ａｌ（ＯＨ）3の量を減らすためには、水蒸気と
反応するトリメチルアルミニウムの絶対量を減らしなけ
ればならない。本発明では、トリメチルアルミニウムを
水酸化基を含んでいないＮ2Ｏとあらかじめ反応させて
トリメチルアルミニウムの絶対量を減らした後に再び水
蒸気と反応させるため、水酸化基の絶対量が少ない状態
で原子層単位のアルミニウム酸化膜が形成される。
【００９５】図２９及び図３０は各々、従来の技術及び
本発明の第２実施の形態によって製造されたアルミニウ
ム酸化膜の漏れ電流特性を示すグラフである。
【００９６】アルミニウム酸化膜の漏れ電流特性をキャ
パシタに適用して調べてみた。ここで、キャパシタの下
部電極としてはポリシリコン膜を用い、上部電極として
はポリシリコン膜を用いた。図２９及び図３０におい
て、第１番目の曲線（ａ及びｃ）は下部電極をグラウン
ドと連結し、かつ上部電極は０〜５Ｖまでの電圧を印加
しながら誘電膜を通じて流れるセル当たり電流の量を測
定したものであり、第２番目の曲線（ｂ及びｄ）は最初
の測定後に再び同一の条件で測定を行った結果である。
図３０に示されたように、本発明によって形成されたア
ルミニウム酸化膜を誘電膜として採用した場合が従来の
図２９と比較して同一電圧、例えば２Ｖで漏れ電流が少
なく、かつ第１番目及び第２番目の曲線間の距離も短い
ので、漏れ電流特性が向上されることが分かる。
【００９７】第３の実施の形態 図３１は、本発明の第３の実施の形態による原子層蒸着
法を用いた薄膜形成方法を説明するために示すフローチ
ャートであり、図３２は、本発明の第３実施の形態によ
る原子層蒸着法を用いた薄膜形成時に反応物の供給を示
したタイミングダイアグラムである。図３１及び図３２
では、アルミニウム酸化膜を形成する過程を例に取って
説明する。
【００９８】まず、基板１５、例えばシリコン基板を酸
化または窒化ガスを用いて窒素または酸素フラッシング
して基板１５のダングリングボンドを酸素または窒素で
終端処理する（ステップ４１）。前記酸素または窒素フ
ラッシングは、図３に示された原子層薄膜形成装置をそ
のまま用いて行っても良く、他の装置を用いて行っても
良い。そして、前記酸素または窒素フラッシングの他
に、オゾン洗浄、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜の形
成などの方法を通じてもダングリングボンドを酸素また
は窒素と結合せしめても良い。また、必要ならば、前記
基板１５の酸素または窒素フラッシングは行わなくても
良い。
【００９９】次に、反応チャンバ１１に基板１５を搬入
させた後に、ヒーター（図示せず）及びポンプ１９を使
って反応チャンバ１１を１００〜４００℃、好ましく
は、３００〜３５０℃の温度及び１〜１０，０００ｍＴ
ｏｒｒの圧力の工程条件に保つ（ステップ４３）。前記
工程条件は後続するステップにおいても保たれ続くが、
必要ならば変更しても良い。
【０１００】次に、前記工程条件を保った状態で、反応
チャンバ１１に対して第１弁Ｖ１をオープンさせ、第１
反応物１１、例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3：ＴＭＡ）の金属反応物をガスラインＡ及びシャ
ワーヘッド１７を通じて前記基板の表面を十分に覆える
時間、例えば、１ｍ秒〜１０秒間注入する（ステップ４
５）。これにより、酸素または窒素フラッシングされた
基板上に第１反応物が化学吸着される。
【０１０１】次に、前記工程条件を保った状態で、反応
チャンバ１１に対して選択的に第２弁Ｖ２をオープンさ
せ、不活性ガス、例えばアルゴンガスを０．１〜１００
秒間１次パージする（ステップ４７）。これにより、基
板１５上に物理吸着された第１反応物が取り除かれる。
【０１０２】次に、前記工程条件を保った状態で、反応
チャンバ１１に対して第３弁Ｖ３をオープンさせ、シャ
ワーヘッド１７を通じて第２反応物、例えば水蒸気（Ｈ
2Ｏ）など酸化力に優れた酸化ガスを注入する（ステッ
プ４９）。
【０１０３】これにより、前記化学吸着された第１反応
物及び第２反応物は反応し、かつ化学置換によって原子
層単位の薄膜、すなわちアルミニウム酸化膜が形成され
る。すなわち、ＴＭＡのＣＨ3及びＨ2ＯのＨは反応して
ＣＨ4として取り除かれ、ＴＭＡのＡｌ及びＨ2ＯのＯは
反応してＡｌ2Ｏ3が形成される。ところが、前記原子層
薄膜形成に際して、工程温度が４００℃以下の低温で行
われるため、ＴＭＡが完全に分解されず、その結果、ア
ルミニウム酸化膜内に炭素やＯＨボンドなどの不純物が
たくさん形成される。
【０１０４】次に、前記工程条件を保った状態で、反応
チャンバ１１を不活性ガス、例えばアルゴンガスを０．
１〜１００秒間２次パージして前記反応されずに物理吸
着されている第２反応物を取り除く（ステップ５１）。
【０１０５】次に、前記反応チャンバに前記不純物の除
去及び化学量論の向上のための第３反応物、例えばオゾ
ンなどの酸化ガスを第４弁Ｖ４及びシャワーヘッド１７
を通じて前記薄膜の形成された基板の表面を十分に覆る
時間、例えば１ｍ秒〜１０秒間注入する（ステップ５
