JP2002203854A - Forming method of high dielectric oxide film - Google Patents

Forming method of high dielectric oxide film

Info

Publication number
JP2002203854A
JP2002203854A JP2000399261A JP2000399261A JP2002203854A JP 2002203854 A JP2002203854 A JP 2002203854A JP 2000399261 A JP2000399261 A JP 2000399261A JP 2000399261 A JP2000399261 A JP 2000399261A JP 2002203854 A JP2002203854 A JP 2002203854A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
film
metal oxide
high dielectric
forming
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.)
Withdrawn
Application number
JP2000399261A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Ebuchi
康男 江渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000399261A priority Critical patent/JP2002203854A/en
Publication of JP2002203854A publication Critical patent/JP2002203854A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form the high dielectric film of a metal oxide having no oxygen defect and superior in withstanding pressure characteristic. SOLUTION: The forming method of the high dielectric oxide film is provided with a first sputtering process for performing reactive sputtering deposition in the atmosphere of Ar+O2 gas in a first chamber holding an inner peripheral side part surrounding a plasma generation part electric conduction and forming a first metal oxide film (Ta2O5 film) on a substrate, and a second sputtering process for performing reactive sputtering deposition in the atmosphere of Ar+O2 in a second chamber having the inner peripheral side of insulation and forming a second metal oxide film (Ta2O5 film) on the first metal oxide film.

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、高誘電体酸化物膜
の形成方法に係わり、特にロジックLSIなどのキャパ
シタ絶縁膜として好適する金属酸化物の高誘電体膜を、
スパッタリング(反応性スパッタデポジション)により
形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a high dielectric oxide film, and more particularly to a method of forming a high dielectric film of a metal oxide suitable as a capacitor insulating film for a logic LSI or the like.
The present invention relates to a method of forming by sputtering (reactive sputter deposition).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ロジックLSIやDRAM(Rand
om Access Memory)のような半導体メモリのキャパシタ
用絶縁膜の材料として、高い誘電率を有する高誘電体が
使用されている。誘電率の高い材料としては、結晶構造
がペロブスカイト構造の単一格子であるBST((Ba
/Sr)TiO)や、Taに代表される単金属
酸化物が知られている。特に、Taは比誘電率が
25と窒化膜(Si )のほぼ4倍の高い値を有
し、LSIへの適用が盛んに研究されている。そして、
このようなTa膜を形成するには、CVD法と並
んで、アルゴン(Ar)のような不活性ガスと酸素との
混合ガス雰囲気で反応性スパッタデポジションを行う方
法が採られている。
2. Description of the Related Art In recent years, logic LSIs and DRAMs (Rand
om Access Memory)
High dielectric material with high dielectric constant
It is used. As a material with a high dielectric constant, the crystal structure
Is a single lattice of perovskite structure BST ((Ba
/ Sr) TiO3) And Ta2O5Metal represented by
Oxides are known. In particular, Ta2O5Has relative permittivity
25 and nitride film (Si3N 4) Has almost 4 times higher value
However, application to LSI has been actively studied. And
Such Ta2O5In order to form a film, the same as CVD method
Therefore, an inert gas such as argon (Ar) and oxygen
For reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere
The law has been adopted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
らの反応性スパッタデポジションによる酸化物膜の形成
方法においては、成膜された酸化物膜中に酸素欠損が見
られ、耐圧特性が低下するという問題があった。また、
成膜の際に下地の電極基板などが酸化され、例えば下部
電極にSi系の材料を用いると、界面にSiO層のよ
うな電極酸化物の層が生成しやすい。その結果、容量値
が低下するという問題があった。
However, in the conventional method of forming an oxide film by reactive sputter deposition, oxygen vacancies are found in the formed oxide film, and the breakdown voltage characteristics are reduced. There was a problem. Also,
When the film is formed, the underlying electrode substrate and the like are oxidized. For example, when a Si-based material is used for the lower electrode, an electrode oxide layer such as a SiO 2 layer is easily generated at the interface. As a result, there is a problem that the capacitance value decreases.

