JP2003078135A - 半導体装置用ゲート絶縁膜及び同絶縁膜の製造方法 - Google Patents
半導体装置用ゲート絶縁膜及び同絶縁膜の製造方法Info
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- JP2003078135A JP2003078135A JP2001268208A JP2001268208A JP2003078135A JP 2003078135 A JP2003078135 A JP 2003078135A JP 2001268208 A JP2001268208 A JP 2001268208A JP 2001268208 A JP2001268208 A JP 2001268208A JP 2003078135 A JP2003078135 A JP 2003078135A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電率が高くかつ劣化が少なく、より薄膜化
することが可能であり、基板上のＳｉ下地との間に反応
（拡散）層が形成され難い等、リーク電流が少ない安定
した特性を有する半導体装置用ゲート絶縁膜を得ること
を課題とする。 【解決手段】 Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素
のフッ化物からなることを特徴とする半導体装置用ゲー
ト絶縁膜。
することが可能であり、基板上のＳｉ下地との間に反応
（拡散）層が形成され難い等、リーク電流が少ない安定
した特性を有する半導体装置用ゲート絶縁膜を得ること
を課題とする。 【解決手段】 Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素
のフッ化物からなることを特徴とする半導体装置用ゲー
ト絶縁膜。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高集積度半導体装
置用ゲート絶縁膜及び同ゲート絶縁膜の製造方法に関す
る。
置用ゲート絶縁膜及び同ゲート絶縁膜の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置のゲート絶縁膜とし
て、長年ＳｉＯ２が使用されてきた。しかし、近年の半
導体の高集積化に伴ってゲート絶縁膜の薄膜化が進み、
トンネル電流によるリーク電流が無視できなくなってき
た。そのため、従来使われていたＳｉＯ２にかわって、
より誘電率の高い酸化物（ＨｆＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２
Ｏ５，ＨｆＳｉｘＯｙ，ＺｒＳｉｘＯｙ，Ｙ２Ｏ３等）
を使用し、実際の膜厚はリーク電流が無視できる程度に
保ったまま、電気的な見掛の厚さを薄くするという方法
が検討されている。しかしながら、上記のような高誘電
率酸化膜は、基板上のＳｉ下地との界面近傍でＳｉを取
込んでシリケード（金属成分とＳｉの混ざった酸化物）
を形成したり、高誘電率酸化膜中の酸素がＳｉに拡散
し、そこにＳｉＯ２膜を形成するなどによって誘電率劣
化させ、所期の目的が達せられないという問題があっ
た。
て、長年ＳｉＯ２が使用されてきた。しかし、近年の半
導体の高集積化に伴ってゲート絶縁膜の薄膜化が進み、
トンネル電流によるリーク電流が無視できなくなってき
た。そのため、従来使われていたＳｉＯ２にかわって、
より誘電率の高い酸化物（ＨｆＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２
Ｏ５，ＨｆＳｉｘＯｙ，ＺｒＳｉｘＯｙ，Ｙ２Ｏ３等）
を使用し、実際の膜厚はリーク電流が無視できる程度に
保ったまま、電気的な見掛の厚さを薄くするという方法
が検討されている。しかしながら、上記のような高誘電
率酸化膜は、基板上のＳｉ下地との界面近傍でＳｉを取
込んでシリケード（金属成分とＳｉの混ざった酸化物）
を形成したり、高誘電率酸化膜中の酸素がＳｉに拡散
し、そこにＳｉＯ２膜を形成するなどによって誘電率劣
化させ、所期の目的が達せられないという問題があっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するために、従来の絶縁膜であるＳｉＯ２等に比べ
て誘電率が高くかつ劣化が少なく、より薄膜化すること
が可能であり、基板上のＳｉ下地との間に反応（拡散）
層が形成され難い等、リーク電流が少ない安定した特性
を有する半導体装置用ゲート絶縁膜を提供することを課
題とする。
解決するために、従来の絶縁膜であるＳｉＯ２等に比べ
て誘電率が高くかつ劣化が少なく、より薄膜化すること
が可能であり、基板上のＳｉ下地との間に反応（拡散）
層が形成され難い等、リーク電流が少ない安定した特性
を有する半導体装置用ゲート絶縁膜を提供することを課
題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、
１．Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化
物からなることを特徴とする半導体装置用ゲート絶縁膜 ２．Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化
物からなるターゲットを用いてスパッタリングすること
を特徴とする半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法 ３．９５％以上の密度比を持つターゲットを用いてスパ
ッタリングすることを特徴とする上記２記載の半導体装
置用ゲート絶縁膜の製造方法 ４．Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも１種の元素からなる
フッ化物粉末を、大気中、酸素ガス雰囲気中、窒素ガス
雰囲気中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で、６５
０°Ｃ〜１０００°Ｃでホットプレスすることにより形
成したターゲットを用いてスパッタリングすることを特
徴とする上記２又は３記載の半導体装置用ゲート絶縁膜
の製造方法を提供する。
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化
物からなることを特徴とする半導体装置用ゲート絶縁膜 ２．Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化
物からなるターゲットを用いてスパッタリングすること
を特徴とする半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法 ３．９５％以上の密度比を持つターゲットを用いてスパ
ッタリングすることを特徴とする上記２記載の半導体装
置用ゲート絶縁膜の製造方法 ４．Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｙの群から選択した少なくとも１種の元素からなる
フッ化物粉末を、大気中、酸素ガス雰囲気中、窒素ガス
雰囲気中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で、６５
０°Ｃ〜１０００°Ｃでホットプレスすることにより形
成したターゲットを用いてスパッタリングすることを特
徴とする上記２又は３記載の半導体装置用ゲート絶縁膜
の製造方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のゲート絶縁膜 は、Ａ
ｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの
群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化物からな
る。これらのフッ化物は熱力学的に安定であり、ＳｉＯ
２よりも誘電率が高い。ＳｉＯ２の誘電率は４．９であ
