JP3854925B2 - 五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法及びこれを適用した半導体素子 - Google Patents
五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法及びこれを適用した半導体素子 Download PDFInfo
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- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
- H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
- H01L21/31683—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of metallic layers, e.g. Al deposited on the body, e.g. formation of multi-layer insulating structures
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法及びこれを適用した半導体素子に関し、特に、誘電定数が大きく且つ化学量論的に安定した(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を製造し、このような(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を適用した半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、不揮発性メモリ素子のフラッシュメモリ素子のセルトランジスタは、フローティングゲートとコントロールゲートとの間の誘電体膜(dielectric film)としてONO(oxide-nitride-oxide)構造が広く用いられている。フローティングゲートはオーバードープされたポリシリコン層を使用しているが、このようなフローティング上に熱酸化法でONO構造の下部酸化膜を成長させる際の高濃度の不純物成分に起因して、ONO誘電体膜は高い欠陥密度で特性が低下するうえ、酸化膜の膜厚不均一性のために厚さを減少させることが難しい。従って、ONO誘電体膜は次世代フラッシュメモリ製品に必要な充電容量の確保に限界を示している。
【0003】
このような限界を克服するために、主に256M以上のDRAM製品に用いられているTa2O5膜をフラッシュメモリ素子の誘電体膜として適用しようとする研究が行われている。
【0004】
ところが、Ta2O5膜は不安定な化学量論比(stoichiometry)を有しているため、TaとOの組成比差に起因した置換性Ta原子、即ち酸素空孔原子(oxygen vacancy atom)がTa2O5膜内に存在する。Ta2O5膜は物質自体の不安定な化学的組成のため、その膜内には酸素空孔状態の置換型Ta原子が常に局部的に存在するほかない。従って、Ta2O5膜固有の不安定な化学量論比を安定化させて漏洩電流を防止する目的で、膜内に残存している置換型Ta原子を酸化させるための別途の酸化工程を必要とする。そして、膜の形成時にTa2O5膜の前駆体(前駆体とは、ある物質を得るための前段階の物質)、即ちTa(OC2H5)5の有機物とO2ガスまたはN2Oガスとの反応によって不純物のC、CH4、C2H4などの炭素化合物及び水(H2O)も共に存在する。結局、Ta2O5膜内に不純物として存在する炭素原子、イオン及びラジカルによってセルトランジスタのフローティングゲートからの誘電体膜を介した漏洩電流が増加し、誘電特性(dielectric characteristics)が劣化するという問題を内包している。このような理由で、Ta2O5膜を不揮発性メモリ素子のフラッシュメモリ素子のセルトランジスタの誘電体膜として適用するにはいろいろな課題を解決しなければならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、Ta2O5膜の有している問題点を解決し且つTa2O5膜より誘電定数値の大きい(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を製造する方法を提供することにある。
【0006】
本発明の他の目的は、誘電定数が大きく且つ化学量論的に安定した(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜をフラッシュメモリのセルトランジスタに適用してセルトランジスタの電気的特性及び信頼性を向上させ、次世代フラッシュメモリを実現することにある。
【0007】
本発明のさらに他の目的は、DRAMのキャパシタまたはDRAMのトランジスタに適用しているTa2O5膜の代りに、誘電定数が大きく且つ化学量論的に安定した(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を適用して素子の電気的特性及び信頼性を向上させ、素子の高集積化を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の実施例に係る五酸化タンタル−アルミニウム膜の製造方法は、下部層を形成する段階と、前記下部層の表面を第1窒化処理する段階と、Ta成分の化学蒸気、Al成分の化学蒸気及び過剰O2ガスを用いて前記下部層上に非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する段階と、前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を熱処理して結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する段階と、前記結晶質(Ta 2 O 5 ) 1 - x −(Al 2 O 3 ) x 膜表面を第2窒化処理する段階と、を含んでなる。
【0009】
前記において、前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する前に、前記第1窒化処理された下部層を洗浄する段階と、前記洗浄された下部層上に窒化膜を形成する段階とをさらに含む。このような段階において、前記第1窒化処理段階及び前記窒化膜形成段階のいずれか一段階を省略することができる。
【0010】
前記において、前記Ta成分の化学蒸気は、MFC(マスフローコントローラ)のような流量調節器を介して蒸気器または蒸発管へ供給された一定量のTa前駆体を蒸発させて得られる。前記Al成分の化学蒸気はMFCのような流量調節器を介して蒸発器または蒸発管へ供給された一定量のAl前駆体を蒸発させて得られる。前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜は、前記Ta成分の化学蒸気と前記Al成分の化学蒸気から、Al/Ta=0.01以上、且つ0.5以下のモル比として反応ガスの前記過剰O2ガスと共に低圧化学気相蒸着チャンバー内で表面化学反応を誘導して形成する。