【0004】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、誘電率が高く耐圧特性に優れた金属酸
化物膜を形成する方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and has as its object to provide a method for forming a metal oxide film having a high dielectric constant and excellent withstand voltage characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明の高
誘電体酸化物膜の形成方法は、請求項1に記載するよう
に、基板上に金属酸化物の高誘電体膜を形成する方法に
おいて、プラズマ発生部を囲繞する内周側面が導電性に
保持された第1のチャンバー内で、酸素と不活性ガスと
の混合ガス雰囲気で反応性スパッタデポジションを行
い、前記基板上に第1の金属酸化物膜を形成する第1の
スパッタリング工程と、絶縁性の内周側面を有する第2
のチャンバー内で、酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲
気で反応性スパッタデポジションを行い、前記第1の金
属酸化物膜上に第2の金属酸化物膜を形成する第2のス
パッタリング工程とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a high dielectric oxide film, comprising forming a metal oxide high dielectric film on a substrate. In the method, reactive sputter deposition is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas in a first chamber in which an inner peripheral side surface surrounding a plasma generating portion is kept conductive, and A first sputtering step for forming a first metal oxide film, and a second sputtering step having an insulating inner peripheral side surface.
A second sputtering step of performing reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas to form a second metal oxide film on the first metal oxide film. It is characterized by having.

【0006】第2の発明の高誘電体酸化物膜の形成方法
は、請求項2に記載するように、基板上に金属酸化物の
高誘電体膜を形成する方法において、プラズマ発生部を
囲繞する内周側面が導電性に保持された第1のチャンバ
ー内で、酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気で反応性
スパッタデポジションを行い、前記基板上に第1の金属
酸化物膜を形成する第1のスパッタリング工程と、酸素
と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下において、前記基板
に高周波電圧を印加し、該基板表面に酸素プラズマ種を
導きながら反応性スパッタデポジションを行い、前記第
1の金属酸化物膜上に第2の金属酸化物膜を形成する第
2のスパッタリング工程とを備えたことを特徴とする。
この第2の発明においては、請求項3に記載するよう
に、第2のスパッタリング工程を、第1のチャンバー内
で行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for forming a high-dielectric oxide film on a substrate, the method comprising forming a high-dielectric film of a metal oxide on a substrate. Forming a first metal oxide film on the substrate by performing reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas in a first chamber in which the inner peripheral side surface is kept conductive. A first sputtering step of applying a high-frequency voltage to the substrate in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas, and performing reactive sputtering deposition while guiding oxygen plasma species to the substrate surface; A second sputtering step of forming a second metal oxide film on the first metal oxide film.
In the second invention, as described in claim 3, the second sputtering step can be performed in the first chamber.

【0007】本発明の高誘電体酸化物膜の形成方法にお
いて、形成される金属酸化物膜としては、例えばBST
((Ba/Sr)TiO)やTaの薄膜のよう
に、Ta、Ti、Zr、Hf、Pb、Ba、Sr、Al
の中から選ばれる1種または2種以上の金属の酸化物膜
が挙げられる。そして、このような金属酸化物膜の形成
では、請求項5に記載するように、第1のスパッタリン
グ工程で、Ta、Ti、Zr、Hf、Pb、Ba、S
r、Alの中から選ばれる1種または2種以上の金属を
ターゲットとして反応性スパッタデポジションを行うこ
とができる。また、請求項6に記載するように、第2の
スパッタリング工程でも、Ta、Ti、Zr、Hf、P
b、Ba、Sr、Alの中から選ばれる1種または2種
以上の金属をターゲットとして反応性スパッタデポジシ
ョンを行うことができる。
In the method of forming a high dielectric oxide film according to the present invention, the metal oxide film to be formed may be, for example, BST
(Ta / Ti, Zr, Hf, Pb, Ba, Sr, Al) like a thin film of ((Ba / Sr) TiO 3 ) or Ta 2 O 5.
And oxide films of one or more metals selected from the group consisting of: In the formation of such a metal oxide film, Ta, Ti, Zr, Hf, Pb, Ba, S
Reactive sputter deposition can be performed using one or more metals selected from r and Al as targets. Also, as described in claim 6, Ta, Ti, Zr, Hf, P
Reactive sputter deposition can be performed using one or more metals selected from b, Ba, Sr, and Al as targets.

【0008】本発明においては、このような高誘電体酸
化物膜を電極基板(下部電極)の上に形成し、さらにそ
の上に上部電極を形成することにより、高誘電体キャパ
シタを形成することができる。高誘電体キャパシタは、
半導体メモリ(DRAM)やロジックLSIなどのキャ
パシタに適用される。下部電極材料としては、多結晶シ
リコン、シリサイド、またはPt、Au、Al、Ti
N、TaN、TiWなどの金属が使用される。上部電極
材料としては、下部電極材と同一または異なる材料が使
用される。
In the present invention, a high dielectric capacitor is formed by forming such a high dielectric oxide film on an electrode substrate (lower electrode) and further forming an upper electrode thereon. Can be. High dielectric capacitors are
It is applied to a capacitor such as a semiconductor memory (DRAM) and a logic LSI. As the lower electrode material, polycrystalline silicon, silicide, or Pt, Au, Al, Ti
Metals such as N, TaN, TiW are used. The same or different material as the lower electrode material is used as the upper electrode material.

