JP2002033321A - 誘電体の堆積方法 - Google Patents
誘電体の堆積方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、半導体基材上に誘電体を堆積させ
て、キャパシターの一部を作る方法に関する。 【解決手段】 金属ターゲットから基材（１０、１１）
に金属酸化物（１２）を反応性スパッタリングすること
を含む方法であって、誘電体（１２）が形成されるとき
に、支持体をバイアスして、堆積している誘電体にわた
る直流電圧を提供する方法とする。この電圧は２００〜
３００Ｖでよい。
て、キャパシターの一部を作る方法に関する。 【解決手段】 金属ターゲットから基材（１０、１１）
に金属酸化物（１２）を反応性スパッタリングすること
を含む方法であって、誘電体（１２）が形成されるとき
に、支持体をバイアスして、堆積している誘電体にわた
る直流電圧を提供する方法とする。この電圧は２００〜
３００Ｖでよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基材上に誘
電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方法に関
する。
電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
デバイスに必要とされるキャパシターの大きさを減少さ
せるために、産業界は高誘電率（ｋ）の材料を使用する
ようになってきている。１つの特に有利な材料は五酸化
タンタル（Ｔａ2Ｏ5）であり、これは特に、約２５の誘
電率を持つ候補として有望である。この材料は様々な化
学的及び物理的手段によって堆積させることができる
が、半導体に関する作業にとって最も便利なのは、活性
ビジュアル気相堆積（ａｃｔｉｖｅ ｖｉｓｕａｌ ｖ
ａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。この方法は
一般的に既知であり、また例えば米国特許第５，１１
１，３５５号明細書で説明されている。この文献から
は、タンタルが、金属ターゲットの表面において酸化物
が形成されて、ターゲットからスパッタリングされる材
料の分類に属し、酸化物又は窒素化物が飛行中に又は基
材の表面において形成される他の反応性プロセスとは異
なることが分かる。場合によってはこのことから、堆積
した層を通る比較的大きい漏れ電流の問題がもたらされ
ることがある。米国特許第５，８７２，６９６号明細書
で理解されるように、これは、ピンホール及び連結して
漏れ経路を造る層内の未酸化タンタル原子の存在に部分
的に起因していると考えられる。この特許明細書では、
五酸化タンタルを更に陽極処理することによって、漏れ
電流を減少させている。これはピンホール及び／又は導
電性経路を十分に減少させて、大きい面積のキャパシタ
ーを作ることを可能にする。しかしながら、小さい面積
のキャパシターでは、比較的漏れ電流が大きい（厚さが
１００Åの五酸化タンタルの層に５Ｖの電圧を加えたと
きに、１-6アンペアを超える程度）。
デバイスに必要とされるキャパシターの大きさを減少さ
せるために、産業界は高誘電率（ｋ）の材料を使用する
ようになってきている。１つの特に有利な材料は五酸化
タンタル（Ｔａ2Ｏ5）であり、これは特に、約２５の誘
電率を持つ候補として有望である。この材料は様々な化
学的及び物理的手段によって堆積させることができる
が、半導体に関する作業にとって最も便利なのは、活性
ビジュアル気相堆積（ａｃｔｉｖｅ ｖｉｓｕａｌ ｖ
ａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。この方法は
一般的に既知であり、また例えば米国特許第５，１１
１，３５５号明細書で説明されている。この文献から
は、タンタルが、金属ターゲットの表面において酸化物
が形成されて、ターゲットからスパッタリングされる材
料の分類に属し、酸化物又は窒素化物が飛行中に又は基
材の表面において形成される他の反応性プロセスとは異
なることが分かる。場合によってはこのことから、堆積
した層を通る比較的大きい漏れ電流の問題がもたらされ
ることがある。米国特許第５，８７２，６９６号明細書
で理解されるように、これは、ピンホール及び連結して
