JPH04350167A - 高誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
高誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH04350167A JPH04350167A JP3121529A JP12152991A JPH04350167A JP H04350167 A JPH04350167 A JP H04350167A JP 3121529 A JP3121529 A JP 3121529A JP 12152991 A JP12152991 A JP 12152991A JP H04350167 A JPH04350167 A JP H04350167A
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-
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- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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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
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，半導体素子中に含まれ
るコンデンサの容量を増加させる目的で用いられる高誘
電体の酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５） 膜の形成方法に関
する。
るコンデンサの容量を増加させる目的で用いられる高誘
電体の酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５） 膜の形成方法に関
する。
【０００２】近年の半導体素子においては，大容量，
高速化， 高密度化に伴い， コンデンサも微細化が図
られ， それに応じた高誘電体膜の開発が必要となって
いる。
高速化， 高密度化に伴い， コンデンサも微細化が図
られ， それに応じた高誘電体膜の開発が必要となって
いる。
【０００３】
【従来の技術】半導体素子中に含まれるコンデンサの誘
電体膜としての Ｔａ２Ｏ５膜の形成方法としては，
従来， プラズマＣＶＤ法，ＭＯＣＶＤ法，スパッタ法
などが用いられてきたが，いずれの方法を用いても，Ｔ
ａ２Ｏ５ の膜質は要求性能を満たすものとはなってい
ない。
電体膜としての Ｔａ２Ｏ５膜の形成方法としては，
従来， プラズマＣＶＤ法，ＭＯＣＶＤ法，スパッタ法
などが用いられてきたが，いずれの方法を用いても，Ｔ
ａ２Ｏ５ の膜質は要求性能を満たすものとはなってい
ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】即ち，プラズマＣＶＤ
法では，膜中の酸素欠損が多いためにリーク電流が多く
，ＭＯＣＶＤ法では，酸素欠損が多い上に，表面平坦度
（モフォロジー）が悪いという問題がある。
法では，膜中の酸素欠損が多いためにリーク電流が多く
，ＭＯＣＶＤ法では，酸素欠損が多い上に，表面平坦度
（モフォロジー）が悪いという問題がある。
【０００５】また，スパッタ法では，ターゲットの変質
により膜質の再現性が悪く，しかもステップカヴァレー
ジも悪い。本発明は，以上の点を鑑み， 酸素欠損によ
るリーク電流が少なく，カヴァレージとモフォロジーが
良く，成膜の際に，下地に既に形成されているデバイス
特性を損なわない Ｔａ２Ｏ５膜の形成方法を確立する
ことを目的として提供されるものである。
により膜質の再現性が悪く，しかもステップカヴァレー
ジも悪い。本発明は，以上の点を鑑み， 酸素欠損によ
るリーク電流が少なく，カヴァレージとモフォロジーが
良く，成膜の際に，下地に既に形成されているデバイス
特性を損なわない Ｔａ２Ｏ５膜の形成方法を確立する
ことを目的として提供されるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明に用いたＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ装置の模式構成図である。図におい
て，１はマイクロ波発生管，２は導波管，３はマグネッ
ト，４は窓，５はチャンバ，６はアパーチャ，７は基板
，８はヒータ，９は熱電対，１０は圧力計， １１はゲ
ートバルブ， １２はターボ分子ポンプ， １３はドラ
イポンプ， １４は恒温槽， １５はバブラー， １６
は流量計， １７はバルブである。
ＣＲプラズマＣＶＤ装置の模式構成図である。図におい
て，１はマイクロ波発生管，２は導波管，３はマグネッ
ト，４は窓，５はチャンバ，６はアパーチャ，７は基板
，８はヒータ，９は熱電対，１０は圧力計， １１はゲ
ートバルブ， １２はターボ分子ポンプ， １３はドラ
イポンプ， １４は恒温槽， １５はバブラー， １６
は流量計， １７はバルブである。
【０００７】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用い， Ｔａ２
Ｏ５成膜時の基板温度を４００ 〜８５０ ℃とするこ
とにより，膜中の酸素欠陥が少なく，カヴァレージとモ
