JPH05275646A - 高誘電率体及びその製造方法 - Google Patents
高誘電率体及びその製造方法Info
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- JPH05275646A JPH05275646A JP4068789A JP6878992A JPH05275646A JP H05275646 A JPH05275646 A JP H05275646A JP 4068789 A JP4068789 A JP 4068789A JP 6878992 A JP6878992 A JP 6878992A JP H05275646 A JPH05275646 A JP H05275646A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴａおよびＨｆからなる酸化物であって、Ｈ
ｆ元素のモル比率を０．０１〜０．４の範囲の組成とす
ることにより、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れ
た高誘電率体とする。 【構成】 高誘電率体は、例えば減圧ＣＶＤ法などによ
り、４００℃に加熱されたＳｉなどの半導体基体３上
に、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ
7 ）4 などの液体もしくは固体原料ガスを流量制御させ
たＨｅなどの不活性ガスによりバブリングして真空槽１
内に導入し、気相中で分解させ、Ｏ2 ガスと反応させる
ことにより薄膜形成できる。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成膜温度を低温
化することができる。
ｆ元素のモル比率を０．０１〜０．４の範囲の組成とす
ることにより、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れ
た高誘電率体とする。 【構成】 高誘電率体は、例えば減圧ＣＶＤ法などによ
り、４００℃に加熱されたＳｉなどの半導体基体３上
に、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ
7 ）4 などの液体もしくは固体原料ガスを流量制御させ
たＨｅなどの不活性ガスによりバブリングして真空槽１
内に導入し、気相中で分解させ、Ｏ2 ガスと反応させる
ことにより薄膜形成できる。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成膜温度を低温
化することができる。
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
縁膜に応用される高誘電率体及びその製造方法に関する
ものである。さらに詳しくは、前記したデバイスの容量
絶縁膜等に有用な薄膜高誘電率体とその製造方法に関す
る。
どのエレクトロニクス用素子、特にＤＲＡＭ等の容量絶
縁膜に応用される高誘電率体及びその製造方法に関する
ものである。さらに詳しくは、前記したデバイスの容量
絶縁膜等に有用な薄膜高誘電率体とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超ＬＳＩは新材料、新プロセスの導入に
より高集積化、高性能化が進み、とりわけ集積度の高い
ＤＲＡＭにおいては、容量部（キャパシタ）の微細化が
重要課題となってきている。
より高集積化、高性能化が進み、とりわけ集積度の高い
ＤＲＡＭにおいては、容量部（キャパシタ）の微細化が
重要課題となってきている。
【０００３】ＤＲＡＭは、キャパシタに電荷を蓄積する
ことにより情報を記憶するものであるが、電荷を蓄積す
る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 ）またはその
ＳｉＯ2 と窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 、比誘電率約７）
の積層で構成されるいわゆるＯＮＯ膜が用いられてき
た。キャパシタでは、その上部電極として用いられるＡ
ｌ等の金属配線材料に含まれるＵ等の放射性不純物から
発生するα線により、記憶した情報が消失するというい
わゆるソフトエラーを防ぐために、一定以上の蓄積電荷
量が必要とされる。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、集
積度向上にともなうキャパシタ面積の低減化、即ち電荷
密度の増加を実現するのに、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。
ことにより情報を記憶するものであるが、電荷を蓄積す
る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 ）またはその
ＳｉＯ2 と窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 、比誘電率約７）
の積層で構成されるいわゆるＯＮＯ膜が用いられてき
た。キャパシタでは、その上部電極として用いられるＡ
ｌ等の金属配線材料に含まれるＵ等の放射性不純物から
発生するα線により、記憶した情報が消失するというい
わゆるソフトエラーを防ぐために、一定以上の蓄積電荷
量が必要とされる。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、集
積度向上にともなうキャパシタ面積の低減化、即ち電荷
密度の増加を実現するのに、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。
【０００４】したがって、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。しかも蓄積した電荷を長
時間保持するために、誘電体膜を通して漏れるリーク電
流の小さな、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（Ｔａ2 Ｏ5 ）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形成には段差
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。
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。しかも蓄積した電荷を長
時間保持するために、誘電体膜を通して漏れるリーク電
流の小さな、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（Ｔａ2 Ｏ5 ）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形成には段差
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。
【０００５】Ｔａ2 Ｏ5 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おり、液晶表示