３）。このよれば、前記原子層単位の薄膜に含まれてい
る炭素やＯＨボンドなどの不純物を除去できると共に、
アルミニウム酸化膜の酸素欠けの問題を解決でき、その
結果、優れた化学量論的な薄膜を得ることができる。
【０１０６】次に、前記工程条件を保った状態で、反応
チャンバ１１を不活性ガスで０．１〜１００秒間３次パ
ージして反応されずに物理吸着されている第３反応物を
取り除き、原子層単位の薄膜を形成する一つのサイクル
を終える（ステップ５５）。
【０１０７】次に、基板上に形成された原子層単位の薄
膜の厚さの適否、例えば約１０Å〜１０００Åであるか
どうかを確認する（ステップ５７）。適宜な厚さであれ
ば薄膜の形成段階を終え、そうでなければ前記第１反応
物の注入段階（ステップ４５）から不活性ガスの３次パ
ージ段階（ステップ５５）までを周期的に繰り返し行
う。
【０１０８】本実施の形態において、前記第１反応物、
第２反応物及び第３反応物を各々金属反応物であるトリ
メチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3：ＴＭＡ）、酸化
ガスである水蒸気、不純物の除去及び化学量論の向上の
ためのオゾンガスを用いて金属酸化膜であるアルミニウ
ム酸化膜を形成したが、第１反応物、第２反応物及び第
３反応物を各々金属反応物であるＴｉＣｌ4、窒化ガス
であるＮＨ3及び不純物の除去及び化学量論の向上のた
めの窒素ガスを用いると、金属窒化膜であるチタン窒化
膜を形成することができる。
【０１０９】さらに、本発明の原子層蒸着法を用いた薄
膜形成方法によれば、前記アルミニウム酸化膜、チタン
窒化膜のほかに、単原子酸化物、複合酸化物、単原子窒
化物または複合窒化物を形成することもできる。前記単
原子酸化物の例としては、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｚｒ
Ｏ2、ＨｆＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＯ2、
Ｉｎ2Ｏ3、ＲｕＯ2またはＩｒＯ2等を挙げることがで
き、複合酸化物の例としてはＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉ
Ｏ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3、（Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ3、Ｓｎがドーピング
されたＩｎ2Ｏ3、ＦｅがドーピングされたＩｎ2Ｏ3また
はＺｒがドーピングされたＩｎ2Ｏ3を挙げることができ
る。また、前記単原子窒化物の例としてＳｉＮ、Ｎｂ
Ｎ、ＺｒＮ、ＴａＮ、Ｙａ3Ｎ5、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＷＮ
またはＢＮを挙げることができ、前記複合窒化物の例と
してはＷＢＮ、ＷＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、Ａ
ｌＳｉＮまたはＡｌＴｉＮを挙げることができる。
【０１１０】また、前述した本発明の原子層蒸着法を用
いた薄膜形成方法によって形成された薄膜を半導体素子
に適用できる。その例としては、ゲート酸化膜、キャパ
シタの電極、エッチング防止膜、反応防止用キャッピン
グ膜、写真工程時の反射防止膜、バリアー金属膜、選択
蒸着用膜、金属ゲート電極等を挙げることができる。
【０１１１】図３３は、本発明の第３の実施の形態の原
子層薄膜形成方法によって形成されたアルミニウム酸化
膜のサイクル当たり厚さを示すグラフである。
【０１１２】図においてＸ軸はサイクル数を表す。ここ
で、一つのサイクルは、第１反応物の注入、物理吸着さ
れた第１反応物のパージ、第２反応物の注入、物理吸着
された第２反応物のパージ、第３反応物の注入及び物理
吸着された第３反応物のパージ段階を含む。また、Ｙ軸
はアルミニウム酸化膜の厚さを表す。図３３に示された
ように、本発明の薄膜製造方法によれば、アルミニウム
酸化膜がサイクル当たり１．１Åの厚さで成長され、サ
イクル数に比例して厚さが線形的に増大するため、原子
層蒸着法によりアルミニウム酸化膜が容易に形成される
ことが分かる。
【０１１３】図３４は、本発明の第３の実施の形態に従
い原子層薄膜形成方法によって形成されたアルミニウム
酸化膜の基板内の均一度を説明するために示すグラフで
ある。
【０１１４】Ｘ軸は８インチ基板の中央点、前記中央点
を中心として１．７５インチの半径を有する円から９０
度おきに４点、前記中央点を中心として３．５インチの
半径を有する円から９０度おきに４点を合わせて計９点
の測定位置を表す。またＹ軸はアルミニウム酸化膜の厚
さを表す。図３４に示されたように、８インチの基板内
での均一度が極めて優れていることが分かる。
【０１１５】図３５及び図３６は各々、ＸＰＳを用い、
従来の技術及び本発明の第３の実施の形態による原子層
薄膜形成方法によって形成されたアルミニウム酸化膜の
