JP2611466B2 - Method of forming capacitive insulating film - Google Patents

Method of forming capacitive insulating film

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JP2611466B2 JP2005510A JP551090A JP2611466B2 JP 2611466 B2 JP2611466 B2 JP 2611466B2 JP 2005510 A JP2005510 A JP 2005510A JP 551090 A JP551090 A JP 551090A JP 2611466 B2 JP2611466 B2 JP 2611466B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体に用いる容量絶縁膜の形成方法に関
し、特に容量絶縁膜および導電性バリア膜からなる多層
構造膜を形成する化学気相成長法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a capacitive insulating film used for a semiconductor, and more particularly to a chemical vapor deposition method for forming a multilayer structure film including a capacitive insulating film and a conductive barrier film. About.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

64MbitDRAM以上の超LSIメモリにおける重要プロセス
技術として、高誘電率容量絶縁膜と導電性バリア膜との
多層構造膜を用いる容量部の形成法がある。従来、これ
ら高誘電率容量絶縁膜および導電性バリア膜(以下バリ
ア膜と略す)の成膜は別々の装置を用い、以下に述べる
方法で形成している。
As an important process technology in a VLSI memory of 64 Mbit DRAM or more, there is a method of forming a capacitor using a multilayer structure film of a high dielectric constant capacitance insulating film and a conductive barrier film. Conventionally, these high-dielectric-capacitance insulating films and conductive barrier films (hereinafter abbreviated as barrier films) are formed by using separate apparatuses and by the following method.

高誘電率容量絶縁膜である酸化タンタル膜は、原料ガ
スに有機物であるタンタルペンタエトキシド(Ta(OC2H
5)あるいはタンタルペンタメトキシド(Ta(OC
H3)と酸素ガスとを用いた熱化学気相成長法により
形成する。従来の形成方法に用いた化学気相成長装置の
模式的構造図を第4図に示す。
The tantalum oxide film, which is a high dielectric constant capacitance insulating film, is composed of tantalum pentaethoxide (Ta (OC 2 H
5 ) 5 ) or tantalum pentamethoxide (Ta (OC
It is formed by a thermal chemical vapor deposition method using H 3 ) 5 ) and oxygen gas. FIG. 4 shows a schematic structural view of a chemical vapor deposition apparatus used in the conventional formation method.

酸素ガス、希釈用のアルゴンガスは酸素ガス導入管1
6、アルゴンガス導入管5からバルブ15f,15dを通して石
英製の反応炉12aへ導入される。また、有機タンタルガ
スは、気化室6においてヒータ7により原料の有機タン
タルを気化させ、これをキャリアガスであるアルゴンガ
スによりバルブ15gを通して反応炉12a導入される。キャ
リアガスであるアルゴンガスはキャリアガスアルゴンの
導入管1からバルブ15を通して気化室6に導入される。
ヒータ8aにより石英製の反応炉12aは熱せられており、
基板ホルダ11上のウェハ10の表面上で導入された有機タ
ンタルガスおよび酸素ガスが化学反応を起し、酸化タン
タル膜が形成される。
Oxygen gas and argon gas for dilution are
6. The gas is introduced from the argon gas introduction pipe 5 into the quartz reactor 12a through the valves 15f and 15d. The organic tantalum gas is vaporized by the heater 7 in the vaporization chamber 6 by the heater 7, and the organic tantalum gas is introduced into the reaction furnace 12a through the valve 15g with the argon gas as the carrier gas. Argon gas as a carrier gas is introduced into the vaporization chamber 6 through a valve 15 from a carrier gas argon introduction pipe 1.
The reaction furnace 12a made of quartz is heated by the heater 8a,
The organic tantalum gas and oxygen gas introduced on the surface of the wafer 10 on the substrate holder 11 cause a chemical reaction to form a tantalum oxide film.

