JPH05102422A - 酸化タンタル薄膜の形成方法 - Google Patents

酸化タンタル薄膜の形成方法

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JPH05102422A
JPH05102422A JP3258903A JP25890391A JPH05102422A JP H05102422 A JPH05102422 A JP H05102422A JP 3258903 A JP3258903 A JP 3258903A JP 25890391 A JP25890391 A JP 25890391A JP H05102422 A JPH05102422 A JP H05102422A
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JP
Japan
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thin film
oxide thin
tantalum
tantalum oxide
film
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JP3258903A
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English (en)
Inventor
Munehiro Shibuya
宗裕 澁谷
Masatoshi Kitagawa
雅俊 北川
Takeshi Kamata
健 鎌田
Takashi Hirao
孝 平尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 DRAMの容量性絶縁膜として利用できる酸
化タンタル薄膜の形成方法に関し、界面に存在するSi
2膜の膜厚を制御し誘電率の高いキャパシタの形成を
可能とする。 【構成】 真空室1内でポリシリコン表面を水素プラズ
マによって処理し、表面の自然酸化膜を除去する。次
に、酸素含有ガス12を導入することなく、アンプル3
内の有機タンタル化合物であるTa(OC255を、
He、Ar等の不活性ガス4によってバブリングしヒー
タ9によって約150℃に加熱されたガス導入管10を
通して真空室1に導入する。原料ガスは熱分解反応して
基板5上に低酸化の酸化タンタル薄膜が堆積される。そ
の後、高温での酸化処理を行なう。または、生成された
膜の上に酸素含有ガスを導入しながら酸化タンタル薄膜
を形成し、その後高温での酸化処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はDRAM(ダイナミック
ラム)等の容量性絶縁膜などとして有用な酸化タンタル
薄膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、原料ガスを真空室内で加熱分解反
応させて基板上に薄膜を形成するCVD法(化学気相成
長法)は半導体や誘電体等の薄膜形成の有用な手段とし
て注目されており、容量性絶縁膜などとして有用な酸化
タンタル薄膜の形成方法においてもCVD装置をもちい
て化学気相成長法により薄膜を製造することが試みられ
ている。この場合には通常加熱し得る真空室を有するい
わゆる熱CVD装置が用いられている。
【0003】以下、図面を参照しながら従来の酸化タン
タル薄膜の製造方法について説明する。図2は従来のC
VD法による酸化タンタル薄膜形成法に用いられている
酸化タンタル薄膜製造装置(CVD装置)の構成を示す
概略図である。
【0004】従来CVD装置による酸化タンタル薄膜の
製造は、原料として液体のTa(OC255等で代表
される液体有機タンタル化合物と酸素ガス等を用いて形
成されてきた。
【0005】図2において、真空室31は真空排気装置
32によっておよそ0.5〜10Torr程度の真空に
排気される。33は真空室内に設置された基板であり、
通常ポリシリコンからなる基板が用いられる。また、真
空室31はヒータ34によって約450℃に加熱されて
いる。
【0006】真空室内に導入されたこれらの原料ガスは
熱分解反応して、約450℃に加熱されている基板33
上に酸化タンタル薄膜が堆積される。堆積された、酸化
タンタル薄膜は、通常O2またはO3中で450から80
0℃の温度で熱処理される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法ではポリシリコン表面のSiO2が除去されず、
さらに酸化タンタル薄膜の堆積中または熱処理中に基板
であるポリシリコンが酸化し界面に存在するSiO2
の膜厚が厚くなってしまう。そのためSiO2と酸化タ
ンタル薄膜による2層構造に於てSiO2の割合が増加
し誘電率が低下する問題点があった。
【0008】本発明は、界面に存在するSiO2層の膜
厚を制御し、容量の大きいキャパシタを形成するための
酸化タンタル薄膜の形成方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】真空室内に有機タンタル
化合物または無機タンタル化合物と不活性ガスを導入し
タンタル薄膜または低酸化の酸化タンタル薄膜を堆積し