漏れ経路を造る層内の未酸化タンタル原子の存在に部分
的に起因していると考えられる。この特許明細書では、
五酸化タンタルを更に陽極処理することによって、漏れ
電流を減少させている。これはピンホール及び／又は導
電性経路を十分に減少させて、大きい面積のキャパシタ
ーを作ることを可能にする。しかしながら、小さい面積
のキャパシターでは、比較的漏れ電流が大きい（厚さが
１００Åの五酸化タンタルの層に５Ｖの電圧を加えたと
きに、１-6アンペアを超える程度）。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属ターゲッ
トから基材に金属酸化物を反応性スパッタリングするこ
とを含む方法であって、誘電体が形成されるときに、前
記支持体をバイアスして、堆積した誘電体をとおる直流
電圧を提供することを特徴とする、支持体上の半導体基
材に誘電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方
法である。
トから基材に金属酸化物を反応性スパッタリングするこ
とを含む方法であって、誘電体が形成されるときに、前
記支持体をバイアスして、堆積した誘電体をとおる直流
電圧を提供することを特徴とする、支持体上の半導体基
材に誘電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方
法である。
【０００４】提供される電圧は２００〜３００Ｖでよ
く、これを達成するために、高周波又はパルス直流電源
によって支持体をバアイスすることができる。ターゲッ
トも高周波又はパルス直流電源によってバイアスするこ
とができ、パルス電源が好ましい。
く、これを達成するために、高周波又はパルス直流電源
によって支持体をバアイスすることができる。ターゲッ
トも高周波又はパルス直流電源によってバイアスするこ
とができ、パルス電源が好ましい。
【０００５】この方法は、堆積の間又は堆積の後に、堆
積した酸化物のプラズマ酸化工程を含むことができる。
積した酸化物のプラズマ酸化工程を含むことができる。
【０００６】誘電体層は、第１の電極上に堆積させるこ
とができ、別の第２の電極を誘電体層の上側表面に堆積
させて、複数のキャパシターを与えることできる。それ
ぞれの第２の電極の面積は、０．０１ｃｍ2未満でよ
く、第２の電極で面積が０．００８ｃｍ2のキャパシタ
ーを作った。
とができ、別の第２の電極を誘電体層の上側表面に堆積
させて、複数のキャパシターを与えることできる。それ
ぞれの第２の電極の面積は、０．０１ｃｍ2未満でよ
く、第２の電極で面積が０．００８ｃｍ2のキャパシタ
ーを作った。
【０００７】好ましい態様では、金属酸化物は五酸化タ
ンタルであるが、本発明の方法は、ターゲットから反応
性スパッタリングをされる任意の金属酸化物で改良を示
す。
ンタルであるが、本発明の方法は、ターゲットから反応
性スパッタリングをされる任意の金属酸化物で改良を示
す。
【０００８】本発明をここまでで示したが、上述の特徴
又は以下の説明の任意の発明的組み合わせを本発明が含
むことを理解すべきである。
又は以下の説明の任意の発明的組み合わせを本発明が含
むことを理解すべきである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は様々な様式で行うことが
できるが、ここでは、添付の図を参照して、特定の態様
を例示して本発明を説明する。この添付の図は、本発明
で作った１連のキャパシターの概略の断面を示してい
る。
できるが、ここでは、添付の図を参照して、特定の態様
を例示して本発明を説明する。この添付の図は、本発明
で作った１連のキャパシターの概略の断面を示してい
る。
【００１０】反応性スパッタリングの方法は既知であ
り、また例えばＪｏｈｎ Ｌ． Ｖｏｓｓｅｎ及びＷｅ
ｒｎｅｒ Ｋｅｒｎの「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｅｓ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ社、１９
７８年）の第４８〜５３頁、第１０７〜１０９頁で説明
されている。この開示はここで参照して本発明の記載に
含める。上述の米国特許第５，８７２，６９６号明細書