るが、上記フッ化物の中で、例えばＡｌＦ３の誘電率
６、ＬｉＦの誘電率６、ＢａＦ２の誘電率１０、ＣａＦ
２の誘電率１０、ＰｂＦ２の誘電率４５、ＬａＦ３の誘
電率６０であり、いずれも高誘電率を備えている。これ
によって、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製
造が可能となる。
ｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの
群から選択した少なくとも一種の元素のフッ化物からな
る。これらのフッ化物は熱力学的に安定であり、ＳｉＯ
２よりも誘電率が高い。ＳｉＯ２の誘電率は４．９であ
るが、上記フッ化物の中で、例えばＡｌＦ３の誘電率
６、ＬｉＦの誘電率６、ＢａＦ２の誘電率１０、ＣａＦ
２の誘電率１０、ＰｂＦ２の誘電率４５、ＬａＦ３の誘
電率６０であり、いずれも高誘電率を備えている。これ
によって、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製
造が可能となる。
【０００６】本発明の半導体装置用ゲート絶縁膜は、真
空蒸着、ＲＦスパッタリング等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法を
用いて形成できる。しかし、 フッ化物の薄膜を形成す
る場合、フッ素ガスやフッ素化合物ガスが極めて腐食性
が高いので、反応性スパッタリングあるいは金属膜を形
成した後にフッ素ガス雰囲気中で熱処理する等の手段に
よって、フッ化物膜とするような方法は適していない。
したがって、上記成膜方法の中でも、フッ化物のターゲ
ットを用いてスパッタリングする方法が、本発明のフッ
化物からなる半導体装置用ゲート絶縁膜形成の有効な手
段の一つである。すなわち、Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，
Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくと
も一種の元素のフッ化物からなるターゲットを用いてス
パッタリングすることにより半導体装置用ゲート絶縁膜
を容易にかつ安定して形成することができる。
空蒸着、ＲＦスパッタリング等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法を
用いて形成できる。しかし、 フッ化物の薄膜を形成す
る場合、フッ素ガスやフッ素化合物ガスが極めて腐食性
が高いので、反応性スパッタリングあるいは金属膜を形
成した後にフッ素ガス雰囲気中で熱処理する等の手段に
よって、フッ化物膜とするような方法は適していない。
したがって、上記成膜方法の中でも、フッ化物のターゲ
ットを用いてスパッタリングする方法が、本発明のフッ
化物からなる半導体装置用ゲート絶縁膜形成の有効な手
段の一つである。すなわち、Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，
Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくと
も一種の元素のフッ化物からなるターゲットを用いてス
パッタリングすることにより半導体装置用ゲート絶縁膜
を容易にかつ安定して形成することができる。
【０００７】次に、このゲート絶縁膜を形成する場合に
好適なスパッタリングターゲットを例にとって説明す
る。ゲート絶縁膜に用いるフッ化物ターゲットの組成
は、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＧｄＦ３、ＬａＦ
３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＰｂＦ２、ＹＦ３である。この
内、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３、ＰｂＦ２はイオン
伝導性材料であり、化学量論的組成であることが望まし
い。化学量論的組成からずれた場合には、イオンの移動
が起こり誘電率が低下して、絶縁材としての機能を劣化
させるので好ましくないからである。これら以外のフッ
化物ターゲット、すなわちＡｌＦ３、ＧｄＦ３、Ｌｉ
Ｆ、ＭｇＦ２、ＹＦ３ターゲットについても、 ターゲ
ット組成の化学量論比からのずれが小さいことが求めら
れる。化学量論的組成からのずれは０．５以内の組成比
であれば特に問題とならない。すなわち、ＡｌＦ
２．５−３．５，ＧｄＦ２．５−３．５，ＬｉＦ
０．５−１ ．５，ＭｇＦ１．５−２．５，ＹＦ
２．５−３．５の組成の範囲である。しかし、このよう
な 化学量論比からのずれが、０．５を超えると目的と
する良好な絶縁体特性（比誘電率、リーク電流など）を
維持することができなくなるので、上記の範囲とするの
が望ましい。本発明は、このようなフッ化物を全て包含
する。
好適なスパッタリングターゲットを例にとって説明す
る。ゲート絶縁膜に用いるフッ化物ターゲットの組成
は、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＧｄＦ３、ＬａＦ
３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＰｂＦ２、ＹＦ３である。この
内、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３、ＰｂＦ２はイオン
伝導性材料であり、化学量論的組成であることが望まし
い。化学量論的組成からずれた場合には、イオンの移動
が起こり誘電率が低下して、絶縁材としての機能を劣化
させるので好ましくないからである。これら以外のフッ
化物ターゲット、すなわちＡｌＦ３、ＧｄＦ３、Ｌｉ
Ｆ、ＭｇＦ２、ＹＦ３ターゲットについても、 ターゲ
ット組成の化学量論比からのずれが小さいことが求めら
れる。化学量論的組成からのずれは０．５以内の組成比
であれば特に問題とならない。すなわち、ＡｌＦ
２．５−３．５，ＧｄＦ２．５−３．５，ＬｉＦ
０．５−１ ．５，ＭｇＦ１．５−２．５，ＹＦ
２．５−３．５の組成の範囲である。しかし、このよう
な 化学量論比からのずれが、０．５を超えると目的と
する良好な絶縁体特性（比誘電率、リーク電流など）を
維持することができなくなるので、上記の範囲とするの
が望ましい。本発明は、このようなフッ化物を全て包含
する。
【０００８】また、蒸着法に用いるフッ化物の蒸着源
は、高温に加熱し、昇華させることで基板又は被成膜物
にフッ化物を飛ばすため、全てが分子または分子が数個
集まったクラスターの状態なので蒸着源の密度を高くす
る必要がない。しかし、スパッタリングターゲットの場
合、このような蒸着源と同様な製造方法では、密度比６
０〜８０％程度の低密度のターゲットにしかならない。
このようにして製造される従来のフッ化物ターゲット
は、密度比９５％未満の低密度のポーラスな組織とな
り、密度不足で脆くなり加工性が悪くなるという問題が
ある。さらに、このような低密度のターゲットを用いて
スパッタリングした膜は、パーティクルと呼ばれる粒子
状の欠陥が数多く検出され、製品歩留まりが著しく低下
するという問題が発生する。従って、本発明のフッ化物
からなるスパッタリングターゲットは９５％以上の密度
比を持つことが望ましい。
は、高温に加熱し、昇華させることで基板又は被成膜物
にフッ化物を飛ばすため、全てが分子または分子が数個
集まったクラスターの状態なので蒸着源の密度を高くす
る必要がない。しかし、スパッタリングターゲットの場
合、このような蒸着源と同様な製造方法では、密度比６
０〜８０％程度の低密度のターゲットにしかならない。
このようにして製造される従来のフッ化物ターゲット
は、密度比９５％未満の低密度のポーラスな組織とな
り、密度不足で脆くなり加工性が悪くなるという問題が
ある。さらに、このような低密度のターゲットを用いて
スパッタリングした膜は、パーティクルと呼ばれる粒子
