JP3334323B2 - 高誘電体膜の形成方法 - Google Patents
高誘電体膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タンタル系高誘電体材
料及び高誘電体膜の形成方法、並びにかかるタンタル系
高誘電体材料を用いた半導体装置に関する。
料及び高誘電体膜の形成方法、並びにかかるタンタル系
高誘電体材料を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体装置においては、絶縁膜や
容量絶縁膜として窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜が用いら
れている。容量絶縁膜は、例えば、ＤＲＡＭにおいて電
荷を蓄積するためのキャパシタンスとして用いられる。
そして、例えば次世代以降のＵＬＳＩ（特にＤＲＡＭ）
用の容量絶縁膜の材料として、シリコン窒化膜に代わ
り、一層大きな比誘電率を有するタンタル（Ｔａ）を含
む材料、例えばＴａ2Ｏ5から成る高誘電体膜の検討が進
められている。容量絶縁膜の容量をＣ、比誘電率をε、
面積をＳ、厚さをｄとした場合、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係が成立する。半導体装置が高密度になるに従い、
容量絶縁膜の面積Ｓを小さくする必要がある。従って、
容量絶縁膜の容量Ｃを同一に保持するためには、容量絶
縁膜を構成する材料の比誘電率εを大きくしなければな
らない。例えば、バイポーラトランジスタにおいて、ト
ランジスタ素子の面積が１／５になると、容量絶縁膜の
面積はトランジスタ素子全体の１／２をも占めるように
なる。
容量絶縁膜として窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜が用いら
れている。容量絶縁膜は、例えば、ＤＲＡＭにおいて電
荷を蓄積するためのキャパシタンスとして用いられる。
そして、例えば次世代以降のＵＬＳＩ（特にＤＲＡＭ）
用の容量絶縁膜の材料として、シリコン窒化膜に代わ
り、一層大きな比誘電率を有するタンタル（Ｔａ）を含
む材料、例えばＴａ2Ｏ5から成る高誘電体膜の検討が進
められている。容量絶縁膜の容量をＣ、比誘電率をε、
面積をＳ、厚さをｄとした場合、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係が成立する。半導体装置が高密度になるに従い、
容量絶縁膜の面積Ｓを小さくする必要がある。従って、
容量絶縁膜の容量Ｃを同一に保持するためには、容量絶
縁膜を構成する材料の比誘電率εを大きくしなければな
らない。例えば、バイポーラトランジスタにおいて、ト
ランジスタ素子の面積が１／５になると、容量絶縁膜の
面積はトランジスタ素子全体の１／２をも占めるように
なる。
【０００３】容量絶縁膜を構成するＴａ2Ｏ5は、比誘電
率が２０〜３０と高い。ちなみに、Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ
2の比誘電率はそれぞれ、６〜７、３．７〜３．９であ
る。通常、ＴａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いたＣＶ
Ｄ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜する。
率が２０〜３０と高い。ちなみに、Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ
2の比誘電率はそれぞれ、６〜７、３．７〜３．９であ
る。通常、ＴａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いたＣＶ
Ｄ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｔａ2Ｏ5はこのように
比誘電率が高く、高誘電容量絶縁膜の材料として有望視
されているが、リーク電流特性、耐圧特性に問題があ
る。このような問題を解決するための方法の１つに、Ｔ
ａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いてシリコン基板から
成る基体上にＣＶＤ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜した後、活
性酸素アニール（例えば、ＵＶ／Ｏ2）処理をＴａ2Ｏ5
膜に施す方法が提案されている。ＣＶＤ法にて成膜され
たＴａ2Ｏ5膜にはＴａ原子とその周囲の酸素原子が同時
に欠落したＴａ−ＯXボイドが存在するため、リーク電
流特性や耐圧特性が悪いと考えられている。然るに、活
性酸素アニール処理によってシリコン基板から移動して
きたＳｉ原子と雰囲気から拡散してきた酸素原子とによ
って、かかるＴａ−ＯXボイドが補償され、リーク電流
特性や耐圧特性が改善されると考えられている。
比誘電率が高く、高誘電容量絶縁膜の材料として有望視
されているが、リーク電流特性、耐圧特性に問題があ
る。このような問題を解決するための方法の１つに、Ｔ
ａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いてシリコン基板から
成る基体上にＣＶＤ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜した後、活
性酸素アニール（例えば、ＵＶ／Ｏ2）処理をＴａ2Ｏ5
膜に施す方法が提案されている。ＣＶＤ法にて成膜され
たＴａ2Ｏ5膜にはＴａ原子とその周囲の酸素原子が同時
に欠落したＴａ−ＯXボイドが存在するため、リーク電
流特性や耐圧特性が悪いと考えられている。然るに、活
性酸素アニール処理によってシリコン基板から移動して
きたＳｉ原子と雰囲気から拡散してきた酸素原子とによ
って、かかるＴａ−ＯXボイドが補償され、リーク電流
特性や耐圧特性が改善されると考えられている。
【０００５】このような活性酸素アニール処理よりも一
層リーク電流特性や耐圧特性を改善し得る方法も提案さ
れている。この方法においては、ＣＶＤ原料ガスとして
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5とＯ2を用いたＬＰＣＶＤ法にてＴａ
2Ｏ5膜を成膜した後、かかるＴａ2Ｏ5膜に高周波酸素プ
ラズマ処理を施す。高周波酸素プラズマ処理によって、
Ｔａ2Ｏ5膜がアモルファス相を保ちながら、Ｔａ2Ｏ5膜
中の炭素や水素が外方拡散し、しかも酸素欠陥への酸素
の補充がなされるため、リーク電流特性や耐圧特性が一
層改善されると考えられている。
層リーク電流特性や耐圧特性を改善し得る方法も提案さ
れている。この方法においては、ＣＶＤ原料ガスとして
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5とＯ2を用いたＬＰＣＶＤ法にてＴａ
2Ｏ5膜を成膜した後、かかるＴａ2Ｏ5膜に高周波酸素プ
ラズマ処理を施す。高周波酸素プラズマ処理によって、
Ｔａ2Ｏ5膜がアモルファス相を保ちながら、Ｔａ2Ｏ5膜
中の炭素や水素が外方拡散し、しかも酸素欠陥への酸素
の補充がなされるため、リーク電流特性や耐圧特性が一
層改善されると考えられている。
【０００６】しかしながら、このような高周波酸素プラ
ズマ処理によるＴａ2Ｏ5膜のリーク電流特性や耐圧特性
の改善も未だ十分とはいえず、一層優れたリーク電流特
性や耐圧特性を有する高誘電体膜が強く要望されてい
る。高誘電体膜のリーク電流特性や耐圧特性を一層改善
するためには、高誘電体膜の厚さｄを厚くする手段が効
果的である。しかしながら、厚さｄを厚くすれば、高誘
電体膜の容量Ｃが減少する。これを回避するためには、
高誘電体膜を構成する材料として一層高い比誘電率εを
有する材料を選択する必要がある。
ズマ処理によるＴａ2Ｏ5膜のリーク電流特性や耐圧特性
の改善も未だ十分とはいえず、一層優れたリーク電流特
性や耐圧特性を有する高誘電体膜が強く要望されてい
る。高誘電体膜のリーク電流特性や耐圧特性を一層改善
するためには、高誘電体膜の厚さｄを厚くする手段が効
果的である。しかしながら、厚さｄを厚くすれば、高誘
電体膜の容量Ｃが減少する。これを回避するためには、
高誘電体膜を構成する材料として一層高い比誘電率εを
有する材料を選択する必要がある。
【０００７】従って、本発明の目的は、Ｔａ2Ｏ5よりも
一層高い比誘電率を有するタンタル系高誘電体材料を提
供することにある。更に本発明の目的は、リーク電流特
性や耐圧特性を一層改善することができるタンタル系高
誘電体膜の形成方法並びに半導体装置を提供することに
ある。
一層高い比誘電率を有するタンタル系高誘電体材料を提
供することにある。更に本発明の目的は、リーク電流特
性や耐圧特性を一層改善することができるタンタル系高
誘電体膜の形成方法並びに半導体装置を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のタンタル系高誘電体材料は、ＴａXＯYＮZ
の形態を有し、Ｘ，Ｙ及びＺが以下の関係を満たすこと
を特徴とする。 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ ０．１≦Ｚ≦０．６２５ ０≦Ｙ≦０．６ 但し、Ｘ≧０．４Ｙ＋０．６Ｚ
めの本発明のタンタル系高誘電体材料は、ＴａXＯYＮZ
の形態を有し、Ｘ，Ｙ及びＺが以下の関係を満たすこと
を特徴とする。 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ ０．１≦Ｚ≦０．６２５ ０≦Ｙ≦０．６ 但し、Ｘ≧０．４Ｙ＋０．６Ｚ
【０００９】Ｚの値が０．１未満では、Ｔａ2Ｏ5を十分
に窒化したとはいえず、窒素元素の導入による比誘電率
の向上が得られない。Ｙの値が０であるときのタンタル
系高誘電体材料の組成がＴａ3Ｎ5であるが故、化学当量
からＺの値が０．６２５を越えることはできない。Ｚ≧
０．１を満足する条件においては、化学当量からＹの値
が０．６を越えることはできない。Ｙ，Ｚが上記の関係
を満足するとき、化学当量からＸの値は Ｘ≧０．４Ｙ
＋０．６Ｚ の範囲となる。ＴａXＯYＮZの形態を有す
る本発明のタンタル系高誘電体材料は、本質的には、窒