と同様に、ここでは五酸化タンタルの反応性スパッタリ
ングが特に説明されている。
り、また例えばＪｏｈｎ Ｌ． Ｖｏｓｓｅｎ及びＷｅ
ｒｎｅｒ Ｋｅｒｎの「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｅｓ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ社、１９
７８年）の第４８〜５３頁、第１０７〜１０９頁で説明
されている。この開示はここで参照して本発明の記載に
含める。上述の米国特許第５，８７２，６９６号明細書
と同様に、ここでは五酸化タンタルの反応性スパッタリ
ングが特に説明されている。
【００１１】図から理解されるように、本発明の出願人
は、第１の電極１０（典型的に窒素化チタン）を、基材
１１の表面に堆積させており、その上に反応性スパッタ
リングした五酸化タンタル１２を堆積させて、誘電体層
を作っている。その後、第２の電極を、穿孔マスクを通
して点状の窒素化チタン１３を堆積させることによって
作る。それぞれの点状電極は、それぞれの点状電極１
３、下側領域の第１の電極１０、及び中間部分の誘電体
１２によって作られる１つのキャパシターを示してい
る。
は、第１の電極１０（典型的に窒素化チタン）を、基材
１１の表面に堆積させており、その上に反応性スパッタ
リングした五酸化タンタル１２を堆積させて、誘電体層
を作っている。その後、第２の電極を、穿孔マスクを通
して点状の窒素化チタン１３を堆積させることによって
作る。それぞれの点状電極は、それぞれの点状電極１
３、下側領域の第１の電極１０、及び中間部分の誘電体
１２によって作られる１つのキャパシターを示してい
る。
【００１２】ここでは、反応性堆積のためのターゲット
電極はパルス直流電流によって電力を供給されている。
電極はパルス直流電流によって電力を供給されている。
【００１３】以下の条件を使用して、同一の（「同じロ
ットの」）ウェハーに関して２つの実験を行った。但
し、一方の実験では、基材を乗せる支持体をバイアスせ
ず、また第２の実験では以下のようにしてバイアスし
た。
ットの」）ウェハーに関して２つの実験を行った。但
し、一方の実験では、基材を乗せる支持体をバイアスせ
ず、また第２の実験では以下のようにしてバイアスし
た。
【００１４】試験構造体 下側電極 ＴｉＮ 誘電体 Ｔａ2Ｏ5 誘導体の厚さは一般に１００Å〜１，０００Åであり、
典型的に５００Å未満であるが、用途によっては、１μ
ｍの厚さが必要になることがある。以下に示す結果は、
１００Åの厚さについてのものである。一般に比較的薄
い層が好ましい。誘電体を試験するために、上側電極と
して、穿孔マスクを通してＴｉＮ層を堆積させて、面積
が０．００８ｃｍ2の点状キャパシターを作った。
典型的に５００Å未満であるが、用途によっては、１μ
ｍの厚さが必要になることがある。以下に示す結果は、
１００Åの厚さについてのものである。一般に比較的薄
い層が好ましい。誘電体を試験するために、上側電極と
して、穿孔マスクを通してＴｉＮ層を堆積させて、面積
が０．００８ｃｍ2の点状キャパシターを作った。
【００１５】実験方法 ６００Åの五酸化タンタルの反応性堆積 ターゲット電力は２ｋＷの直流、１，０００ｋＨｚのパ
ルス、パルス幅４，０００ナノ秒 アルゴン流量 ５０ｓｃｃｍ 酸素流量 ４０ｓｃｃｍ プラテン温度 ３００℃ プラテンバイアス出力６００Ｗ、１３．６５ＭＨｚの高
周波、２７０Ｖの直流バイアスをもたらす 処理時間１５０秒 ウェハー寸法：１５０ｍｍシリコン
ルス、パルス幅４，０００ナノ秒 アルゴン流量 ５０ｓｃｃｍ 酸素流量 ４０ｓｃｃｍ プラテン温度 ３００℃ プラテンバイアス出力６００Ｗ、１３．６５ＭＨｚの高
周波、２７０Ｖの直流バイアスをもたらす 処理時間１５０秒 ウェハー寸法：１５０ｍｍシリコン
【００１６】上述のようにして堆積させた五酸化タンタ
ルのプラズマ酸化 酸素流量 ２００ｓｃｃｍ 誘導コイル出力 ５００ワット、４００ワットで穏
やかに開始し１分間のプロセスで増加 出力密度は重要な特性であり、異なるウェハー寸法及び
容器では、異なる出力レベルが適当であり、これは実験
で定めることができる。
ルのプラズマ酸化 酸素流量 ２００ｓｃｃｍ 誘導コイル出力 ５００ワット、４００ワットで穏