【0009】本発明の第1の発明および第2の発明で
は、第1のスパッタリング工程が行われる第1のチャン
バーの内周面において、基板の載置部とターゲットとの
間のプラズマ発生部を囲む側面部が導電性になっている
ので、図1に示すように、第1のチャンバー1内で酸素
のプラズマ種O(プラズマにより生成された酸素ラジ
カル種)が基板2に到達しにくい。その結果、基板2の
酸化反応が生じにくく、基板2上の下部電極の酸化を抑
制し、直接第1の金属酸化物膜が成膜される。
In the first invention and the second invention of the present invention, the plasma generating portion between the substrate mounting portion and the target is provided on the inner peripheral surface of the first chamber where the first sputtering process is performed. Since the surrounding side surface is conductive, the oxygen plasma species O * (oxygen radical species generated by the plasma) hardly reaches the substrate 2 in the first chamber 1 as shown in FIG. As a result, the oxidation reaction of the substrate 2 hardly occurs, the oxidation of the lower electrode on the substrate 2 is suppressed, and the first metal oxide film is formed directly.

【0010】次いで、第2のスパッタリング工程で、酸
素のプラズマ種Oを基板に導きながら反応性スパッタ
デポジションが行われる。ここで、酸素のプラズマ種O
を基板に導くために、第1の発明においては、図2に
示すように、絶縁性の内周側面を有する第2のチャンバ
ー3内で、酸素との反応性スパッタデポジションを行
う。また、第2の発明においては、図3に示すように、
基板2にRF(高周波)によるバイアスを印加しながら
反応性スパッタデポジションを行う。なお、図1は、第
1のスパッタリング工程での第1のチャンバー内部の酸
素プラズマの発生状態を模式的に示す図であり、図2お
よび図3は、第2のスパッタリング工程でのチャンバー
内部の酸素プラズマの発生状態を模式的に示す図であ
る。これらの図において、酸素プラズマの発生状態およ
び到達範囲を斜線で示している。また、符号4は基板ホ
ルダーを示し、符号5はターゲットを示している。
Next, in a second sputtering step, reactive sputter deposition is performed while introducing oxygen plasma species O * to the substrate. Here, the oxygen plasma species O
In order to introduce * to the substrate, in the first invention, as shown in FIG. 2, reactive sputter deposition with oxygen is performed in a second chamber 3 having an insulating inner peripheral side surface. Further, in the second invention, as shown in FIG.
Reactive sputter deposition is performed while applying a bias by RF (high frequency) to the substrate 2. FIG. 1 is a view schematically showing a state of generation of oxygen plasma inside the first chamber in the first sputtering step, and FIGS. 2 and 3 are views showing the inside of the chamber in the second sputtering step. It is a figure which shows the generation state of oxygen plasma typically. In these figures, the generation state and the reach of oxygen plasma are indicated by oblique lines. Reference numeral 4 indicates a substrate holder, and reference numeral 5 indicates a target.

【0011】こうして、第2のスパッタリング工程で、
酸素のプラズマ種を基板に導きながら反応性スパッタデ
ポジションにより金属酸化膜を成膜することにより、膜
中の欠損に酸素が補填される。こうして形成される第2
の金属酸化膜は、酸素の欠損がなく結合状態が良好であ
り、耐圧特性が高い。また、第2の金属酸化膜の成膜に
おいては、基板との間に第1のスパッタリング工程で成
膜された第1の金属酸化物膜があるので、基板との間に
酸化反応層が生成しにくい。
Thus, in the second sputtering step,
By forming a metal oxide film by reactive sputter deposition while introducing an oxygen plasma species to the substrate, defects in the film are supplemented with oxygen. The second thus formed
The metal oxide film has good bonding state without oxygen deficiency and high withstand voltage characteristics. In the formation of the second metal oxide film, since the first metal oxide film formed in the first sputtering step is formed between the second metal oxide film and the substrate, an oxidation reaction layer is formed between the second metal oxide film and the substrate. Hard to do.