【0011】
前記において、熱処理は低温熱処理及び高温熱処理からなる。前記低温熱処理は、前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜内に存在する酸素空孔原子の置換型Ta原子及び反応副産物のC、CH4、C2H4などの炭素化合物を酸化させ、結合力を強化させてTa2O5膜の不安定な化学量論比を安定化させるために実施する。前記高温熱処理は、前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜内に存在する炭素化合物のような不純物を除去すると共に前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を結晶化させるために実施する。
【0012】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体素子は、下部層のフローティングゲートと上部層のコントロールゲートとの間に誘電体膜が形成された構造を有するフラッシュメモリのセルトランジスタ、下部層の半導体基板と上部層のゲート電極との間にゲート絶縁膜が形成された構造を有するDRAMのトランジスタ、及び下部層の下部電極と上部層の上部電極との間に誘電体膜が形成された構造を有するDRAMのキャパシタのそれぞれにおいて、前記誘電体膜またはゲート絶縁膜として(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜が適用される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1乃至図7は本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【0015】
図1を参照すると、半導体素子の製造工程によって誘電体膜が形成された下部層11を形成する。誘電体膜蒸着工程及び後続熱工程の際、下部層11と誘電体膜との界面に、膜質が悪く且つ4以下の低い誘電定数を有するSiO2膜が生成されることを防止するために、下部層11の表面を窒化処理(nitridation treatment)する。
【0016】
前記において、下部層11の表面窒化処理には幾つかの方法がある。
【0017】
一つ目、下部層11の表面窒化処理はNH3ガス雰囲気またはN2/H2ガス雰囲気中、200℃以上、且つ500℃以下の温度で1分以上、且つ10分間以下でプラズマを用いてインシチュー(in-situ)またはエクスシチュー(ex-situ)にて実施する。
【0018】
二つ目、下部層11の表面窒化処理はNH3ガス雰囲気中、700℃以上、且つ900℃以下の温度で1分以上、且つ30分間以下で急速熱窒化(rapid thermal nitridation;RTN)工程を用いてインシチューまたはエクスシチューにて実施する。
【0019】
三つ目、下部層11の表面窒化処理はNH3ガス雰囲気、550℃以上、且つ800℃以下の温度でファーネス(furnace)を用いてインシチューまたはエクスシチューにて実施する。
【0020】
図2を参照すると、窒化処理された下部層11を洗浄するが、洗浄工程はHF化合物またはNH4OH溶液またはH2SO4溶液などの化合物を用いて実施する。HF化合物は下部層11の表面に生成された自然酸化膜を除去する目的で使用し、NH4OH溶液またはH2SO4溶液などの化合物は均一性(uniformity)を向上させる目的で使用する。
【0021】
図3を参照すると、誘電体膜蒸着工程及び後続熱工程の際、下部層11と誘電体膜との界面に、膜質が悪く且つ4以下の低い誘電定数を有するSiO2膜が生成されることをさらに防止するために、下部層11の表面に5Å以上、且つ30Å以下の厚さで窒化膜12を形成する。
【0022】
図4を参照すると、Ta成分の化学蒸気、Al成分の化学蒸気及び過剰O2ガスを用いて、低圧化学気相蒸着(LPCVD)チャンバー内で表面化学反応を誘導して非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜13を形成する。
【0023】
前記において、Ta成分の化学蒸気は、MFC(mass flow controller;マスフローコントローラ)のような流量調節器を介して蒸発器(evaporizer)または蒸発管(evaporation tube)へ供給された一定量のTa前駆体を蒸発させて得られる。Ta成分の化学蒸気を得るためのTa前駆体は、いろいろの種類があり、種類によって蒸発温度及び蒸発条件に若干の差異がある。Ta前駆体がタンタルエチラート(tantalum ethylate;Ta(OC2H5)5)の場合、蒸発温度は140℃以上、且つ200℃以下の温度範囲とする。
【0024】
Al成分の化学蒸気は、MFCのような流量調節器を介して蒸発器または蒸発管へ供給された一定量のAl前駆体を蒸発させて得られる。Al成分の化学蒸気を得るためのAl前駆体は、いろいろの種類があり、種類によって蒸発温度及び蒸発条件に若干の差異がある。Al前駆体がアルミニウムエチラート(aluminum ethylate;Al(OC2H5)3)の場合、蒸発温度は150℃以上、且つ250℃以下の温度範囲とする。
【0025】
Ta成分の化学蒸気及びAl成分の化学蒸気は、Al/Ta=0.01以上、且つ0.5以下のモル比(mole ratio)にて反応ガスの過剰O2ガスと共に低圧化学気相蒸着チャンバー内で表面化学反応を誘導して非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜13を得る。
【0026】
図5を参照すると、非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜13内に存在する酸素空孔原子の置換型原子及び反応副産物のC、CH4、C2H4などの炭素化合物を効果的に酸化させ、結合力を強化させてTa2O5膜の不安定な化学量論比を安定化させる目的で低温熱処理を実施する。
【0027】
前記において、低温熱処理はインシチューとし、300℃以上、且つ600℃以下の温度でプラズマまたはUV−O3を用いて実施する。プラズマ低温熱処理はN2Oガス雰囲気またはO2ガス雰囲気中で行う。
【0028】
図6を参照すると、非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜13内に存在する炭素化合物のような不純物を除去するとともに非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜13を結晶化させるために高温熱処理を実施し、これにより既存のTa2O5膜より誘電定数が大きく且つ化学量論的に安定した結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130が得られる。
【0029】