ここで酸化タンタル膜の化学気相成長条件として、ヒ
ータ7により原料の有機タンタルの加熱温度は100℃、
ヒータ8aによる反応炉12a内の加熱温度は200〜600℃、
酸素ガス導入管16からの酸素ガスの流量は0.1〜5.0SLM
(STD.LITER/MINUTE)、キャリアガスであるアルゴンガ
スの流量は10〜200sccm(std.cc/minute)、圧力は10〜
102Paで行なうのが一般的である。
Here, as the conditions for the chemical vapor deposition of the tantalum oxide film, the heating temperature of the organic tantalum as a raw material by the heater 7 is 100 ° C.
The heating temperature in the reaction furnace 12a by the heater 8a is 200 to 600 ° C.
The flow rate of oxygen gas from the oxygen gas inlet pipe 16 is 0.1 to 5.0 SLM
(STD.LITER / MINUTE), flow rate of argon gas as carrier gas is 10 ~ 200sccm (std.cc/minute), pressure is 10 ~
Generally, it is performed at 10 2 Pa.

ウェハ10に堆積されない未反応のガスは、反応炉12a
から真空ポンプ13により排気口14へ排気される。
Unreacted gas not deposited on the wafer 10 is supplied to the reactor 12a.
Is exhausted to the exhaust port 14 by the vacuum pump 13.

一方、バリア膜である窒化チタンなどの形成方法とし
ては、スパッタ法が一般的に用いられている。
On the other hand, as a method of forming a barrier film such as titanium nitride, a sputtering method is generally used.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の化学気相成長法による高誘電率容量絶
縁膜およびスパッタ法によるバリア膜の形成方法では、
以下に述べる問題点がある。
In the above-described conventional method for forming a high dielectric constant capacitance insulating film by chemical vapor deposition and a barrier film by sputtering,
There are the following problems.

まず、高誘電率容量絶縁膜およびバリア膜を別々の装
置で形成するところに問題がある。化学気相成長法によ
り高誘電率容量絶縁膜を形成した後、スパッタ法により
バリア膜を形成する過程において、ウェハの持ち運びが
行なわれる。この持ち運びにより、ゴミやパーティクル
などによりウェハ表面が汚染される。そのため、これら
の汚染を除去する洗浄工程をバリア膜形成前に行なう
が、少なからず汚染物質がウェハ表面に残留するという
問題がある。
First, there is a problem in that the high dielectric constant capacitance insulating film and the barrier film are formed by different devices. After forming a high dielectric constant capacity insulating film by a chemical vapor deposition method, a wafer is carried in a process of forming a barrier film by a sputtering method. This transport contaminates the wafer surface with dust and particles. Therefore, a cleaning step for removing these contaminants is performed before the formation of the barrier film. However, there is a problem that a considerable amount of contaminants remains on the wafer surface.

また、従来技術としてポリシコンやシリコン基板上に
容量絶縁膜を形成しているが、ポリシリコンやシリコン
基板上には自然酸化膜が存在しており、64MDRAM以上の
超LSIメモリにおける容量絶縁膜においてはこの自然酸
化膜の存在が無視できなくなる。そのため、この自然酸
化膜を除去しなければならないという問題がある。
In addition, as a conventional technology, a capacitive insulating film is formed on a polysilicon or silicon substrate, but a natural oxide film exists on the polysilicon or silicon substrate, and in a capacitive insulating film in a VLSI memory of 64 MDRAM or more, The existence of this natural oxide film cannot be ignored. Therefore, there is a problem that the natural oxide film must be removed.