状の欠陥が数多く検出され、製品歩留まりが著しく低下
するという問題が発生する。従って、本発明のフッ化物
からなるスパッタリングターゲットは９５％以上の密度
比を持つことが望ましい。
【０００９】フッ化物スパッタリングターゲットを製造
するには、上記組成の範囲にある粉末を、大気中、酸素
中、窒素中、あるいはＡｒなどの不活性ガス中のいずれ
かの雰囲気中で、６５０〜１０００°Ｃでホットプレス
することによって製造するのが有効である。この場合、
ホットプレスを真空中で行うと、フッ化物粉の解離の進
行する。大気、酸素、窒素、不活性ガス中で行うことに
より、解離の進行を抑えることができる。上記の雰囲気
中で、６５０°Ｃ以上でホットプレスすることによって
密度比９５％以上に高密度化したターゲットを得ること
ができる。また高温でホットプレスすると、フッ素の解
離による組成ずれと共に、脆化がおこり機械加工が困難
となり、スパッタリングターゲットには適さないが、ホ
ットプレス温度を１０００°Ｃ以下とすることで、組成
ずれが少なくかつ、機械加工に対して充分な強度を持つ
フッ化物ターゲットが得ることができる。
するには、上記組成の範囲にある粉末を、大気中、酸素
中、窒素中、あるいはＡｒなどの不活性ガス中のいずれ
かの雰囲気中で、６５０〜１０００°Ｃでホットプレス
することによって製造するのが有効である。この場合、
ホットプレスを真空中で行うと、フッ化物粉の解離の進
行する。大気、酸素、窒素、不活性ガス中で行うことに
より、解離の進行を抑えることができる。上記の雰囲気
中で、６５０°Ｃ以上でホットプレスすることによって
密度比９５％以上に高密度化したターゲットを得ること
ができる。また高温でホットプレスすると、フッ素の解
離による組成ずれと共に、脆化がおこり機械加工が困難
となり、スパッタリングターゲットには適さないが、ホ
ットプレス温度を１０００°Ｃ以下とすることで、組成
ずれが少なくかつ、機械加工に対して充分な強度を持つ
フッ化物ターゲットが得ることができる。
【００１０】
【実施例】次に、実施例について説明する。なお、本実
施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこ
れらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本
発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むもの
である。
施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこ
れらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本
発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むもの
である。
【００１１】（実施例１）ＡｌＦ３粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９８．２
％であった。次に、このＡｌＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＡｌＦ３を成膜した。
このようにして得たＡｌＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＡｌＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＡｌＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率５．８の高誘電率を持つ膜が得られ、
バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができた。ま
た、上記スパッタリングによる成膜の際にはパーティク
ル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することができた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９８．２
％であった。次に、このＡｌＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＡｌＦ３を成膜した。
このようにして得たＡｌＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＡｌＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＡｌＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率５．８の高誘電率を持つ膜が得られ、
バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができた。ま
た、上記スパッタリングによる成膜の際にはパーティク
ル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することができた。
【００１２】（実施例２）ＧｄＦ３粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の相対密度は９
７．２％であった。次に、このＧｄＦ３ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＧｄＦ３を成膜
した。このようにして得たＧｄＦ３膜と基板の断面を観
察したところ、ＧｄＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＧｄＦ３膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率２７．１の高誘電率を持つ膜
が得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することが
できた。また、上記スパッタリングによる成膜の際には
パーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成すること
ができた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の相対密度は９
７．２％であった。次に、このＧｄＦ３ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＧｄＦ３を成膜
した。このようにして得たＧｄＦ３膜と基板の断面を観
察したところ、ＧｄＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＧｄＦ３膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率２７．１の高誘電率を持つ膜
が得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することが
できた。また、上記スパッタリングによる成膜の際には
パーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成すること
ができた。
【００１３】（実施例３）ＬａＦ３粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５
％であった。次に、このＬａＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＬａＦ３を成膜した。
このようにして得たＬａＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＬａＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＬａＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率１４８．２の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
