JPH05226608A - 薄膜高誘電率体およびその製造方法 - Google Patents
薄膜高誘電率体およびその製造方法Info
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- JPH05226608A JPH05226608A JP4023504A JP2350492A JPH05226608A JP H05226608 A JPH05226608 A JP H05226608A JP 4023504 A JP4023504 A JP 4023504A JP 2350492 A JP2350492 A JP 2350492A JP H05226608 A JPH05226608 A JP H05226608A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高密度集積化が要求されるＤＲＡＭ等の容量
絶縁膜に応用されるシリコンおよびチタンの酸化物から
なる薄膜高誘電率体およびその製造方法を提供する。 【構成】 薄膜高誘電率体は、下記式の組成を有するＳ
ｉおよびＴｉの酸化物からなる。薄膜高誘電率体は、減
圧ＣＶＤ法などにより、４００℃に加熱されたＳｉなど
の基体３上に、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3
Ｈ7)4 などの液体原料ガスを流量制御された不活性ガス
によりバブリングして気相中で分解し、Ｏ2 ガスと反応
させて形成する。また、酸化ガスとしてＯ3 などの活性
度の高いガスを用いることにより基体温度を低温化でき
る。これにより、誘電率が高く、絶縁性に優れた特性を
有するＳｉ系の薄膜材料と、この材料の段差被覆性の良
好な薄膜形成法を得ることができ、微細化、３次元構造
化が進むＤＲＡＭなどの高集積化が実現される。
絶縁膜に応用されるシリコンおよびチタンの酸化物から
なる薄膜高誘電率体およびその製造方法を提供する。 【構成】 薄膜高誘電率体は、下記式の組成を有するＳ
ｉおよびＴｉの酸化物からなる。薄膜高誘電率体は、減
圧ＣＶＤ法などにより、４００℃に加熱されたＳｉなど
の基体３上に、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3
Ｈ7)4 などの液体原料ガスを流量制御された不活性ガス
によりバブリングして気相中で分解し、Ｏ2 ガスと反応
させて形成する。また、酸化ガスとしてＯ3 などの活性
度の高いガスを用いることにより基体温度を低温化でき
る。これにより、誘電率が高く、絶縁性に優れた特性を
有するＳｉ系の薄膜材料と、この材料の段差被覆性の良
好な薄膜形成法を得ることができ、微細化、３次元構造
化が進むＤＲＡＭなどの高集積化が実現される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ、メモリな
どのエレクトロニクス用素子、特にＤＲＡＭ等の容量絶
縁膜に応用される薄膜高誘電率体およびその製造方法に
関するものである。
どのエレクトロニクス用素子、特にＤＲＡＭ等の容量絶
縁膜に応用される薄膜高誘電率体およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＤＲＡＭにおけるメモリ容量(キャパシ
タ)部では電荷蓄積のために、絶縁耐圧が大きく、リー
ク電流が小さな誘電性の絶縁膜が必要で、現在までのと
ころその材料として、比誘電率が約４の酸化シリコン
（ＳｉＯ2 ）や、ＳｉＯ2 と窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4、
比誘電率約７）の積層構成であるいわゆるＯＮＯ膜が用
いられてきた。
タ)部では電荷蓄積のために、絶縁耐圧が大きく、リー
ク電流が小さな誘電性の絶縁膜が必要で、現在までのと
ころその材料として、比誘電率が約４の酸化シリコン
（ＳｉＯ2 ）や、ＳｉＯ2 と窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4、
比誘電率約７）の積層構成であるいわゆるＯＮＯ膜が用
いられてきた。
【０００３】ところで、超ＬＳＩの集積度はまだまだ増
大傾向にあり、それにともなってＤＲＡＭの容量部の占
有する面積は無視できなくなってきている。このため、
容量部の占有面積は低減化していかなければならない。
また、この容量部においては、その上部電極として用い
られるＡｌ等の金属材料に含まれるＵ等の放射性不純物
が発するα線により、メモリ内容が消失するといういわ
ゆるソフトエラーを防ぐために、ある程度の蓄積電荷量
が必要とされる。
大傾向にあり、それにともなってＤＲＡＭの容量部の占
有する面積は無視できなくなってきている。このため、
容量部の占有面積は低減化していかなければならない。
また、この容量部においては、その上部電極として用い
られるＡｌ等の金属材料に含まれるＵ等の放射性不純物
が発するα線により、メモリ内容が消失するといういわ
ゆるソフトエラーを防ぐために、ある程度の蓄積電荷量
が必要とされる。
【０００４】次世代の超ＬＳＩとされる６４Ｍビット以
上の集積度をもつＤＲＡＭにおいては、蓄積電荷量をそ
の必要とされる最低限の電荷量に保持しつつ、容量部の
占有面積の低減化を実現するのに、従来のＳｉＯ2 膜や
ＯＮＯ膜では、たとえスタックト構造やトレンチ構造等
の３次元構造を用いて、トンネル電流の流れないぎりぎ
りの膜厚まで薄膜化したとしても、誘電率が低いために
容量絶縁膜材料として適用することは困難である。
上の集積度をもつＤＲＡＭにおいては、蓄積電荷量をそ
の必要とされる最低限の電荷量に保持しつつ、容量部の
占有面積の低減化を実現するのに、従来のＳｉＯ2 膜や