アルミニウムピークを分析したグラフである。
【０１１６】図においてＸ軸はボンディングエネルギー
を表し、Ｙ軸は電子の個数を表す。従来のアルミニウム
酸化膜は、図３５に示されたように、Ａｌ−Ａｌボンデ
ィングがたくさん見られる。これに対し、本発明のアル
ミニウム酸化膜は、図３６に示されたように、Ａｌ−Ａ
ｌボンディングはほとんど見られず、Ａｌ−Ｏボンディ
ングが主として見られる。これより、本発明のアルミニ
ウム酸化膜は化学量論に優れていることが分かる。
【０１１７】図３７及び図３８は各々、ＸＰＳを用い、
従来の技術及び本発明の第３の実施の形態による原子層
蒸着法を用いた薄膜形成方法によって形成されたアルミ
ニウム酸化膜の炭素ピークを分析したグラフである。
【０１１８】図においてＸ軸はボンディングエネルギー
を表し、Ｙ軸は電子の個数を表わす。従来のアルミニウ
ム酸化膜は、図３７に示されたように、炭素ピークが見
られる。このことは、アルミニウム酸化膜内に炭素がた
くさん含まれていることを意味する。これに対し、本発
明によるアルミニウム酸化膜は、図３８に示されたよう
に、従来に比べて炭素ピークがほとんど見られない。し
たがって、本発明によれば、炭素などの不純物が低減さ
れたアルミニウム酸化膜を得ることができる。
【０１１９】第４の実施の形態図３９は、本発明の第４
の実施の形態による原子層薄膜形成方法を説明するため
に示すフローチャートである。図３９中、図２３と同一
の参照番号は同一の要素を表す。
【０１２０】本発明の第４の実施の形態は、第２の実施
の形態及び第３の実施の形態を組み合わせた方法であ
る。すなわち、第２の実施の形態の３次パージ後に、第
３の実施の形態のように、前記反応チャンバに前記不純
物の除去及び化学量論の向上のための第４反応物、例え
ばオゾンガスなどの酸化ガスを第３弁Ｖ３及びシャワー
ヘッド１７を通じて前記薄膜の形成された基板の表面を
十分に覆る時間、例えば１ｍ秒〜１０秒間注入した後
（ステップ３６ａ）に４次パージする（ステップ３６
ｂ）ことを除いては同様である。
【０１２１】これにより、前記原子層単位の金属酸化膜
に含まれている炭素やＯＨボンドなどの不純物を取り除
くことができ、酸素欠けの問題を解決できるので、優れ
た化学量論的な薄膜を得ることができる。換言すれば、
本発明は、原子層蒸着法によって薄膜を形成するに際し
て、主反応物のほかに、薄膜の不純物の除去及びより完
全な反応を通じた薄膜の質を向上させるために、主反応
物の流し込み前または流し込み後に主反応物間の反応確
率を高めて所望の薄膜の質及び副産物の濃度を最小化さ
せる。そして、本発明は、反応メカニズムにおいて水酸
化基を発生させない反応物を使って薄膜内の副産物の濃
度を低める。
【０１２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による原子層
蒸着法を用いた薄膜形成方法によれば、第２反応物
（Ｂ）から第１反応物（Ａ）へのラジカルの移動なしに
結合エネルギーの違いによって第１反応物（Ａ）のリガ
ンドが分離される。そして、リガンド間の結合によって
揮発性の気相物質が形成され、かつ、この気相物質はパ
ージによって取り除かれる。結果的に、本発明の原子層
蒸着方法を用いた薄膜形成方法は、ラジカルの移動がな
いので、副反応によって薄膜内に発生する不純物を減ら
すことができる。
【０１２３】また、本発明による原子層蒸着法を用いた
薄膜形成方法によれば、原子層蒸着法を用いて金属酸化
膜を形成するときに、第１反応物を水酸化基を含んでい
ない第２反応物とあらかじめ反応させて第１反応物の絶
対量を減らした後に、第１反応物と水酸化基を含んでい
る第３反応物とを再び反応させることにより、金属酸化
膜内に水酸化基などの副産物の生成を抑止させることが
できる。例えば、本発明は、トリメチルアルミニウム
を、水酸化基を含んでいないＮ2Ｏとあらかじめ反応さ
せてトリメチルアルミニウムの絶対量を減らした後に再
び水蒸気と反応させることで、水酸化基の絶対量が少な
い状態でアルミニウム酸化膜を形成することができる。
【０１２４】また、本発明による原子層蒸着法を用いた
薄膜形成方法によれば、原子層蒸着法を用いる時に反応
チャンバに薄膜を形成する薄膜形成用第１反応物及び第
２反応物のほかに、不純物の除去及び化学量論の向上の
ための第３反応物を注入及びパージする。これにより、
不純物が含まれていず、しかも化学量論に優れた薄膜を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の原子層蒸着法を用いたアルミニウム酸
化膜の形成過程を説明するためのフローチャートであ
る。
【図２】 図１のアルミニウム酸化膜の形成時の反応メ
カニズムを説明するための図面である。
【図３】 本発明の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法
に用いられた原子層薄膜形成装置を説明するための概略
図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態による原子層蒸着