素原子を１０原子％以上６２．５原子％以下含むことが
特徴であり、窒素原子の割合がこのような範囲にあると
き、Ｔａ及びＯの割合（Ｘ及びＹ）は、上記の範囲に自
ずから限定される。
に窒化したとはいえず、窒素元素の導入による比誘電率
の向上が得られない。Ｙの値が０であるときのタンタル
系高誘電体材料の組成がＴａ3Ｎ5であるが故、化学当量
からＺの値が０．６２５を越えることはできない。Ｚ≧
０．１を満足する条件においては、化学当量からＹの値
が０．６を越えることはできない。Ｙ，Ｚが上記の関係
を満足するとき、化学当量からＸの値は Ｘ≧０．４Ｙ
＋０．６Ｚ の範囲となる。ＴａXＯYＮZの形態を有す
る本発明のタンタル系高誘電体材料は、本質的には、窒
素原子を１０原子％以上６２．５原子％以下含むことが
特徴であり、窒素原子の割合がこのような範囲にあると
き、Ｔａ及びＯの割合（Ｘ及びＹ）は、上記の範囲に自
ずから限定される。
【００１０】更に、上記の目的を達成するための本発明
の半導体装置は、上述したタンタル系高誘電体材料から
成る容量絶縁膜を有することを特徴とする。
の半導体装置は、上述したタンタル系高誘電体材料から
成る容量絶縁膜を有することを特徴とする。
【００１１】更に、上記の目的を達成するための本発明
の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、ＣｐmＴ
ａ（Ｎ3）n（ここで、Ｃｐはシクロペンタンであり、ｍ
＋ｎ＝５である）を原料として、ＴａXＯYＮZの形態を
有しそしてＸ，Ｙ及びＺが上述の関係を満たすタンタル
系高誘電体材料から成る高誘電体膜を、ＣＶＤ法にて基
体上に成膜することを特徴とする。
の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、ＣｐmＴ
ａ（Ｎ3）n（ここで、Ｃｐはシクロペンタンであり、ｍ
＋ｎ＝５である）を原料として、ＴａXＯYＮZの形態を
有しそしてＸ，Ｙ及びＺが上述の関係を満たすタンタル
系高誘電体材料から成る高誘電体膜を、ＣＶＤ法にて基
体上に成膜することを特徴とする。
【００１２】あるいは又、上記の目的を達成するための
本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、Ｔ
ａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｔａ（ＯＣＨ3）5、Ｔａ（Ｎ（Ｃ
Ｈ3）2）5、ＴａＣｌ5、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）m（Ｎ（Ｃ
Ｈ3）2）n（但し、ｍ＋ｎ＝５）及びＴａ（ＯＣＨ3）m
（Ｎ（ＣＨ3）2）n（但し、ｍ＋ｎ＝５）から成る群か
ら選ばれたタンタル系有機金属材料、並びに窒素（Ｎ）
を含むガスを原料ガスとして、ＴａXＯYＮZの形態を有
しそしてＸ，Ｙ及びＺが上述の関係を満たすタンタル系
高誘電体材料から成る高誘電体膜を、ＣＶＤ法にて基体
上に成膜することを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、Ｔ
ａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｔａ（ＯＣＨ3）5、Ｔａ（Ｎ（Ｃ
Ｈ3）2）5、ＴａＣｌ5、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）m（Ｎ（Ｃ
Ｈ3）2）n（但し、ｍ＋ｎ＝５）及びＴａ（ＯＣＨ3）m
（Ｎ（ＣＨ3）2）n（但し、ｍ＋ｎ＝５）から成る群か
ら選ばれたタンタル系有機金属材料、並びに窒素（Ｎ）
を含むガスを原料ガスとして、ＴａXＯYＮZの形態を有
しそしてＸ，Ｙ及びＺが上述の関係を満たすタンタル系
高誘電体材料から成る高誘電体膜を、ＣＶＤ法にて基体
上に成膜することを特徴とする。
【００１３】本発明の第１及び第２の態様に係る高誘電
体膜の形成方法においては、ＣＶＤ法は熱ＣＶＤ法又は
プラズマＣＶＤ法とすることが好ましい。本発明の第２
の態様に係る高誘電体膜の形成方法においては、窒素
（Ｎ）を含むガスとして、ＮＨ3ガス、ＮＨ3＋Ｏ2ガ
ス、ＮＨ3＋Ｏ3ガス、Ｎ2Ｏガス、Ｎ2Ｈ2ガス、Ｎ2ガス
を例示することができるが、中でもＮＨ3ガスを用いる
ことが好ましい。
体膜の形成方法においては、ＣＶＤ法は熱ＣＶＤ法又は
プラズマＣＶＤ法とすることが好ましい。本発明の第２
の態様に係る高誘電体膜の形成方法においては、窒素
（Ｎ）を含むガスとして、ＮＨ3ガス、ＮＨ3＋Ｏ2ガ
ス、ＮＨ3＋Ｏ3ガス、Ｎ2Ｏガス、Ｎ2Ｈ2ガス、Ｎ2ガス
を例示することができるが、中でもＮＨ3ガスを用いる
ことが好ましい。
【００１４】
【作用】一般に、Ｔａ2Ｏ5から成る高誘電体膜は、Ｓｉ
3Ｎ4膜と比較して、比誘電率は高いが、リーク電流特性
や耐圧特性が悪い。本発明においては、タンタル系高誘
電体材料はＴａXＯYＮZという形態を有しており、窒素
原子を１０原子％以上６２．５原子％以下含む。窒素原
子の原子半径は酸素原子の原子半径よりも小さく、窒素
原子は周囲の原子を引き付ける力が酸素原子よりも強い
ために、本発明のタンタル系高誘電体材料においては、