さらに、従来の酸化タンタル膜の形成方法は、例え
ば、タンタルペンタエトキシドあるいはタンタルペンタ
メトキシドなどの有機タンタルガスと酸素ガスを用いた
場合、酸化タンタル膜中に多量の酸素が不純物として取
り込まれ、ストイキオメトリでない酸素不足でダングリ
ングボンドが多く存在し、さらにはピンホールも多く存
在する酸化タンタル膜が形成される。これら酸化タンタ
ル膜中に多量の炭素が取り込まれ、酸素不足でダングリ
ングボンドが多く存在し、さらにはピンホールも多く存
在する酸化タンタル膜のリーク電流は大きく、TDDB特性
評価による信頼性は悪い結果になる。
Further, in the conventional method of forming a tantalum oxide film, for example, when an organic tantalum gas such as tantalum pentaethoxide or tantalum pentamethoxide and oxygen gas are used, a large amount of oxygen is taken into the tantalum oxide film as an impurity, A tantalum oxide film having many dangling bonds due to lack of oxygen other than stoichiometry and also having many pinholes is formed. A large amount of carbon is incorporated in these tantalum oxide films, and there are many dangling bonds due to lack of oxygen.Moreover, many tantalum oxide films have many pinholes. become.

一方、バリア膜形成の従来技術であるスパッタ法には
ステップカバレッジが悪いという問題がある。このた
め、微細な設計ルールを用いる超LSIには適用できな
い。
On the other hand, the sputtering method, which is a conventional technique for forming a barrier film, has a problem that step coverage is poor. For this reason, it cannot be applied to an VLSI using fine design rules.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は酸化タンタル容量絶縁膜をプラズマ化学反応
により形成する工程と、基板あるいは電極と酸化タンタ
ル容量絶縁膜との熱処理による反応を抑制するための導
電性バリア膜をプラズマ化学反応により形成する工程と
が同一チャンバー内で連続して行なわれることにより酸
化タンタル容量絶縁膜と前記導電性バリア膜とからなる
多層構造膜を形成する方法を有している。
The present invention provides a step of forming a tantalum oxide capacitance insulating film by a plasma chemical reaction, and a step of forming a conductive barrier film for suppressing a reaction due to a heat treatment between the substrate or the electrode and the tantalum oxide capacitance insulating film by a plasma chemical reaction. Are performed continuously in the same chamber to form a multilayer structure film including the tantalum oxide capacitance insulating film and the conductive barrier film.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施例のプラズマ化学反応による化学気相
成長装置の模式的構造図を第1図に示す。この装置を用
いた高誘電率容量絶縁膜,バリア膜の2層構造膜の形成
方法の手順は以下の通りである。
FIG. 1 is a schematic structural view of a chemical vapor deposition apparatus using a plasma chemical reaction according to one embodiment of the present invention. The procedure of a method for forming a two-layer structure film of a high dielectric constant capacitance insulating film and a barrier film using this apparatus is as follows.

まず、希釈用のアルゴンガスをアルゴンガス導入管5
からバルブ15d,15eを通して反応室12に導入し、高周波
電源9をオンすることにより導入したアルゴンガスのプ
ラズマ化学反応が生じ、ウェハ10おのおのの基板表面上
の自然酸化膜が除去される。
First, an argon gas for dilution is supplied to an argon gas introduction pipe 5.
Then, the gas is introduced into the reaction chamber 12 through the valves 15d and 15e, and when the high-frequency power supply 9 is turned on, a plasma chemical reaction of the introduced argon gas occurs, and the natural oxide film on the substrate surface of each wafer 10 is removed.

次に、ヒータ7で熱せられた気化室6で塩化タンタル
(TaCl5)ガスは、キャリアガスアルゴンの導入管1,バ
ルブ15を通って導入されたキャリアガスのアルゴンガス
とともにバルブ15eを通って反応室12に導入され、酸化
二窒素(N2O)ガスは酸化二窒素ガス導入管2,バルブ15
a、15eを通して反応室12へ導入される。ヒータ8により
基板ホルダ11は熱せられており、高周波電源9をオンす
ることにより導入した塩化タンタルガスおよび酸化二窒
素ガスのプラズマ化学反応が生じ、ウェハ10それぞれの
表面上でタンタル膜が形成される。
Next, in the vaporization chamber 6 heated by the heater 7, the tantalum chloride (TaCl 5 ) gas reacts through the valve 15e with the carrier gas argon gas introduced through the carrier gas argon introduction pipe 1 and the valve 15. The nitrous oxide (N 2 O) gas is introduced into the chamber 12 and the nitrous oxide gas introduction pipe 2 and the valve 15
Introduced into the reaction chamber 12 through a and 15e. The substrate holder 11 is heated by the heater 8, and when the high frequency power supply 9 is turned on, a plasma chemical reaction of the introduced tantalum chloride gas and dinitrogen oxide gas occurs to form a tantalum film on each surface of the wafer 10. .