法を用いた薄膜形成方法の反応メカニズムを説明するた
めに示す図面である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態によるアルミニウ
ム酸化膜の形成過程を説明するためのフローチャートで
ある。
【図６】 図５の原子層蒸着法を用いてアルミニウム酸
化膜を形成する時の反応メカニズムを説明するための図
面である。
【図７】 従来の技術によってアルミニウム酸化膜を形
成するときのＲＧＡデータを示すグラフである。
【図８】 本発明の第１の実施の形態によってアルミニ
ウム酸化膜を形成するときのＲＧＡデータを示すグラフ
である。
【図９】 従来の技術及び本発明の第１の実施の形態に
よってアルミニウム酸化膜を形成するとき、サイクル数
によるアルミニウム酸化膜の厚さを示すグラフである。
【図１０】 従来の技術及び本発明の第１の実施の形態
によって形成されたアルミニウム酸化膜の温度によるス
トレス履歴を示すグラフである。
【図１１】 従来の技術及び本発明の第１の実施の形態
によって形成されたアルミニウム酸化膜の後アニーリン
グ条件による厚さ収縮率を示すグラフである。
【図１２】 従来の技術によって形成されたアルミニウ
ム酸化膜の波長による吸収常数及び屈折率を示すグラフ
である。
【図１３】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れたアルミニウム酸化膜の波長による吸収常数及び屈折
率を示すグラフである。
【図１４】 従来の技術及び本発明の第１の実施の形態
によって形成されたアルミニウム酸化膜の後アニーリン
グ温度及び雰囲気ガスによる湿式エッチング速度を示す
グラフである。
【図１５】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用された半導体素子のキャパシタ構造を
示す断面図である。
【図１６】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用された半導体素子のトランジスタ構造
を示す断面図である。
【図１７】 従来のキャパシタ及び本発明の第１の実施
の形態によって形成された誘電膜が採用されたＳＩＳキ
ャパシタの印加電圧による漏れ電流特性を説明するため
に示すグラフである。
【図１８】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用されたＳＩＳキャパシタの等価酸化膜
による離陸電圧を示すグラフである。
【図１９】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用されたＭＩＳキャパシタの印加電圧に
よる漏れ電流特性を示すグラフ。
【図２０】 本発明の第１の実施の形態によって形成さ
れた誘電膜が採用されたＭＩＳキャパシタ及び従来のキ
ャパシタの漏れ電流特性を比較したグラフである。
【図２１】 従来の技術によるアルミニウム酸化膜をＭ
ＩＭキャパシタのキャッピング膜として採用する場合の
印加電圧による漏れ電流特性を示すグラフである。
【図２２】 本発明の第１の実施の形態によるアルミニ
ウム酸化膜をＭＩＭキャパシタのキャッピング膜として
採用する場合の印加電圧による漏れ電流特性を示すグラ
フである。
【図２３】 本発明の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方
法の第２の実施の形態を説明するためのフローチャート
である。
【図２４】 本発明の第２の実施の形態の原子層蒸着法
を用いた薄膜形成方法によってアルミニウム酸化膜を形
成するとき、基板上に吸着される反応物の結合関係を説
明するための図面である。
【図２５】 本発明の第２の実施の形態の原子層蒸着法
を用いた薄膜形成方法によってアルミニウム酸化膜を形
成するとき、基板上に吸着される反応物の結合関係を説
明するための図面である。
【図２６】 本発明の第２の実施の形態の原子層蒸着法
を用いた薄膜形成方法によってアルミニウム酸化膜を形
成するとき、基板上に吸着される反応物の結合関係を説
明するための図面である。
【図２７】 本発明の第２の実施の形態の原子層蒸着法
を用いた薄膜形成方法によってアルミニウム酸化膜を形
成するとき、基板上に吸着される反応物の結合関係を説
明するための図面である。
【図２８】 従来の原子層蒸着法によって形成されたア
ルミニウム酸化膜のＸＰＳグラフである。
【図２９】 従来の技術によって製造されたアルミニウ
ム酸化膜の漏れ電流特性を示すグラフである。
【図３０】 本発明の第２の実施の形態によって製造さ
れたアルミニウム酸化膜の漏れ電流特性を示すグラフで
ある。
【図３１】 本発明の第３の実施の形態による原子層蒸
着法を用いた薄膜形成方法を説明するためのフローチャ
ートである。
【図３２】 本発明の第３の実施の形態による原子層蒸
着法を用いた薄膜形成時に、反応物の供給を示すタイミ
ング図である。
【図３３】 本発明の第３の実施の形態の原子層薄膜形
成方法によって形成されたアルミニウム酸化膜のサイク