従来のタンタル系酸化物であるＴａ2Ｏ5と比較して、電
子の分布の偏りが大きくなる。その結果、本発明のタン
タル系高誘電体材料は、Ｔａ2Ｏ5よりも大きな比誘電率
を有すると考えられる。
3Ｎ4膜と比較して、比誘電率は高いが、リーク電流特性
や耐圧特性が悪い。本発明においては、タンタル系高誘
電体材料はＴａXＯYＮZという形態を有しており、窒素
原子を１０原子％以上６２．５原子％以下含む。窒素原
子の原子半径は酸素原子の原子半径よりも小さく、窒素
原子は周囲の原子を引き付ける力が酸素原子よりも強い
ために、本発明のタンタル系高誘電体材料においては、
従来のタンタル系酸化物であるＴａ2Ｏ5と比較して、電
子の分布の偏りが大きくなる。その結果、本発明のタン
タル系高誘電体材料は、Ｔａ2Ｏ5よりも大きな比誘電率
を有すると考えられる。
【００１５】尚、１０原子％以上６２．５原子％以下と
いった高い窒素含有率を有するタンタル系高誘電体膜
は、ＣＶＤ原料ガスとしてタンタル及び窒素を含む有機
金属材料ガスを使用し、若しくはＣＶＤ原料ガスの一部
に窒素（Ｎ）を含むガスを用いることによって成膜する
ことができる。例えばＴａ2Ｏ5を成膜した後に、ＮＨ3
ガス等を用いた窒素プラズマ処理等の窒化処理を行うこ
とによって得ることはできない。
いった高い窒素含有率を有するタンタル系高誘電体膜
は、ＣＶＤ原料ガスとしてタンタル及び窒素を含む有機
金属材料ガスを使用し、若しくはＣＶＤ原料ガスの一部
に窒素（Ｎ）を含むガスを用いることによって成膜する
ことができる。例えばＴａ2Ｏ5を成膜した後に、ＮＨ3
ガス等を用いた窒素プラズマ処理等の窒化処理を行うこ
とによって得ることはできない。
【００１６】本発明のタンタル系の高誘電体膜は、Ｔａ
2Ｏ5よりも比誘電率εが高いので、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係式において、容量絶縁膜の容量Ｃを同じ値に保持
するとすれば、容量絶縁膜の厚さｄを厚くすることがで
きる。容量絶縁膜の厚さｄを厚くすることができれば、
容量絶縁膜に印加される電界の値（単位：Ｖ／ｃｍ）を
減少させることができる。即ち、容量絶縁膜に印加され
る電圧に置き換えれば、同じ電圧がＤＲＡＭ等の容量絶
縁膜に印加されたとしても、容量絶縁膜の厚さｄが厚け
れば、容量絶縁膜にはより低い電界が印加されたことに
なる。従って、リーク電流特性や耐圧特性を向上させる
ことができる。
2Ｏ5よりも比誘電率εが高いので、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係式において、容量絶縁膜の容量Ｃを同じ値に保持
するとすれば、容量絶縁膜の厚さｄを厚くすることがで
きる。容量絶縁膜の厚さｄを厚くすることができれば、
容量絶縁膜に印加される電界の値（単位：Ｖ／ｃｍ）を
減少させることができる。即ち、容量絶縁膜に印加され
る電圧に置き換えれば、同じ電圧がＤＲＡＭ等の容量絶
縁膜に印加されたとしても、容量絶縁膜の厚さｄが厚け
れば、容量絶縁膜にはより低い電界が印加されたことに
なる。従って、リーク電流特性や耐圧特性を向上させる
ことができる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
明を説明する。
【００１８】（実施例１）実施例１の高誘電体膜の形成
方法は、本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方
法に関する。実施例１においては、Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3
（ここで、Ｃｐはシクロペンタンである）を原料とし
て、Ｔａ3Ｎ5の形態（Ｘ＝０．３７５，Ｙ＝０，Ｚ＝
０．６２５）を有するタンタル系高誘電体材料から成る
高誘電体膜を、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置を用いて、
プラズマＣＶＤ法にてポリシリコン膜から成る基体上に
成膜した。プラズマＣＶＤの条件を以下に例示する。
尚、Ｎ2ガスはキャリアガス及び希釈ガスとして機能す
る。尚、ＡｒガスやＨｅガスで代替することもできる。
また、タンタル系有機金属材料はＣｐ2Ｔａ（Ｎ3）3に
限定されず、ＣｐmＴａ（Ｎ3）n（ｍ＋ｎ＝５）で表わ
される材料を使用することができる。 使用ガス ： Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3／Ｎ2＝１００／５０
sccm 圧力 ： ３０Ｐａ 基体温度 ： ４００゜Ｃ ＲＦパワー： ５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） こうして得られたＴａ3Ｎ5から成るタンタル系の高誘電
体膜の比誘電率は４０以上であった。
方法は、本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方
法に関する。実施例１においては、Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3