素子等における駆動用の薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜として実用化されている。
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おり、液晶表示
素子等における駆動用の薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜として実用化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来技術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、微細化、３次元構造化が進む超ＬＳＩの製
造工程にはスパッタリング法を適用するのは困難であ
る。また、現在のところ段差被覆性の良好な方法とし
て、減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長法によるＴａ2
Ｏ5 膜の形成が試みられているが、減圧ＣＶＤ法で形成
した膜は酸化不足、緻密性に欠ける等の理由で、リーク
電流が大きく、絶縁性が悪くそのままでは使用に耐えな
い。そのため、膜形成後に膜の酸化と同時に膜の緻密性
の向上を目的とする８００℃程度の高温における熱処理
工程が必要であった。このような高温プロセスを用いる
と、キャパシタ絶縁膜以外のデバイス構成部に対し、相
互拡散、クラックの発生などによるデバイス性能の劣化
を引き起こすため、今のところＴａ2 Ｏ5 は実用化には
至っていない。
た従来技術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、微細化、３次元構造化が進む超ＬＳＩの製
造工程にはスパッタリング法を適用するのは困難であ
る。また、現在のところ段差被覆性の良好な方法とし
て、減圧ＣＶＤ法などの化学的気相成長法によるＴａ2
Ｏ5 膜の形成が試みられているが、減圧ＣＶＤ法で形成
した膜は酸化不足、緻密性に欠ける等の理由で、リーク
電流が大きく、絶縁性が悪くそのままでは使用に耐えな
い。そのため、膜形成後に膜の酸化と同時に膜の緻密性
の向上を目的とする８００℃程度の高温における熱処理
工程が必要であった。このような高温プロセスを用いる
と、キャパシタ絶縁膜以外のデバイス構成部に対し、相
互拡散、クラックの発生などによるデバイス性能の劣化
を引き起こすため、今のところＴａ2 Ｏ5 は実用化には
至っていない。
【０００７】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ため、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れた高誘電
率体及びその製造方法を提供することを目的とする。
ため、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れた高誘電
率体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の高誘電率体は、ＴａおよびＨｆからなる酸
化物であって、元素のモル比率が下記式で示される範囲
の組成を有することを特徴とする。
め、本発明の高誘電率体は、ＴａおよびＨｆからなる酸
化物であって、元素のモル比率が下記式で示される範囲
の組成を有することを特徴とする。
【０００９】０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４ 前記構成においては、高誘電率体が基体上に薄膜状に形
成されていることが好ましい。
成されていることが好ましい。
【００１０】また本発明の高誘電率体の製造方法は、真
空槽内に基体を設置し、前記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
させる方法であって、前記原料ガスとしてＴａ系ガス、
Ｈｆ系ガス、酸素系ガスを用いて、前記薄膜高誘電率体
の元素のモル比率が下記式で示される範囲の組成となる
ように制御することを特徴とする。
空槽内に基体を設置し、前記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
させる方法であって、前記原料ガスとしてＴａ系ガス、
Ｈｆ系ガス、酸素系ガスを用いて、前記薄膜高誘電率体
の元素のモル比率が下記式で示される範囲の組成となる
ように制御することを特徴とする。
【００１１】０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４ 前記構成においては、Ｔａ系ガスとして、Ｔａ（ＯＲ）
5 （ただしＲはアルキル基、好ましくはＣ1 〜Ｃ6 の低
級アルキル基）で示されるタンタルアルコキシド、また
はＴａＸ5 （ただしＸはハロゲン基）で示されるタンタ
ルハロゲン化物を用いることが好ましい。
5 （ただしＲはアルキル基、好ましくはＣ1 〜Ｃ6 の低
級アルキル基）で示されるタンタルアルコキシド、また
はＴａＸ5 （ただしＸはハロゲン基）で示されるタンタ
ルハロゲン化物を用いることが好ましい。
【００１２】また前記構成においては、Ｈｆ系ガスとし
て、Ｈｆ（ＯＲ）4 （ただしＲはアルキル基、好ましく
はＣ1 〜Ｃ6 の低級アルキル基）で示されるハフニウム
アルコキシドを用いることが好ましい。
て、Ｈｆ（ＯＲ）4 （ただしＲはアルキル基、好ましく
はＣ1 〜Ｃ6 の低級アルキル基）で示されるハフニウム
アルコキシドを用いることが好ましい。
【００１３】さらに前記構成においては、酸素系ガスと
して、Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ2 から選ばれる少なくとも一
種のガスを用いることが好ましい。
して、Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ2 から選ばれる少なくとも一
種のガスを用いることが好ましい。
【００１４】
【作用】前記した本発明の高誘電率体の構成によれば、
比誘電率の高い酸化タンタルを主成分とし、これにさら
に比誘電率の高い酸化ハフニウム（比誘電率３０〜４
０）を添加し組み合わせた材料であるため、母体となる
酸化タンタルよりも高い比誘電率を有し、とりわけ、Ｈ
ｆ酸化物の添加が前記式で示される範囲であれば、異種
物質添加効果により緻密な構造のものが得られるため、
絶縁耐圧が高く、リーク電流の少ないなど絶縁性に優れ
た材料となる。また、この添加効果は結晶化温度を向上
させ、粒成長を妨げるため、本発明においては耐熱性と
いう点でも優れた材料を提供できる。また、Ｈｆ酸化物
の添加量を変化させることにより、比誘電率や抵抗率な
どの電気的特性を制御することが可能である。従って、
本発明により、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れ
た高誘電率体が実現できる。
比誘電率の高い酸化タンタルを主成分とし、これにさら
に比誘電率の高い酸化ハフニウム（比誘電率３０〜４