ル当たり厚さを示すグラフである。
【図３４】 本発明の第３の実施の形態による原子層薄
膜形成方法によって形成されたアルミニウム酸化膜の基
板内の均一度を説明するために示すグラフである。
【図３５】 ＸＰＳを用い、従来の技術による原子層薄
膜形成方法によって形成されたアルミニウム酸化膜のア
ルミニウムピークを分析したグラフである。
【図３６】 ＸＰＳを用い、本発明の第３の実施の形態
による原子層薄膜形成方法によって形成されたアルミニ
ウム酸化膜のアルミニウムピークを分析したグラフであ
る。
【図３７】 ＸＰＳを用い、従来の技術による原子層蒸
着法を用いた薄膜形成方法によって形成されたアルミニ
ウム酸化膜の炭素ピークを分析したグラフである。
【図３８】 ＸＰＳを用い、本発明の第３実施の形態に
よる原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法によって形成さ
れたアルミニウム酸化膜の炭素ピークを分析したグラフ
である。
【図３９】 本発明の第４の実施の形態による原子層薄
膜形成方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…反応チャンバ １１…反応物 １３…サセプタ １５…基板 １７…シャワーヘッド １９…ポンプ ２０１…基板 ２０３…層間絶縁膜 ２０５…下部電極 ２０７…誘電膜 ２０９…上部電極 ２１１…キャッピング膜 ３０１…シリコン基板 ３０３…不純物ドーピング領域 ３０５…ゲート絶縁膜 ３０７…ゲート電極 Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４…弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ００Ｐ５３４１５ (32)優先日 平成12年９月８日(2000．9．8) (33)優先権主張国 韓国（ＫＲ） (72)発明者 林 載 順 大韓民国ソウル特別市中浪区墨１洞122− 47番地 天地ビラ−Ｂ01号 (72)発明者 崔 城 濟 大韓民国ソウル特別市江南区大峙洞 美都 アパート108棟202号 (72)発明者 李 相 ▲忍▼ 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘２洞 韓 国１次アパート104棟706号

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を含む反応チャンバに薄膜をなす元
    素及びリガンドを含む第１反応物を注入して前記基板上
    に第１反応物を化学吸着させる段階と、 前記反応チャンバを不活性ガスでパージし、物理吸着さ
    れた第１反応物を除去する段階と、 前記反応チャンバに前記薄膜をなす元素との結合エネル
    ギーが前記リガンドよりも大きい第２反応物を注入して
    前記薄膜をなす元素と第２反応物との化学反応によって
    原子層単位の薄膜を形成すると共に、副反応物の生成な
    しに前記リガンドを除去する段階とを含んでなることを
    特徴とする原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  2. 【請求項２】 前記第１反応物はＡｌ（ＣＨ3）3であ
    り、前記第２反応物は活性化された酸化剤であることを
    特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜
    形成方法。
  3. 【請求項３】 前記活性化された酸化剤はオゾン
    （Ｏ3）、プラズマ酸素（Ｏ2）またはプラズマ酸化窒素
    （Ｎ2Ｏ）であることを特徴とする請求項２に記載の原
    子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  4. 【請求項４】 前記第２反応物の注入段階後に、前記チ
    ャンバを不活性ガスでパージして物理吸着された第２反
    応物を除去する段階をさらに具備することを特徴とする
    請求項１に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  5. 【請求項５】 前記第１反応物の注入段階から前記物理
    吸着された第２反応物の除去段階までを複数回繰り返し
    行うことを特徴とする請求項４に記載の原子層蒸着法を
    用いた薄膜形成方法。
  6. 【請求項６】 基板を含む反応チャンバに第１反応物を
    注入して前記基板上に第１反応物を化学吸着させる段階
    と、 前記反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着さ
    れた第１反応物を除去する段階と、 前記反応チャンバに水酸化基を含まない第２反応物を注
    入して前記化学吸着された第１反応物を金属−酸素原子
    層に置換させる段階と、 前記反応チャンバを不活性ガスでパージして、物理吸着
    された第２反応物を除去する段階と、 前記反応チャンバに第３反応物を注入して前記化学吸着