ウェハ10に堆積されない未反応のガスは、反応室12か
ら真空ポンプ13により排気口14へ排気される。
Unreacted gas not deposited on the wafer 10 is exhausted from the reaction chamber 12 to the exhaust port 14 by the vacuum pump 13.

また、上記の酸化タンタル膜の形成方法において、水
素ガス導入管3,バルブ15b,15eを通して水素(H2)ガス
を成膜形成時に反応室12へ導入することにより、酸化タ
ンタル膜の膜質を向上できる。これは導入した水素ガス
により、塩化タンタルガスの塩素(Cl)と化学反応を起
し、水素を用いない場合と比べて酸化タンタル膜中に含
まれる塩素などの不純物を少なくすることができるため
である。
In the above-described method of forming a tantalum oxide film, the film quality of the tantalum oxide film is improved by introducing a hydrogen (H 2 ) gas into the reaction chamber 12 through the hydrogen gas introduction pipe 3 and the valves 15b and 15e during film formation. it can. This is because the introduced hydrogen gas causes a chemical reaction with the chlorine (Cl) in the tantalum chloride gas, which can reduce the amount of impurities such as chlorine contained in the tantalum oxide film as compared with the case where hydrogen is not used. is there.

成長条件として、ヒータ7による気化室6,塩化タンタ
ルガス配管の加熱温度は50〜200℃、ヒータ8による反
応室12内の加熱温度は100〜600℃、酸化二窒素ガスの流
量は0.1〜5.0SLM、キャリアガスであるアルゴンガスの
流量は10〜200sccm、圧力は0.1〜10.0Torr、また水素ガ
ス流量は0.1〜3.0SLM、さらに、プラズマ化学反応を生
じさせる高周波電源の条件としては、周波数50kHz〜13.
56MHz、パワー30〜500Wで行なうのが適しているが、他
の条件でもよい。
As the growth conditions, the heating temperature of the vaporization chamber 6 and the tantalum chloride gas pipe by the heater 7 is 50 to 200 ° C., the heating temperature of the reaction chamber 12 by the heater 8 is 100 to 600 ° C., and the flow rate of the nitrous oxide gas is 0.1 to 5.0. SLM, the flow rate of argon gas as a carrier gas is 10 to 200 sccm, the pressure is 0.1 to 10.0 Torr, the flow rate of hydrogen gas is 0.1 to 3.0 SLM. 13.
It is suitable to operate at 56 MHz and power of 30 to 500 W, but other conditions may be used.

なお、塩化タンタルガスの代りに弗化タンタル(Ta
F5)ガスを、酸化二窒素ガスの代りに酸素(O2)ガス,
酸化窒素(NO)ガスを用いてもよい。
Note that tantalum fluoride (Ta) is used instead of tantalum chloride gas.
F 5 ) Use oxygen (O 2 ) gas instead of nitrous oxide gas
Nitrogen oxide (NO) gas may be used.

次に、上述した方法により酸化タンタル(Ta2O5)膜
を形成した後、同一チャンバ内でバリア膜を形成する工
程について説明する。ここでは窒化タンタル膜を形成す
る場合の手順について述べる。
Next, a process of forming a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film by the above-described method and then forming a barrier film in the same chamber will be described. Here, a procedure for forming a tantalum nitride film will be described.

