JPH02196427A - 金属酸化膜の気相成長方法 - Google Patents
金属酸化膜の気相成長方法Info
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- JPH02196427A JPH02196427A JP1671889A JP1671889A JPH02196427A JP H02196427 A JPH02196427 A JP H02196427A JP 1671889 A JP1671889 A JP 1671889A JP 1671889 A JP1671889 A JP 1671889A JP H02196427 A JPH02196427 A JP H02196427A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は薄膜で段差被覆性が優れリーク電流の少ない良
質な金属酸化膜の気相成長方法に関する。
質な金属酸化膜の気相成長方法に関する。
従来、キャパシタの誘電体膜用の金属酸化膜の形成方法
としては、以下に述べる方法がある。
としては、以下に述べる方法がある。
先ず、スパッタを用いる方法としては、金属をスパッタ
法により半導体基板上や電極上に形成し、熱酸化により
金属酸化膜を形成する方法と反応スパッタ法により金属
酸化膜を直接形成する方法とがある。
法により半導体基板上や電極上に形成し、熱酸化により
金属酸化膜を形成する方法と反応スパッタ法により金属
酸化膜を直接形成する方法とがある。
次に、ＣＶＤを用いる方法としては、アルコキシドとｏ
２ガスを用いて熱ＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法で金属酸
化膜を形成する方法がある。
２ガスを用いて熱ＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法で金属酸
化膜を形成する方法がある。
その他、塩化金属、Ｃｏ２ガス及びＨ２ガスを用いて熱
ＣＶＤ法で８００〜１０００℃で金属酸化膜を形成した
り、塩化゛金属と０２ガスを用いて光ＣＶＤ法で２００
〜５００℃で金属酸化膜を形成する方法がある。
ＣＶＤ法で８００〜１０００℃で金属酸化膜を形成した
り、塩化゛金属と０２ガスを用いて光ＣＶＤ法で２００
〜５００℃で金属酸化膜を形成する方法がある。
上述した従来の金属酸化膜の形成方法では、以下に述べ
る問題点がある。
る問題点がある。
まず、スパッタを用いて形成する方法では、スタック容
量あるいはトレンチ容量の様に凹凸のある半導体基板上
や電極上に金属酸化膜を形成する場合に、金属酸化膜の
段差被覆性が悪く側壁部の金属酸化膜が薄くなり、リー
ク電流が増加するという欠点がある。
量あるいはトレンチ容量の様に凹凸のある半導体基板上
や電極上に金属酸化膜を形成する場合に、金属酸化膜の
段差被覆性が悪く側壁部の金属酸化膜が薄くなり、リー
ク電流が増加するという欠点がある。
また、ＣＶＤを用いる方法では、アルコキシドのような
有機化合物を原料とした場合、形成された膜中に不純物
として炭素がとり込まれリーク電流が多く信頼性が悪い
という欠点がある。
有機化合物を原料とした場合、形成された膜中に不純物
として炭素がとり込まれリーク電流が多く信頼性が悪い
という欠点がある。
また、塩化金属を原料とした場合、熱ＣＶＤ法を用いる
と成長温度が８００〜１０００℃必要となり、形成され
た金属酸化膜は成長中に多結晶化し、リーク電流が流れ
やすくなるという欠点があり、光ＣＶＤ法を用いると、
２００〜５００℃の低温で形成されるので上記の多結晶
化の問題は起こらないが、窓くもりやスループット等の
問題があり量産性の点で問題がある。
と成長温度が８００〜１０００℃必要となり、形成され
た金属酸化膜は成長中に多結晶化し、リーク電流が流れ
やすくなるという欠点があり、光ＣＶＤ法を用いると、
２００〜５００℃の低温で形成されるので上記の多結晶
化の問題は起こらないが、窓くもりやスループット等の
問題があり量産性の点で問題がある。
本発明の金属酸化膜の気相成長方法は、加熱により気体
状態にした金属のハロゲン化合物とオゾンとを反応させ
て、半導体基板の上に前記金属の酸化物を形成する工程
を含んで成る。
状態にした金属のハロゲン化合物とオゾンとを反応させ
て、半導体基板の上に前記金属の酸化物を形成する工程
を含んで成る。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