０）を添加し組み合わせた材料であるため、母体となる
酸化タンタルよりも高い比誘電率を有し、とりわけ、Ｈ
ｆ酸化物の添加が前記式で示される範囲であれば、異種
物質添加効果により緻密な構造のものが得られるため、
絶縁耐圧が高く、リーク電流の少ないなど絶縁性に優れ
た材料となる。また、この添加効果は結晶化温度を向上
させ、粒成長を妨げるため、本発明においては耐熱性と
いう点でも優れた材料を提供できる。また、Ｈｆ酸化物
の添加量を変化させることにより、比誘電率や抵抗率な
どの電気的特性を制御することが可能である。従って、
本発明により、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に優れ
た高誘電率体が実現できる。
【００１５】次に本発明の好ましい構成である薄膜高誘
電率体は、上記高誘電率体を半導体基板などの基体上に
薄膜化したもので、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に
優れた高誘電率体を超ＬＳＩ、液晶表示素子などのエレ
クトロニクス素子の絶縁膜等に応用展開が可能となる。
電率体は、上記高誘電率体を半導体基板などの基体上に
薄膜化したもので、比誘電率が高く、絶縁性・耐熱性に
優れた高誘電率体を超ＬＳＩ、液晶表示素子などのエレ
クトロニクス素子の絶縁膜等に応用展開が可能となる。
【００１６】本発明における高誘電率体の製造方法は、
原料ガスとしてＴａ、Ｈｆのアルコキシドまたはハロゲ
ン化物を用いており、これらは常温で液体もしくは固体
であるが、加熱して気化し、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
温で熱分解が可能であるため、熱ＣＶＤ等の化学的気相
成長法により、段差被覆性が良好でしかもその組成が膜
中で均一であるＴａおよびＨｆからなる固溶複合酸化物
の薄膜高誘電率体を形成することが可能である。さら
に、酸素系ガスとしてＯ3 等の活性度の高い酸化性ガス
を用いることにより、膜形成温度の低温化が実現できる
とともに、膜形成中に混入するＣやＨ等の不純物の量を
抑制することができる。そして成膜後に行なう熱処理
は、デバイスの他の構成部に悪影響を与える程の高温を
必要としない。またこのような膜形成法においては、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。とくに前記式で示される
範囲の組成であれば、高誘電率、高耐圧、低リーク電流
なる特性をもち、かつ耐熱性に優れた信頼性の高い薄膜
高誘電率体の形成が本発明により実現可能となる。
原料ガスとしてＴａ、Ｈｆのアルコキシドまたはハロゲ
ン化物を用いており、これらは常温で液体もしくは固体
であるが、加熱して気化し、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
温で熱分解が可能であるため、熱ＣＶＤ等の化学的気相
成長法により、段差被覆性が良好でしかもその組成が膜
中で均一であるＴａおよびＨｆからなる固溶複合酸化物
の薄膜高誘電率体を形成することが可能である。さら
に、酸素系ガスとしてＯ3 等の活性度の高い酸化性ガス
を用いることにより、膜形成温度の低温化が実現できる
とともに、膜形成中に混入するＣやＨ等の不純物の量を
抑制することができる。そして成膜後に行なう熱処理
は、デバイスの他の構成部に悪影響を与える程の高温を
必要としない。またこのような膜形成法においては、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。とくに前記式で示される
範囲の組成であれば、高誘電率、高耐圧、低リーク電流
なる特性をもち、かつ耐熱性に優れた信頼性の高い薄膜
高誘電率体の形成が本発明により実現可能となる。
【００１７】
【実施例】以下実施例により、本発明をさらに具体的に
説明する。まず図面を用いて説明する。図１は本発明に
用いた薄膜高誘電率体形成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３００〜５００
℃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、Ｔａ
系ガスとしてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 、Ｈｆ系ガスとして
Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１
６に送給される。Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 、及びＨｆ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１２５℃、１３５℃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１１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Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）
5 蒸気およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 蒸気およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）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、加熱
された基体３表面付近で熱分解反応が起こり、基体３上
に膜形成される。ガス導入管１４、１５は原料ガスの再
凝固を防ぐためにそれぞれヒータ１７、１８により１４
０℃に加熱保温される。
説明する。まず図面を用いて説明する。図１は本発明に
用いた薄膜高誘電率体形成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３００〜５００
℃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、Ｔａ
系ガスとしてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 、Ｈｆ系ガスとして
Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１
６に送給される。Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 、及びＨｆ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１２５℃、１３５℃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１１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Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）