フォロジーが良く，しかも，下地基板のデバイスの特性
を悪化させることなく， Ｔａ２Ｏ５膜を形成すること
が可能となる。
Ｏ５成膜時の基板温度を４００ 〜８５０ ℃とするこ
とにより，膜中の酸素欠陥が少なく，カヴァレージとモ
フォロジーが良く，しかも，下地基板のデバイスの特性
を悪化させることなく， Ｔａ２Ｏ５膜を形成すること
が可能となる。
【０００８】即ち， 本発明の目的は， ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ法を用いて， Ｔａ２Ｏ５膜を基板上に形成す
ることにより，前記 Ｔａ２Ｏ５膜の成膜に際し，成膜
基板の加熱温度が ４００〜８５０ ℃であることによ
り，叉， 前記 Ｔａ２Ｏ５膜のタンタル供給原料とし
てＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５， 或いは ＴａＣｌ５を用い
ることにより，更に， 前記 Ｔａ２Ｏ５膜の成膜に際
し，酸素ガスをＥＣＲプラズマ発生室側より導入し，タ
ンタル供給原料を反応室側より導入することにより達成
される。
マＣＶＤ法を用いて， Ｔａ２Ｏ５膜を基板上に形成す
ることにより，前記 Ｔａ２Ｏ５膜の成膜に際し，成膜
基板の加熱温度が ４００〜８５０ ℃であることによ
り，叉， 前記 Ｔａ２Ｏ５膜のタンタル供給原料とし
てＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５， 或いは ＴａＣｌ５を用い
ることにより，更に， 前記 Ｔａ２Ｏ５膜の成膜に際
し，酸素ガスをＥＣＲプラズマ発生室側より導入し，タ
ンタル供給原料を反応室側より導入することにより達成
される。
【０００９】
【作用】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いると，非常に活
性な酸素ラジカルを効率良く発生させることができるの
で，得られた Ｔａ２Ｏ５膜中の酸素欠陥が少なくなり
， 従って， リーク電流を減少させることができる。
性な酸素ラジカルを効率良く発生させることができるの
で，得られた Ｔａ２Ｏ５膜中の酸素欠陥が少なくなり
， 従って， リーク電流を減少させることができる。
【００１０】成膜時の基板温度が ４００℃以下では，
膜の緻密性が乏しく， リーク電流が多い。また，
８５０ ℃以上では，モフォロジーが悪化する。
膜の緻密性が乏しく， リーク電流が多い。また，
８５０ ℃以上では，モフォロジーが悪化する。
【００１１】
【実施例】図１は本発明に用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ
装置の模式構成図，図２は一実施例の模式断面図である
。
装置の模式構成図，図２は一実施例の模式断面図である
。
【００１２】図において，１８はＳｉ基板， １９は
Ｔａ２Ｏ５膜， ２０はＷ膜である。図１に示すＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置を用いて，図２に示す Ｔａ２Ｏ５
膜１９を絶縁膜とするＭＯＳダイオードを作製した。
Ｔａ２Ｏ５膜， ２０はＷ膜である。図１に示すＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置を用いて，図２に示す Ｔａ２Ｏ５
膜１９を絶縁膜とするＭＯＳダイオードを作製した。
【００１３】先ず， Ｔａ２Ｏ５膜の成長前に， 基板
として用いたＰ型１０ΩｃｍのＳｉ基板１８の表面の自
然酸化膜を除去するために， Ｓｉ基板１８をヒータ８
により ６００℃に加熱し， 水素（Ｈ２）ガスを導入
し， チャンバ５内の真空度５ｘ１０−３Ｔｏｒｒ，
マイクロ波発生管１より導波管２を経由し，アルミナ（
Ａｌ２Ｏ３） 製の窓４を通して，チャンバ５内にマイ
クロ波を出力５００Ｗで導入し， ＥＣＲプラズマをＳ
ｉ基板１８上に照射する。
として用いたＰ型１０ΩｃｍのＳｉ基板１８の表面の自
然酸化膜を除去するために， Ｓｉ基板１８をヒータ８
により ６００℃に加熱し， 水素（Ｈ２）ガスを導入
し， チャンバ５内の真空度５ｘ１０−３Ｔｏｒｒ，
マイクロ波発生管１より導波管２を経由し，アルミナ（
Ａｌ２Ｏ３） 製の窓４を通して，チャンバ５内にマイ
クロ波を出力５００Ｗで導入し， ＥＣＲプラズマをＳ
ｉ基板１８上に照射する。
【００１４】その後，活性な酸素ラジカルが効率良く発
生できるように酸素（Ｏ２）ガスを流量１００ｓｃｃｍ
でＥＣＲプラズマ発生室側より導入し，また，タンタ
ル供給原料として，キャリア用Ｈ２ガス流量 １００ｓ
ｃｃｍをＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５を入れたバブラー１５に
通して， バブリング温度１２０ ℃で反応室側よりＴ
ａ（ＯＣ２Ｈ５）５を導入し，チャンバ５内の真空度５
ｘ１０−３Ｔｏｒｒ， ２．４５ＧＨｚ のマイクロ波
を出力５００Ｗで発生したＥＣＲプラズマを６００℃に
加熱されたＳｉ基板１８上に照射し， Ｔａ２Ｏ５膜
１９をＳｉ基板１８上に１，０００ Åの厚さに成膜す
る。
生できるように酸素（Ｏ２）ガスを流量１００ｓｃｃｍ
でＥＣＲプラズマ発生室側より導入し，また，タンタ
ル供給原料として，キャリア用Ｈ２ガス流量 １００ｓ
ｃｃｍをＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５を入れたバブラー１５に