【0012】したがって、第1のスパッタリング工程と
第2のスパッタリング工程とを備えた本発明によれば、
酸素欠損がなく優れた耐圧特性を有し、かつ下部電極と
の界面に酸化反応層の生成がなく高容量の高誘電体酸化
物膜を形成することができる。
Therefore, according to the present invention having the first sputtering step and the second sputtering step,
It is possible to form a high-capacity high-dielectric-oxide film having no oxygen deficiency, having excellent withstand voltage characteristics, and having no oxidation reaction layer at the interface with the lower electrode.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0014】実施例1 以下に示すようにして、Taをターゲットとする反応性
スパッタデポジションを行い、多結晶シリコンの下部電
極が形成されたシリコン基板上に、20nmの膜厚のTa
膜を、10nmの膜厚ずつ2回に分けて成膜した。2回
の成膜は、それぞれ別のチャンバー内で行った。
Example 1 Reactive sputter deposition using Ta as a target was performed as follows, and a 20 nm thick Ta 2 film was formed on a silicon substrate on which a lower electrode of polycrystalline silicon was formed.
An O 5 film was formed in two steps of 10 nm in thickness. The two film formations were performed in different chambers.

【0015】すなわち、まず第1のチャンバー内で第1
のスパッタリングを行い、10nmの膜厚のTa膜を
成膜した。第1のチャンバー内では、Ta膜の成
膜前に、シャッターにより基板を覆った状態でスパッタ
リング(ダミースパッタ)を行った。このスパッタリン
グは、Arガスのみをガス流量30sccmで導入しながら、
スパッタ電力4kWで100sec秒間行い、第1のチャンバー
内の基板載置部とターゲットとの間の側壁面にターゲッ
トの構成材料である金属Taの薄膜を形成し、チャンバ
ー内周の側面部を導電性とした。
That is, first, in the first chamber, the first
Was sputtered to form a Ta 2 O 5 film having a thickness of 10 nm. In the first chamber, sputtering (dummy sputtering) was performed with the shutter covering the substrate before the Ta 2 O 5 film was formed. In this sputtering, while introducing only Ar gas at a gas flow rate of 30 sccm,
A sputtering power of 4 kW is applied for 100 seconds to form a thin film of metal Ta, which is a constituent material of the target, on the side wall between the substrate mounting portion and the target in the first chamber. And

【0016】次いで、引き続いて第1のチャンバー内
で、Ar+Oガス(アルゴンと酸素の混合ガス)をA
rガスの流量30sccm、Oガスの流量45sccmでそれぞれ
導入しながら、スパッタ電力4kWで30sec秒間ダミースパ
ッタを行い、Taターゲットの表面を酸化した。
Subsequently, in the first chamber, Ar + O 2 gas (mixed gas of argon and oxygen) is supplied into the first chamber.
While introducing r gas at a flow rate of 30 sccm and O 2 gas at a flow rate of 45 sccm, dummy sputtering was performed at a sputtering power of 4 kW for 30 seconds to oxidize the surface of the Ta target.

【0017】こうして、第1のチャンバー内周の側面部
を導電性にしターゲット表面を酸化した後、このチャン
バー内で第1のスパッタリングを行った。第1のスパッ
タリング工程では、Ar+OガスをArガスの流量30
sccm、Oガスの流量45sccmでそれぞれ導入しながら、
スパッタ電力4kWで100sec秒間反応性スパッタデポジシ
ョンを行い、シリコン基板上に第1のTa膜を10
nmの厚さに堆積した。
After the side surface of the inner periphery of the first chamber was made conductive and the target surface was oxidized, the first sputtering was performed in this chamber. In the first sputtering step, Ar + O 2 gas is supplied at a flow rate of Ar gas of 30%.
While introducing sccm and O 2 gas at a flow rate of 45 sccm respectively,
Reactive sputter deposition was performed at a sputtering power of 4 kW for 100 seconds, and a first Ta 2 O 5 film was deposited on a silicon substrate for 10 seconds.
Deposited to a thickness of nm.

【0018】次に、こうして第1のTa膜が成膜
された基板を、第1のチャンバーから取り出し、第2の
チャンバー内で第2のスパッタリングを行った。
Next, the substrate on which the first Ta 2 O 5 film was formed was taken out of the first chamber and subjected to second sputtering in the second chamber.