5 蒸気およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 蒸気およびＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）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、加熱
された基体３表面付近で熱分解反応が起こり、基体３上
に膜形成される。ガス導入管１４、１５は原料ガスの再
凝固を防ぐためにそれぞれヒータ１７、１８により１４
０℃に加熱保温される。
【００１８】具体的な膜形成は、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
シリコンが２００ｎｍ形成されたｎ型単結晶シリコン基
板、組成分析用にｐ型単結晶Ｓｉ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ガスのトータ
ルのガス流量を５００ｓｃｃｍとし、バブラ容器９、１
２への送給量を変化させて形成膜のＨｆ／Ｔａ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０．８Ｔｏｒｒとした。電気特性測定用
の形成膜は２０ｎｍ、組成分析用形成膜は１μｍ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（Ｅ
ＰＭＡ）法により行なった。組成分析により得られたＨ
ｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）比と、バブラ容器１２に送給される
Ｈｅガス［Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１３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。
た。基体として、電気特性測定用に低抵抗のｎ型多結晶
シリコンが２００ｎｍ形成されたｎ型単結晶シリコン基
板、組成分析用にｐ型単結晶Ｓｉ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ガスのトータ
ルのガス流量を５００ｓｃｃｍとし、バブラ容器９、１
２への送給量を変化させて形成膜のＨｆ／Ｔａ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０．８Ｔｏｒｒとした。電気特性測定用
の形成膜は２０ｎｍ、組成分析用形成膜は１μｍ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（Ｅ
ＰＭＡ）法により行なった。組成分析により得られたＨ
ｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）比と、バブラ容器１２に送給される
Ｈｅガス［Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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１３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。
【００１９】図３は、Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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につれ
て、リーク電流は一度は減少し、その後増加する。ま
た、絶縁耐圧も一度は大きくなるが、その後減少する。
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Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）依存性を図４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につれ
て、リーク電流は一度は減少し、その後増加する。ま
た、絶縁耐圧も一度は大きくなるが、その後減少する。
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Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）依存性を図４に示す。
【００２０】図５は、Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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、誘電率の値は増加する。図４、
図５の結果より、Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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タン
タルから酸化ハフニウムへと変化しており、Ｈｆ／（Ｔ
ａ＋Ｈｆ）比、すなわち、Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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タンタル系薄膜を
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、形成される酸化タンタル系薄膜の組成が、０．０
１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４で示される範囲であ
れば、４×１０-9Ａ／ｃｍ2 以下とリーク電流密度が小
さく、２１〜２７程度と従来の容量絶縁膜であるＳｉＯ
2 、Ｓｉ3 Ｎ4 と比べて３〜７倍程度の高い比誘電率を
有する薄膜高誘電率体を得ることができる。
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、誘電率の値は増加する。図４、
図５の結果より、Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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タン
タルから酸化ハフニウムへと変化しており、Ｈｆ／（Ｔ
ａ＋Ｈｆ）比、すなわち、Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）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タンタル系薄膜を
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、形成される酸化タンタル系薄膜の組成が、０．０
１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４で示される範囲であ
れば、４×１０-9Ａ／ｃｍ2 以下とリーク電流密度が小
さく、２１〜２７程度と従来の容量絶縁膜であるＳｉＯ
2 、Ｓｉ3 Ｎ4 と比べて３〜７倍程度の高い比誘電率を