ＯＮＯ膜では、たとえスタックト構造やトレンチ構造等
の３次元構造を用いて、トンネル電流の流れないぎりぎ
りの膜厚まで薄膜化したとしても、誘電率が低いために
容量絶縁膜材料として適用することは困難である。
【０００５】従って、この問題を解決するためには単位
面積当りの静電容量が高い、即ち、比誘電率が高い薄膜
材料を用いる必要がある。しかもリーク電流が小さく、
絶縁耐圧の高い材料でなければならない。こうした次世
代の容量絶縁膜材料として、現在、酸化タンタル（Ｔａ
2Ｏ5）、酸化チタンシリコン等の誘電率の高い材料の適
用が検討されている。また、これらの材料の薄膜化には
段差被覆性の良好な減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長
法を用いることにより、高集積化とともに３次元構造化
が進むＬＳＩの工程に対応させて研究開発が進められて
いる。
面積当りの静電容量が高い、即ち、比誘電率が高い薄膜
材料を用いる必要がある。しかもリーク電流が小さく、
絶縁耐圧の高い材料でなければならない。こうした次世
代の容量絶縁膜材料として、現在、酸化タンタル（Ｔａ
2Ｏ5）、酸化チタンシリコン等の誘電率の高い材料の適
用が検討されている。また、これらの材料の薄膜化には
段差被覆性の良好な減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長
法を用いることにより、高集積化とともに３次元構造化
が進むＬＳＩの工程に対応させて研究開発が進められて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｔａ2Ｏ5は２０〜２５
程度の比誘電率を有し、反応性スパッタリング法によ
り、緻密で絶縁耐圧が高い等の特性の優れた膜が形成さ
れているものの、スパッタリング法で形成した膜は段差
被覆性に乏しく、３次元構造化が進む超ＬＳＩの工程に
は適用することはできない。現在のところ、段差被覆性
の良好な減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長法を用いる
ことが検討されている。しかしながら、減圧ＣＶＤ法で
形成した膜はリーク電流が大きく、絶縁耐圧も低いた
め、成膜後の最高８００℃程度の高温条件下での熱処理
等をほどこす必要がある。また、従来の絶縁膜材料がシ
リコン系材料であったのに対し、Ｔａ2Ｏ5は異種材料
で、シリコンを中心とした現在の超ＬＳＩデバイス技術
へ適用可能かどうかということもあり、今のところ実用
段階には至っていない。
程度の比誘電率を有し、反応性スパッタリング法によ
り、緻密で絶縁耐圧が高い等の特性の優れた膜が形成さ
れているものの、スパッタリング法で形成した膜は段差
被覆性に乏しく、３次元構造化が進む超ＬＳＩの工程に
は適用することはできない。現在のところ、段差被覆性
の良好な減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長法を用いる
ことが検討されている。しかしながら、減圧ＣＶＤ法で
形成した膜はリーク電流が大きく、絶縁耐圧も低いた
め、成膜後の最高８００℃程度の高温条件下での熱処理
等をほどこす必要がある。また、従来の絶縁膜材料がシ
リコン系材料であったのに対し、Ｔａ2Ｏ5は異種材料
で、シリコンを中心とした現在の超ＬＳＩデバイス技術
へ適用可能かどうかということもあり、今のところ実用
段階には至っていない。
【０００７】一方、酸化チタンシリコンはＴｉ酸化物と
Ｓｉ酸化物の中間的な特性を示す絶縁材料で、ＴｉとＳ
ｉの適当な混合比により、プラズマＣＶＤ法により高誘
電率で高耐圧でリーク電流の小さい等の特性を有する膜
が形成されている。特にシリコン系絶縁材料ということ
で実用化が期待される材料である。しかし、Ｔｉ過剰の
膜は比誘電率は高いものの、リーク電流が大きく、耐圧
が小さい。また、Ｓｉ過剰の膜はリーク電流特性、絶縁
耐圧特性は良好であるが、比誘電率が小さいという問題
がある。
Ｓｉ酸化物の中間的な特性を示す絶縁材料で、ＴｉとＳ
ｉの適当な混合比により、プラズマＣＶＤ法により高誘
電率で高耐圧でリーク電流の小さい等の特性を有する膜
が形成されている。特にシリコン系絶縁材料ということ
で実用化が期待される材料である。しかし、Ｔｉ過剰の
膜は比誘電率は高いものの、リーク電流が大きく、耐圧
が小さい。また、Ｓｉ過剰の膜はリーク電流特性、絶縁
耐圧特性は良好であるが、比誘電率が小さいという問題
がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にお
いては、Ｓｉ、Ｔｉ、酸素の３元素からなる薄膜高誘電
率体において、元素のモル比率が（数１）で示される範
囲の組成を有する薄膜高誘電率体を構成する。
いては、Ｓｉ、Ｔｉ、酸素の３元素からなる薄膜高誘電
率体において、元素のモル比率が（数１）で示される範
囲の組成を有する薄膜高誘電率体を構成する。
【０００９】また請求項２に記載の発明においては、基
体を設置した真空槽内に原料ガスを導入し、外部よりエ
ネルギーを印加して前記原料ガスを分解することにより
前記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長させる際に、前
記原料ガスとして、シリコンアルコキシドまたはシリコ
ンハロゲン化物、チタンアルコキシドまたはチタンハロ
ゲン化物そして酸素系ガスを用いて薄膜高誘電率体を製
造する。
体を設置した真空槽内に原料ガスを導入し、外部よりエ
ネルギーを印加して前記原料ガスを分解することにより
前記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長させる際に、前
記原料ガスとして、シリコンアルコキシドまたはシリコ