本発明の第１の実施例として、シリコン基板上にキャパ
シタの誘電体膜としてＴａ２０５膜を形成する方法につ
いて説明する。
シタの誘電体膜としてＴａ２０５膜を形成する方法につ
いて説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例を説明するための気相
成長装置の模式的断面図である。
成長装置の模式的断面図である。
図において、１はＡｒガスの導入管、２は０２ガスの導
入管、３はキャリヤのＡｒガスの導入管、４はオゾン発
生器、１０は真空ポンプ、１１は排気口、２１’、２２
．２３．２４はバルブ、５は石英製の反応炉、６，７は
ヒータ、８はウェーハ、９は原料ＴａＣｊ ５を充てん
した気化室である。
入管、３はキャリヤのＡｒガスの導入管、４はオゾン発
生器、１０は真空ポンプ、１１は排気口、２１’、２２
．２３．２４はバルブ、５は石英製の反応炉、６，７は
ヒータ、８はウェーハ、９は原料ＴａＣｊ ５を充てん
した気化室である。
本実施例によりＴａ２０５膜をシリコン基板上に気相成
長する手順を説明する。
長する手順を説明する。
まず、気化室９に充てんされた原料゛のＴａＣｉ５をヒ
ータ７で５０〜２００℃に加熱して気体にし、反応炉内
のウェハー８もヒータ６で２００〜６００℃に加熱する
。
ータ７で５０〜２００℃に加熱して気体にし、反応炉内
のウェハー８もヒータ６で２００〜６００℃に加熱する
。
次に、原料ＴａＣｊｇ及びウェハー８が充分に加熱され
たならば、原料を運ぶキャリヤーガスとしてＡｒを用い
、Ａｒガス導入管３から気化室９内に１０〜２００ｃｃ
／分のＡｒを吹き込み、昇華したＴａＣｌ３を含むガス
（以下、原料ガスと略す）を反応炉５内に導入する。ま
た、同時に、０２ガス導入管２から１〜５Ｊ／分の０２
ガスをオゾン発生器４に導入してオゾン発生器４により
発生させたオゾン濃度１０００〜１００００ｐ ｐ ｍ
のオゾンを反応炉５に導入し、ウェハー８上にＴａ２０
５膜を成長させる。
たならば、原料を運ぶキャリヤーガスとしてＡｒを用い
、Ａｒガス導入管３から気化室９内に１０〜２００ｃｃ
／分のＡｒを吹き込み、昇華したＴａＣｌ３を含むガス
（以下、原料ガスと略す）を反応炉５内に導入する。ま
た、同時に、０２ガス導入管２から１〜５Ｊ／分の０２
ガスをオゾン発生器４に導入してオゾン発生器４により
発生させたオゾン濃度１０００〜１００００ｐ ｐ ｍ
のオゾンを反応炉５に導入し、ウェハー８上にＴａ２０
５膜を成長させる。
このとき膜成長時の反応炉５内の圧力を調節するために
、ベースガスＡｒをＡｒガス導入管１から反応炉５内に
導入しても良い、圧力は０．１〜１０ｔｏｒｒにベース
Ａｒガス流量で調節する。
、ベースガスＡｒをＡｒガス導入管１から反応炉５内に
導入しても良い、圧力は０．１〜１０ｔｏｒｒにベース
Ａｒガス流量で調節する。
ここで、第１図に示す気相成長装置の反応炉５が石英製
である理由は、気相成長時に出てくる塩素等に対して耐
接触性を持たせるためである。また、第１図に示す気相
成長装置の様に反応炉全体が石英製でなく、反応炉内部
を石英でカバーする方式でもよい。
である理由は、気相成長時に出てくる塩素等に対して耐
接触性を持たせるためである。また、第１図に示す気相
成長装置の様に反応炉全体が石英製でなく、反応炉内部
を石英でカバーする方式でもよい。
以上説明したような本発明の第一の実施例の気相成長方
法で形成されたＴａ２０５膜のリーク電流特性をＴａＣ
ｌ３を原料として従来の熱ＣＶＤ法で形成されたＴａＯ
５膜のリーク電流特性と比較して、第２図に示す。
法で形成されたＴａ２０５膜のリーク電流特性をＴａＣ
ｌ３を原料として従来の熱ＣＶＤ法で形成されたＴａＯ
５膜のリーク電流特性と比較して、第２図に示す。
図において、横軸はＴａ２０５膜に印加されている電界
強度を、縦軸はＴａ２０ｇ膜中を流れるリーク電流の電
流密度を示す。
強度を、縦軸はＴａ２０ｇ膜中を流れるリーク電流の電
流密度を示す。
本発明の気相成長方法により形成されたＴａ２０５膜は
、従来法により形成されなＴａＯ５膜に比較してリーク
電流を数桁以上大幅に低減できる。これは、本発明の気
相成長方法の成長温度が６００℃以下のため、気相成長
中にＴａ２０５膜の従来法では起きた結晶化が起こらな
いためである。また本発明では原料がＴａＣｌ３のため
有機化合物を原料とした場合のように膜中に炭素が含ま
れないので、信頼性の良い、リーク電流の少ないＴａ２