前記において、高温熱処理はN2Oガス、O2ガスまたはN2ガス雰囲気中、700℃以上、且つ950℃以下の温度で約5分以上、且つ60分間以下でファーネス(furnace)または急速熱工程(rapid thermal process;RTP)を用いてインシチューまたはエクスシチューにて実施する。
【0030】
図7を参照すると、後続の工程で形成される上部層(図示せず)と結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130との界面に、膜質が悪く且つ4以下の低い誘電定数を有するSiO2膜が生成されることを防止するために、結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130の表面を窒化処理する。
【0031】
前記において、結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130の表面窒化処理は、NH3ガス雰囲気またはN2/H2ガス雰囲気中、200℃以上、且つ500℃以下の温度でプラズマを用いてインシチューまたはエクスシチューにて実施する。また、前記高温熱処理の後にも結晶化せずに残っている部分を完全に結晶化させるために、結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130の表面窒化処理をNH3ガス雰囲気中、700℃以上、且つ950℃以下の温度、好ましくは550℃以上、且つ900℃以下の温度でファーネスまたは急速熱窒化(rapid thermal nitridation;RTN)を用いてインシチューまたはエクスシチューにて実施することができる。
【0032】
図1ないし図7を参照して説明した本発明の(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の製造方法は好適な実施例であるが、下部層11と(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130との界面に、膜質が悪く且つ4以下の低い誘電定数を有するSiO2膜が生成されることを防止するために実施される下部層11の表面窒化処理段階及び窒化膜12形成段階のいずれか一段階を省略することができる。
【0033】
次に、上述した本発明の方法によって製造される(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の特性を説明する。
【0034】
本発明では、低圧化学気相蒸着(LPCVD)法を用いて非晶質(amorphous)Ta2O5膜を蒸着する際、既存の方法とは異なり、Al成分を添加して誘電率の大きい(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜(0.01≦x≦0.5)を表面化学反応によって得ることができる。(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の誘電率は約40程度である。特に、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜は、ペロブスカイト(perovskite)型構造をしているAl2O3が膜の内部でTa2O5と共有結合されているので、構造的にも安定している。
【0035】
一方、Ta2O5自体の不安定な組成に起因して(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜内には酸素空孔状態の置換型Ta原子が部分的に存在する可能性がある。ところが、このような(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の酸素空孔の数はAl2O3誘電体成分の含量と結合の度合いによって多少の差はありうるが、純粋なTa2O5膜として存在する時より一層少なくなる。従って、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成したとき、漏洩電流の水準がTa2O5膜内に比べて相対的に低くなる。
【0036】
また、本発明では、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を蒸着し後続の高温熱処理工程を経ながら、下部層と(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜との界面に低誘電酸化膜が形成されることを防止するために、プラズマ及び急速熱工程RTPを用いた表面窒化技術を(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜蒸着の前処理工程に適用することにより、界面酸化を効果的に抑制することができるため、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の等価酸化膜の厚さToxを制御することができ、不均一な酸化膜の形成による漏洩電流発生を防止することができる。また、N2O雰囲気中における高温熱処理過程では、薄膜内の反応副産物として存在するC、CH4、C2H4などの揮発性炭素化合物と活性酸素によって酸化した未結合炭素CがCOまたはCO2のような揮発性ガス状態で除去されるため、膜内不純物による漏洩電流を効果的に防止することができる。特に、高温熱処理によって非晶質の(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜が結晶化することにより、膜が緻密化(densification)されて誘電率が大幅向上する。結果的に、以上のような蒸着前処理及び後続熱処理技術を使用する場合、膜質が大きく改善されることにより、誘電特性に優れた(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を得ることができる。
【0037】
誘電体膜を必要とする全ての半導体素子にかかる特性を有する(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を適用する場合、素子の信頼性を向上させることができ、電気的特性を向上させることができ、素子の高集積化を実現することができる。図8は前述した本発明の方法によって製造された(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を様々な半導体素子に適用した場合を説明するために示す断面図である。
【0038】
図8に示されている構造がフラッシュメモリのセルトランジスタである場合、下部層11はフローティングゲートになり、結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130は誘電体膜になり、上部層200はコントロールゲートになる。フローティングゲートの下部層11とコントロールゲートの上部層200はドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどのような金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成する。コントロールゲートとしての上部層200を金属系物質で形成する場合、セルトランジスタの電気的特性の劣化を防止するために、金属系物質を100〜600Åの厚さに蒸着した後、その上部に緩衝層(buffer layer)としてドープトポリシリコンを蒸着して積層構造で形成したりする。