【0019】まず、チャンバー立ち上げ時にシャッター
により基板を覆った状態で、十分にダミースパッタを行
い、第2のチャンバー内周の側面部にTaを堆積
した。次いで、こうして内周の側面部が絶縁性とされた
第2のチャンバー内で、Ar+OガスをArガスの流
量30sccm、Oガスの流量45sccmでそれぞれ導入しなが
ら、スパッタ電力4kWで100sec秒間反応性スパッタデポ
ジションを行い、第1のスパッタリング工程で成膜され
た第1のTa膜上に第2のTa膜を10nmの
厚さに堆積した。
First, while the substrate was covered by the shutter when the chamber was started, sufficient dummy sputtering was performed to deposit Ta 2 O 5 on the side surface of the inner periphery of the second chamber. Next, in the second chamber whose inner side surface was made insulative in this way, a reaction was performed for 100 seconds at a sputtering power of 4 kW while introducing Ar + O 2 gas at an Ar gas flow rate of 30 sccm and an O 2 gas flow rate of 45 sccm, respectively. A second Ta 2 O 5 film was deposited to a thickness of 10 nm on the first Ta 2 O 5 film formed in the first sputtering step.

【0020】こうして形成された高誘電体膜の断面構造
を図4に示す。図において、符号6は、シリコンの下地
基板、符号7はその上に形成された多結晶シリコンの下
部電極、符号8は高誘電体膜をそれぞれ示している。高
誘電体膜8は、第1のスパッタリング工程で形成された
厚さ10nmの第1のTa膜8aと、第2のスパッタ
リング工程で形成された厚さ10nmの第2のTa
8bとから構成される。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the high dielectric film thus formed. In the drawing, reference numeral 6 denotes a silicon base substrate, reference numeral 7 denotes a lower electrode of polycrystalline silicon formed thereon, and reference numeral 8 denotes a high dielectric film. High dielectric film 8, the second Ta 2 O of which the first and the Ta 2 O 5 film 8a of thickness 10nm is formed in the second sputtering process with a thickness of 10nm formed by first sputtering step composed of the 5 film 8b.

【0021】実施例1で形成された高誘電体膜8(膜厚
20nm)は、下部電極7との界面に酸化反応層が生成され
ていないので、容量特性の劣化がなく、かつ膜中に酸素
欠損がなく結合状態が良好であるので、耐圧特性に優れ
ている。すなわち、第1のスパッタリング工程では、内
周の側面部が導電性に保持された第1のチャンバー内
で、プラズマにより生成された酸素ラジカル種が基板に
到達しにくい条件で反応性スパッタデポジションが行わ
れているので、下部電極7の酸化反応が抑制されてお
り、基板電極との界面に酸化反応層が生成しにくい。
The high dielectric film 8 (film thickness) formed in Example 1
In the case of (20 nm), since no oxidation reaction layer is generated at the interface with the lower electrode 7, there is no deterioration in capacitance characteristics, and there is no oxygen deficiency in the film, and the bonding state is good, so that the breakdown voltage characteristics are excellent. . That is, in the first sputtering step, reactive sputter deposition is performed in the first chamber in which the inner peripheral side surface is kept conductive, under conditions that oxygen radical species generated by plasma hardly reach the substrate. Since the reaction is performed, the oxidation reaction of the lower electrode 7 is suppressed, and an oxidation reaction layer is hardly generated at the interface with the substrate electrode.

【0022】そして、その後の第2のスパッタリング工
程で、酸素のプラズマ種を基板に導きながら反応性スパ
ッタデポジションが行われているので、こうして成膜さ
れる膜中では酸素欠損に酸素が補填され、結合状態の良
好な第2のTa膜8bが形成される。そのうえ第
2のスパッタリング工程では、下層に第1のTa
膜8aが存在しているので、酸素のプラズマ種が直接下
部電極7に触れることがなく、電極酸化が抑えられる。
Then, the second sputtering process
In the process, the reactive spa
Since deposition is being performed,
The oxygen deficiency is supplemented with oxygen in the film to be
Good second Ta2O5The film 8b is formed. Besides
In the sputtering step of No. 2, the first Ta2O 5
Owing to the presence of the film 8a, the oxygen plasma species
The electrode oxidation is suppressed without touching the unit electrode 7.

【0023】こうして形成された第1のTa膜8
aと第2のTa膜8bとから成る膜厚20nmの高誘
電体膜8について、容量特性および耐圧特性を測定した
ところ、第2のTa膜8b中には酸素欠損がなく
結合状態が良好であるため、全体の耐圧値が高く、かつ
下部電極7との界面に酸化反応層がなく容量値が高いも
のであった。
The first Ta 2 O 5 film 8 thus formed
When the capacitance characteristics and the breakdown voltage characteristics of the high dielectric film 8 having a thickness of 20 nm, which is composed of a and the second Ta 2 O 5 film 8 b, were measured, oxygen vacancies were found in the second Ta 2 O 5 film 8 b. As a result, the bonding state was good and the overall withstand voltage was high, and there was no oxidation reaction layer at the interface with the lower electrode 7, so that the capacitance was high.