（ここで、Ｃｐはシクロペンタンである）を原料とし
て、Ｔａ3Ｎ5の形態（Ｘ＝０．３７５，Ｙ＝０，Ｚ＝
０．６２５）を有するタンタル系高誘電体材料から成る
高誘電体膜を、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置を用いて、
プラズマＣＶＤ法にてポリシリコン膜から成る基体上に
成膜した。プラズマＣＶＤの条件を以下に例示する。
尚、Ｎ2ガスはキャリアガス及び希釈ガスとして機能す
る。尚、ＡｒガスやＨｅガスで代替することもできる。
また、タンタル系有機金属材料はＣｐ2Ｔａ（Ｎ3）3に
限定されず、ＣｐmＴａ（Ｎ3）n（ｍ＋ｎ＝５）で表わ
される材料を使用することができる。 使用ガス ： Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3／Ｎ2＝１００／５０
sccm 圧力 ： ３０Ｐａ 基体温度 ： ４００゜Ｃ ＲＦパワー： ５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） こうして得られたＴａ3Ｎ5から成るタンタル系の高誘電
体膜の比誘電率は４０以上であった。
【００１９】上記のプラズマＣＶＤ条件において、使用
ガスとして更にＯ2ガスを５０sccm加えた。得られた高
誘電体膜の組成は、ＴａXＯYＮZの形態（Ｘ＝０．５，
Ｙ＝０．１，Ｚ＝０．４）を有していた。この高誘電体
膜の比誘電率は３０〜４０であり、Ｔａ3Ｎ5から成るタ
ンタル系の高誘電体膜の比誘電率と比較して若干低かっ
たが、リーク電流特性は優れていた。
ガスとして更にＯ2ガスを５０sccm加えた。得られた高
誘電体膜の組成は、ＴａXＯYＮZの形態（Ｘ＝０．５，
Ｙ＝０．１，Ｚ＝０．４）を有していた。この高誘電体
膜の比誘電率は３０〜４０であり、Ｔａ3Ｎ5から成るタ
ンタル系の高誘電体膜の比誘電率と比較して若干低かっ
たが、リーク電流特性は優れていた。
【００２０】（実施例２）実施例２の高誘電体膜の形成
方法は、実施例１にて説明した高誘電体膜の形成方法の
変形に関する。実施例２においては、実施例１と異な
り、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜した。タンタ
ル系有機金属原料ガスとしてはＣｐ2Ｔａ（Ｎ3）3を用
い、窒化のためのＮＨ3ガス、及び酸化のためのＯ3ガス
を原料ガスとして併せて用いた。成膜された高誘電体膜
は、ＴａXＯYＮZの形態（Ｘ＝０．５，Ｙ＝０．４，Ｚ
＝０．１）の形態を有していた。減圧熱ＣＶＤの条件を
以下に例示する。 使用ガス ： Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3／ＮＨ3／Ｏ3＝１０
０〜５００／５００〜１０００／１００〜５００sccm 圧力 ： １０〜２００Ｐａ 基体温度 ： ４００〜８００゜Ｃ こうして得られたＴａXＮYＯZから成るタンタル系の高
誘電体膜の比誘電率は２０〜４０であった。
方法は、実施例１にて説明した高誘電体膜の形成方法の
変形に関する。実施例２においては、実施例１と異な
り、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜した。タンタ
ル系有機金属原料ガスとしてはＣｐ2Ｔａ（Ｎ3）3を用
い、窒化のためのＮＨ3ガス、及び酸化のためのＯ3ガス
を原料ガスとして併せて用いた。成膜された高誘電体膜
は、ＴａXＯYＮZの形態（Ｘ＝０．５，Ｙ＝０．４，Ｚ
＝０．１）の形態を有していた。減圧熱ＣＶＤの条件を
以下に例示する。 使用ガス ： Ｃｐ2Ｔａ（Ｎ3）3／ＮＨ3／Ｏ3＝１０
０〜５００／５００〜１０００／１００〜５００sccm 圧力 ： １０〜２００Ｐａ 基体温度 ： ４００〜８００゜Ｃ こうして得られたＴａXＮYＯZから成るタンタル系の高
誘電体膜の比誘電率は２０〜４０であった。
【００２１】（実施例３）実施例３の高誘電体膜の形成
方法は、本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形成方
法に関する。実施例３においては、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5
から成るタンタル系有機金属材料、並びにＮＨ3ガスを
原料ガスとして、ＴａXＯYＮZの形態を有しそしてＸ＝
０．５，Ｙ＝０．３，Ｚ＝０．２のタンタル系高誘電体
材料から成る高誘電体膜を、プラズマＣＶＤ装置を用い
て、プラズマＣＶＤ法にてポリシリコン膜から成る基体
上に成膜した。 使用ガス ： Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5／ＮＨ3＝１００〜５
００／５００〜２０００sccm 圧力 ： １０〜１００Ｐａ 基体温度 ： ２００〜５００゜Ｃ ＲＦパワー： ５００〜１０００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） こうして得られたＴａXＯYＮZの形態を有するタンタル
系の高誘電体膜の比誘電率は２０〜５０であった。尚、
酸化のためのＯ3ガスを原料ガスとして併せて用いるこ