ンハロゲン化物、チタンアルコキシドまたはチタンハロ
ゲン化物そして酸素系ガスを用いて薄膜高誘電率体を製
造する。
【００１０】さらに請求項３に記載の発明においては、
基体を設置した真空槽内にＳｉ系ガス、Ｔｉ系ガスおよ
び酸素系ガスからなる原料ガスを導入し、外部よりエネ
ルギーを印加して前記原料ガスを分解することにより前
記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長させる際に、前記
酸素系ガスとして、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 の少なくとも一
種を用いて薄膜高誘電率体を製造する。
基体を設置した真空槽内にＳｉ系ガス、Ｔｉ系ガスおよ
び酸素系ガスからなる原料ガスを導入し、外部よりエネ
ルギーを印加して前記原料ガスを分解することにより前
記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長させる際に、前記
酸素系ガスとして、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 の少なくとも一
種を用いて薄膜高誘電率体を製造する。
【００１１】
【作用】請求項１記載の発明によれば、比誘電率の高い
Ｔｉの酸化物と、絶縁耐圧が高く、リーク電流の小さな
Ｓｉの酸化物を組み合わせたＳｉ、Ｔｉ、酸素の３元素
が基本骨格をなす誘電体の固溶体薄膜であり、特に（数
１）で示される範囲の組成であれば、高誘電率で、高耐
圧で、しかもリーク電流の小さな特性をもつ信頼性の高
い高誘電率薄膜材料を提供することができる。また、Ｓ
ｉ酸化物の添加量により、比誘電率や抵抗率などの電気
的特性を任意に変化させることが可能である。
Ｔｉの酸化物と、絶縁耐圧が高く、リーク電流の小さな
Ｓｉの酸化物を組み合わせたＳｉ、Ｔｉ、酸素の３元素
が基本骨格をなす誘電体の固溶体薄膜であり、特に（数
１）で示される範囲の組成であれば、高誘電率で、高耐
圧で、しかもリーク電流の小さな特性をもつ信頼性の高
い高誘電率薄膜材料を提供することができる。また、Ｓ
ｉ酸化物の添加量により、比誘電率や抵抗率などの電気
的特性を任意に変化させることが可能である。
【００１２】請求項２記載の発明によれば、原料ガスと
して、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 等のシリコンアルコキシドまた
はＳｉＣｌ4 等のシリコンハロゲン化物、Ｔｉ(Ｏ-ｉ-
Ｃ3Ｈ 7)4 等のチタンアルコキシドまたはＴｉＣｌ4 等
のチタンハロゲン化物を用いており、これらは常温で液
体もしくは固体ではあるものの、加熱して気化させるこ
とができ、さらに不活性ガスなどをキャリアガスとして
用いることにより供給量の制御が可能となる。特に、こ
れらの原料ガスは５００℃以下の比較的低温で熱分解が
可能なため、Ｏ2 などの酸化性ガスを加えて用いること
により、熱ＣＶＤ等の化学的気相成長法により、段差被
覆性の良好でしかもその組成が膜中で均一であるＳｉ、
Ｔｉ、酸素よりなる固溶体の薄膜高誘電率体を形成する
ことが可能である。
して、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 等のシリコンアルコキシドまた
はＳｉＣｌ4 等のシリコンハロゲン化物、Ｔｉ(Ｏ-ｉ-
Ｃ3Ｈ 7)4 等のチタンアルコキシドまたはＴｉＣｌ4 等
のチタンハロゲン化物を用いており、これらは常温で液
体もしくは固体ではあるものの、加熱して気化させるこ
とができ、さらに不活性ガスなどをキャリアガスとして
用いることにより供給量の制御が可能となる。特に、こ
れらの原料ガスは５００℃以下の比較的低温で熱分解が
可能なため、Ｏ2 などの酸化性ガスを加えて用いること
により、熱ＣＶＤ等の化学的気相成長法により、段差被
覆性の良好でしかもその組成が膜中で均一であるＳｉ、
Ｔｉ、酸素よりなる固溶体の薄膜高誘電率体を形成する
ことが可能である。
【００１３】また、原料ガスの流量を変化させることに
より、所望の組成をもつ薄膜を形成することができ、膜
の比誘電率、抵抗率等の電気的特性の制御が行える。特
に、（数１）で示される範囲の組成であれば、高誘電
率、高耐圧、低リーク電流の特性をもつ信頼性の高い高
誘電率薄膜の形成が本発明により実現可能となる。
より、所望の組成をもつ薄膜を形成することができ、膜
の比誘電率、抵抗率等の電気的特性の制御が行える。特
に、（数１）で示される範囲の組成であれば、高誘電
率、高耐圧、低リーク電流の特性をもつ信頼性の高い高
誘電率薄膜の形成が本発明により実現可能となる。
【００１４】請求項３記載の発明では、Ｓｉ、Ｔｉ、酸
素の３元素からなる酸化物薄膜を形成する際に、酸素系
ガスとして、活性度の高いＯ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 の少なく
とも一種を用いるため、成膜中に膜の酸化が促進され、
通常成膜後に行なう酸化のための高温での熱処理を必要
とせず、さらにより低温で膜形成が可能となるところに
特徴がある。従って、本発明により段差被覆性の良好な
Ｓｉ、Ｔｉ、酸素の３元素が基本骨格をなす薄膜高誘電
率体を形成することが可能である。特に、（数１）で示
される範囲の組成であれば、高誘電率、高耐圧、低リー
ク電流の特性をもつ信頼性の高い高誘電率薄膜の形成が
本発明により実現可能となる。
素の３元素からなる酸化物薄膜を形成する際に、酸素系
ガスとして、活性度の高いＯ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 の少なく
とも一種を用いるため、成膜中に膜の酸化が促進され、
