JP2002033319A - Ta2O5誘電膜を含む半導体素子のキャパシターの製造方法 - Google Patents
Ta2O5誘電膜を含む半導体素子のキャパシターの製造方法Info
- Publication number
- JP2002033319A JP2002033319A JP2001160427A JP2001160427A JP2002033319A JP 2002033319 A JP2002033319 A JP 2002033319A JP 2001160427 A JP2001160427 A JP 2001160427A JP 2001160427 A JP2001160427 A JP 2001160427A JP 2002033319 A JP2002033319 A JP 2002033319A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- temperature
- processing chamber
- crystallization
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
- H01L21/02183—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing tantalum, e.g. Ta2O5
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02356—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment to change the morphology of the insulating layer, e.g. transformation of an amorphous layer into a crystalline layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
供する。 【解決手段】 Ta2O5膜を前記Ta2O5膜の結晶化温
度よりも低い第1温度に保つ。前記Ta2O5膜の温度を
前記結晶化温度まで上げるために、処理室内においてヒ
ーターに対する前記Ta2O5膜の相対的な位置と前記処
理室内における圧力のうち少なくとも一方を変える。
Description
のキャパシターの製造方法に係り、特に、Ta2O5誘電
膜を含むキャパシターの製造方法に関する。
RAM用キャパシターの誘電膜として、高誘電率を有し
つつ、実用化が容易なTa2O5膜に関する研究開発がな
されつつある。Ta2O5膜を実用化させるためには、耐
熱性の向上及び上部電極材料の選択と共に、漏れ電流性
を改善させることが極めて重要である。一般に、Ta2
O5膜は、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)方法
により成膜するが、ソースガスとしてTa(OC2H5)
5とO2を使用するため、Ta2O5膜内にCまたは水分な
どの不純物が混ざり、これが漏れ電流の経路となる。ま
た、成膜後のTa 2O5膜は非晶質の状態なので膜質が悪
く、このため、漏れ電流が極めて多い。しかも、酸素と
の結合力が弱いため酸素が乏し易い。
つ膜質の特性を向上させるために、通常、Ta2O5膜を
形成した後に低温酸化アニーリング工程を行うことによ
り、Ta2O5膜内の酸素の欠乏を補充して前記Ta2O5
膜をキュアリングし、その後続工程として酸素雰囲気で
高温熱処理を行ってTa2O5膜を結晶化させ、Ta2O5
膜内の不純物を除去する。
膜のキュアリングは、主としてO3またはUV-O3を用
いて行う。このときのキュアリングのメカニズムは、次
の通りである。すなわち、O3がUVの照射によってO2
及び酸素単原子であるOに分離し、ここで分離した酸素
単原子がTa2O5膜内に浸透してTaのダングリング結
合位置に結合する。UV-O3アニーリング工程をあまり
にも高温で行うと、O 3によるキュアリング効果は小さ
くなり、熱的効果によるキュアリングが行われる。O3
またはUV-O3による低温酸化アニーリング工程はTa
2O5膜を採用するキャパシターにおいて弱かった漏れ電
流性を改善させようとすることにあるため、適宜な範囲
の低温で行うことが望ましい。そして、Ta2O5の結晶
化は720℃近傍でなされることが知られている。した
がって、Ta2O5膜の結晶化のための高温熱処理工程は
720℃以上の温度で行うことが望ましい。
Ta2O5の結晶化温度以上で行えば、Ta2O5膜と下部
電極との間に過度な界面酸化がもたらされて静電容量が
半分またはそれ以下に減少することになる。したがっ
て、過度な界面酸化を抑え、O 3によるキュアリング効
果を得るためには、UV-O3によるアニーリング工程は
Ta2O5の結晶化温度以下で行う必要があり、Ta2O5
膜の結晶化のための高温熱処理工程はTa2O5の結晶化
温度以上で行う必要がある。
したバッチ式設備においては、加熱装置の構成が簡単で
あるのに対し、温度変化の速度が極めて遅い。前述した
Ta 2O5膜の低温酸化アニーリング工程及び高温熱処理
工程を行うためには、前記ヒーターの温度をTa2O5膜
の低温酸化アニーリング工程の適正温度、例えば、50
0℃以下の温度に保った後、Ta2O5膜の高温熱処理の
ために720℃以上に上げなければならない。これらの
工程を行うために、通常の抵抗加熱式ヒーターを採用し
たバッチ式設備を用いる場合には、温度変更の速度が分
当たり数℃程度と非常に遅く、ヒーターの温度が目標温
度まで達した後でも、ヒーターの温度が安定化するまで
数十分の時間がさらに必要であるという短所がある。
O5膜の低温酸化アニーリング工程は抵抗加熱式ヒータ
ーを採用したバッチ式設備で行い、その後続工程である