０５膜が形成される。
、従来法により形成されなＴａＯ５膜に比較してリーク
電流を数桁以上大幅に低減できる。これは、本発明の気
相成長方法の成長温度が６００℃以下のため、気相成長
中にＴａ２０５膜の従来法では起きた結晶化が起こらな
いためである。また本発明では原料がＴａＣｌ３のため
有機化合物を原料とした場合のように膜中に炭素が含ま
れないので、信頼性の良い、リーク電流の少ないＴａ２
０５膜が形成される。
また、本発明で形成されたＴａ２０５膜の比誘電率は２
０〜２５で従来法によるＴａ２０ｇ膜の比誘電率とほぼ
同じである。
０〜２５で従来法によるＴａ２０ｇ膜の比誘電率とほぼ
同じである。
さらにまた本発明では気相成長方法を用いるなめ、凹凸
のある基板上にも段差被覆性のいいＴａ２０５膜を形成
できる。
のある基板上にも段差被覆性のいいＴａ２０５膜を形成
できる。
しかも本発明に用いる気相成長装置は第１図に示すよう
に汎用的な装置であり、従来の光ＣＶＤ装置を用いるの
に比較して、量産性がはるかに優れる。
に汎用的な装置であり、従来の光ＣＶＤ装置を用いるの
に比較して、量産性がはるかに優れる。
第２の実施例として本発明の形成方法によりポリシリコ
ン上にＺｒＯ２膜を気相成長させ、キャパシタを形成し
た場合について説明する。
ン上にＺｒＯ２膜を気相成長させ、キャパシタを形成し
た場合について説明する。
第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのＺｒＯ
□膜を誘電体膜として用いた多結晶シリコン上のキャパ
シタの断面図である。
□膜を誘電体膜として用いた多結晶シリコン上のキャパ
シタの断面図である。
図において、３１はシリコン基板、３２は５ｉ０２膜、
３３は多結晶シリコンの容量電極、３４は誘電体膜のＺ
ｒＯ２膜、３５はプレート電極を示す。
３３は多結晶シリコンの容量電極、３４は誘電体膜のＺ
ｒＯ２膜、３５はプレート電極を示す。
この実施例のＺｒＯ２膜の気相成長には、ＺｒＣｌ２を
原料として第１図に示す装置を用いて行ない、気相成長
の手順も第１の実施例で述べた通りである。ここで、Ｚ
ｒＯ２の気相成長条件はＺｒＣｌ２の加熱温度が１００
〜２００℃、成長温度が２００〜４００℃。
原料として第１図に示す装置を用いて行ない、気相成長
の手順も第１の実施例で述べた通りである。ここで、Ｚ
ｒＯ２の気相成長条件はＺｒＣｌ２の加熱温度が１００
〜２００℃、成長温度が２００〜４００℃。
キャリヤのＡｒガスの流量が１０〜２００ｃｃ／分。
０□ガス導入管からの０２流量が１〜５１／分、オゾン
濃度が１ｏｏｏｏ ｐ ｐ ｍ 、圧力が０．１〜ｌ
ｔ ｏ ｒ ｒである。
濃度が１ｏｏｏｏ ｐ ｐ ｍ 、圧力が０．１〜ｌ
ｔ ｏ ｒ ｒである。
従って、本発明で形成されたＺｒＯ２膜は、原料がＺｒ
Ｃｌ２のため有機化合物を原料とした場合のように膜中
に炭素が含まれず、しかも気相成長が低温で行えるので
気相成長中にＺｒＯ２膜の結晶化が起こらず、リーク電
流の少ない信頼性の良い膜ができる。
Ｃｌ２のため有機化合物を原料とした場合のように膜中
に炭素が含まれず、しかも気相成長が低温で行えるので
気相成長中にＺｒＯ２膜の結晶化が起こらず、リーク電
流の少ない信頼性の良い膜ができる。
また、この実施例によるＺｒＯ２膜の比誘電率は約２０
であり、この値は従来法により形成されなＺｒＯ□膜の
比誘電率とほぼ同じである。
であり、この値は従来法により形成されなＺｒＯ□膜の
比誘電率とほぼ同じである。
このように本発明の気相成長法により、高誘電率かつリ
ーク電流の少ないＺｒＯ２膜が形成できる。
ーク電流の少ないＺｒＯ２膜が形成できる。
以上、第１及び第２の実施例では、Ｔａ２０ｓＭをシリ
コン基板上あるいはＺｒＯ２膜を多結晶シリコン上に形
成する方法について説明したが、Ｔａ２０５膜及びＺｒ
Ｏ２膜以外のＨｆＯ２，ＴｉＯ２，Ｎｂ２０５等の金属
酸化膜でも本発明の効果は変わらない。
コン基板上あるいはＺｒＯ２膜を多結晶シリコン上に形
成する方法について説明したが、Ｔａ２０５膜及びＺｒ
Ｏ２膜以外のＨｆＯ２，ＴｉＯ２，Ｎｂ２０５等の金属
酸化膜でも本発明の効果は変わらない。
またシリコン基板以外の他の半導体基板上、タングステ
ンシリサイド等のシリサイド電極上、多結晶シリコンと
シリサイドを積層にしたポリサイド電極上、窒化チタン
等の窒化金属電極上もしくはタングステン等の高融点金
属電極上にも本発明は適用できる。
ンシリサイド等のシリサイド電極上、多結晶シリコンと