まず、ヒータ7で熱せられた気化室6で塩化タンタル
(TaCl5)ガスは、キャリアガスアルゴンの導入管1,バ
ルブ15を通って導入されたキャリアガスのアルゴンガス
とともにバルブ15eを通って反応室12に導入され、アン
モニア(NH3)ガスはアンモニアガス導入管4,バルブ15
c,15eを通して反応室12に導入される。ヒータ8により
基板ホルダ11は熱せられており、高周波電源9をオンす
ることにより導入した塩化タンタルガスおよびアンモニ
アガスのプラズマ化学反応が生じ、ウェハ10それぞれの
表面上で窒化タンタル膜が形成される。
First, tantalum chloride (TaCl 5 ) gas in the vaporization chamber 6 heated by the heater 7 passes through the valve 15 e together with the carrier gas argon gas introduced through the introduction pipe 1 and the valve 15 of the carrier gas argon. Ammonia (NH 3 ) gas is introduced into the ammonia gas introduction pipe 4, valve 15
It is introduced into the reaction chamber 12 through c and 15e. The substrate holder 11 is heated by the heater 8, and when the high-frequency power supply 9 is turned on, a plasma chemical reaction of the introduced tantalum chloride gas and ammonia gas occurs to form a tantalum nitride film on each surface of the wafer 10.

成長条件として、ヒータ7による気化室6,塩化タンタ
ルガス配管の加熱温度は50〜200℃、ヒータ8による反
応室12内の加熱温度は100〜600℃、アンモニアガスの流
量は0.1〜5.0SLM、キャリアガスであるアルゴンガスの
流量は10〜200sccm、圧力は0.1〜10.0Torr、プラズマ化
学反応を生じさせる高周波電源の条件としては、高周波
50kHz〜13.56MHz、パワー30〜500Wで行なうのが適して
いるが、他の条件でもよい。
As the growth conditions, the heating temperature of the vaporization chamber 6 and the tantalum chloride gas pipe by the heater 7 is 50 to 200 ° C., the heating temperature of the reaction chamber 12 by the heater 8 is 100 to 600 ° C., the flow rate of the ammonia gas is 0.1 to 5.0 SLM, The flow rate of the argon gas as a carrier gas is 10 to 200 sccm, the pressure is 0.1 to 10.0 Torr.
It is suitable to operate at 50 kHz to 13.56 MHz and power of 30 to 500 W, but other conditions may be used.

なお、塩化タンタルガスの代りに弗化タンタルガス
を、アンモニアガスの代りに窒素(N2)ガスを用いても
よい。
Note that a tantalum fluoride gas may be used instead of the tantalum chloride gas, and a nitrogen (N 2 ) gas may be used instead of the ammonia gas.

この方法により形成した窒化タンタル膜は、従来技術
であるスパッタ法と比較して著しくステップカバレッジ
が良好である。
The tantalum nitride film formed by this method has significantly better step coverage than the conventional sputtering method.

バリア膜として塩化チタン(TiCl4)ガスとアンモニ
アガスとを用いてプラズマ化学反応により窒化チタン膜
を形成する場合も、原料ガスとして塩化タンタルガスの
代りに塩化チタンガスを用い、上述と同じ方法により形
成が可能である。また、材料ガスとして弗化チタンガス
などのチタンガスおよび窒素(N2)ガスなどを用いても
よい。
When a titanium nitride film is formed by a plasma chemical reaction using titanium chloride (TiCl 4 ) gas and ammonia gas as a barrier film, titanium chloride gas is used in place of tantalum chloride gas as a source gas, and the same method as described above is used. Formation is possible. Further, a titanium gas such as a titanium fluoride gas, a nitrogen (N 2 ) gas, or the like may be used as a material gas.

本実施例を容量デバイスの作成に適用した場合の工程
順断面図を第2図に示す。
FIG. 2 is a sectional view in the order of steps when this embodiment is applied to the production of a capacitance device.