【0024】これに対して、比較例1として、前記した
第1のチャンバー内で実施例1と同じガス流量(Ar+
ガス)およびスパッタ電力で200秒間連続的に反応
性スパッタデポジションを行い、膜厚20nmのTa
膜を堆積した。また、比較例2として、第2のチャンバ
ー内で実施例1と同じガス流量および電力で200秒間連
続的に反応性スパッタデポジションを行い、膜厚20nmの
Ta膜を堆積した。
On the other hand, in Comparative Example 1, the same gas flow rate (Ar +
O 2 gas) and subjected to 200 seconds continuously reactive sputtering deposition by sputtering power, the film thickness of 20 nm Ta 2 O 5
The film was deposited. Further, as Comparative Example 2, reactive sputtering deposition was continuously performed for 200 seconds in the second chamber at the same gas flow rate and power as in Example 1 to deposit a Ta 2 O 5 film having a thickness of 20 nm.

【0025】こうして比較例1および2で形成されたT
膜について、実施例と同様にして容量および耐
圧特性を測定したところ、比較例1で得られたTa
膜は、下部電極との界面に電極酸化層(SiO)の
生成がなく、実施例1と同程度の高い容量値を示した
が、膜中に酸素欠損があり、耐圧値は低いものであっ
た。また、比較例2で得られたTa膜は、膜中に
酸素欠損がなく実施例1と同程度の高い耐圧値を示した
が、下部電極との界面に酸化反応層が生成されており、
高い容量値が得られなかった。
The T thus formed in Comparative Examples 1 and 2
The capacitance and breakdown voltage characteristics of the a 2 O 5 film were measured in the same manner as in the example, and the Ta 2 O 5 film obtained in Comparative Example 1 was obtained.
The film No. 5 did not generate an electrode oxide layer (SiO 2 ) at the interface with the lower electrode and exhibited a high capacitance value similar to that of Example 1, but had oxygen deficiency in the film and had a low withstand voltage Met. In addition, the Ta 2 O 5 film obtained in Comparative Example 2 did not have oxygen deficiency in the film and exhibited a high breakdown voltage similar to that of Example 1, but an oxidation reaction layer was formed at the interface with the lower electrode. And
High capacity values could not be obtained.

【0026】実施例2 第1の実施例と同様に第1のチャンバー内で第1のスパ
ッタリングを行い、シリコン基板上に第1のTa
膜を10nmの厚さに成膜した後、引き続いて第1のチャン
バー内で第2のスパッタリングを行った。
Embodiment 2 First sputtering is performed in a first chamber in the same manner as in the first embodiment, and a first Ta 2 O 5 film is formed on a silicon substrate.
After forming the film to a thickness of 10 nm, a second sputtering was performed in the first chamber.

【0027】第2のスパッタリング工程では、基板に高
周波電圧を印加し、基板表面に酸素プラズマ種を導きな
がら成膜し、第1のTa膜の上に第2のTa
膜を10nmの厚さに堆積した。なお、スパッタ条件は、
Arガスの流量を30sccm、O ガスの流量を45sccm、ス
パッタ電力を4kWとし、100sec秒間反応性スパッタデポ
ジションを行った。
In the second sputtering step, a high
Frequency voltage to guide oxygen plasma species to the substrate surface.
The first Ta2O5The second Ta on the film2O
5The film was deposited to a thickness of 10 nm. The sputtering conditions were as follows:
Ar gas flow rate 30 sccm, O 2Gas flow rate 45 sccm,
4 kW of putter power, reactive sputter deposition for 100 seconds
Session.