【0039】
図8に示されている構造がDRAMのトランジスタである場合、下部層11は半導体基板になり、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130はゲート絶縁膜になり、上部層200はゲート電極になる。ゲート電極としての上部層200はドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどのような金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成する。コントロールゲートとしての上部層200を金属系物質で形成する場合、セルトランジスタの電気的特性の劣化を防止するために、金属系物質を100〜600Åの厚さに蒸着した後、その上部に緩衝層としてドープトポリシリコンを蒸着して積層構造で形成したりもする。
【0040】
図8に示されている構造がDRAMのキャパシタである場合、下部層11は下部電極になり、(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜130はキャパシタ誘電体膜になり、上部層200は上部電極になる。下部電極の下部層11と上部電極の上部層200はドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどのような金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成する。上部電極としての上部層200を金属系物質で形成する場合、キャパシタの電気的特性の劣化を防止するために、金属系物質を100〜600Åの厚さに蒸着した後、その上部に緩衝層としてドープトポリシリコンを蒸着して積層構造で形成したりもする。
【0041】
上述したフラッシュメモリのセルトランジスタ、DRAMのトランジスタ及びDRAMのキャパシタ以外にも、高い誘電定数を有する膜を必要とする全ての半導体素子に、本発明の方法で製造される(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜130を適用することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の製造方法によって誘電定数が大きく且つ化学量論的に安定した(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜を得ることができるため、誘電率約4〜5の従来のONO誘電体膜及び誘電率約25の従来のTa2O5誘電体膜を用いたフラッシュメモリのセルトランジスタまたはDRAMのキャパシタより大きい充電容量を得ることが出来る。
【0043】
また、(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜は、誘電率が大きいから、電荷を蓄える下部層の面積を増加させるために複雑な3次元構造のモジュールを必要としない。従って、下部層モジュール形成工程が簡単なスタック構造であるとしても、十分な充電容量を得ることができるため、単位工数を減らすことができ、単位工程時間が短くて生産コストを節減することができる。
【0044】
また、(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜は、機械的電気的強度に優れたAl2O3がペロブスカイト型構造(ABO3の構造)を有し且つTa2O5と共有結合されているため、Ta2O5自体で存在する場合と比較して機械的電気的強度に優れ且つ構造的に安定しており、外部からの電気的衝撃にも強いだけでなく、漏洩電流の発生水準も低いため、Ta2O5誘電体膜を適用する素子より優れた電気的特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図3】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図4】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図5】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図6】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図7】本発明の実施例に係る五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【図8】本発明の方法によって製造された五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜を適用した半導体素子を説明するための素子の断面図である。
【符号の説明】
11 下部層
12 窒化膜
13 非晶質(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜
130 結晶質(Ta2O5)1−x−(Al2O3)x膜
200 上部層
Claims (26)
- 下部層を形成する段階と、
前記下部層の表面を第1窒化処理する段階と、
Ta成分の化学蒸気、Al成分の化学蒸気及び過剰O2ガスを用いて前記下部層上に非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する段階と、
前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を熱処理して結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する段階と、
前記結晶質(Ta 2 O 5 ) 1 - x −(Al 2 O 3 ) x 膜表面を第2窒化処理する段階と、を含んでなることを特徴とする五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。 - 前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する前に、前記第1窒化処理された下部層を洗浄する段階とをさらに含んでなることを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記下部層の表面を第1窒化処理する段階は、NH3ガス雰囲気またはN2/H2ガス雰囲気中、200℃以上、且つ500℃以下の温度で1分以上、且つ10分間以下でプラズマを用いて実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記下部層の表面を第1窒化処理する段階は、NH3ガス雰囲気中、700℃以上、且つ900℃以下の温度で1分以上、且つ30分間以下で急速熱窒化を用いて実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記下部層の表面を第1窒化処理する段階は、NH3ガス雰囲気中、550℃以上、且つ800℃以下の温度でファーネスを用いて実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記洗浄工程は、HF化合物を用いるか、或いはNH4OH溶液またはH2SO4溶液のような化合物を用いて実施することを特徴とする請求項2記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜を形成する前に、前記下部層上に窒化膜を形成する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記窒化膜は、5Å以上、且つ30Å以下の厚さに形成することを特徴とする請求項7記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記Ta成分の化学蒸気は、MFC(マスフローコントローラ)のような流量調節器を介して蒸発器または蒸発管へ供給された一定量のTa前駆体を蒸発させて得られることを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- Ta前駆体は、タンタルエチラート(Ta(OC2H5)5)であり、前記Ta成分の化学蒸気は前記タンタルエチラート(Ta(OC2H5)5)を140℃以上、且つ200℃以下の温度範囲で蒸発させて得られることを特徴とする請求項9記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記Al成分の化学蒸気は、MFC(マスフローコントローラ)のような流量調節器を介して蒸発器または蒸発管へ供給された一定量のAl前駆体を蒸発させて得られることを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記Al前駆体は、アルミニウムエチラート(Al(OC2H5)3)であり、前記Al成分の化学蒸気は前記アルミニウムエチラート(Al(OC2H5)3)を150℃以上、且つ250℃以下の温度範囲で蒸発させて得られることを特徴とする請求項11記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記非晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜は、前記Ta成分の化学蒸気と前記Al成分の化学蒸気から、Al/Ta=0.01以上、且つ0.5以下のモル比として反応ガスの前記過剰O2ガスと共に低圧化学気相蒸着チャンバー内で表面化学反応を誘導して形成することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記熱処理は、低温熱処理及び高温熱処理を順次実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記低温熱処理は、300℃以上、且つ600℃以下の温度でN2Oガス雰囲気またはO2ガス雰囲気中にてプラズマを用いて実施することを特徴とする請求項14記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記低温熱処理は、300℃以上、且つ600℃以下の温度でUV−O3を用いて実施することを特徴とする請求項14記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記高温熱処理は、N2Oガス、O2ガスまたはN2ガス雰囲気中、700℃以上、且つ950℃以下の温度で5分以上、且つ60分間以下でファーネスを用いて実施することを特徴とする請求項14記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記高温熱処理は、N2Oガス、O2ガスまたはN2ガス雰囲気中、700℃以上、且つ950℃以下の温度で急速熱工程を用いて実施することを特徴とする請求項14記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の表面を第2窒化処理する段階は、NH3ガス雰囲気またはN2/H2ガス雰囲気中、200℃以上、且つ500℃以下の温度でプラズマを用いて実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- 前記結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜の表面を第2窒化処理する段階は、NH3雰囲気中、700℃以上、且つ950℃以下の温度でファーネスまたは急速熱窒化を用いて実施することを特徴とする請求項1記載の五酸化タンタル−酸化アルミニウム膜の製造方法。
- フローティングゲートとコントロールゲートとの間に誘電体膜が形成された構造を有するフラッシュメモリのセルトランジスタにおいて、前記誘電体膜は、請求項1の方法によって製造された結晶質(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜からなることを特徴とするフラッシュメモリのセルトランジスタ。
- 前記フローティングゲートと前記コントロールゲートは、ドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどの金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成することを特徴とする請求項21記載のフラッシュメモリのセルトランジスタ。
- 半導体基板とゲート電極との間にゲート絶縁膜が形成された構造を有するDRAMのトランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は、請求項1の方法によって製造された(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜からなることを特徴とするDRAMのトランジスタ。
- 前記ゲート電極は、ドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどの金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成することを特徴とする請求項23記載のDRAMのトランジスタ。
- 下部電極と上部電極との間に誘電体膜が形成された構造を有するDRAMのキャパシタにおいて、前記誘電体膜は、請求項1の方法によって製造された(Ta2O5)1 - x−(Al2O3)x膜からなることを特徴とするDRAMのキャパシタ。
- 前記下部電極と前記上部電極は、ドープトポリシリコンで形成するか、或いはTaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt、TiNなどの金属系物質の少なくともいずれか一つを使用して形成することを特徴とする請求項25記載のDRAMのキャパシタ。
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