まず、第2図(a)に示すように、Si基板17上に熱Si
O2膜18を形成し、コンタクトホールを開口し、りんをド
ープした容量ポリシリコン膜19を堆積,形成する。
First, as shown in FIG.
An O 2 film 18 is formed, a contact hole is opened, and a capacitor polysilicon film 19 doped with phosphorus is deposited and formed.

次に、第2図(b)に示すように、第1図に示したプ
ラズマ化学気相成長装置内で、アルゴンガスを用いて容
量ポリシリコン膜19上に存在する自然酸化膜を除去した
後、前述の成長条件の下での塩化タンタルガスとアンモ
ニアガスとを用いたプラズマ化学反応により、下層バリ
ア膜20となる窒化タンタル膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (b), in the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1, a natural oxide film existing on the capacitive polysilicon film 19 is removed using argon gas. A tantalum nitride film serving as the lower barrier film 20 is formed by a plasma chemical reaction using a tantalum chloride gas and an ammonia gas under the above-described growth conditions.

次に、第2図(c)に示すように、下層バリア膜20の
形成に引続き、下層バリア膜20上に、前述の成長条件の
下での塩化タンタルガスと酸化二窒素ガスを用いたプラ
ズマ化学反応により、高誘電率容量絶縁膜21となる酸化
タンタル膜を形成する。さらに、高誘電率容量絶縁膜21
上に、前述の成長条件の下での塩化タンタルガスとアン
モニアガスとを用いたプラズマ化学反応により、上層バ
リア膜22となる窒化タンタル膜を形成する。最後に、第
1図に示したプラズマ化学気相成長装置内から試料を取
り出し、上相バリア膜22上にプレート電極23としてタン
グステンシリサイド膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, following the formation of the lower barrier film 20, a plasma using a tantalum chloride gas and a nitrous oxide gas under the above-described growth conditions is formed on the lower barrier film 20. A tantalum oxide film to be the high dielectric constant capacity insulating film 21 is formed by a chemical reaction. Furthermore, the high dielectric constant capacitance insulating film 21
A tantalum nitride film serving as the upper barrier film 22 is formed thereon by a plasma chemical reaction using a tantalum chloride gas and an ammonia gas under the above-described growth conditions. Finally, a sample is taken out of the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1, and a tungsten silicide film is formed as a plate electrode 23 on the upper phase barrier film 22.

次に、本実施例に基ずき作成したデバイスのTDDBに関
す特性図を、第3図に示す。
Next, FIG. 3 shows a characteristic diagram relating to the TDDB of the device created based on this embodiment.

ここで、従来技術である有機タンタルガスを原料とし
た熱化学気相成長法により形成した酸化タンタル膜のTD
DB特性も合せて示す。同図において、横軸は経時時間
(秒)、縦軸は故障率(%)を示す。
Here, the TD of a tantalum oxide film formed by a thermal chemical vapor deposition method using a conventional organic tantalum gas as a raw material is used.
DB characteristics are also shown. In the figure, the abscissa indicates the elapsed time (second), and the ordinate indicates the failure rate (%).

本実施例の適用により形成された容量デバイスのTDDB
特性は従来法により形成された容量デバイスのそれと比
較して優れている。
TDDB of capacitance device formed by applying this embodiment
The characteristics are superior to those of the capacitance device formed by the conventional method.