高温熱処理工程は炉形態の別途の装備を用い、ドライO
2アニーリング方式で行われた。
装備を用いて高温熱処理工程を別途に行う場合、前記炉
内においてTa2O5の結晶化に必要な時間が普通30分
〜1時間程度かかり、その前後にかかる温度の上昇及び
下降時間を勘案すれば、Ta 2O5膜の高温熱処理工程だ
けに総4時間以上がかかって熱負担が大きくなり、工程
が複雑であるだけでなく、スループット(throughput)の
観点からも不利であった。
の技術における問題点を解決することであって、Ta2
O5膜のキュアリングのための低温酸化アニーリング工
程及び結晶化のための高温熱処理段階を単純化してキャ
パシターの形成工程における熱負担を減らし、しかもス
ループットを向上できるキャパシターの製造方法を提供
することである。
に、本発明による実施形態では、ウェーハのヒーターか
らの離隔距離を変えたり、或いは処理室の圧力を変えた
りする方法を提供する。
前記Ta2O5膜の結晶化温度よりも低い第1温度に保
つ。前記Ta2O5膜の温度を前記結晶化温度まで上げる
ために処理室内においてヒーターに対する前記Ta2O5
膜の相対的な位置と前記処理室内における圧力のうち少
なくとも一方を変える。
おいて前記Ta2O5膜は、前記Ta 2O5膜を第1温度に
保つために、前記処理室内において前記ヒーターから第
1距離だけ離れている前記Ta2O5膜の第1位置にあ
る。前記変化段階においては、前記Ta2O5膜の温度を
前記結晶化温度まで上げるために前記Ta2O5膜を前記
第1位置から前記第1距離よりも短い第2距離だけ前記
ヒーターから離れている前記処理室内の第2位置に移動
させる。一部の実施形態において、前記第1距離は2m
mであり、前記第2距離は1mmよりも短い。
記処理室内において前記Ta2O5膜は前記処理室内にお
いて前記ヒーターから第1距離だけ離れている前記Ta
2O5膜の第1位置にある。前記変化段階は、前記Ta2
O5膜を前記第1位置から前記第1距離よりも長い第2
距離だけ前記ヒーターから離れている前記処理室内の第
2位置に移動させる段階と、前記Ta2O5膜を前記第2
位置から前記第1距離よりも短い第3距離だけ前記ヒー
ターから離れている前記処理室内の第3位置に移動させ
る段階とを含む。
記加熱段階においては、前記処理室内において前記Ta
2O5膜をO3またはUV-O3雰囲気下で650℃以下の
温度に加熱する。一部の実施形態において、前記変化段
階は、前記Ta2O5膜をO2、N2O、N2、Arまたは
Heの雰囲気下で750℃以上の温度に加熱する段階を
さらに含む。
記変化段階においては、前記Ta2O5膜の温度を前記結
晶化温度まで上げるために、前記処理室内の第1圧力を
第2圧力に上げる。一部の実施形態において、前記第1
圧力は1.0Torrであり、前記第2圧力は300T
orrである。
記処理室内に前記Ta2O5膜を前記処理室内において前
記ヒーターから第1距離だけ離れている前記Ta2O5膜
の第1位置にあり、前記変化段階においては、前記Ta
2O5膜を前記第1位置から前記第1距離よりも短い第2
距離だけ前記ヒーターから離れている前記処理室内の第
2位置に移動させ、前記変化段階においては、前記Ta
2O5膜の温度を前記結晶化温度まで上げるために前記処
理室内の圧力を上げる段階をさらに含む。
記加熱する段階は、前記Ta2O5膜を前記ヒーターから
第1距離だけ離れている前記処理室内の第2位置に移動
させる段階と、前記第1位置における温度が上がるに伴
い、前記Ta2O5膜を前記ヒーターから遠く移動させる
段階とをさらに含む。
によるキャパシターの製造方法においては、半導体基板
上に下部電極を形成する。前記下部電極上にTa2O5膜
を形成する。上面に前記半導体基板を載置でき、抵抗発
熱体によって温度調節されるステージを備えた処理室内
において、前記Ta2O5膜をオゾン雰囲気下でTa2O5
の結晶化温度以下の温度でアニーリングして前記Ta2
O5膜をキュアリングする。前記処理室内において前記
アニーリング段階とインサイチュで前記Ta2O5膜をT
a2O5の結晶化温度以上の温度で熱処理して前記Ta2
O5膜を結晶化させる。
から前記結晶化段階までTa2O5の結晶化温度以上の温
度を保つ。
方法においては、前記ステージ上から上昇または下降さ
せることにより、前記半導体基板と前記ステージとの間
の距離を調節できる複数のリフトピンが設けられている
処理室を用いる。ここで、前記キュアリング段階は、前
記半導体基板が前記ステージから所定距離離れて前記リ
フトピンが前記ステージから所定高さだけ上昇した状態
で行い、前記結晶化段階は、前記半導体基板が前記ステ
ージと接するように前記リフトピンが前記ステージ上に
突出しない状態で行う。
よりも低い圧力または結晶化段階と同一の圧力下で行い
うる。
3雰囲気下で行い、前記結晶化段階はO2、N2O、N2、
ArまたはHeの雰囲気下で行う。
導体基板の温度を650℃以下に保つために、前記ステ
ージ上に突出する前記リフトピンの高さを調節できる。
造方法においては、前記キュアリング段階及び結晶化段
階を各々前記半導体基板が前記ステージと接している状
態で行い、前記キュアリング段階は前記結晶化段階でよ
りも低い圧力で行う。
段階は3Torr以下の圧力下で行い、前記結晶化段階
は5〜300Torrの圧力下で行う。
前記半導体基板の温度を650℃以下に保つために前記
処理室内の圧力を調節できる。
ためのキュアリング段階及び結晶化段階を行うに当たっ
て、リフトピンの高さを調節したり、或いは処理室内の
圧力を調節したりする方法によりウェーハの温度を迅速
に変えることができる。また、Ta2O5膜の低温酸化ア
ニーリング工程及び後続する高温熱処理工程を同一の処
理室内においてインサイチュで行うので、キャパシター
の誘電膜の形成工程が単純化され、Ta2O5誘電膜の形