た後、O2またはO3中で熱処理し、熱処理温度または熱
処理時間で界面のSiO2層の膜厚を制御する。 また
は、真空室内に有機タンタル化合物または無機タンタル
化合物と不活性ガスを導入しタンタル薄膜または低酸化
の酸化タンタル薄膜を堆積堆積した後、真空室内に前記
有機タンタル化合物または無機タンタル化合物と酸素含
有ガスと不活性ガスを導入し前記タンタル薄膜または低
酸化の酸化タンタル薄膜の膜厚と酸化タンタル薄膜の膜
厚の合計が望み膜厚になるように酸化タンタル薄膜を形
成する。その後O2またはO3中で熱処理し、熱処理温度
または熱処理時間で界面のSiO2層の膜厚を制御す
る。
【0010】
【作用】本発明による酸化タンタル薄膜の形成方法では
酸化タンタル薄膜成膜中にポリシリコン等の基板が酸化
されることが無いために堆積直後では界面にSiO2
ほとんど形成されない。そのため形成されたキャパシタ
の容量が大きく保たれる
【0011】。
【実施例】図1は本発明の実施例で使用した酸化タンタ
ル薄膜形成装置の概略図である。1は真空室であり、真
空排気装置2によって真空に排気される。5は真空室内
に設置された基板であり本実施例ではポリシリコンを用
いた。基板5はヒータ6によって約450℃に加熱され
ている。基板5表面には自然酸化膜が堆積しているため
流量制御装置14によって流量制御されたH2(本実施
例では約100sccm)13を真空室1内に導入し、
圧力を約1Torr程度に調整し電極15、16の間に
プラズマを発生させ、ポリシリコン上の自然酸化膜を除
去する。
【0012】(実施例1)アンプル3内の有機タンタル
化合物であるTa(OC255は高温槽7によって1
20℃に温度制御され、流量制御装置8によって流量制
御されたHe、Ar等の不活性ガス4(本実施例ではA
rを用いた)によってバブリングされヒータ9によって
約150℃に加熱されたガス導入管10を通って真空室
1に導入される。真空室1に導入された原料ガスは熱分
解反応して基板5上に低酸化の酸化タンタル薄膜が堆積
される。
【0013】(実施例2)アンプル3内の有機タンタル
化合物であるTa(OC255は高温槽7によって1
20℃に温度制御され、流量制御装置8によって流量制
御されたHe、Ar等の不活性ガス4(本実施例ではA
rを用いた)によってバブリングされヒータ9によって
約150℃に加熱されたガス導入管10を通って真空室
1に導入される。真空室1に導入された原料ガスは熱分
解反応して基板5上に低酸化の酸化タンタル薄膜が堆積
される。その後バブリングされたTa(OC255
不活性ガスはガス導入管10内で流量制御装置11によ
って流量制御された酸素含有ガス12(本実施例ではO
2ガスを用いた)と混合される。真空室内に導入された
これらの原料ガスは熱分解反応して、約450℃に加熱
されている基板5上に酸化タンタル薄膜が形成される。
【0014】堆積された酸化タンタル薄膜または低酸化
の酸化タンタル薄膜はO2またはO3中で熱処理されて前
記酸化タンタル薄膜または低酸化の酸化タンタル薄膜が
十分酸化され、さらに界面に望み膜厚のSiO2層を形
成する。
【0015】図3〜図5は従来例によって形成した酸化
タンタル薄膜(図3)と実施例1(図4)、実施例2
(図5)で示した方法で形成した酸化タンタル薄膜のオ
ージェ電子分光法による深さ方向の相対濃度分布を示し
たものである。いずれの試料も未処理の状態で100Å
酸化タンタル薄膜を堆積した。但し実施例2の場合はO
2を導入しない状態で20Å堆積しO2を導入して80Å
堆積した。成膜条件は表1に示す。横軸のスパッタリン
グ時間は深さに対応している。
【0016】
【表1】
【0017】従来例によるものは組成比(O/Ta)が
2.5に近くタンタルが十分酸化されているが、基板の
ポリシリコンも酸化されていることが解る。
【0018】実施例1によるものは組成比が約2.3で
あり、タンタルの酸化が不足しているが、界面にSiO
2がほとんど堆積されていないことが解る。
【0019】実施例2によるものは界面に近い部分での
タンタルの酸化は不足しているが、界面から離れるにし
たがって組成比が2.5に近づき、また界面にSiO2
がほとんど形成されていないことが解る。
【0020】図6〜図8は、図3〜図5で用いた試料を
2雰囲気中、800℃で15分間熱処理を行なった後
の深さ方向の組成分布を示したものである。
【0021】従来例によるもの(図6)は界面でのSi
2層がさらに厚くなっていることが解る。実施例1に
よるもの(図7)はタンタルが十分酸化されて、組成比
が約2.5になり、界面にSiO2層が薄く形成されて
いることが解る。実施例2によるもの(図8)は界面付
近のタンタルも十分酸化され、界面にSiO2層が薄く
形成されていることが解る。
【0022】(表2)は従来例、実施例1、実施例2で
形成した酸化タンタル薄膜とO2雰囲気中で800℃1
5分間熱処理した場合の酸化タンタルの誘電率の変化を
示したものである。実施例1、実施例2による酸化タン
タル薄膜は従来例によるものより誘電率が高くなってい
ることが解る。
【0023】
【表2】
【0024】なお、本発明に於て、有機タンタル化合物
の例としてはTa(OC255のほかに、例えばTa
(OCH35、Ta(OC375、Ta(OC