上述の本実施例の適用例では、高誘電率容量絶縁膜21
である酸化タンタル膜の下層バリア膜20,上層バリア膜2
2として窒化タンタル膜を形成する方法を用いたが、バ
リア膜として窒化チタン膜を形成した場合にも第3図に
示したのと同様の効果が得られる。また、プレート電極
23として、タングステンシリサイド膜の代りにタングス
テン以外のシリサイド膜,ポリシリコン膜,ポリサイド
膜,タングステンなどの高融点金属膜,あるいはこれら
の積層膜を用いてもよい。
In the application example of the above-described embodiment, the high dielectric constant capacitance insulating film 21 is used.
Lower barrier film 20 and upper barrier film 2 of tantalum oxide film
Although a method of forming a tantalum nitride film as 2 was used, the same effect as shown in FIG. 3 can be obtained when a titanium nitride film is formed as a barrier film. Also plate electrode
23, a silicide film other than tungsten, a polysilicon film, a polycide film, a refractory metal film such as tungsten, or a laminated film of these may be used instead of the tungsten silicide film.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明の一実施例では、塩化タン
タルガスとアンモニアガスとを用いたプラズマ化学反応
によりバリア膜である窒化タンタル膜を形成し、続いて
同一チャンバー内で塩化タンタルガスと酸化二窒素ガス
とを用いたプラズマ化学反応により高誘電率容量絶縁膜
である酸化タンタル膜を形成すること、あるいは上記誘
電率容量絶縁膜を形成後、続いて同一チャンバー内で塩
化チタンガスとアンモニアガスとを用いたプラズマ化学
反応によりバリア膜である窒化チタン膜を形成すること
により、高誘電率容量絶縁膜およびバリア膜からなる容
量絶縁膜としての多層構造膜を形成する。
As described above, in one embodiment of the present invention, a tantalum nitride film as a barrier film is formed by a plasma chemical reaction using a tantalum chloride gas and an ammonia gas. Forming a tantalum oxide film which is a high dielectric constant capacity insulating film by a plasma chemical reaction using nitrogen gas, or after forming the above dielectric constant capacity insulating film, subsequently, in the same chamber, titanium chloride gas and ammonia gas By forming a titanium nitride film which is a barrier film by a plasma chemical reaction using GaN, a multilayer structure film as a capacitance insulating film composed of a high dielectric constant capacitance insulating film and a barrier film is formed.

その結果として、本発明では同一チャンバー内での成
膜形成方法であるため、従来のような容量絶縁膜として
の多層構造膜の形成に伴なうゴミやパーティクルによる
デバイスの表面の汚染は避けることができる。また、本
発明では、成膜の前にアルゴンガスのプラズマ化学反応
によりデバイス表面の自然酸化膜を除去することができ
る。成膜方法がプラズマ化学反応であることから、バリ
ア膜等のステップカバリッジは良好である。
As a result, in the present invention, since the film formation method is performed in the same chamber, the contamination of the device surface by dust and particles accompanying the formation of the multilayer structure film as the conventional capacitor insulating film should be avoided. Can be. Further, in the present invention, a natural oxide film on the device surface can be removed by plasma chemical reaction of argon gas before film formation. Since the film formation method is a plasma chemical reaction, the step coverage of the barrier film and the like is good.

さらに、プラズマ化学反応に用いる材料ガスの成分中
には炭素が存在しないことから、反応生成物としても炭
素は存在せず、従って本発明では、ピンホールの発生を
低減しリーク電流の増大を防ぐことできるため、TDDB特
性の優れた信頼性の高い容量デバイスを実現することが
できる。
Furthermore, since carbon is not present in the components of the material gas used for the plasma chemical reaction, no carbon is present as a reaction product. Therefore, in the present invention, the occurrence of pinholes is reduced and the leakage current is prevented from increasing. Therefore, a highly reliable capacitance device having excellent TDDB characteristics can be realized.