成工程において、熱負担を顕著に低減できるという効果
が得られる。
対する酸素雰囲気における高温熱処理工程は、その効果
として得られる前記Ta2O5膜の結晶化によってTa2
O5膜の信頼性を確保でき、誘電率を向上できるので、
必ず経なければならない工程である。
いては、下部電極上にTa2O5膜を蒸着した後、オゾン
雰囲気下でTa2O5膜の酸素欠乏を補充するための低温
酸化工程及びTa2O5膜の結晶化のための高温熱処理工
程において抵抗加熱式ヒーターを採用する通常のバッチ
式設備を用い、一つの処理室内においてインサイチュで
行う。
の製造方法において、Ta2O5膜を低温酸化アニーリン
グ及び高温熱処理するのに用いうる既存のガス処理装置
の構成を例示したものである。図1は、日本東京所在の
東京エレクトロン株式会社製のCVD設備に含まれた構
成を参照して示したものである。
の処理ガスを前記処理室12内に供給するためのガス供
給部21が設けられている。前記ガス供給部21にはウ
ェーハWと対向する底面に複数のホール21aが形成さ
れており、これらを通じて処理ガスが下に供給される。
続されており、真空ポンプ23により処理室12の内部
は所定の真空度に保てる。
ス供給部21と対向するようにケース13が設けられて
いる。このケース13は、その上にウェーハWが載置さ
れるステージ31を備えた上部円筒体32を含む。前記
上部円筒体32内には、加熱手段である抵抗発熱体14
が設けられている。前記抵抗発熱体14は、前記ステー
ジ31の直下に位置している。前記抵抗発熱体14に
は、2本の給電線15a、15bが接続されており、こ
れらの給電線15a、15bは前記処理室12の外部の
電源部25に接続されている。前記抵抗発熱体14には
温度測定用サーモカップル16が接続されており、前記
サーモカップル16は外部の温度制御部62に接続され
ている。
3の内部に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給
管43と、前記ケース13の内部から不活性ガスを排出
させるための不活性ガス排気管44とが設けられてい
る。前記不活性ガス供給管43から供給される不活性ガ
スによって前記ケース13の内部は不活性ガス雰囲気と
なるように構成されている。
記上部円筒体32の上面から底面まで貫通するようにホ
ール73が形成されており、リング状のリフトプレート
74に固定されている3つのリフトピン75が、前記ス
テージ31から上昇または下降可能に前記ホール73内
に昇降自在に挿入されている。前記リフトプレート74
はリフト軸76を通じて昇降機構77に接続されてい
る。
ッチ式設備を用い、前記処理室12内においてTa2O5
膜の酸素欠乏を補充してキュアリングするための低温酸
化工程とTa2O5膜の結晶化のための高温熱処理工程を
インサイチュで行うに当たって、前記低温酸化工程、す
なわち、キュアリング工程はTa2O5膜の結晶化温度以
下で行い、後続する高温熱処理工程、すなわち、結晶化
工程はウェーハの温度を上げた状態でO3を除いたガス
を使って行う。
に対し、本発明の方法によって前記処理室12内におい
て前記Ta2O5膜のキュアリングのための低温酸化工程
及び前記Ta2O5膜の結晶化のための高温熱処理工程を
インサイチュで行うに当たって、前記処理室12内にお
ける望ましいウェーハ温度の変化を示した図である。
度変化速度が遅い点を勘案して前記抵抗発熱体14の温
度を変えるための時間を浪費しないために、前記抵抗発
熱体14の温度は前記Ta2O5膜の結晶化が可能な温
度、例えば、750℃に設定してそのまま保ち、前記処
理室12内においてウェーハの温度を前記低温酸化工程
時にはTa2O5膜の結晶化温度以下に保っておいて、低
温酸化工程が終わった後では結晶化温度まで迅速に上げ
なければならない。
必要なウェーハ温度の上昇量をより減少させるために、
低温酸化工程中にウェーハの温度を上げる場合がある。
このときには、低温酸化工程中にウェーハを前記抵抗発
熱体14の方に移動させることにより、ウェーハの温度
を上げることができる。
にも高温となることを防止するために、ウェーハを前記
抵抗発熱体14から遠く移動させることもできる。例え
ば、図2に示されたように、低温酸化工程の開始時点で
ウェーハが前記抵抗発熱体14に近づくように位置でき
る。処理室内部の温度が結晶化温度に近づくに伴い、低
温酸化工程が終了する前にウェーハの温度が結晶化温度
に達することを防止するために、ウェーハを前記抵抗発
熱体14から遠く移動できる。
始まり、ウェーハの温度が結晶化温度以下に保たれ、低
温酸化工程を行うのに適切な時間が与えられれば、ウェ
ーハの温度を示すラインの傾斜が小さくなる。低温酸化
工程が終わったとき、高温熱処理工程を行うためにウェ
ーハの温度が結晶化温度まで上昇可能にウェーハを前記
抵抗発熱体14の方に移動させることにより、ウェーハ
の温度を上げることができる。ウェーハの温度を略一定
のレベルに保つために、高温熱処理工程中に前記抵抗発
熱体14とウェーハとの離隔距離を調整できる。
12内において、ウェーハの温度を迅速に変えるために
前記リフトピン75の高さを調節する方法と、前記処理
室12内の圧力を変える方法を用いる。
節の可能性を確かめるために、前記抵抗発熱体14の温
度を一定に保った状態で、前記リフトピン75の高さの
変化及び前記処理室12内における圧力の変化によるウ
ェーハの温度変化を各々測定した。その結果を各々図3
及び図4に示す。
ェーハの温度変化を示したグラフである。図3の結果を
得るために、前記処理室12の内部を1mTorrの真
空に維持し、前記抵抗発熱体14の温度を750℃に保
ちつつ、前記リフトピン75を前記ステージ31から各
々0mm、1mm、2mm及び3mmだけ上げた状態に
おいて前記リフトピン75でウェーハを支持することに