有する薄膜高誘電率体を得ることができる。
【００２１】上記実施例においては、減圧ＣＶＤ法によ
り、Ｔａ系の原料ガスとしてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 のよ
うな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、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5 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
リングによりそれぞれ１２０℃、１５０℃と比較的低温
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
０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４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。
り、Ｔａ系の原料ガスとしてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 のよ
うな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、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5 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
リングによりそれぞれ１２０℃、１５０℃と比較的低温
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
０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４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。
【００２２】次に、酸素系ガスとしてＯ3 （オゾン）、
Ｎ2 Ｏ、ＮＯ2 を用いた場合は膜形成温度を５０〜１０
０度程度低温化することができ、膜形成後の酸素雰囲気
での熱処理も４５０℃程度と低い温度で行なうことがで
きる。また、これらの酸化ガスを用いることにより膜形
成中に混入するＣやＨ等の不純物の量を抑制することが
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１
６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。Ｎ2 Ｏ、Ｎ
Ｏ2 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。もちろん、Ｏ3 ガ
スをプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法で用いても同様であ
る。これら活性度の高い酸素系ガスを用いた場合でも、
形成膜の組成が前記式で示される範囲であれば、Ｏ 2 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。
Ｎ2 Ｏ、ＮＯ2 を用いた場合は膜形成温度を５０〜１０
０度程度低温化することができ、膜形成後の酸素雰囲気
での熱処理も４５０℃程度と低い温度で行なうことがで
きる。また、これらの酸化ガスを用いることにより膜形
成中に混入するＣやＨ等の不純物の量を抑制することが
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１
６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。Ｎ2 Ｏ、Ｎ
Ｏ2 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。もちろん、Ｏ3 ガ
スをプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法で用いても同様であ
る。これら活性度の高い酸素系ガスを用いた場合でも、
形成膜の組成が前記式で示される範囲であれば、Ｏ 2 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。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明による高誘電率体
は、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、耐熱性に優れた特性をもつ材料であ
り、コンデンサなどの電子部品への応用に役に立つもの
である。特に、この材料を薄膜化した本発明の薄膜高誘
電率体は、これを超ＬＳＩに応用した場合、蓄積容量部
の面積の縮小化が可能となり、これにより、ＬＳＩの集
積度の向上が実現できる。
は、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、耐熱性に優れた特性をもつ材料であ
り、コンデンサなどの電子部品への応用に役に立つもの
である。特に、この材料を薄膜化した本発明の薄膜高誘
電率体は、これを超ＬＳＩに応用した場合、蓄積容量部
の面積の縮小化が可能となり、これにより、ＬＳＩの集
積度の向上が実現できる。
【００２４】また、本発明の薄膜高誘電率体の製造方法
は、段差被覆性の良好な薄膜高誘電率体を得ることがで
き、各原料ガスの流量を制御することにより、所望の電
気的特性を容易に得ることができる。特に前記式の範囲
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、低リーク電流なる特性をもちかつ、
耐熱性が良好の信頼性の高いものが得られ、これをＤＲ
ＡＭ等の超ＬＳＩに応用することにより、ＬＳＩの集積
度の向上が実現できる。
は、段差被覆性の良好な薄膜高誘電率体を得ることがで
き、各原料ガスの流量を制御することにより、所望の電
気的特性を容易に得ることができる。特に前記式の範囲
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、低リーク電流なる特性をもちかつ、
耐熱性が良好の信頼性の高いものが得られ、これをＤＲ
ＡＭ等の超ＬＳＩ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】本発明の一実施例に用いた薄膜高誘電率体の製
造装置の概略図。
造装置の概略図。
【図２】Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）比と、Ｈｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 バブリング用Ｈｅガス流量との関係を示す
図。
3 Ｈ7 ）4 バブリング用Ｈｅガス流量との関係を示す
図。
【図３】Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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４】形成膜の１ＭＶ／ｃｍの電界強度におけるリー