以上のことから、本発明は微細な設計ルールの超LSI
に適用することが可能となる。
From the above, it is clear that the present invention is a super LSI with fine design rules.
It becomes possible to apply to.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例に用いたブラズマ化学気相成
長装置の模式的構造図、第2図(a)〜(c)は本発明
の一実施例を容量デバイスの作成に適用した工程順断面
図、第3図は本発明の一実施例を適用した容量デバイス
および従来技術による容量デバイスを比べたTDDBの特性
図、第4図は従来技術に用いたプラズマ化学気相成長装
置の模式的構造図である。 1……キャリアガスアルゴンの導入管、2……酸化二窒
素ガス導入管、3……水素ガス導入管、4……アンモニ
アガス導入管、5……希釈用アルゴンガスの導入管、6
……気化室、7,8,8a……ヒータ、9……高周波電源、10
……ウェハ、11……基板ホルダ、12……反応室、12a…
…石英製の反応炉、13……真空ポンプ、14……排気口、
15,15a,15b,15c,15d,15e,15f,15g……バルブ、16……酸
素ガス導入管、17……Si基板、18……熱SiO2膜、19……
容量ポリシリコン膜、20……下層バリア膜、21……高誘
電率容量絶縁膜、22……上層バリア膜、23……プレート
電極。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic structural view of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus used in one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (c) show one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a characteristic view of a TDDB comparing a capacitance device according to an embodiment of the present invention with a capacitance device according to the prior art, and FIG. It is a schematic structure figure of a plasma chemical vapor deposition apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Introduction pipe of carrier gas argon, 2 ... Nitrogen oxide gas introduction pipe, 3 ... Hydrogen gas introduction pipe, 4 ... Ammonia gas introduction pipe, 5 ... Dilution argon gas introduction pipe, 6
…… Vaporization chamber, 7,8,8a …… Heater, 9 …… High frequency power supply, 10
... wafer, 11 ... substrate holder, 12 ... reaction chamber, 12a ...
... Quartz reactor, 13 ... Vacuum pump, 14 ... Exhaust port,
15,15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g ...... valves, 16 ...... oxygen gas introduction pipe, 17 ...... Si substrate, 18 ...... thermal SiO 2 film, 19 ......
Capacitance polysilicon film, 20: Lower barrier film, 21: High dielectric constant capacitance insulating film, 22: Upper barrier film, 23: Plate electrode.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化タンタル容量絶縁膜をプラズマ化学反
応により形成する工程と、基板あるいは電極と前記酸化
タンタル容量絶縁膜との熱処理による反応を抑制するた
めの導電性バリア膜をプラズマ化学反応により形成する
工程とが同一チャンバー内で連続して行なわれることに
より前記酸化タンタル容量絶縁膜と前記導電性バリア膜
とからなる多層構造膜を形成することを特徴とする容量
絶縁膜の形成方法。
1. A step of forming a tantalum oxide capacitive insulating film by a plasma chemical reaction, and a step of forming a conductive barrier film by a plasma chemical reaction for suppressing a reaction between a substrate or an electrode and the tantalum oxide capacitive insulating film due to a heat treatment. And forming the multilayer structure film including the tantalum oxide capacitor insulating film and the conductive barrier film by performing the steps successively in the same chamber.
【請求項2】前記酸化タンタル容量絶縁膜を形成するプ
ラズマ化学反応が塩化タンタル(TaCl5)ガスと酸化二
窒素(N2O)ガスとを用いて行なわれること特徴とする
請求項1記載の容量絶縁膜の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the plasma chemical reaction for forming the tantalum oxide capacitance insulating film is performed using a tantalum chloride (TaCl 5 ) gas and a nitrous oxide (N 2 O) gas. A method for forming a capacitive insulating film.
【請求項3】前記導電性バリア膜が窒化タンタル膜から
なり、該窒化タンタル膜を形成するプラズマ化学反応が
塩化タンタル((TaCl5)ガスとアンモニア(NH3)ガス
とを用いて行なわれることを特徴とする請求項1記載の
容量絶縁膜の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the conductive barrier film is formed of a tantalum nitride film, and a plasma chemical reaction for forming the tantalum nitride film is performed using a tantalum chloride ((TaCl 5 ) gas and an ammonia (NH 3 ) gas). 2. The method for forming a capacitive insulating film according to claim 1, wherein:
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