    された第１反応物の残余分を金属−酸素原子層に置換さ
    せて水酸化基の生成が抑止された状態で原子層単位の金
    属酸化膜を形成する段階とを含んでなることを特徴とす
    る原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  7. 【請求項７】 前記第１反応物は金属反応物であり、前
    記水酸化基を含まない第２反応物はＮ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3ま
    たはＣＯ2であり、前記第３反応物は酸化ガスであるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の原子層蒸着法を用いた
    薄膜形成方法。
  8. 【請求項８】 前記第１反応物の注入段階から第３反応
    物の注入段階までの前記反応チャンバの温度は１００〜
    ４００℃に保たれることを特徴とする請求項６に記載の
    原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  9. 【請求項９】 前記金属酸化膜はＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、
    ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＣｅＯ2、Ｙ2
    Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＴｉ
    Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、（Ｂ
    ａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，
    Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ3、
    （Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ3、ＳｎがドーピングされたＩｎ2
    Ｏ3（ＩＴＯ）、またはＺｒがドーピングされたＩ2Ｏ3
    であることを特徴とする請求項６に記載の原子層蒸着法
    を用いた薄膜形成方法。
  10. 【請求項１０】 前記基板がシリコン基板である場合、
    前記第１反応物の注入前に酸化ガスを注入して基板表面
    のダングリングボンドを終端処理することを特徴とする
    請求項６に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  11. 【請求項１１】 前記第３反応物の注入段階後に、前記
    反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着された
    第３反応物を除去する段階をさらに含んでなることを特
    徴とする請求項６に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形
    成方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１反応物の注入段階から前記物
    理吸着された第３反応物の除去段階までを複数回繰り返
    し行うことを特徴とする請求項１１に記載の原子層蒸着
    法を用いた薄膜形成方法。
  13. 【請求項１３】 前記物理吸着された第３反応物の除去
    段階後に、前記反応チャンバに不純物の除去及び化学量
    論の向上のために第４反応物を注入する段階をさらに含
    んでなることを特徴とする請求項１１に記載の原子層蒸
    着法を用いた薄膜形成方法。
  14. 【請求項１４】 前記第４反応物は、オゾンガスである
    ことを特徴とする請求項１３に記載の原子層蒸着法を用
    いた薄膜形成方法。
  15. 【請求項１５】 基板の搬入された反応チャンバに第１
    反応物を注入して前記基板上に前記第１反応物を化学吸
    着させる段階と、 前記反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着さ
    れた第１反応物を除去する段階と、 前記反応チャンバに第２反応物を注入して第１反応物及
    び第２反応物の化学置換によって原子層単位の薄膜を形
    成する段階と、 前記反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着さ
    れた第２反応物を除去する段階と、 前記薄膜の形成された反応チャンバに不純物の除去及び
    化学量論の向上のために第３反応物を注入する段階とを
    含んでなることを特徴とする原子層蒸着法を用いた薄膜
    形成方法。
  16. 【請求項１６】 前記第１反応物は金属反応物であり、
    第２及び第３反応物は酸化ガスであることを特徴とする