通常成膜後に行なう酸化のための高温での熱処理を必要
とせず、さらにより低温で膜形成が可能となるところに
特徴がある。従って、本発明により段差被覆性の良好な
Ｓｉ、Ｔｉ、酸素の３元素が基本骨格をなす薄膜高誘電
率体を形成することが可能である。特に、（数１）で示
される範囲の組成であれば、高誘電率、高耐圧、低リー
ク電流の特性をもつ信頼性の高い高誘電率薄膜の形成が
本発明により実現可能となる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１６】図１は、本発明の薄膜高誘電率体の製造の
一実施例における製造装置の概略図である。真空槽１内
は排気ポンプ２によりほぼ真空に排気される。シリコン
等の基体３は基体ホルダ−４に固定され、基体ホルダ−
４内部に設定されたヒータ５により３００〜６００℃の
所定の温度に加熱される。膜形成用の原料ガスは、本実
施例においては、酸素系ガスとしてＯ2 ガス、Ｓｉ系ガ
スとしてＳｉ(ＯＣ2Ｈ 5)4 、Ｔｉ系ガスとしてＴｉ(Ｏ-
ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 をそれぞれ用いた。Ｏ2 ガスはボンベ７よ
り流量制御装置８を通じてガス混合部１６に送給され
る。Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ 5)4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 はバ
ブラ容器９、１２にそれぞれ充填されており、それぞれ
６０℃、２０℃に加熱保温される。キャリアガスとして
Ｈｅを用い、Ｈｅガスはボンベ１０より流量制御装置１
１および１３を通じてバブラ容器９、１２にそれぞれ送
給される。Ｈｅガスによりバブラ容器９、１２内の気化
されたＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 蒸気およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)
4 蒸気がそれぞれガス導入管１４、１５を通じてガス混
合部１６まで送給され、ここでＯ2 ガスと混合される。
バブラ容器９、１２に送給されるＨｅガスの流量を変化
させることにより、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 蒸気およびＴｉ
(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 蒸気の供給量を変化させることができ
る。混合部１６で混合された原料ガスは多数の孔部が設
けてあるガス導入プレート６より真空槽１内に導入され
る。ガス導入管１４、１５は原料ガスの再液化を防ぐた
めにそれぞれヒータ１７、１８により７０〜８０℃に加
熱保温される。
一実施例における製造装置の概略図である。真空槽１内
は排気ポンプ２によりほぼ真空に排気される。シリコン
等の基体３は基体ホルダ−４に固定され、基体ホルダ−
４内部に設定されたヒータ５により３００〜６００℃の
所定の温度に加熱される。膜形成用の原料ガスは、本実
施例においては、酸素系ガスとしてＯ2 ガス、Ｓｉ系ガ
スとしてＳｉ(ＯＣ2Ｈ 5)4 、Ｔｉ系ガスとしてＴｉ(Ｏ-
ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 をそれぞれ用いた。Ｏ2 ガスはボンベ７よ
り流量制御装置８を通じてガス混合部１６に送給され
る。Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ 5)4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 はバ
ブラ容器９、１２にそれぞれ充填されており、それぞれ
６０℃、２０℃に加熱保温される。キャリアガスとして
Ｈｅを用い、Ｈｅガスはボンベ１０より流量制御装置１
１および１３を通じてバブラ容器９、１２にそれぞれ送
給される。Ｈｅガスによりバブラ容器９、１２内の気化
されたＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 蒸気およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)
4 蒸気がそれぞれガス導入管１４、１５を通じてガス混
合部１６まで送給され、ここでＯ2 ガスと混合される。
バブラ容器９、１２に送給されるＨｅガスの流量を変化
させることにより、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 蒸気およびＴｉ
(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 蒸気の供給量を変化させることができ
る。混合部１６で混合された原料ガスは多数の孔部が設
けてあるガス導入プレート６より真空槽１内に導入され
る。ガス導入管１４、１５は原料ガスの再液化を防ぐた
めにそれぞれヒータ１７、１８により７０〜８０℃に加
熱保温される。
【００１７】膜形成は、以下の手順で行なった。基体と
して、電気特性測定用に低抵抗のｎ型多結晶シリコン基
板、赤外吸収特性測定用にｐ型単結晶Ｓｉ基板および組
成分析用にＧａＡｓ基板を用い、基体温度を４００℃と
した。Ｏ2 ガスの流量は５００ｓｃｃｍとし、バブラ容
器９、１２に送給されるＨｅガスの全ガス流量は５００
ｓｃｃｍに固定し、バブラ容器９、１２への送給量を変
化させて形成膜のＳｉ／Ｔｉ比を変化させた。この場合
の真空槽１内の全ガス圧は排気バルブ１９を調節して
１．０Ｔｏｒｒとした。電気特性測定用の形成膜は２０
ｎｍ、赤外吸収特性測定用および組成分析用形成膜は１