より、ウェーハが前記ステージ31から各々前記上昇距
離だけ離隔されるようにし、そのときの各々のウェーハ
の温度を測定した。図3の結果においては、リフトピン
75の上昇高さが1mm高くなるにつれ、ウェーハの温
度は約5℃低くなると現れた。
ハの温度変化を示したグラフである。図4の結果を得る
ために、前記抵抗発熱体14の温度を750℃に保ちつ
つ、ウェーハが前記ウェーハ支持面31と接した状態で
前記処理室12内の圧力を1.0Torrから30.0
Torrまで変えつつ、ウェーハの温度を測定した。図
4の結果から、処理室内の圧力が低くなるほど、ウェー
ハの温度が低くなることが分かる。
て、抵抗発熱体の温度を一定に保った状態で、リフトピ
ンの高さを調節する方法、或いは処理室内の圧力を調節
する方法を用い、前記処理室内において、ウェーハの温
度を調節できるということが確かめられた。
実施形態によるキャパシターの製造方法を説明するため
の工程手順断面図である。
に、例えば、ドーピングされたポリシリコンよりなる下
部電極110を形成する。
が形成された結果物上で露出したSi表面をRTN(Ra
pid Thermal Nitridation)で約15〜20Åの厚さで
窒化させ、シリコン窒化膜112を形成する。
20aを形成する過程を説明するための断面図である。
記シリコン窒化膜112上にTa2O5膜120を形成す
る。
O3またはUV-O3などのオゾン雰囲気124下で低温
酸化アニーリング工程により、前記Ta2O5膜120を
Ta 2O5の結晶化温度以下の温度でアニーリングして前
記Ta2O5膜120内の酸素欠乏を補充することで、前
記Ta2O5膜120をキュアリングする。前記低温酸化
アニーリング工程は、加熱手段として抵抗発熱体を備え
る処理室内で行われる。
備が用いられる。ここで、前記抵抗発熱体14の温度は
Ta2O5の結晶化温度以上、例えば、750℃に保った
状態で、図6Aに示したように、前記リフトピン75を
前記ステージ31から所定距離d、例えば、2mm上げ
て前記半導体基板100が前記ステージ31から2mm
離隔された状態で前記リフトピン75上に支持されるよ
うにする。その結果、前記離隔された距離によって前記
半導体基板100の温度が前記抵抗発熱体14の設定温
度まで上がることが抑えられて、前記半導体基板100
の温度をTa2O5の結晶化温度以下である650℃以
下、好ましくは200〜650℃の温度に保てる。この
とき、前記リフトピン75の高さを調節して前記半導体
基板100の温度を適切に調節できる。前記リフトピン
75を上げた状態で、前記半導体基板100の温度が安
定化する間または安定化した後にO3を前記処理室12
内に供給して、前記低温酸化アニーリング工程を行う。
orr以下、好ましくは0.1〜300Torrの範囲
に保つことが望ましい。前記低温酸化アニーリング工程
は約30秒〜5分間、望ましくは、約2分間行う。
て、前記半導体基板100の温度を一層効率良く調節す
るために、前記リフトピン75を、図6Aに示したよう
に上昇させた状態で、前記処理室12内の圧力を一層下
げる方法を適用することも可能である。
12内において、前記低温酸化アニーリング工程とイン
サイチュで前記Ta2O5膜120をTa2O5の結晶化温
度以上の温度で熱処理して前記Ta2O5膜120を結晶
化させ、所望のTa2O5誘電膜120aを得る。このと
き、前記抵抗発熱体14の温度は既にTa2O5の結晶化
温度以上の温度、例えば、750℃に保たれているの
で、前記リフトピン75を、図6Dに示した位置まで下
げさえすれば、前記半導体基板100の温度をTa2O5
の結晶化温度以上に調節できる。
程が終われば、前記リフトピン75を下げて前記半導体
基板100と前記ステージ31とを当接させることによ
り、前記半導体基板100の温度を前記抵抗発熱体14
の設定温度であるTa2O5の結晶化温度以上に上げる。
すなわち、図5Eの高温熱処理段階は、図6Bに示され
たように、前記半導体基板100と前記ステージ31と
が互いに接している状態で行う。前記半導体基板100
の温度がTa2O5の結晶化温度まで上がる間に、または
上がった後に前記半導体基板100上に雰囲気ガス12
6、例えば、O 2、N2O、N2、Ar、Heなどを供給
しつつ、前記高温熱処理工程を行う。前記高温熱処理工
程は750℃以上、好ましくは750〜950℃の範囲
で、約30秒〜5分間、望ましくは、約2分間行う。こ
のとき、前記処理室12内の圧力は300Torr以
下、好ましくは0.1〜300Torrの範囲に保つこ
とが望ましい。
び高温熱処理工程において、前記半導体基板100の温
度を一層効率良く調節するために、前記低温酸化アニー
リング工程時の圧力を前記高温熱処理工程時の圧力より
も低く設定できる。
程及び高温熱処理工程をインサイチュで行うための他の
方法として、図5Dの工程及び図5Eの工程を前記処理
室12内においてインサイチュで連続的に行うが、前記
リフトピン75を上昇及び下降させる方法を用いず、前
記処理室12内の圧力を変える方法を用いることもでき
る。
るための図である。図7を参照すれば、図6Bに示した
ように、前記半導体基板100と前記ステージ31とが
互いに接している状態で、前記抵抗発熱体14の温度は
Ta2O5の結晶化温度以上に保ち、前記処理室12内の
圧力を低温酸化段階では3Torr以下、望ましくは
0.1〜3Torrの範囲、さらに望ましくは0.1〜
2Torrの範囲の低い第1圧力P1に保ちつつ、前記
オゾン雰囲気124下で低温酸化アニーリング工程を行
い、前記第1圧力P1よりも高い第2圧力P2で、図5E
を参照して説明した方法と同様にして高温熱処理工程を
行う。前記第2圧力P2は5〜300Torrの範囲内
で設定することが望ましい。このように、圧力変化を利
用する方法においては、低温酸化段階において前記半導