    請求項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方
    法。
  17. 【請求項１７】 前記薄膜は単原子酸化物もしくは複合
    酸化物からなる金属酸化膜であることを特徴とする請求
    項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  18. 【請求項１８】 前記単原子酸化物はＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ
    2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＣｅＯ2、
    Ｙ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＲｕＯ2及びＩｒＯ2より
    なる一群から選ばれたいずれか一種であることを特徴と
    する請求項１７に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記複合酸化物はＳｒＴｉＯ3、Ｐｂ
    ＴｉＯ3、ＳｒＲｕＯ 3、ＣａＲｕＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）
    ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
    ｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ3、Ｓｎがドーピ
    ングされたＩｎ 2Ｏ3、ＦｅがドーピングされたＩｎ2Ｏ3
    及びＺｒがドーピングされたＩｎ2Ｏ3よりなる一群から
    選ばれたいずれか一種であることを特徴とする請求項１
    ７に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１反応物は金属反応物であり、
    第２及び第３反応物は窒化ガスであることを特徴とする
    請求項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記薄膜は単原子窒化物もしくは複合
    窒化物よりなる金属窒化膜であることを特徴とする請求
    項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  22. 【請求項２２】 前記単原子窒化物はＳｉＮ、ＮｂＮ、
    ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｙａ3Ｎ5、ＡｌＮ、ＧａＮ、
    ＷＮ及びＢＮよりなる一群から選ばれたいずれか一種で
    あることを特徴とする請求項２１に記載の原子層蒸着法
    を用いた薄膜形成方法。
  23. 【請求項２３】 前記複合窒化物はＷＢＮ、ＷＳｉＮ、
    ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＡｌＳｉＮ及びＡｌＴｉＮよ
    りなる一群から選ばれたいずれか一種であることを特徴
    とする請求項２１に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜形
    成方法。
  24. 【請求項２４】 前記第３反応物の注入段階後に、前記
    反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着された
    第３反応物を除去する段階をさらに含んでなることを特
    徴とする請求項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜
    形成方法。
  25. 【請求項２５】 前記基板がシリコン基板である場合、
    前記第１反応物の注入前に酸化ガスまたは窒化ガスをさ
    らに注入して基板表面のダングリングボンドを終端処理
    することを特徴とする請求項１５に記載の原子層蒸着法
    を用いた薄膜形成方法。
  26. 【請求項２６】 前記第１反応物の注入段階から第３反
    応物の注入段階までの前記反応チャンバの温度は１００
    〜４００℃に保たれることを特徴とする請求項１５に記
    載の原子層蒸着法を用いた薄膜形成方法。
  27. 【請求項２７】 前記第３反応物の注入段階後に、前記
    反応チャンバを不活性ガスでパージして物理吸着された
    第３反応物を除去する段階をさらに含んでなることを特
    徴とする請求項１５に記載の原子層蒸着法を用いた薄膜
    形成方法。
  28. 【請求項２８】 前記第１反応物の注入段階から前記物
    理吸着された第３反応物の除去段階までを複数回繰り返
    し行うことを特徴とする請求項２７に記載の原子層蒸着
    法を用いた薄膜形成方法。
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