μｍの膜厚で膜形成を行なった。膜形成後、５００℃の
乾燥酸素雰囲気中にて１０分間熱処理を行なった。形成
膜の組成分析はＩＣＰ発光分光分析法およびＸ線マイク
ロ分析（ＥＰＭＡ）法により行なった。組成分析により
得られたＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比と、バブラ容器９に送
給されるＨｅガス（Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 のキャリアガス）
流量との間には、図２に示すような比例関係があり、流
量制御装置１１を制御することにより任意の組成に制御
できることがわかる。熱処理の後、電気特性評価用の膜
については上部電極としてタングステン（Ｗ）を電極面
積０．２ｍｍ2 、厚さ３０ｎｍなるものをスパッタリン
グ法により形成した。
して、電気特性測定用に低抵抗のｎ型多結晶シリコン基
板、赤外吸収特性測定用にｐ型単結晶Ｓｉ基板および組
成分析用にＧａＡｓ基板を用い、基体温度を４００℃と
した。Ｏ2 ガスの流量は５００ｓｃｃｍとし、バブラ容
器９、１２に送給されるＨｅガスの全ガス流量は５００
ｓｃｃｍに固定し、バブラ容器９、１２への送給量を変
化させて形成膜のＳｉ／Ｔｉ比を変化させた。この場合
の真空槽１内の全ガス圧は排気バルブ１９を調節して
１．０Ｔｏｒｒとした。電気特性測定用の形成膜は２０
ｎｍ、赤外吸収特性測定用および組成分析用形成膜は１
μｍの膜厚で膜形成を行なった。膜形成後、５００℃の
乾燥酸素雰囲気中にて１０分間熱処理を行なった。形成
膜の組成分析はＩＣＰ発光分光分析法およびＸ線マイク
ロ分析（ＥＰＭＡ）法により行なった。組成分析により
得られたＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比と、バブラ容器９に送
給されるＨｅガス（Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 のキャリアガス）
流量との間には、図２に示すような比例関係があり、流
量制御装置１１を制御することにより任意の組成に制御
できることがわかる。熱処理の後、電気特性評価用の膜
については上部電極としてタングステン（Ｗ）を電極面
積０．２ｍｍ2 、厚さ３０ｎｍなるものをスパッタリン
グ法により形成した。
【００１８】図３にＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比を変化させ
た場合の形成膜の赤外吸収特性の変化の様子を示す。比
の値が０の場合は酸化チタン、値が１の場合は酸化シリ
コンがそれぞれ形成されていることがわかる。酸化チタ
ン膜は４００〜７００ｃｍ-1の波数範囲でＴｉ−Ｏ結合
の広い吸収スペクトルが存在する。酸化シリコン膜は波
数値４５０ｃｍ-1、８０５ｃｍ-1、１０７０ｃｍ-1にて
Ｓｉ−Ｏ結合の吸収がみられる。また、比の値が０．２
および０．３の形成膜については、波数値約９５０ｃｍ
-1を中心とするＳｉ−Ｏ−Ｔｉ結合に基づく独特な吸収
が出現する。これらより、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比の値
が０から１に変化するにつれて、形成膜の赤外吸収スペ
クトルは酸化チタンから酸化シリコンへと途中チタンと
シリコンの酸化物の固溶体を形成しながら変化している
ことがわかる。
た場合の形成膜の赤外吸収特性の変化の様子を示す。比
の値が０の場合は酸化チタン、値が１の場合は酸化シリ
コンがそれぞれ形成されていることがわかる。酸化チタ
ン膜は４００〜７００ｃｍ-1の波数範囲でＴｉ−Ｏ結合
の広い吸収スペクトルが存在する。酸化シリコン膜は波
数値４５０ｃｍ-1、８０５ｃｍ-1、１０７０ｃｍ-1にて
Ｓｉ−Ｏ結合の吸収がみられる。また、比の値が０．２
および０．３の形成膜については、波数値約９５０ｃｍ
-1を中心とするＳｉ−Ｏ−Ｔｉ結合に基づく独特な吸収
が出現する。これらより、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比の値
が０から１に変化するにつれて、形成膜の赤外吸収スペ
クトルは酸化チタンから酸化シリコンへと途中チタンと
シリコンの酸化物の固溶体を形成しながら変化している
ことがわかる。
【００１９】図４は、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比を変化さ
せた場合の形成膜の電界強度に対するリーク電流密度の
特性図を示したものである。比の値が大きくなるほど、
リーク電流は減少し、絶縁耐圧は大きくなることがわか
る。リーク電流特性の組成比に対する変化の様子を分か
りやすくするために、電界強度１ＭＶ／ｃｍにおけるリ
ーク電流密度のＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）依存性を図５に示
す。
せた場合の形成膜の電界強度に対するリーク電流密度の
特性図を示したものである。比の値が大きくなるほど、
リーク電流は減少し、絶縁耐圧は大きくなることがわか
る。リーク電流特性の組成比に対する変化の様子を分か
りやすくするために、電界強度１ＭＶ／ｃｍにおけるリ
ーク電流密度のＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）依存性を図５に示
す。
【００２０】図６は、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比に対する
形成膜の比誘電率の変化の様子を示したものである。比
の値が大きくなるほど、誘電率の値は減少する。
形成膜の比誘電率の変化の様子を示したものである。比
の値が大きくなるほど、誘電率の値は減少する。