【0028】こうして形成された膜厚20nmの高誘電体膜
は、第1のスパッタリング工程で形成された第1のTa
膜(厚さ10nm)と第2のスパッタリング工程で形
成された第2のTa膜(厚さ10nm)とから構成さ
れており、下部電極との界面に酸化反応層の生成がない
ので、容量特性の劣化が少なく容量値が高いものであっ
た。また、第2のTa膜中には酸素欠損がなく、
結合状態が良好であるので、高い耐圧値を示した。
The high-dielectric film having a thickness of 20 nm thus formed is formed of the first Ta film formed in the first sputtering step.
2 O 5 film is composed from the (thickness 10 nm) and a second Ta 2 O 5 film is formed by a second sputtering process (thickness 10 nm), product of the oxidation reaction layer at the interface between the lower electrode Therefore, there was little deterioration in capacitance characteristics and the capacitance value was high. Further, there is no oxygen vacancy in the second Ta 2 O 5 film,
Since the bonding state was good, a high withstand voltage value was exhibited.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、膜中に酸素欠損がなく優れた耐圧特性を有
し、かつ下部の基板との界面に酸化反応層の生成がなく
高容量の高誘電体酸化物膜を形成することができる。し
たがって、本発明により得られた高誘電体膜は、DRA
Mのような半導体メモリおよびロジックLSI等に用い
られるキャパシタ用絶縁膜として好適に適用することが
できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, there is no oxygen deficiency in the film, excellent pressure resistance characteristics, and no formation of an oxidation reaction layer at the interface with the lower substrate. A high-capacity high-dielectric oxide film can be formed. Therefore, the high dielectric film obtained according to the present invention has a DRA
It can be suitably applied as an insulating film for a capacitor used in a semiconductor memory such as M and a logic LSI.

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

【図1】本発明において、第1のスパッタリング工程で
の第1のチャンバー内部の酸素プラズマの発生状態を模
式的に示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a state of generation of oxygen plasma inside a first chamber in a first sputtering step in the present invention.

【図2】本発明の第1の発明において、第2のスパッタ
リング工程でのチャンバー内部の酸素プラズマの発生状
態を模式的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a state of generation of oxygen plasma inside a chamber in a second sputtering step in the first invention of the present invention.

【図3】本発明の第2の発明において、第2のスパッタ
リング工程でのチャンバー内部の酸素プラズマの発生状
態を模式的に示す図
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state of generation of oxygen plasma inside a chamber in a second sputtering step in the second invention of the present invention.

【図4】本発明の実施例1で形成された高誘電体膜の構
造を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a high dielectric film formed in Example 1 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………第1のチャンバー、2………基板、3………第
2のチャンバー、4………基板ホルダー、5………ター
ゲット、6………シリコン下地基板、7………下部電
極、8………高誘電体膜、8a………第1のTa
膜、8b………第2のTa
1... First chamber, 2... Substrate 3... Second chamber 4... Substrate holder 5... Target 6... Silicon base substrate 7. Electrode, 8 High dielectric film, 8a First Ta 2 O 5
Film, 8b... Second Ta 2 O 5 film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に金属酸化物の高誘電体膜を形成
する方法において、 プラズマ発生部を囲繞する内周側面が導電性に保持され
た第1のチャンバー内で、酸素と不活性ガスとの混合ガ
ス雰囲気で反応性スパッタデポジションを行い、前記基
板上に第1の金属酸化物膜を形成する第1のスパッタリ
ング工程と、 絶縁性の内周側面を有する第2のチャンバー内で、酸素
と不活性ガスとの混合ガス雰囲気で反応性スパッタデポ
ジションを行い、前記第1の金属酸化物膜上に第2の金
属酸化物膜を形成する第2のスパッタリング工程とを備
えたことを特徴とする高誘電体酸化物膜の形成方法。
1. A method for forming a metal oxide high dielectric film on a substrate, wherein oxygen and an inert gas are provided in a first chamber in which an inner peripheral side surface surrounding a plasma generating portion is kept conductive. A first sputtering step of performing a reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere of forming a first metal oxide film on the substrate, and a second chamber having an insulating inner peripheral side surface, A second sputtering step of performing a reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas to form a second metal oxide film on the first metal oxide film. A method for forming a high-dielectric-constant oxide film.
【請求項2】 基板上に金属酸化物の高誘電体膜を形成
する方法において、プラズマ発生部を囲繞する内周側面
が導電性に保持された第1のチャンバー内で、酸素と不
活性ガスとの混合ガス雰囲気で反応性スパッタデポジシ
ョンを行い、前記基板上に第1の金属酸化物膜を形成す
る第1のスパッタリング工程と、 酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下において、前記
基板に高周波電圧を印加し、該基板表面に酸素プラズマ
種を導きながら反応性スパッタデポジションを行い、前
記第1の金属酸化物膜上に第2の金属酸化物膜を形成す
る第2のスパッタリング工程とを備えたことを特徴とす
る高誘電体酸化物膜の形成方法。
2. A method for forming a metal oxide high dielectric film on a substrate, wherein oxygen and an inert gas are contained in a first chamber in which an inner peripheral side surface surrounding a plasma generating portion is kept conductive. A first sputtering step of forming a first metal oxide film on the substrate by performing reactive sputter deposition in a mixed gas atmosphere of Applying a high-frequency voltage to the substrate and performing reactive sputter deposition while guiding oxygen plasma species to the substrate surface to form a second metal oxide film on the first metal oxide film. And a method of forming a high dielectric oxide film.
【請求項3】 前記第2のスパッタリング工程を、前記
第1のスパッタリング工程の後に前記第1のチャンバー
内で行うことを特徴とする請求項2記載の高誘電体酸化
物膜の形成方法。
3. The method for forming a high dielectric oxide film according to claim 2, wherein said second sputtering step is performed in said first chamber after said first sputtering step.
【請求項4】 前記金属酸化物は、Ta、Ti、Zr、
Hf、Pb、Ba、Sr、Alの中から選ばれる1種ま
たは2種以上の金属の酸化物であることを特徴とする請
求項1乃至3のいずれか1項記載の高誘電体酸化物膜の
形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the metal oxide is Ta, Ti, Zr,
The high dielectric oxide film according to claim 1, wherein the high dielectric oxide film is an oxide of one or more metals selected from Hf, Pb, Ba, Sr, and Al. Formation method.
【請求項5】 前記第1のスパッタリング工程におい
て、Ta、Ti、Zr、Hf、Pb、Ba、Sr、Al
の中から選ばれる1種または2種以上の金属をターゲッ
トとして反応性スパッタデポジションを行うことを特徴
とする請求項4記載の高誘電体酸化物膜の形成方法。
5. In the first sputtering step, Ta, Ti, Zr, Hf, Pb, Ba, Sr, Al
5. The method for forming a high dielectric oxide film according to claim 4, wherein the reactive sputter deposition is performed using one or more metals selected from the group consisting of:
【請求項6】 前記第2のスパッタリング工程におい
て、Ta、Ti、Zr、Hf、Pb、Ba、Sr、Al
の中から選ばれる1種または2種以上の金属をターゲッ
トとして反応性スパッタデポジションを行うことを特徴
とする請求項4記載の高誘電体酸化物膜の形成方法。
6. In the second sputtering step, Ta, Ti, Zr, Hf, Pb, Ba, Sr, Al
5. The method for forming a high dielectric oxide film according to claim 4, wherein the reactive sputter deposition is performed using one or more metals selected from the group consisting of:
JP2000399261A 2000-12-27 2000-12-27 Forming method of high dielectric oxide film Withdrawn JP2002203854A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000399261A JP2002203854A (en) 2000-12-27 2000-12-27 Forming method of high dielectric oxide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000399261A JP2002203854A (en) 2000-12-27 2000-12-27 Forming method of high dielectric oxide film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002203854A true JP2002203854A (en) 2002-07-19