495、(C552TaH3、Ta(N(CH325
等が挙げられる。無機タンタル化合物としては、例えば
TaCl5、TaF5等が挙げられる。
【0025】真空室内の圧力としては通常0.5〜10
Torr程度の範囲が一般的で、また不活性ガスとして
は特に限定するものではないが、通常ArやHeが用い
られ、N2も用いられることが多い。また酸素含有ガス
としては、前記有機タンタル化合物または無機タンタル
化合物を加熱分解して酸化タンタル薄膜を形成できるガ
スであれば良く、具体的にはO2、N2O等が通常使用さ
れるがこれらに限定されるものではない。
【0026】また、これらの不活性ガスや酸素含有ガス
の流量については特に限定するものではないが50〜1
000sccm程度の範囲が好適である。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、基板であるポリシリコ
ンと酸化タンタル薄膜の界面に必要な膜厚のSiO2
形成でき、容量の大きいキャパシタを形成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における酸化タンタル薄膜形
成装置の概略を示す断面図
【図2】従来のCVD法による酸化タンタル薄膜形成法
に用いられている酸化タンタル薄膜製造装置(CVD装
置)の構成を示す断面図
【図3】従来例によって形成した酸化タンタル薄膜の未
処理状態での深さ方向の組成分布を示した図
【図4】実施例1によって形成した酸化タンタル薄膜の
未処理状態での深さ方向の組成分布を示した図
【図5】実施例2によって形成した酸化タンタル薄膜の
未処理状態での深さ方向の組成分布を示した図
【図6】図3と同様の試料をO2雰囲気中、800℃で
15分間熱処理を行なった後の深さ方向の組成分布を示
した図
【図7】図4と同様の試料をO2雰囲気中、800℃で
15分間熱処理を行なった後の深さ方向の組成分布を示
した図
【図8】図5と同様の試料をO2雰囲気中、800℃で
15分間熱処理を行なった後の深さ方向の組成分布を示
した図
【符号の説明】
1 真空室 2 真空排気装置 3 アンプル 4 不活性ガス 5 基板 6 ヒータ 7 高温槽 8 流量制御装置 9 ヒータ 10 ガス導入管 11 流量制御装置 12 酸素含有ガス 13 水素ガス 14 流量制御装置 15 電極 16 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料ガスとして、有機タンタル化合物また
    は無機タンタル化合物と不活性ガスを真空室内に導入
    し、化学気相成長法によりタンタル薄膜または低酸化の
    酸化タンタル薄膜を形成したのち、O2またはO3雰囲気
    中で熱処理する事を特徴とする酸化タンタル薄膜の形成
    方法。
  2. 【請求項2】原料ガスとして、有機タンタル化合物また
    は無機タンタル化合物と不活性ガスを真空室内に導入
    し、化学気相成長法によりタンタル薄膜または低酸化の
    酸化タンタル薄膜を少なくとも基板表面を被覆するまで
    堆積し、その後、前記真空室内に前記酸素含有ガスと前
    記不活性ガスと前記有機タンタル化合物または前記無機
    タンタル化合物を導入し、前記タンタル薄膜または前記
    酸化タンタル薄膜の上部に酸化タンタル薄膜を形成した
    後、O2またはO3雰囲気中で熱処理する事を特徴とする
    酸化タンタル薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】外部より電界を印加し、原料ガスをプラズ
    マ分解する事を特徴とする請求項1または2に記載の酸
    化タンタル薄膜の形成方法。
JP3258903A 1991-10-07 1991-10-07 酸化タンタル薄膜の形成方法 Pending JPH05102422A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187693B1 (en) 1998-11-13 2001-02-13 Nec Corporation Heat treatment of a tantalum oxide film
KR100326237B1 (ko) * 1998-10-01 2002-05-09 박종섭 오존가스를이용한탄탈륨산화막형성방법및그를이용한반도체소자의캐패시터형성방법
KR100395513B1 (ko) * 2000-07-08 2003-08-25 광주과학기술원 커패시터용 탄탈륨 산화물 박막의 제조방법
US6764916B1 (en) 1999-03-23 2004-07-20 Hitachi Kokusai Electric Inc. Manufacturing method for semiconductor device
JP2007242850A (ja) * 2006-03-08 2007-09-20 Nec Corp 半導体製造装置及び半導体製造方法
CN110373715A (zh) * 2019-08-21 2019-10-25 深圳市纳设智能装备有限公司 制备二维晶体材料的化学气相沉积设备和方法

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