【００２１】図５、図６の結果より、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔ
ｉ）比の値が０から１に変化するにつれて、形成膜の電
気的特性は酸化チタンから酸化シリコンへと変化してお
り、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比、すなわち、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ
5)4 のキャリアガスとしてのＨｅガス流量を変化させる
ことにより所望の電気的特性を有する酸化チタンシリコ
ン薄膜を形成することができる。特に、これらの図より
分かるように、形成される酸化チタンシリコン薄膜の組
成が（数１）で示される範囲であれば、１０-8Ａ／ｃｍ
2 以下とリーク電流密度が小さく、８〜２５程度と従来
の容量絶縁膜であるＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4より比誘電率の
大きな特性を有する薄膜高誘電率体を得ることができ
る。
ｉ）比の値が０から１に変化するにつれて、形成膜の電
気的特性は酸化チタンから酸化シリコンへと変化してお
り、Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比、すなわち、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ
5)4 のキャリアガスとしてのＨｅガス流量を変化させる
ことにより所望の電気的特性を有する酸化チタンシリコ
ン薄膜を形成することができる。特に、これらの図より
分かるように、形成される酸化チタンシリコン薄膜の組
成が（数１）で示される範囲であれば、１０-8Ａ／ｃｍ
2 以下とリーク電流密度が小さく、８〜２５程度と従来
の容量絶縁膜であるＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4より比誘電率の
大きな特性を有する薄膜高誘電率体を得ることができ
る。
【００２２】上記実施例においては、減圧ＣＶＤ法によ
りＳｉ系およびＴｉ系の原料ガスとしてＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)
4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 などのアルコキシド材料
を用いて膜形成を行なう場合を示した。しかし、ＳｉＣ
ｌ4 、ＴｉＣｌ4 などのハロゲン化物を原料ガスとして
用いても、キャリアガスによるバブリングにより比較的
低温でガス化することができ、従って、ガス流量制御に
よる組成制御が同様に可能であるとともに、形成膜の組
成が（数１）で示される範囲であれば、アルコキシド材
料を用いた場合と同程度の特性を有する薄膜を形成でき
ることが確認できた。ただ、原料ガスとしてアルコキシ
ド材料を用いた場合は、膜形成用の基板に対する表面マ
イグレーションが良好であるため、ハロゲン化物を用い
る場合よりも段差被覆性に優れた膜形成を行なうことが
できる。また、Ｓｉ系ガスとしてＳｉＨ4 などのシリコ
ン水素化物を用いる場合も同様の結果が得られており、
特にＳｉＨ4 は常温で気体であるためバブリングシステ
ムを必要とせず、装置構成が簡略化される。
りＳｉ系およびＴｉ系の原料ガスとしてＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)
4 およびＴｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 などのアルコキシド材料
を用いて膜形成を行なう場合を示した。しかし、ＳｉＣ
ｌ4 、ＴｉＣｌ4 などのハロゲン化物を原料ガスとして
用いても、キャリアガスによるバブリングにより比較的
低温でガス化することができ、従って、ガス流量制御に
よる組成制御が同様に可能であるとともに、形成膜の組
成が（数１）で示される範囲であれば、アルコキシド材
料を用いた場合と同程度の特性を有する薄膜を形成でき
ることが確認できた。ただ、原料ガスとしてアルコキシ
ド材料を用いた場合は、膜形成用の基板に対する表面マ
イグレーションが良好であるため、ハロゲン化物を用い
る場合よりも段差被覆性に優れた膜形成を行なうことが
できる。また、Ｓｉ系ガスとしてＳｉＨ4 などのシリコ
ン水素化物を用いる場合も同様の結果が得られており、
特にＳｉＨ4 は常温で気体であるためバブリングシステ
ムを必要とせず、装置構成が簡略化される。
【００２３】これ以外に、酸素系ガスとしてＯ3（オゾ
ン）、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 を用いた場合は膜形成温度を５０
〜１００度程度低温化することができ、膜形成後の酸素
雰囲気での熱処理温度も４５０℃程度で行なうことがで
きる。Ｏ3 を用いる場合は、図１において、ボンベ７か
らＯ2 ガスを流量制御装置８を通じて、ガス混合部１６
に送給する際に、流量制御装置８とガス混合部１６との
間にオゾン発生装置を設ける必要がある。本実施例にお
いてはオゾン発生率５％のものを用いた。また、Ｎ
2Ｏ、ＮＯ2を酸素系ガスとして用いる場合は、膜形成方
法として、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法を用いる際に
特に有効で、２５０〜３００℃程度の比較的低温の基板
温度での膜形成が可能であるだけでなく、膜形成後の熱
処理を必要としないことが確認できている。これら活性
度の高い酸素系ガスを用いた場合でも、形成膜の組成が
（数１）で示される範囲であれば、Ｏ2 ガスを用いた場