とによって、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜する
こともできる。
方法は、本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形成方
法に関する。実施例３においては、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5
から成るタンタル系有機金属材料、並びにＮＨ3ガスを
原料ガスとして、ＴａXＯYＮZの形態を有しそしてＸ＝
０．５，Ｙ＝０．３，Ｚ＝０．２のタンタル系高誘電体
材料から成る高誘電体膜を、プラズマＣＶＤ装置を用い
て、プラズマＣＶＤ法にてポリシリコン膜から成る基体
上に成膜した。 使用ガス ： Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5／ＮＨ3＝１００〜５
００／５００〜２０００sccm 圧力 ： １０〜１００Ｐａ 基体温度 ： ２００〜５００゜Ｃ ＲＦパワー： ５００〜１０００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） こうして得られたＴａXＯYＮZの形態を有するタンタル
系の高誘電体膜の比誘電率は２０〜５０であった。尚、
酸化のためのＯ3ガスを原料ガスとして併せて用いるこ
とによって、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜する
こともできる。
【００２２】（実施例４）本発明の第１若しくは第２の
態様に係る高誘電体膜の形成方法を応用して形成された
容量絶縁膜を有するスタックトキャパシタセル構造を有
するＤＲＡＭから成る半導体装置の模式的な一部断面図
を図１に示す。容量絶縁膜は、ＴａXＯYＮZという形態
を有するタンタル系高誘電体材料から成る。図１に示す
半導体装置の作製方法の概要は以下のとおりである。 （Ａ）シリコン半導体基板１０にＬＯＣＯＳ構造の素子
分離領域１２を形成する。 （Ｂ）ゲート電極１４及びゲート配線１４Ａ（ワード
線）を、例えばポリシリコンから形成する。 （Ｃ）ソース・ドレイン領域１６を形成する。 （Ｄ）全面に例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁層１８を
形成した後、ソース・ドレイン領域１６の上方の層間絶
縁層１８に開口部を設け、この開口部及び層間絶縁層１
８の上に例えばポリシリコンから成るキャパシタ用の電
極２０を形成する。 （Ｅ）本発明の第１若しくは第２の態様に係る高誘電体
膜の形成方法に基づき、電極２０及び層間絶縁層１８の
上にＴａXＯYＮZという形態を有する高誘電体膜２２を
形成する。この場合、ポリシリコンから成る電極２０及
び層間絶縁層１８が基体に相当する。また、高誘電体膜
２２が容量絶縁膜に相当する。 （Ｆ）次いで、ＯＮＯから成るキャパシタ用の電極２４
を形成する。 （Ｇ）最後に、ＳｉＮから成るパッシベーション膜３０
を全面に形成する。
態様に係る高誘電体膜の形成方法を応用して形成された
容量絶縁膜を有するスタックトキャパシタセル構造を有
するＤＲＡＭから成る半導体装置の模式的な一部断面図
を図１に示す。容量絶縁膜は、ＴａXＯYＮZという形態
を有するタンタル系高誘電体材料から成る。図１に示す
半導体装置の作製方法の概要は以下のとおりである。 （Ａ）シリコン半導体基板１０にＬＯＣＯＳ構造の素子
分離領域１２を形成する。 （Ｂ）ゲート電極１４及びゲート配線１４Ａ（ワード
線）を、例えばポリシリコンから形成する。 （Ｃ）ソース・ドレイン領域１６を形成する。 （Ｄ）全面に例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁層１８を
形成した後、ソース・ドレイン領域１６の上方の層間絶
縁層１８に開口部を設け、この開口部及び層間絶縁層１
８の上に例えばポリシリコンから成るキャパシタ用の電
極２０を形成する。 （Ｅ）本発明の第１若しくは第２の態様に係る高誘電体
膜の形成方法に基づき、電極２０及び層間絶縁層１８の
上にＴａXＯYＮZという形態を有する高誘電体膜２２を
形成する。この場合、ポリシリコンから成る電極２０及
び層間絶縁層１８が基体に相当する。また、高誘電体膜
２２が容量絶縁膜に相当する。 （Ｆ）次いで、ＯＮＯから成るキャパシタ用の電極２４
を形成する。 （Ｇ）最後に、ＳｉＮから成るパッシベーション膜３０
を全面に形成する。
【００２３】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した原料ガスや成膜条件等は、
使用するＣＶＤ装置やＣＶＤ法等に依存して適宜変更す
ることができる。半導体装置の構造も実施例に限定され
ず、容量絶縁膜が必要とされる如何なる半導体装置にも
本発明の高誘電体材料から成る高誘電体膜を適用するこ
とができる。実施例においては専ら本発明のタンタル系
高誘電体材料を半導体装置の高誘電体膜に適用した例を
示したが、本発明のタンタル系高誘電体材料は、その
他、例えばディスクリート部品であるコンデンサーの製