ス雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５
％であった。次に、このＬａＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＬａＦ３を成膜した。
このようにして得たＬａＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＬａＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＬａＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率１４８．２の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
【００１４】（実施例４）ＭｇＦ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。相対密度は９９．２％であった。
このホットプレス焼結体を直径 ７６．２ｍｍのターゲ
ットに加工した。次に、このＭｇＦ２ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＭｇＦ２を成膜
した。このようにして得たＭｇＦ２膜と基板の断面を観
察したところ、ＭｇＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＭｇＦ２膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率９．５の高誘電率を持つ膜が
得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することがで
きた。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパ
ーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することが
できた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。相対密度は９９．２％であった。
このホットプレス焼結体を直径 ７６．２ｍｍのターゲ
ットに加工した。次に、このＭｇＦ２ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＭｇＦ２を成膜
した。このようにして得たＭｇＦ２膜と基板の断面を観
察したところ、ＭｇＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＭｇＦ２膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率９．５の高誘電率を持つ膜が
得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することがで
きた。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパ
ーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することが
できた。
【００１５】（実施例５）ＹＦ３粉を１気圧のＡｒガス
雰囲気中で９５０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時間
ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９７．９％
であった。次に、このＹＦ３ターゲットを用い、自然酸
化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリン
グ法により、膜厚１００ÅのＹＦ３を成膜した。このよ
うにして得たＹＦ３膜と基板の断面を観察したところ、
ＹＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＹＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００Å
成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比誘
電率２６．２の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と
遜色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記ス
パッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
雰囲気中で９５０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時間
ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９７．９％
であった。次に、このＹＦ３ターゲットを用い、自然酸
化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリン
グ法により、膜厚１００ÅのＹＦ３を成膜した。このよ
うにして得たＹＦ３膜と基板の断面を観察したところ、
ＹＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＹＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００Å
成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比誘
電率２６．２の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と
遜色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記ス
パッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
【００１６】（実施例６）ＢａＦ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の相対密度は９
８．２％であった。次に、このＢａＦ２ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＢａＦ２を成膜
した。このようにして得たＢａＦ２膜と基板の断面を観
察したところ、ＢａＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＢａＦ２膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率９．７の高誘電率を持つ膜が
得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することがで
きた。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパ
ーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することが
できた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の相対密度は９
８．２％であった。次に、このＢａＦ２ターゲットを用
い、自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦス
パッタリング法により、膜厚１００ÅのＢａＦ２を成膜
した。このようにして得たＢａＦ２膜と基板の断面を観
察したところ、ＢａＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出さ