通して， バブリング温度１２０ ℃で反応室側よりＴ
ａ（ＯＣ２Ｈ５）５を導入し，チャンバ５内の真空度５
ｘ１０−３Ｔｏｒｒ， ２．４５ＧＨｚ のマイクロ波
を出力５００Ｗで発生したＥＣＲプラズマを６００℃に
加熱されたＳｉ基板１８上に照射し， Ｔａ２Ｏ５膜
１９をＳｉ基板１８上に１，０００ Åの厚さに成膜す
る。
【００１５】続いて， ＣＶＤ法によりタングステン（
Ｗ）膜２０を ４，０００Åの厚さに積層し，パタニン
グして電極とする。作製したＭＯＳダイオードの Ｔａ
２Ｏ５膜１９のリーク電流を， 従来技術で作製したＴ
ａ２Ｏ５膜と比較した。
Ｗ）膜２０を ４，０００Åの厚さに積層し，パタニン
グして電極とする。作製したＭＯＳダイオードの Ｔａ
２Ｏ５膜１９のリーク電流を， 従来技術で作製したＴ
ａ２Ｏ５膜と比較した。
【００１６】その結果，従来技術で作製した Ｔａ２Ｏ
５膜では， 電界３ＭＶ／ｃｍにて，リーク電流が１ｘ
１０−６Ａ／ｃｍ２ 以上であったものが， 本発明の
条件により作製した Ｔａ２Ｏ５膜ではリーク電流が１
ｘ１０−６Ａ／ｃｍ２ 以下と大幅に改善された。
５膜では， 電界３ＭＶ／ｃｍにて，リーク電流が１ｘ
１０−６Ａ／ｃｍ２ 以上であったものが， 本発明の
条件により作製した Ｔａ２Ｏ５膜ではリーク電流が１
ｘ１０−６Ａ／ｃｍ２ 以下と大幅に改善された。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように， 本発明による
Ｔａ２Ｏ５膜では，絶縁膜としてのリーク電流が大幅に
改善され，半導体素子のコンデンサの高誘電体膜として
寄与するところが大きい。
Ｔａ２Ｏ５膜では，絶縁膜としてのリーク電流が大幅に
改善され，半導体素子のコンデンサの高誘電体膜として
寄与するところが大きい。
【図１】 本発明の一実施例に用いたＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置
ＣＶＤ装置
【図２】 本発明の一実施例の模式断面図
１ マイクロ波発生管
２ 導波管
３ マグネット
４ 窓
５ チャンバ
６ アパーチャ
７ 基板
８ ヒータ
９ 熱電対
１０ 圧力計
１１ ゲートバルブ
１２ ターボ分子ポンプ
１３ ドライポンプ
１４ 恒温槽
１５ バブラー
１６ 流量計
１７ バルブ
１８ Ｓｉ基板
１９ Ｔａ２Ｏ５ 膜
２０ Ｗ膜
Claims (4)
- 【請求項１】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学
気相成長（ＥＣＲプラズマＣＶＤ）法を用いて，酸化タ
ンタル（Ｔａ２Ｏ５） 膜を基板上に形成することを特
徴とする高誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記酸化タンタル膜の成膜に際し，成
膜基板の加熱温度が ４００〜８５０ ℃であることを
特徴とする請求項１記載の高誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記酸化タンタル膜のタンタル供給原
料としてエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５），
或いは塩化タンタル（ＴａＣｌ５） を用いることを特
徴とする請求項１記載の高誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記酸化タンタル膜の成膜に際し，酸
素ガスをＥＣＲプラズマ発生室側より導入し，タンタル
供給原料を反応室側より導入することを特徴とする請求
項１記載の高誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3121529A JPH04350167A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 高誘電体薄膜の製造方法 |
| US07/891,154 US5312783A (en) | 1991-05-28 | 1992-05-28 | Process for the preparation of a high dielectric thin film using ECR plasma CVD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3121529A JPH04350167A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 高誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350167A true JPH04350167A (ja) | 1992-12-04 |
Family
ID=14813492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3121529A Pending JPH04350167A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 高誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (2)
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