造に適用することも可能である。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した原料ガスや成膜条件等は、
使用するＣＶＤ装置やＣＶＤ法等に依存して適宜変更す
ることができる。半導体装置の構造も実施例に限定され
ず、容量絶縁膜が必要とされる如何なる半導体装置にも
本発明の高誘電体材料から成る高誘電体膜を適用するこ
とができる。実施例においては専ら本発明のタンタル系
高誘電体材料を半導体装置の高誘電体膜に適用した例を
示したが、本発明のタンタル系高誘電体材料は、その
他、例えばディスクリート部品であるコンデンサーの製
造に適用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明においては、高誘電体材料は窒素
（Ｎ）を含むＴａXＯYＮZの形態を有しており、Ｔａ2Ｏ
5よりも高い比誘電率を有する。それ故、厚い高誘電体
膜を成膜することができ、これによって、リーク電流特
性や耐圧特性を付与することができる。しかも、厚い高
誘電体膜を成膜しても、比誘電率の値が高いので、高誘
電体膜の容量が減少することを回避することができる。
（Ｎ）を含むＴａXＯYＮZの形態を有しており、Ｔａ2Ｏ
5よりも高い比誘電率を有する。それ故、厚い高誘電体
膜を成膜することができ、これによって、リーク電流特
性や耐圧特性を付与することができる。しかも、厚い高
誘電体膜を成膜しても、比誘電率の値が高いので、高誘
電体膜の容量が減少することを回避することができる。
【図１】窒化シリコン膜から成る容量絶縁膜が形成され
た半導体装置の模式的な一部断面図である。
た半導体装置の模式的な一部断面図である。
１０ シリコン半導体基板 １２ 素子分離領域 １４，１４Ａ ゲート電極及びゲート配線 １６ ソース・ドレイン １８ 層間絶縁層 ２０，２４ キャパシタ用の電極 ２２ 窒化シリコン膜 ３０ パッシベーション膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/8242 Ｈ０１Ｌ 27/10 ６５１ 27/04 27/108 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01G 35/00 C23C 16/30 - 16/42 H01L 21/314 - 21/318 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/108
Claims (3)
- 【請求項１】ＣｐmＴａ（Ｎ3）n（ここで、Ｃｐはシク
ロペンタンであり、ｍ＋ｎ＝５である）を原料として、
ＴａXＯYＮZの形態を有し、そしてＸ，Ｙ及びＺが以下
の関係を満たすタンタル系高誘電体材料から成る高誘電
体膜を、ＣＶＤ法にて基体上に成膜することを特徴とす
る高誘電体膜の形成方法。 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ ０．１≦Ｚ≦０．６２５ ０≦Ｙ≦０．６ 但し、Ｘ≧０．４Ｙ＋０．６Ｚ - 【請求項２】原料として、更に、ＮＨ3ガスを用いるこ
とを特徴とする請求項１に記載の高誘電体膜の形成方
法。 - 【請求項３】Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｔａ（ＯＣＨ3）5 、
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）m（Ｎ（ＣＨ3）2）n（但し、ｍ＋ｎ＝
５）及びＴａ（ＯＣＨ3）m（Ｎ（ＣＨ3）2）n（但し、
ｍ＋ｎ＝５）から成る群から選ばれたタンタル系有機金
属材料、並びに、ＮＨ 3 ガスを原料ガスとして、ＴａXＯ
YＮZの形態を有し、そしてＸ，Ｙ及びＺが以下の関係を
満たすタンタル系高誘電体材料から成る高誘電体膜を、
ＣＶＤ法にて基体上に成膜することを特徴とする高誘電
体膜の形成方法。 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ ０．１≦Ｚ≦０．６２５ ０≦Ｙ≦０．６ 但し、Ｘ≧０．４Ｙ＋０．６Ｚ
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07250494A JP3334323B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 高誘電体膜の形成方法 |
| US08/404,956 US5677015A (en) | 1994-03-17 | 1995-03-16 | High dielectric constant material containing tantalum, process for forming high dielectric constant film containing tantalum, and semiconductor device using the same |
| KR1019950005402A KR950034588A (ko) | 1994-03-17 | 1995-03-16 | 탄탈계 고유전체재료 및 고유전체막의 형성방법 및 반도체장치 |