れなかった。同様に、このＢａＦ２膜に引き続き白金
（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定
した。この結果、比誘電率９．７の高誘電率を持つ膜が
得られ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することがで
きた。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパ
ーティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することが
できた。
【００１７】（実施例７）ＣａＦ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の組成比はＣａ
Ｆ１．８、となり、相対密度は９７．２％であった。次
に、このＣａＦ２ターゲットを用い、自然酸化膜を除去
したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリング法によ
り、膜厚１００ÅのＣａＦ２を成膜した。このようにし
て得たＣａＦ２膜と基板の断面を観察したところ、Ｃａ
Ｆ２層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＣａＦ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００
Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比
誘電率９．５の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と
遜色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記ス
パッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この結果、焼結体の組成比はＣａ
Ｆ１．８、となり、相対密度は９７．２％であった。次
に、このＣａＦ２ターゲットを用い、自然酸化膜を除去
したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリング法によ
り、膜厚１００ÅのＣａＦ２を成膜した。このようにし
て得たＣａＦ２膜と基板の断面を観察したところ、Ｃａ
Ｆ２層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＣａＦ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００
Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比
誘電率９．５の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と
遜色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記ス
パッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
【００１８】（実施例８）ＬｉＦ粉を１気圧のＡｒガス
雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時間
ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５％
であった。次に、このＬｉＦターゲットを用い、自然酸
化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリン
グ法により、膜厚１００ÅのＬｉＦを成膜した。このよ
うにして得たＬｉＦ膜と基板の断面を観察したところ、
ＬｉＦ層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＬｉＦ膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００Å
成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比誘
電率５．８の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と遜
色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記スパ
ッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時間
ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５％
であった。次に、このＬｉＦターゲットを用い、自然酸
化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリン
グ法により、膜厚１００ÅのＬｉＦを成膜した。このよ
うにして得たＬｉＦ膜と基板の断面を観察したところ、
ＬｉＦ層とＳｉ基板に反応層は見出されなかった。同様
に、このＬｉＦ膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００Å
成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比誘
電率５．８の高誘電率を持つ膜が得られ、バルク値と遜
色ない絶縁膜を形成することができた。また、上記スパ
ッタリングによる成膜の際にはパーティクル数も少な
く、良好な絶縁膜を形成することができた。
【００１９】（実施例９）ＰｂＦ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．２
％であった。次に、このＰｂＦ２ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＰｂＦ２を成膜した。
このようにして得たＰｂＦ２膜と基板の断面を観察した
ところ、ＰｂＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＰｂＦ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率４３．１の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
ス雰囲気中で９００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．２
％であった。次に、このＰｂＦ２ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＰｂＦ２を成膜した。
このようにして得たＰｂＦ２膜と基板の断面を観察した
ところ、ＰｂＦ２層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＰｂＦ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率４３．１の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
【００２０】（比較例１）ＳｉＯ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で１０５０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９９．０％
であった。次に、このＳｉＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＳｉＯ２を成膜した。次
に、このＳｉＯ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００
Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比
誘電率４．８の低い誘電率を持つ膜が得られた。このよ
うな低誘電率の絶縁膜は、集積度が高くかつ動作速度の
速いＬＳＩの製造においては、トンネル電流によるリー
ク電流が無視できないものであり、絶縁膜としての特性
が劣る結果となった。
ス雰囲気中で１０５０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９９．０％
であった。次に、このＳｉＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＳｉＯ２を成膜した。次
に、このＳｉＯ２膜に引き続き白金（Ｐｔ）を１０００
Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。この結果、比
誘電率４．８の低い誘電率を持つ膜が得られた。このよ
うな低誘電率の絶縁膜は、集積度が高くかつ動作速度の
速いＬＳＩの製造においては、トンネル電流によるリー
ク電流が無視できないものであり、絶縁膜としての特性
が劣る結果となった。
【００２１】（比較例２）ＺｒＯ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で１１２０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９１．０％
であった。次に、このＺｒＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＺｒＯ２を成膜した。こ
のようにして得たＺｒＯ２膜と基板の断面を観察したと
ころ、ＺｒＯ２層とＳｉ基板との界面にＳｉＯ２反応層
が形成されていた。このＺｒＯ２膜に引き続き白金（Ｐ
ｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定し
た。この結果、見掛けの比誘電率６．３の誘電率を持つ
膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化があった。
このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くなり、集積度が
高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造においては、トン
ネル電流によるリーク電流が無視できないものとなり、
絶縁膜としての特性が劣る結果となった。
ス雰囲気中で１１２０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９１．０％
であった。次に、このＺｒＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＺｒＯ２を成膜した。こ
のようにして得たＺｒＯ２膜と基板の断面を観察したと
ころ、ＺｒＯ２層とＳｉ基板との界面にＳｉＯ２反応層
が形成されていた。このＺｒＯ２膜に引き続き白金（Ｐ
ｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定し
た。この結果、見掛けの比誘電率６．３の誘電率を持つ
膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化があった。
このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くなり、集積度が
高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造においては、トン
ネル電流によるリーク電流が無視できないものとなり、
絶縁膜としての特性が劣る結果となった。
【００２２】（比較例３）Ｔａ２Ｏ５粉を１気圧のＡｒ
ガス雰囲気中で１３００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、
２時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９８．５
％であった。次に、このＴａ２Ｏ５ターゲットを用い、
自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッ
タリング法により、膜厚１００ÅのＴａ２Ｏ５を成膜し
た。このようにして得たＴａ２Ｏ５膜と基板の断面を観
察したところ、Ｔａ２Ｏ５層とＳｉ基板との界面にＳｉ
Ｏ２反応層が形成されていた。このＴａ２Ｏ５膜に引き
続き白金（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電
率を測定した。この結果、見掛けの比誘電率７．１の誘
電率を持つ膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化
があった。このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くな
り、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造にお
いては、トンネル電流によるリーク電流が無視できない
ものとなり、絶縁膜としての特性が劣る結果となった。
ガス雰囲気中で１３００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、
２時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９８．５
％であった。次に、このＴａ２Ｏ５ターゲットを用い、
自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッ
タリング法により、膜厚１００ÅのＴａ２Ｏ５を成膜し
た。このようにして得たＴａ２Ｏ５膜と基板の断面を観
察したところ、Ｔａ２Ｏ５層とＳｉ基板との界面にＳｉ
Ｏ２反応層が形成されていた。このＴａ２Ｏ５膜に引き
続き白金（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電
率を測定した。この結果、見掛けの比誘電率７．１の誘
電率を持つ膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化
があった。このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くな
り、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造にお
いては、トンネル電流によるリーク電流が無視できない
ものとなり、絶縁膜としての特性が劣る結果となった。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、従来の絶縁膜であるＳｉＯ２
等に比べて誘電率が高くかつ劣化が少なく、より薄膜化
することができるという優れた効果を有する。さらに、
基板上のＳｉ下地との間に反応（拡散）層が形成され難
い等、リーク電流が少ない安定した特性を有する半導体
装置用ゲート絶縁膜を提供することができる著しい効果
を有する。
等に比べて誘電率が高くかつ劣化が少なく、より薄膜化
することができるという優れた効果を有する。さらに、
基板上のＳｉ下地との間に反応（拡散）層が形成され難
い等、リーク電流が少ない安定した特性を有する半導体
装置用ゲート絶縁膜を提供することができる著しい効果
を有する。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月７日（２００１．１１．
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】次に、このゲート絶縁膜を形成する場合に
好適なスパッタリングターゲットを例にとって説明す
る。ゲート絶縁膜に用いるフッ化物ターゲットの組成