シリサイドを積層にしたポリサイド電極上、窒化チタン
等の窒化金属電極上もしくはタングステン等の高融点金
属電極上にも本発明は適用できる。
なお、第１及び第２の実施例では原料としてＴａＣｌ３
及びＺｒＣｌ２を用いたが、ＴａＦ５． ＴａＢｒ５Ｚ
ｒＦ４． ＴｉＣｌ２ 、 ＴｉＣｌ３ 、 ＴｉＢｒ
４ 、 ＮｂＣｌ５等のハロゲン化金属を用いても良い
。
及びＺｒＣｌ２を用いたが、ＴａＦ５． ＴａＢｒ５Ｚ
ｒＦ４． ＴｉＣｌ２ 、 ＴｉＣｌ３ 、 ＴｉＢｒ
４ 、 ＮｂＣｌ５等のハロゲン化金属を用いても良い
。
また、実施例ではシリコン基板上あるいは多結晶シリコ
ン上にＴａ２０５膜あるいはＺｒＯ□膜を形成する例に
ついて説明したが、５ｉ０２やＳｉｇ Ｎ４等の他の絶
縁膜上に形成した場合、例えば５ｉ０２／Ｔａ２０ｇ膜
、 ＳＩＳ Ｎ４／ Ｔａ２０ｇ膜、またＳｉＮ４／
Ｔａ２０５／Ｓｉ３Ｎ４膜等の積層膜の場合にも本発明
を用いることができる。
ン上にＴａ２０５膜あるいはＺｒＯ□膜を形成する例に
ついて説明したが、５ｉ０２やＳｉｇ Ｎ４等の他の絶
縁膜上に形成した場合、例えば５ｉ０２／Ｔａ２０ｇ膜
、 ＳＩＳ Ｎ４／ Ｔａ２０ｇ膜、またＳｉＮ４／
Ｔａ２０５／Ｓｉ３Ｎ４膜等の積層膜の場合にも本発明
を用いることができる。
以上説明したように本発明は、ＴａＣｌ３ 、 ＺｒＣ
ｊ４ＴｉＣｊ４ 、 ＨｆＣｌ４ 、 ＮｂＣｌ５等の
ハロゲン化金属を原料として、当該原料を加熱して液体
状態にして、当該原料気体とオゾンとを混合して、２０
０〜６００℃の成長温度で、Ｔａ２０５． ＺｒＯ２，
ＴｉＯ２，ＨｆＯ２゜Ｎｂ２０５等の金属酸化膜を半導
体基板上や電極上に気相成長することで、炭素等の不純
物が少なくリーク電流の少ない、段差被覆性の良い良質
な薄膜の金属酸化膜を低温で形成できるという効果があ
る。
ｊ４ＴｉＣｊ４ 、 ＨｆＣｌ４ 、 ＮｂＣｌ５等の
ハロゲン化金属を原料として、当該原料を加熱して液体
状態にして、当該原料気体とオゾンとを混合して、２０
０〜６００℃の成長温度で、Ｔａ２０５． ＺｒＯ２，
ＴｉＯ２，ＨｆＯ２゜Ｎｂ２０５等の金属酸化膜を半導
体基板上や電極上に気相成長することで、炭素等の不純
物が少なくリーク電流の少ない、段差被覆性の良い良質
な薄膜の金属酸化膜を低温で形成できるという効果があ
る。
また、低温で゛形成できることで、気相成長中に金属酸
化膜が多結晶化するのを防止でき、多結晶化によるリー
ク電流の増加を防げるという効果もある。
化膜が多結晶化するのを防止でき、多結晶化によるリー
ク電流の増加を防げるという効果もある。
更にまたハロゲン化金属の気体とオゾンを混合して気相
成長するので、使用する気相成長装置は量産性のある装
置を用いることができる利点もある。
成長するので、使用する気相成長装置は量産性のある装
置を用いることができる利点もある。
第１国は本発明の第１の実施例を説明するための気相成
長装置の模式的断面図、第２図は第１の実施例により形
成したＴａ２０５膜の電界強度リーク電流密度特性図、
第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのキャパ
シタの模式的断面図である。 １・・・Ａｒガス導入管、２・・・０２ガス導入管、３
・・・Ａｒガス導入管、４・・・オゾン発生器、５・・
・反応炉、６．７・・・ヒーター、８・・・ウェーハ、
９・・・気化室、１０・・・真空ポンプ、１１・・・排
気口、２１゜２２．２３．２４・・・バルブ、３１・・
・シリコン基板、３２ ＝・５ｉ０２膜、３３ ・・・
容量電極、３４−・ＺｒＯ２膜、３５・・・プレート電
極。
長装置の模式的断面図、第２図は第１の実施例により形
成したＴａ２０５膜の電界強度リーク電流密度特性図、
第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのキャパ
シタの模式的断面図である。 １・・・Ａｒガス導入管、２・・・０２ガス導入管、３
・・・Ａｒガス導入管、４・・・オゾン発生器、５・・
・反応炉、６．７・・・ヒーター、８・・・ウェーハ、
９・・・気化室、１０・・・真空ポンプ、１１・・・排
気口、２１゜２２．２３．２４・・・バルブ、３１・・
・シリコン基板、３２ ＝・５ｉ０２膜、３３ ・・・
容量電極、３４−・ＺｒＯ２膜、３５・・・プレート電
極。
Claims (1)
- 加熱により気体状態にした金属のハロゲン化合物とオゾ
ンとを反応させて、半導体基板の上に前記金属の酸化物