Family

ID=18864063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000399261A Withdrawn JP2002203854A (en) 2000-12-27 2000-12-27 Forming method of high dielectric oxide film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002203854A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648632B1 (en) 2005-01-25 2006-11-23 삼성전자주식회사 Method for forming a dielectric structure having a high dielectric constant and method of manufacturing a semiconductor device having the dielectric structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648632B1 (en) 2005-01-25 2006-11-23 삼성전자주식회사 Method for forming a dielectric structure having a high dielectric constant and method of manufacturing a semiconductor device having the dielectric structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3976462B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US5656852A (en) High-dielectric-constant material electrodes comprising sidewall spacers
KR100356348B1 (en) Electrode made of vaporized high dielectric constant material
US5973911A (en) Ferroelectric thin-film capacitor
US5573979A (en) Sloped storage node for a 3-D dram cell structure
JP4228560B2 (en) Capacitor element and manufacturing method thereof
JP4046588B2 (en) Capacitor manufacturing method
US20050062130A1 (en) Semiconductor device and making thereof
US6538272B2 (en) Semiconductor storage device and method of producing same
JPS6349907B2 (en)
CN1130801A (en) Method for making capacitor
KR100420847B1 (en) Method of forming thin film capacitor
JP5458514B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2003273325A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US6797583B2 (en) Method of manufacturing capacitor in semiconductor devices
JP2005340721A (en) Method of depositing dielectric film having high dielectric constant
US7056784B2 (en) Methods of forming capacitors by ALD to prevent oxidation of the lower electrode
US6495428B1 (en) Method of making a capacitor with oxygenated metal electrodes and high dielectric constant materials
JPH11297964A (en) Method for manufacturing capacitance of semiconductor device with dielectric film having high dielectric constant
US8124492B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JPH07263570A (en) Manufacture of dielectric device
US6559000B2 (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
JP3594787B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002203854A (en) Forming method of high dielectric oxide film
JP2002184978A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080304