は、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＧｄＦ３、ＬａＦ
３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＰｂＦ２、ＹＦ３である。この
内、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３、ＰｂＦ２はイオン
伝導性材料であり、化学量論的組成であることが望まし
い。化学量論的組成からずれた場合には、イオンの移動
が起こり、絶縁材としての機能を劣化させるので好まし
くないからである。これら以外のフッ化物ターゲット、
すなわちＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＹＦ
３ターゲットについても、ターゲット組成の化学量論比
からのずれが小さいことが求められる。化学量論的組成
からのずれは０．５以内の組成比であれば特に問題とな
らない。すなわち、ＡｌＦ２．５−３．５，ＧｄＦ
２．５−３．５，ＬｉＦ０．５−１ ．５，ＭｇＦ
１．５−２．５，ＹＦ２．５−３．５の組成の範囲であ
る。化学量論比からのずれが、０．５を超えると目的と
する良好な絶縁体特性（比誘電率、リーク電流など）を
維持することができなくなるので、上記の範囲とするの
が望ましい。本発明は、このようなフッ化物を全て包含
する。
好適なスパッタリングターゲットを例にとって説明す
る。ゲート絶縁膜に用いるフッ化物ターゲットの組成
は、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＧｄＦ３、ＬａＦ
３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＰｂＦ２、ＹＦ３である。この
内、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＬａＦ３、ＰｂＦ２はイオン
伝導性材料であり、化学量論的組成であることが望まし
い。化学量論的組成からずれた場合には、イオンの移動
が起こり、絶縁材としての機能を劣化させるので好まし
くないからである。これら以外のフッ化物ターゲット、
すなわちＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＹＦ
３ターゲットについても、ターゲット組成の化学量論比
からのずれが小さいことが求められる。化学量論的組成
からのずれは０．５以内の組成比であれば特に問題とな
らない。すなわち、ＡｌＦ２．５−３．５，ＧｄＦ
２．５−３．５，ＬｉＦ０．５−１ ．５，ＭｇＦ
１．５−２．５，ＹＦ２．５−３．５の組成の範囲であ
る。化学量論比からのずれが、０．５を超えると目的と
する良好な絶縁体特性（比誘電率、リーク電流など）を
維持することができなくなるので、上記の範囲とするの
が望ましい。本発明は、このようなフッ化物を全て包含
する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】また、蒸着法に用いるフッ化物の蒸着源
は、高温に加熱し、昇華させることで基板又は被成膜物
に、全てが分子または分子が数個集まったクラスターの
状態のフッ化物を飛ばすため、形状は問われず、また密
度が高い必要はない。しかし、スパッタリングターゲッ
トの場合、ターゲット形状に加工する必要があり、それ
に耐える充分な強度が必要となる。蒸着源と同じように
して製造される従来のフッ化物ターゲットは、密度比９
５％未満の低密度のポーラスな組織となり、密度不足で
脆くなり加工性が悪くなるという問題がある。さらに、
このような低密度のターゲットを用いてスパッタリング
した膜は、パーティクルと呼ばれる粒子状の欠陥が数多
く検出され、製品歩留まりが著しく低下するという問題
が発生する。従って、本発明のフッ化物からなるスパッ
タリングターゲットは９５％以上の密度比を持つことが
望ましい。
は、高温に加熱し、昇華させることで基板又は被成膜物
に、全てが分子または分子が数個集まったクラスターの
状態のフッ化物を飛ばすため、形状は問われず、また密
度が高い必要はない。しかし、スパッタリングターゲッ
トの場合、ターゲット形状に加工する必要があり、それ
に耐える充分な強度が必要となる。蒸着源と同じように
して製造される従来のフッ化物ターゲットは、密度比９
５％未満の低密度のポーラスな組織となり、密度不足で
脆くなり加工性が悪くなるという問題がある。さらに、
このような低密度のターゲットを用いてスパッタリング
した膜は、パーティクルと呼ばれる粒子状の欠陥が数多
く検出され、製品歩留まりが著しく低下するという問題
が発生する。従って、本発明のフッ化物からなるスパッ
タリングターゲットは９５％以上の密度比を持つことが
望ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】フッ化物スパッタリングターゲットを製造
するには、上記組成の範囲にある粉末を、大気中、酸素
中、窒素中、あるいはＡｒなどの不活性ガス中のいずれ
かの雰囲気中で、６５０〜１０００°Ｃでホットプレス
することによって製造するのが有効である。ホットプレ
スを真空中で行った場合、フッ化物粉の解離の進行す
る。大気、酸素、窒素、不活性ガス中で行うことによ
り、解離の進行を抑えることができる。上記の雰囲気中
で、６５０°Ｃ以上でホットプレスすることによって密
度比９５％以上に高密度化したターゲットを得ることが
できる。また高温でホットプレスすると、フッ素の解離
による組成ずれと共に、脆化がおこるため、機械加工が
困難となり、スパッタリングターゲットには適さない
が、ホットプレス温度を１０００°Ｃ以下とすること
で、組成ずれが少なくかつ、機械加工に対して充分な強
度を持つフッ化物ターゲットが得ることができる。
するには、上記組成の範囲にある粉末を、大気中、酸素
中、窒素中、あるいはＡｒなどの不活性ガス中のいずれ
かの雰囲気中で、６５０〜１０００°Ｃでホットプレス
することによって製造するのが有効である。ホットプレ
スを真空中で行った場合、フッ化物粉の解離の進行す
る。大気、酸素、窒素、不活性ガス中で行うことによ
り、解離の進行を抑えることができる。上記の雰囲気中
で、６５０°Ｃ以上でホットプレスすることによって密
度比９５％以上に高密度化したターゲットを得ることが
できる。また高温でホットプレスすると、フッ素の解離
による組成ずれと共に、脆化がおこるため、機械加工が
困難となり、スパッタリングターゲットには適さない
が、ホットプレス温度を１０００°Ｃ以下とすること
で、組成ずれが少なくかつ、機械加工に対して充分な強
度を持つフッ化物ターゲットが得ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】（実施例３）ＬａＦ３粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５
％であった。次に、このＬａＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＬａＦ３を成膜した。
このようにして得たＬａＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＬａＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＬａＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率５６．２の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
ス雰囲気中で７００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、２時
間ホットプレスした。この焼結体の相対密度は９９．５
％であった。次に、このＬａＦ３ターゲットを用い、自