やかに開始し１分間のプロセスで増加 出力密度は重要な特性であり、異なるウェハー寸法及び
容器では、異なる出力レベルが適当であり、これは実験
で定めることができる。
【００１７】５Ｖの電圧を印可して漏れ電流を測定する
ことによって、点状キャパシター１３について測定し
た。バイアスなしで製造したキャパシターのバッチは漏
れ電流が１-6アンペア超であったのに対して、バイアス
を行って製造したキャパシターの漏れ電流は１-8アンペ
ア未満であった。ここでは、それぞれの場合で、五酸化
タンタルの厚さは１００Åであった。
ことによって、点状キャパシター１３について測定し
た。バイアスなしで製造したキャパシターのバッチは漏
れ電流が１-6アンペア超であったのに対して、バイアス
を行って製造したキャパシターの漏れ電流は１-8アンペ
ア未満であった。ここでは、それぞれの場合で、五酸化
タンタルの厚さは１００Åであった。
【００１８】それぞれの場合において、米国特許第５，
８７２，６９６号明細書の陽極処理工程を行ったが、バ
イアスされた条件で漏れ電流が実質的に改良されたこと
は注目すべきである。これは、本発明では全く異なるプ
ロセスが起こっていることを強く示唆しており、またこ
れは結果として堆積した層の密度を改良できると考えら
れる。この漏れ電流改良の程度は、出願人がこのタイプ
のキャパシターの性質を有意に改良する方法を見出した
ことを意味している。
８７２，６９６号明細書の陽極処理工程を行ったが、バ
イアスされた条件で漏れ電流が実質的に改良されたこと
は注目すべきである。これは、本発明では全く異なるプ
ロセスが起こっていることを強く示唆しており、またこ
れは結果として堆積した層の密度を改良できると考えら
れる。この漏れ電流改良の程度は、出願人がこのタイプ
のキャパシターの性質を有意に改良する方法を見出した
ことを意味している。
【図１】本発明で作った一連のキャパシターの概略の断
面を示している。
面を示している。
１０…電極 １１…基材 １２…五酸化タンタル １３…点状電極
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA43 BC00 BD01 CA06 CA13 DC03 GA00 5F038 AC05 AC15 AC18 CA07 EZ14 EZ16 5F058 BA11 BC03 BC20 BF13 BF37 BF39 BJ01
Claims (8)
- 【請求項１】 金属ターゲットから基材に金属酸化物を
反応性スパッタリングすることを含む、キャパシターの
一部を作るために支持体上の半導体基材に誘電体を堆積
させる方法であって、誘電体を形成するときに、前記支
持体をバイアスして、堆積している誘電体をまたぐ直流
電圧を提供することを特徴とする、キャパシターの一部
を作るために支持体上の半導体基材に誘電体を堆積させ
る方法。 - 【請求項２】 提供される前記電圧が２００〜３００Ｖ
である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 高周波又はパルス直流電源によって、前
記支持体をバイアすする、請求項１又は２に記載の方
法。 - 【請求項４】 前記ターゲットを高周波又はパルス直流
電源によってバイアスする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 堆積の後又は堆積の間にプラズマ酸化を
行うことを更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項６】 前記誘電体を第１の電極上に堆積させ、
別の第２の電極を前記誘電体の上側表面に堆積させて、
複数のキャパシターを作る、請求項１〜５のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項７】 それぞれの前記第２電極の面積が０．０
１ｃｍ2未満である、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記金属酸化物が五酸化タンタルであ
る、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
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