体基板100が前記ステージ31と接していても、前記
第1圧力P1と低く設定された圧力によって前記半導体
基板100の温度はTa2O5の結晶化温度以下に保たれ
うる。
後、その上に図5Fに示したように、上部電極130を
形成してキャパシターを完成する。
たキャパシターの電気的な特性を従来の方法に従い製造
されたキャパシターと比較して評価したグラフである。
より具体的に説明すれば、本発明によるキャパシターの
製造方法に従いリフトピンの高さを調節する方法によっ
て、Ta2O5膜に対して低温酸化アニーリング工程によ
るキュアリング及び高温熱処理工程による結晶化を行っ
た場合(△)と、従来の方法でのように、Ta2O5膜を
低温酸化アニーリングした後で炉の形の他の装備を用い
てドライO2アニーリング方式により高温熱処理工程を
行った場合(□)とを比較したものである。
抵抗発熱体の温度は750℃に保ちつつ、リフトピンを
ステージから2mm上げた状態でUV-O3アニーリング
を2分間行うことにより、Ta2O5膜を低温酸化アニー
リングしてキュアリングし、次に、リフトピンを完全に
下降させてウェーハとステージとが接している状態で雰
囲気ガスとしてO2を使って高温熱処理工程を2分間行
い、Ta2O5膜を結晶化させた。
に、本発明による方法に従い製造されたキャパシターに
おいては、一つの処理室内において単純な工程でTa2
O5膜を比較的に短い時間内にキュアリング及び結晶化
できるにも拘わらず、従来の方法に従い製造されたキャ
パシターと同一水準の漏れ電流性が得られた。
いては、Ta2O5膜をキュアリング及び結晶化させるた
めに、抵抗発熱体よりなる加熱手段を備えた処理室を備
えた製造設備を用いる。前記処理室内において、前記抵
抗発熱体の温度はTa2O5の結晶化が可能な温度に固定
させた状態で、Ta2O5膜をTa2O5の結晶化温度以下
でアニーリングしてキュアリングするためにオゾン雰囲
気でリフトピンを上げ、或いは処理室の内部を低圧に保
ちつつ、低温酸化アニーリング工程を行う。Ta2O5膜
の結晶化に必要な高温熱処理工程は、リフトピンを下げ
てウェーハとステージとが接している状態で前記低温酸
化アニーリング工程とインサイチュで行う。
れば、抵抗発熱体の温度をTa2O5の結晶化温度以上に
設定した状態でリフトピンの高さを調節し、或いは処理
室内の圧力を調節する方法によりウェーハの温度を迅速
に変えることができる。また、Ta2O5膜の低温酸化ア
ニーリング工程及び後続する高温熱処理工程を同一の処
理室内においてインサイチュで行うので、従来の技術に
おいて必要とされていた炉の形の別途の装備を用いる必
要がなく、このため、長時間かかっていたドライO2ア
ニーリング工程を省略できる。したがって、本発明によ
れば、キャパシターの誘電膜の形成工程が単純化され、
Ta2O5誘電膜の形成工程において熱負担を大幅に低減
できるという効果が得られる。したがって、スループッ
トが向上するので、本発明を量産工程に有利に適用でき
る。
ンによって移動すると説明したが、ウェーハはその他の
手段によっても移動できる。例えば、他の実施形態とし
て前記抵抗発熱体14に対して前記上部円筒体32が相
対的に遠くまたは近く移動されうる。
詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定され
ず、本発明の技術的な思想の範囲内において当分野にお
ける通常の知識を有した者なら、これより各種の変形が
可能であることは言うまでもない。
の製造方法に用いうるガス処理装置の構成を概略的に示
した縦断側面図である。
て、Ta2O5膜の低温酸化アニーリング工程及び高温熱
処理工程におけるウェーハの温度変化を示した図であ
る。
れるリフトピンの高さ変化によるウェーハの温度変化を
示したグラフである。
れる処理室内の圧力変化によるウェーハの温度変化を示
したグラフである。
キャパシターの製造方法を説明するための断面図であ
る。
よってリフトピンの高さ変化を用い、Ta2O5膜を低温
酸化アニーリング及び高温熱処理する方法を説明するた
めの図であって、各々リフトピンの上昇及び下降状態を
示した図である。
内の圧力の変化を用い、Ta2O5膜を低温酸化アニーリ
ング及び高温熱処理する方法を説明するための図であ
る。
ターの電気的特性を従来の方法によって製造されたキャ
パシターと比較して示したグラフである。
Claims (27)
- 【請求項1】 Ta2O5膜を前記Ta2O5膜の結晶化温
度よりも低い第1温度に保つ段階と、 前記Ta2O5膜の温度を前記結晶化温度まで上げるため
に処理室内においてヒーターに対する前記Ta2O5膜の
相対的な位置と前記処理室内における圧力のうち少なく
とも一方を変化段階とすることを含むことを特徴とする
処理室内におけるTa2O5膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記処理室内において、前記Ta2O5膜
の位置は、前記Ta 2O5膜を第1温度に保つために前記
ヒーターから第1距離だけ離れている前記Ta2O5膜の
第1位置であり、 前記変化段階においては、前記Ta2O5膜の温度を前記
結晶化温度まで上げるために前記Ta2O5膜を前記第1
位置から前記第1距離よりも短い第2距離だけ前記ヒー
ターから離れている前記処理室内の第2位置に移動させ
ることを特徴とする請求項1に記載の処理室内における
Ta2O5膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記第1距離は2mmであり、 前記第2距離は1mmよりも短いことを特徴とする請求
項2に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形成方法。 - 【請求項4】 前記処理室内において、前記Ta2O5膜
の位置は、前記ヒーターから第1距離だけ離れている前