然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタ
リング法により、膜厚１００ÅのＬａＦ３を成膜した。
このようにして得たＬａＦ３膜と基板の断面を観察した
ところ、ＬａＦ３層とＳｉ基板に反応層は見出されなか
った。同様に、このＬａＦ３膜に引き続き白金（Ｐｔ）
を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定した。こ
の結果、比誘電率５６．２の高誘電率を持つ膜が得ら
れ、バルク値と遜色ない絶縁膜を形成することができ
た。また、上記スパッタリングによる成膜の際にはパー
ティクル数も少なく、良好な絶縁膜を形成することがで
きた。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】（比較例２）ＺｒＯ２粉を１気圧のＡｒガ
ス雰囲気中で１１２０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９１．０％
であった。次に、このＺｒＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＺｒＯ２を成膜した。こ
のようにして得たＺｒＯ２膜と基板の断面を観察したと
ころ、ＺｒＯ２層とＳｉ基板との界面にＳｉＯ２反応層
が形成されていた。このＺｒＯ２膜に引き続き白金（Ｐ
ｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定し
た。この結果、見掛けの比誘電率６．３の誘電率を持つ
膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化があった。
このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くなり、集積度が
高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造においては、充分
なスイッチング特性が得られない。
ス雰囲気中で１１２０°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ ２、２
時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９１．０％
であった。次に、このＺｒＯ２ターゲットを用い、自然
酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッタリ
ング法により、膜厚１００ÅのＺｒＯ２を成膜した。こ
のようにして得たＺｒＯ２膜と基板の断面を観察したと
ころ、ＺｒＯ２層とＳｉ基板との界面にＳｉＯ２反応層
が形成されていた。このＺｒＯ２膜に引き続き白金（Ｐ
ｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電率を測定し
た。この結果、見掛けの比誘電率６．３の誘電率を持つ
膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化があった。
このような絶縁膜は、さらに膜厚が厚くなり、集積度が
高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造においては、充分
なスイッチング特性が得られない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】（比較例３）Ｔａ２Ｏ５粉を１気圧のＡｒ
ガス雰囲気中で１３００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、
２時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９８．５
％であった。次に、このＴａ２Ｏ５ターゲットを用い、
自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッ
タリング法により、膜厚１００ÅのＴａ２Ｏ５を成膜し
た。このようにして得たＴａ２Ｏ５膜と基板の断面を観
察したところ、Ｔａ２Ｏ５層とＳｉ基板との界面にＳｉ
Ｏ２反応層が形成されていた。このＴａ２Ｏ５膜に引き
続き白金（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電
率を測定した。この結果、見掛けの比誘電率７．１の誘
電率を持つ膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化
があった。このような絶縁膜は、さらに膜厚が薄くな
り、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造にお
いては、充分なスイッチング特性は得られない。
ガス雰囲気中で１３００°Ｃ、３００ｋｇｆ／ｃｍ２、
２時間ホットプレスした。焼結体の相対密度は９８．５
％であった。次に、このＴａ２Ｏ５ターゲットを用い、
自然酸化膜を除去したｐタイプＳｉ基板上にＲＦスパッ
タリング法により、膜厚１００ÅのＴａ２Ｏ５を成膜し
た。このようにして得たＴａ２Ｏ５膜と基板の断面を観
察したところ、Ｔａ２Ｏ５層とＳｉ基板との界面にＳｉ
Ｏ２反応層が形成されていた。このＴａ２Ｏ５膜に引き
続き白金（Ｐｔ）を１０００Å成膜して電極とし、誘電
率を測定した。この結果、見掛けの比誘電率７．１の誘
電率を持つ膜が得られたが、反応層による誘電率の劣化
があった。このような絶縁膜は、さらに膜厚が薄くな
り、集積度が高くかつ動作速度の速いＬＳＩの製造にお
いては、充分なスイッチング特性は得られない。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K029 BA42 BD01 CA05 DC05 DC09
5F058 BA01 BC20 BF12 BJ01
5F140 AA01 AA39 BA01 BD04 BE09
BE10 BF01 BF05
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素
のフッ化物からなることを特徴とする半導体装置用ゲー
ト絶縁膜。 - 【請求項２】 Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくとも一種の元素
のフッ化物からなるターゲットを用いてスパッタリング
することを特徴とする半導体装置用ゲート絶縁膜の製造
方法。 - 【請求項３】 ９５％以上の密度比を持つターゲットを
用いてスパッタリングすることを特徴とする請求項２記
載の半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。 - 【請求項４】 Ａｌ，Ｂａ，Ｃａ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｐｂ，Ｙの群から選択した少なくとも１種の元素
からなるフッ化物粉末を、大気中、酸素ガス雰囲気中、
窒素ガス雰囲気中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中
で、６５０°Ｃ〜１０００°Ｃでホットプレスすること
により形成したターゲットを用いてスパッタリングする
ことを特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置用ゲ
ート絶縁膜の製造方法。
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| JP2001268208A JP5118276B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 半導体装置用ゲート絶縁膜形成用スパッタリングターゲット、同製造方法及び半導体装置用ゲート絶縁膜 |
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