合と同程度の特性を有する薄膜を形成できる。
ン）、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2 を用いた場合は膜形成温度を５０
〜１００度程度低温化することができ、膜形成後の酸素
雰囲気での熱処理温度も４５０℃程度で行なうことがで
きる。Ｏ3 を用いる場合は、図１において、ボンベ７か
らＯ2 ガスを流量制御装置８を通じて、ガス混合部１６
に送給する際に、流量制御装置８とガス混合部１６との
間にオゾン発生装置を設ける必要がある。本実施例にお
いてはオゾン発生率５％のものを用いた。また、Ｎ
2Ｏ、ＮＯ2を酸素系ガスとして用いる場合は、膜形成方
法として、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法を用いる際に
特に有効で、２５０〜３００℃程度の比較的低温の基板
温度での膜形成が可能であるだけでなく、膜形成後の熱
処理を必要としないことが確認できている。これら活性
度の高い酸素系ガスを用いた場合でも、形成膜の組成が
（数１）で示される範囲であれば、Ｏ2 ガスを用いた場
合と同程度の特性を有する薄膜を形成できる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による薄膜
高誘電率体は、従来ＤＲＡＭの容量絶縁膜として用いら
れてきたＳｉＯ2 膜やＯＮＯ膜よりも高い比誘電率を示
すとともに、リーク電流が小さく、絶縁耐圧性に優れた
特性を有しており、さらにＳｉを基本とする薄膜材料で
あるため現在のＳｉを中心とする半導体プロセスには導
入しやすく、これをＤＲＡＭに応用することにより、蓄
積容量部の面積の縮小化が可能となり、従って、ＬＳＩ
の集積度の向上が実現できる。
高誘電率体は、従来ＤＲＡＭの容量絶縁膜として用いら
れてきたＳｉＯ2 膜やＯＮＯ膜よりも高い比誘電率を示
すとともに、リーク電流が小さく、絶縁耐圧性に優れた
特性を有しており、さらにＳｉを基本とする薄膜材料で
あるため現在のＳｉを中心とする半導体プロセスには導
入しやすく、これをＤＲＡＭに応用することにより、蓄
積容量部の面積の縮小化が可能となり、従って、ＬＳＩ
の集積度の向上が実現できる。
【００２５】また、請求項２記載の本発明によれば、段
差被覆性の良好なＳｉベースの薄膜高誘電率体を得るこ
とができ、各原料ガスの流量を変化させることにより、
所望の電気的特性を容易に得ることができる。特に（数
１）の範囲の組成を有する薄膜高誘電率体を形成するこ
とにより、高誘電率、高耐圧、低リーク電流の特性をも
つ信頼性の高いものが得られ、これをＤＲＡＭに応用す
ることにより、ＬＳＩの集積度の向上が実現できる。
差被覆性の良好なＳｉベースの薄膜高誘電率体を得るこ
とができ、各原料ガスの流量を変化させることにより、
所望の電気的特性を容易に得ることができる。特に（数
１）の範囲の組成を有する薄膜高誘電率体を形成するこ
とにより、高誘電率、高耐圧、低リーク電流の特性をも
つ信頼性の高いものが得られ、これをＤＲＡＭに応用す
ることにより、ＬＳＩの集積度の向上が実現できる。
【００２６】また、請求項３記載の本発明によれば、Ｓ
ｉベースの薄膜高誘電率体を低温にて形成することがで
き、特に（数１）の範囲の組成であれば、高誘電率、高
耐圧、低リーク電流の特性をもつ信頼性の高いものが得
られ、これをＤＲＡＭに応用することにより、ＬＳＩの
集積度の向上が実現できる。
ｉベースの薄膜高誘電率体を低温にて形成することがで
き、特に（数１）の範囲の組成であれば、高誘電率、高
耐圧、低リーク電流の特性をもつ信頼性の高いものが得
られ、これをＤＲＡＭに応用することにより、ＬＳＩの
集積度の向上が実現できる。
【図１】本発明の薄膜高誘電率体の製造の一実施例にお
ける製造装置の概略図
ける製造装置の概略図
【図２】Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比と、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4
バブリング用Ｈｅガス流量との関係を示す図
バブリング用Ｈｅガス流量との関係を示す図
【図３】Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比を変化させた場合の形
成膜の赤外吸収特性の変化の様子を示した図
成膜の赤外吸収特性の変化の様子を示した図
【図４】Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比をパラメータとしたと
きの形成膜の電界強度とリーク電流密度の関係を示した
図
きの形成膜の電界強度とリーク電流密度の関係を示した
図
【図５】形成膜の１ＭＶ／ｃｍの電界強度におけるリー
ク電流密度とＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比の関係を示した図
ク電流密度とＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比の関係を示した図
【図６】Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）比と形成膜の比誘電率の
関係を示した図
関係を示した図
１ 真空槽 ２ 排気ポンプ ３ 基体 ４ 基体ホルダ− ５ ヒータ ６ ガス導入プレート ７ ボンベ ８、１１、１３ 流量制御装置 ９ バブラ容器 １０ ボンベ １２ バブラ容器 １４、１５ ガス導入管 １６ ガス混合部 １７、１８ ヒータ １９ 排気バルブ
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 (6)
