JP3013455B2 - 酸化タンタル膜のプラズマ化学気相成長法 - Google Patents

酸化タンタル膜のプラズマ化学気相成長法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高誘電率容量絶縁膜とし
ての酸化タンタル膜のプラズマ化学気相成長法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】64Mビット以上のDRAMの容量部を
形成するためには、誘電率の大きい酸化タンタル容量絶
縁膜が必要である。この酸化タンタル膜を成長する方法
としては、スパッタ法や化学気相成長法(以下CVD法
という)が用いられている。
【0003】CVD法としては、タンタルペンタエトシ
キドと酸素とを用いた熱化学気相成長法がエッチ・シン
リキ(H.Shinriki)らにより、1989シン
ポジウム オン VLSI テクノロジィ ダイジェス
ト オブ テクニカル ペーパーズ(1989 SYM
POSIUM ON VLSI TECHNOLOGY
DIGEST OF TECHNICAL PAPE
RS)25頁に報告されている。
【0004】また塩化タンタル(TaCl5 )と酸化二
窒素(N2 O)とを用いたプラズマ化学気相成長法がワ
イ・ヌマサワ(Y.Numasawa)らにより、イン
ターナショナル エレクトロン デバイシス ミーティ
ング 1989 テクニカルダイジェスト(inter
national ELECTRON DEVICES
meeting 1989 TECHNICAL D
IGEST)43頁に報告されている。
【0005】その中でも特性の優れた酸化タンタル膜を
形成できる方法はプラズマ化学気相成長法である。図3
に従来のプラズマCVD装置の構成図を示す。塩化タン
タル(TaCl5 )の固体ソースを温調器108で加熱
し、Arガスキャリアーによりフィルタ106を介して
酸化二窒素ガスと共にプラズマ反応室101に導入し、
高周波(RF)発生器104により、プラズマ電極10
2とSi基板111をを保持するサセプタ103間にプ
ラズマを発生させ、酸化タンタル膜をSi基板111に
成長させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記プラ
ズマ化学気相成長法では、容量値が1平方μm当り10
fF以上の容量絶縁膜を形成することができないという
問題があった。その原因は成膜過程、特に成膜初期過程
における酸化反応性プラズマスパッタリングにより、容
量電極としてのSi基板111あるいはSi基板上の多
結晶シリコン層の表面が酸化され、厚さ1〜3nmの酸
化シリコン膜が形成されるため、容量絶縁膜がこの酸化
シリコン膜と酸化タンタル膜との2層膜となるためであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の酸化タンタル膜
のプラズマ化学気相成長方法は、塩化タンタル材料ガス
と酸化二窒素とを用い電極に高周波を印加してシリコン
層上に容量絶縁膜としての酸化タンタル膜を形成する
ラズマ化学気相成長方法において、電極に印加する前記
高周波の強度を複数の段階で変化させ、かつその強度を
膜形成開始から膜形成終了に向けて順次大きくし、シリ
コン層と酸化タンタル膜との界面に形成される酸化シリ
コン膜の厚さを減少させるものである。
【0008】本発明によれば、成膜初期過程のプラズマ
強度を小さくできるため、酸化反応性プラズマスパッタ
リングにより形成される酸化シリコン膜の厚さを減少さ
せることができる。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例を説明するためのプラズマ
CVD装置の構成図である。
【0010】図3に示した、従来のプラズマCVD装置
と大きく異なる点は、プラズマ形成用の高周波(RF)
の強度を複数の階段で変化させ、かつその強度を膜形成
開始から膜形式終了に向けて順次大きくするためのRF
パワー制御器120を有することである。
【0011】このプラズマCVD装置を用い、本発明に
基づく酸化タンタル膜のプラズマ気相成長を行なった実
施例は以下の通りである。材料ソースである塩化タンタ
ル(TaCl5 )は、温調器107により固体ソースで
ある塩化タンタルボンベ108を160℃に加熱して温
調した後、Arキャリアガスによりプラズマ反応室10
1に導入される。酸化用ガスである酸化二窒素(N
2 O)は、酸化二窒素ボンベ109からプラズマ反応室
101導入直前で塩化タンタルガスと混合される。流量
条件としては塩化タンタルガスを10SCCM,酸化二
窒素ガスを100SCCM,また、圧力を0.6Tor
rに設定した。Si基板111は450℃に加熱した。
【0012】更に本実施例においては、膜形成のための
プラズマ形成用のRFパワーは、図2に示す様に、3段
階で変化させた。すなわち、最初の60秒間は0.1W
/cm2 のパワーを、続いての30秒間は0.2W/c
2 のパワーを、そして最後の100秒間は0.5W/
cm2 のパワーを、RFパワー制御器120及びRF発
生器104によりプラズマ電極102とサセプタ103
間に印加した。
【0013】以上のプロセスで容量電極としてのSi基
板(またはSi基板上の多結晶シリコン層)に膜を形成
し、本発明の有効性を調べた結果を次に説明する。酸化
タンタル膜とSi基板の界面を調べるために透過電子顕
微鏡を用いた。従来のプラズマCVD法を用いた場合、
界面に厚さ約2.5nmの酸化シリコン膜が形成される
のに対し、本実施例によれば、界面に形成される酸化シ
リコン膜の厚さは1nm以下と非常に薄いものになって
いた。
【0014】さらに、本実施例により厚さ約7nmの酸
化タンタル膜を多結晶シリコン電極上に形成し、続いて
アルミプレート電極を形成し、その容量部特性を電気的
に評価した結果、C−V特性(容量−電圧特性)測定か
ら1平方μm当り18fFのキャパシターが実現できる
ことが確認された。
【0015】尚、上記実施例においては印加するRFパ
ワーを3段階に分けて順次高くして行った場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、4段階以
上のに分けて印加してもよいことは勿論である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、塩化タン
タル材料ガスと酸化二窒素とを用いた、酸化タンタル膜
のプラズマ化学気相成長法において、プラズマ形成用の
高周波の強度を複数段階で変化させ、かつその強度を順
次大きくすることにより酸化タンタル膜とSi基板との
間にできる酸化シリコン膜の厚さを1nm以下に減少さ
せることができる。従って1平方μm当り10fF以上
の容量絶縁膜を形成できるという効果がある。このた
め、高容量のキャパシターを必要とする。64Mビット
以上のDRAMを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するためのプラズマC
VD装置の構成図である。
【図2】本発明の実施例で印加されるRFパワーの時間
変化を示す図である。
【図3】従来例を説明するためのプラズマCVD装置の
構成図である。
【符号の説明】
101 プラズマ反応室 102 プラズマ電極 103 サセプタ 104 RF発生器 105 配管ヒーター 106 フィルタ 107 温調器 108 塩化タンタルボンベ 109 酸化二窒素ボンベ 110 排気部 120 RFパワー制御器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 H01L 21/316 H01L 21/822 H05H 1/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩化タンタル材料ガスと酸化二窒素とを
    用い電極に高周波を印加してシリコン層上に容量絶縁膜
    としての酸化タンタル膜を形成するプラズマ化学気相成
    長方法において、電極に印加する前記高周波の強度を複
    数の段階で変化させ、かつその強度を膜形成開始から膜
    形成終了に向けて順次大きくし、シリコン層と酸化タン
    タル膜との界面に形成される酸化シリコン膜の厚さを減
    少させることを特徴とする酸化タンタル膜のプラズマ化
    学気相成長方法。
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