ク電流密度とＨｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）比の関係を示した
図。
ク電流密度とＨｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）比の関係を示した
図。
【図５】Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）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 流量制御装置 ９ バブラ容器 １０ ボンベ １１ 流量制御装置 １２ バブラ容器 １３ 流量制御装置 １４ ガス導入管 １５ ガス導入管 １６ ガス混合部 １７ ヒータ １８ ヒータ １９ 排気バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 3/02 9059−5Ｇ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２ 7924−5Ｅ 4/10 7924−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｘ 8518−4Ｍ 25/07 25/18 (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】 ＴａおよびＨｆからなる酸化物であっ
て、元素のモル比率が下記式で示される範囲の組成を有
することを特徴とする高誘電率体。 ０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４ - 【請求項２】 高誘電率体が、基体上に薄膜状に形成さ
れてなる請求項１に記載の高誘電率体。 - 【請求項３】 真空槽内に基体を設置し、前記真空槽内
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であって、前記原料ガスと
してＴａ系ガス、Ｈｆ系ガス、酸素系ガスを用いて、前
記薄膜高誘電率体の元素のモル比率が下記式で示される
範囲の組成となるように制御することを特徴とする高誘
電率体の製造方法。 ０．０１≦Ｈｆ／（Ｔａ＋Ｈｆ）≦０．４ - 【請求項４】 Ｔａ系ガスとして、Ｔａ（ＯＲ）5 （た
だしＲはアルキル基）で示されるタンタルアルコキシ
ド、またはＴａＸ5 （ただしＸはハロゲン基）で示され
るタンタルハロゲン化物を用いる請求項３に記載の高誘
電率体の製造方法。 - 【請求項５】 Ｈｆ系ガスとして、Ｈｆ（ＯＲ）4 （た
だしＲはアルキル基）で示されるハフニウムアルコキシ
ドを用いる請求項３に記載の高誘電率体の製造方法。 - 【請求項６】 酸素系ガスとして、Ｏ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ
2 から選ばれる少なくとも一種のガスを用いる請求項３
に記載の高誘電率体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4068789A JPH05275646A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 高誘電率体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4068789A JPH05275646A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 高誘電率体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275646A true JPH05275646A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=13383846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4068789A Pending JPH05275646A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 高誘電率体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275646A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002519865A (ja) * | 1998-06-30 | 2002-07-02 | ラム リサーチ コーポレーション | 高誘電率ゲート絶縁体を有するｕｌｓｉｍｏｓ |
| US7164169B2 (en) | 2001-08-23 | 2007-01-16 | Nec Corporation | Semiconductor device having high-permittivity insulation film and production method therefor |
| JP2007134733A (ja) * | 2002-02-28 | 2007-05-31 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP4068789A patent/JPH05275646A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002519865A (ja) * | 1998-06-30 | 2002-07-02 | ラム リサーチ コーポレーション | 高誘電率ゲート絶縁体を有するｕｌｓｉｍｏｓ |
| US7164169B2 (en) | 2001-08-23 | 2007-01-16 | Nec Corporation | Semiconductor device having high-permittivity insulation film and production method therefor |
| JP2007134733A (ja) * | 2002-02-28 | 2007-05-31 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2008147636A (ja) * | 2002-02-28 | 2008-06-26 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP4505471B2 (ja) * | 2002-02-28 | 2010-07-21 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP4505494B2 (ja) * | 2002-02-28 | 2010-07-21 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
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