記Ta2O5膜の第1位置であり、 前記変化段階は、 前記Ta2O5膜を前記第1位置から前記第1距離よりも
長い第2距離だけ前記ヒーターから離れている前記処理
室内の第2位置に移動させる段階と、 前記Ta2O5膜を前記第2位置から前記第1距離よりも
短い第3距離だけ前記ヒーターから離れている前記処理
室内の第3位置に移動させる段階とを含むことを特徴と
する請求項1に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形
成方法。 - 【請求項5】 前記加熱段階においては、前記処理室内
において、前記Ta 2O5膜をO3またはUV-O3雰囲気
下で650℃以下の温度に加熱することを特徴とする請
求項1に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形成方
法。 - 【請求項6】 前記変化段階は、前記Ta2O5膜を
O2、N2O、N2、ArまたはHeの雰囲気下で750
℃以上の温度に加熱する段階をさらに含むことを特徴と
する請求項1に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形
成方法。 - 【請求項7】 前記変化段階においては、前記Ta2O5
膜の温度を前記結晶化温度まで上げるために前記処理室
内の第1圧力を第2圧力まで上げることを特徴とする請
求項1に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形成方
法。 - 【請求項8】 前記第1圧力は1.0Torrであり、
前記第2圧力は300Torrであることを特徴とする
請求項7に記載の処理室内におけるTa2O5膜の形成方
法。 - 【請求項9】 前記処理室内において、前記Ta2O5膜
の位置は、前記ヒーターから第1距離だけ離れている前
記Ta2O5膜の第1位置であり、 前記変化段階においては、前記Ta2O5膜を前記第1位
置から前記第1距離よりも短い第2距離だけ前記ヒータ
ーから離れている前記処理室内の第2位置に移動させ、 前記変化段階においては、前記Ta2O5膜の温度を前記
結晶化温度まで上げるために前記処理室内の圧力を上げ
る段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の
処理室内におけるTa2O5膜の形成方法。 - 【請求項10】 前記加熱する段階は、 前記Ta2O5膜を前記ヒーターから第1距離だけ離れて
いる前記処理室内の第1位置に移動させる段階と、 前記第1位置における温度が上がるに伴い、前記Ta2
O5膜を前記ヒーターから遠く移動させる段階とをさら
に含むことを特徴とする請求項1に記載の処理室内にお
けるTa2O5膜の形成方法。 - 【請求項11】 半導体基板上に下部電極を形成する段
階と、 前記下部電極上にTa2O5膜を形成する段階と、 処理室内において、前記Ta2O5膜をO3雰囲気下で前
記Ta2O5膜の結晶化温度よりも低い温度でアニーリン
グして前記Ta2O5膜をキュアリングする段階と、 前記処理室内において前記Ta2O5膜を前記Ta2O5膜
の結晶化温度以上の温度で熱処理して前記Ta2O5膜を
結晶化する段階とを含むことを特徴とする半導体素子の
キャパシターの製造方法。 - 【請求項12】 前記Ta2O5膜のキュアリング段階及
び前記Ta2O5膜の結晶化段階の間に、前記Ta2O5膜
をヒーターを用いて前記Ta2O5膜の結晶化温度以上の
第2温度に保つ段階を含むことを特徴とする請求項11
に記載の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項13】 前記処理室には、前記Ta2O5膜が載
置されるステージ上から上昇または下降させることによ
り、前記半導体基板と前記ステージとの間の距離を調節
できる移動可能な複数のリフトピンが設けられており、 前記キュアリング段階は、前記半導体基板が前記ステー
ジから所定距離離れるように前記複数のリフトピンが前
記ステージから所定高さだけ上昇した第1状態で行い、 前記結晶化段階は、前記半導体基板が前記ステージと接
するように前記リフトピンが前記ステージ上に突出しな
い第2状態で行うことを特徴とする請求項12に記載の
半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項14】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
において、前記ヒーターの温度は750℃に設定される
ことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子のキャ
パシターの製造方法。 - 【請求項15】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
は、前記処理室内の圧力が300Torr以下の状態で
行うことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子の
キャパシターの製造方法。 - 【請求項16】 前記キュアリング段階は、前記結晶化
段階よりも低い圧力下で行うことを特徴とする請求項1
3に記載の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項17】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
は、同一の圧力下で行うことを特徴とする請求項13に
記載の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項18】 前記キュアリング段階は、O3または
UV-O3雰囲気下で行うことを特徴とする請求項13に