| US08/680,679 US6130451A (en) | 1994-03-17 | 1996-07-16 | High dielectric constant material containing tantalum, process for forming high dielectric constant film containing tantalum, and semiconductor device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07250494A JP3334323B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 高誘電体膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263442A JPH07263442A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3334323B2 true JP3334323B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=13491245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07250494A Expired - Fee Related JP3334323B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 高誘電体膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3334323B2 (ja) |
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| KR100286011B1 (ko) * | 1998-08-04 | 2001-04-16 | 황철주 | 반도체소자의캐퍼시터및그제조방법 |
| KR100328454B1 (ko) * | 1999-06-29 | 2002-03-16 | 박종섭 | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 |
| KR100331270B1 (ko) * | 1999-07-01 | 2002-04-06 | 박종섭 | ＴａＯＮ박막을 갖는 커패시터 제조방법 |
| KR100386447B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2003-06-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치의 커패시터 제조방법 |
| KR100504435B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2005-07-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치의 커패시터 제조방법 |
| KR100313091B1 (ko) * | 1999-12-29 | 2001-11-07 | 박종섭 | 반도체장치의 ＴａＯＮ 게이트절연막 형성방법 |
| KR100351450B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2002-09-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법 |
| KR20010066386A (ko) * | 1999-12-31 | 2001-07-11 | 박종섭 | 플래시 메모리의 게이트전극 제조방법 |
| KR100345065B1 (ko) * | 2000-07-11 | 2002-07-20 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 제조방법 |
| KR100388203B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2003-06-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 제조방법 |
| KR102623858B1 (ko) | 2020-06-04 | 2024-01-10 | 삼성전자주식회사 | 박막 제조용 물질, 이를 이용한 박막의 제조 방법 및 이를 이용한 박막의 제조 설비 |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP07250494A patent/JP3334323B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07263442A (ja) | 1995-10-13 |
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