- 【請求項１】シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、酸素
の３元素からなる薄膜高誘電率体において、元素のモル
比率が（数１）で示される範囲の組成を有する薄膜高誘
電率体。 【数１】 - 【請求項２】基体を設置した真空槽内に原料ガスを導入
し、外部よりエネルギーを印加して前記原料ガスを分解
することにより前記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長
させる方法において、前記原料ガスとして、Ｓｉ(ＯＣ2
Ｈ5)4 などのシリコンアルコキシドまたはＳｉＣｌ4 な
どのシリコンハロゲン化物と、Ｔｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4 な
どのチタンアルコキシドまたはＴｉＣｌ4 などのチタン
ハロゲン化物と、Ｏ2 などの酸素系ガスを用いることを
特徴とする薄膜高誘電率体の製造方法。 - 【請求項３】基体を設置した真空槽内にＳｉ系ガス、Ｔ
ｉ系ガスおよび酸素系ガスからなる原料ガスを導入し、
外部よりエネルギーを印加して前記原料ガスを分解する
ことにより前記基体上に薄膜高誘電率体を気相成長させ
る方法において、前記酸素系ガスとして、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、
ＮＯ2 の少なくとも一種を用いることを特徴とする薄膜
高誘電率体の製造方法。 - 【請求項４】元素のモル比率が（数１）で示される範囲
の組成を有するように形成することを特徴とする請求項
２または３記載の薄膜高誘電率体の製造方法。 - 【請求項５】Ｓｉ系ガスとして、ＳｉＨ4 などのシリコ
ン水素化物、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 などのシリコンアルコキ
シドまたはＳｉＣｌ4 などのシリコンハロゲン化物を用
いることを特徴とする請求項３記載の薄膜高誘電率体の
製造方法。 - 【請求項６】Ｔｉ系ガスとして、Ｔｉ(Ｏ-ｉ-Ｃ3Ｈ7)4
などのチタンアルコキシドまたはＴｉＣｌ4 などのチタ
ンハロゲン化物を用いることを特徴とする請求項３記載
の薄膜高誘電率体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023504A JPH05226608A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 薄膜高誘電率体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023504A JPH05226608A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 薄膜高誘電率体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226608A true JPH05226608A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12112306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4023504A Pending JPH05226608A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 薄膜高誘電率体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05226608A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6089109A (en) * | 1996-07-10 | 2000-07-18 | Denso Corporation | Angled holder for mounting part on internal combustion engine |
| US6844234B2 (en) | 2002-01-08 | 2005-01-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP4023504A patent/JPH05226608A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6089109A (en) * | 1996-07-10 | 2000-07-18 | Denso Corporation | Angled holder for mounting part on internal combustion engine |
| US6844234B2 (en) | 2002-01-08 | 2005-01-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
| US7101775B2 (en) | 2002-01-08 | 2006-09-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
| US7282774B2 (en) | 2002-01-08 | 2007-10-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
| US7858536B2 (en) | 2002-01-08 | 2010-12-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
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