記載の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項19】 前記結晶化段階は、O2、N2O、
N2、Ar及びHeのうち少なくとも一つを含む雰囲気
下で行うことを特徴とする請求項13に記載の半導体素
子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項20】 前記キュアリング段階においては、前
記半導体基板の温度を650℃以下に保つために前記リ
フトピンの高さを調節することを特徴とする請求項13
に記載の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項21】 前記キュアリング段階は、30秒〜5
分間行うことを特徴とする請求項13に記載の半導体素
子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項22】 前記結晶化段階は、30秒〜5分間行
うことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子のキ
ャパシターの製造方法。 - 【請求項23】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
は、各々前記半導体基板が前記ステージと接している状
態で行い、 前記キュアリング段階は、前記結晶化段階よりも低い圧
力で行うことを特徴とする請求項13に記載の半導体素
子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項24】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
において、前記ヒーターの温度は750℃に設定される
ことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子のキャ
パシターの製造方法。 - 【請求項25】 前記キュアリング段階及び結晶化段階
は、300Torr以下の圧力下で行うことを特徴とす
る請求項13に記載の半導体素子のキャパシターの製造
方法。 - 【請求項26】 前記キュアリング段階は、3Torr
以下の圧力下で行うことを特徴とする請求項13に記載
の半導体素子のキャパシターの製造方法。 - 【請求項27】 前記結晶化段階は、5〜300Tor
rの圧力下で行うことを特徴とする請求項23に記載の
半導体素子のキャパシターの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020000029303A KR100331569B1 (ko) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 탄탈륨 산화막을 포함하는 반도체 소자의 커패시터의 제조방법 |
KR00P29303 | 2000-05-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002033319A true JP2002033319A (ja) | 2002-01-31 |
JP3628278B2 JP3628278B2 (ja) | 2005-03-09 |
Family
ID=19670797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001160427A Expired - Fee Related JP3628278B2 (ja) | 2000-05-30 | 2001-05-29 | Ta2O5誘電膜を含む半導体素子のキャパシターの製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3628278B2 (ja) |
KR (1) | KR100331569B1 (ja) |
TW (1) | TW497208B (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100450685B1 (ko) | 2002-11-30 | 2004-10-01 | 삼성전자주식회사 | 유전막 공정을 단순화하여 반도체 소자의 커패시터를제조하는 방법과 그 유전막을 형성하는 장치 |
KR100505056B1 (ko) | 2003-01-02 | 2005-07-29 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 복합막 형성 방법과, 이를 이용한 커패시터및 게이트 절연막 형성 방법 |
US9064960B2 (en) * | 2007-01-31 | 2015-06-23 | Applied Materials, Inc. | Selective epitaxy process control |
TWI564960B (zh) * | 2011-09-16 | 2017-01-01 | 聯華電子股份有限公司 | 高介電常數介電層的製作方法 |
-
2000
- 2000-05-30 KR KR1020000029303A patent/KR100331569B1/ko active IP Right Grant
-
2001
- 2001-05-17 TW TW090111830A patent/TW497208B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-05-29 JP JP2001160427A patent/JP3628278B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20010108659A (ko) | 2001-12-08 |
JP3628278B2 (ja) | 2005-03-09 |