を形成する工程を含むことを特徴とする金属酸化膜の気
相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1671889A JPH02196427A (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | 金属酸化膜の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1671889A JPH02196427A (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | 金属酸化膜の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02196427A true JPH02196427A (ja) | 1990-08-03 |
Family
ID=11924048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1671889A Pending JPH02196427A (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | 金属酸化膜の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02196427A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284344A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-12 | Tokyo Electron Ltd | 誘電体膜の形成方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5145799A (ja) * | 1974-10-17 | 1976-04-19 | Nippon Electric Co | |
| JPS63477A (ja) * | 1986-06-18 | 1988-01-05 | Sharp Corp | 酸化タンタル薄膜の製法 |
| JPS6450428A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Tokyo Noukou Univ | Oxide thin film having high permittivity and formation thereof |
| JPH01189135A (ja) * | 1988-01-25 | 1989-07-28 | Fujitsu Ltd | 気相成長法 |
-
1989
- 1989-01-25 JP JP1671889A patent/JPH02196427A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5145799A (ja) * | 1974-10-17 | 1976-04-19 | Nippon Electric Co | |
| JPS63477A (ja) * | 1986-06-18 | 1988-01-05 | Sharp Corp | 酸化タンタル薄膜の製法 |
| JPS6450428A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Tokyo Noukou Univ | Oxide thin film having high permittivity and formation thereof |
| JPH01189135A (ja) * | 1988-01-25 | 1989-07-28 | Fujitsu Ltd | 気相成長法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284344A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-12 | Tokyo Electron Ltd | 誘電体膜の形成方法 |
| JP4493796B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2010-06-30 | 東京エレクトロン株式会社 | 誘電体膜の形成方法 |
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