TW497208B (en) | 2002-08-01 |
KR100331569B1 (ko) | 2002-04-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101005953B1 (ko) | 절연막 형성 방법 | |
US8546271B2 (en) | Method of improving oxide growth rate of selective oxidation processes | |
US6190973B1 (en) | Method of fabricating a high quality thin oxide | |
US8541297B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US7585771B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
TWI414026B (zh) | 製造薄膜電晶體之方法 | |
US6797323B1 (en) | Method of forming silicon oxide layer | |
JP2011086908A (ja) | 基板処理方法及び基板処理装置 | |
JPH10107018A (ja) | 半導体ウェーハの熱処理装置 | |
EP0258394A1 (en) | METHOD FOR THE PRODUCTION OF SOLID BODIES DEVICES WITH THIN DIALECTRIC LAYERS. | |
WO2017056243A1 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム | |
JP3628278B2 (ja) | Ta2O5誘電膜を含む半導体素子のキャパシターの製造方法 | |
US6555394B2 (en) | Methods of fabricating capacitors including Ta2O5 layers in a chamber including changing a Ta2O5 layer to heater separation or chamber pressure | |
US7217669B2 (en) | Method of forming a metal oxide film | |
KR100974610B1 (ko) | 박막 트랜지스터 제조방법 | |
JP2002353214A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4553227B2 (ja) | 熱処理方法 | |
JP4703891B2 (ja) | 薄膜製造方法 | |
TW569377B (en) | Improvement method for thickness uniformity of super-thin nitridation gate dielectric | |
JP4368673B2 (ja) | 成膜方法およびその成膜装置 | |
KR100358063B1 (ko) | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 | |
JP2003059921A (ja) | 絶縁体膜の形成方法、及び、キャパシタ部材の製造方法 | |
JP2002141343A (ja) | 熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法 | |
JPH05152288A (ja) | 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 | |
KR100351253B1 (ko) | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040617 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040917 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041019 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3628278 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071217 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081217 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091217 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091217 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101217 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101217 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111217 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111217 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121217 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121217 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |