JPH06163527A - 酸化タンタル薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化タンタル薄膜の製造方法

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JPH06163527A
JPH06163527A JP4306775A JP30677592A JPH06163527A JP H06163527 A JPH06163527 A JP H06163527A JP 4306775 A JP4306775 A JP 4306775A JP 30677592 A JP30677592 A JP 30677592A JP H06163527 A JPH06163527 A JP H06163527A
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JP
Japan
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thin film
gas
tantalum oxide
oxide thin
heat treatment
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JP4306775A
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English (en)
Inventor
Takeshi Kamata
健 鎌田
Masatoshi Kitagawa
雅俊 北川
Munehiro Shibuya
宗裕 澁谷
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】 Ta系原料ガスおよび酸素、オゾンの混合ガ
スを用いた気相成長による酸化タンタル薄膜の製造方法
において、膜形成後に酸化性雰囲気で熱処理することに
より、高耐圧、低リーク電流など絶縁性に優れた酸化タ
ンタル薄膜を形成する。 【構成】 酸化タンタル薄膜は、例えば減圧CVD法な
どにより、400℃に加熱されたSiなどの基体3上
に、Ta(OC2 5 5 などのTa系原料ガスを流量
制御された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、酸素、オゾン
の混合ガスと反応させて薄膜形成した後、酸素などの酸
化性ガス雰囲気にて450〜600℃の比較的低温で熱
処理することにより、絶縁性に優れた特性のものを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、特にダイナミック ラン
ダム アクセス メモリー(DRAM)等の容量絶縁膜
に応用される酸化タンタル薄膜の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】酸化タンタル(Ta2 5 )は20〜2
5程度の比誘電率を有し、高集積化の進むDRAMにお
いて、その蓄積電荷密度を向上させるために、従来の酸
化シリコン(SiO2 )や、SiO2 と窒化シリコン
(Si3 4 )の積層構成である、いわゆるONO膜に
代わる容量(キャパシタ)部の誘電率の高いキャパシタ
絶縁膜材料として期待されその適用が検討されている。
【0003】現在、Ta2 5 は、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。しかしながら、スパッタリング法による膜形成にお
いては段差被覆性が良好ではなく、微細化、3次元構造
化が進む超LSIの工程に導入することは適当でない。
そこで段差被覆性の良好な方法として、減圧CVD法
(化学的気相成長法)などの手段を用いることが検討さ
れている。ところが、減圧CVD法で形成したTa2
5 膜は通常リーク電流が大きく、絶縁性に欠ける。この
理由としては、形成膜の酸化不足、膜内に多くの空孔部
分が存在すること、あるいは、原料ガスが十分に熱分解
されずに、膜内に多量に未反応物等の不純物が残存して
いることが考えられる。
【0004】この問題を解決するために、現在のとこ
ろ、膜形成後に、紫外線照射下で体積率9%オゾン雰囲
気中における酸化処理(処理温度300℃)、それに引
続き800℃程度の高温条件下での乾燥酸素雰囲気中に
おける熱処理、というような2段階の熱処理工程をほど
こすような試みがなされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来技術の減圧CVD法による膜形成とその後の2段
階の酸化処理・熱処理工程を伴うTa2 5 膜の製造方
法では、電気的特性として、リーク電流が小さく、絶縁
耐圧性に優れた薄膜を製造することはできるものの、熱
処理を2工程も必要とし、処理装置の負担、試料の搬出
入等に時間を要するなど、歩留まりおよび製造コストの
面で問題がある。また、800℃というような高温条件
下にて行なう処理工程を含むため、Ta2 5 膜以外の
デバイスの他の構成部分において相互拡散が生じたり、
あるいはクラックが発生したりしてデバイスそのものの
性能の劣化をもたらすという課題もある。
【0006】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ため、膜特性としては絶縁性に優れ、プロセス面では歩
留まりが良好で、製造時間が短縮できて、しかもデバイ
ス性能に悪影響を及ぼさない程度のプロセス温度による
酸化タンタル薄膜の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、基体を設置した真空槽内に、Ta系原料
ガスおよび酸素、オゾンの混合ガスを導入し、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
り基体上に酸化タンタル薄膜を気相成長させ、その後、
酸化性雰囲気で熱処理をほどこす工程を含むことを特徴
とする。
【0008】前記構成においては、熱処理工程を膜形成
と同一真空槽内にて行なうことが好ましい。また前記構
成においては、450℃から600℃の温度範囲にて熱
処理を行なうことが好ましい。
【0009】さらに前記構成においては、Ta系原料ガ
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。
【0010】
【作用】前記した本発明の酸化タンタル薄膜の製造方法
によれば、成膜時に、オゾン(O3 )なる活性度の高い
酸化性ガスを用いており、基板表面での熱分解反応を促
進し、CやHなどの不純物の混入の抑制し、かつ膜の十
分な酸化が可能である。さらに引き続いて実施する熱処
理は、酸素などの酸化性ガス雰囲気中で450〜600
℃と比較的低温で行なうため、成膜時に取り込まれた酸
素の再蒸発を抑制するとともに、形成膜の緻密化が可能
である。また、本発明は工業的には、熱処理が1工程
で、特に同一真空槽内にて行なうことにより、工程数を
減少させ、製造時間を短縮し、しかも450〜600℃
というようなデバイス性能の劣化を抑えた膜製造が可能
である。従って、本発明により高耐圧、低リーク電流な
ど絶縁性に優れた酸化タンタル薄膜を、歩留まり良く、
短時間の低温プロセスで実現することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は本発明に用いた酸化タンタル薄膜形成装置の
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は基体ホルダー4
に固定され、基体ホルダー4内部に設定されたヒータ5
により250〜600℃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 とO3 の混合ガス、Ta系ガスとしてTa
(OC2 5 5 をそれぞれ用いた。O3 ガスの発生
は、O2 ガスをボンベ7より流量制御装置8を通じてオ
ゾン発生装置9に導入することにより得られ、その後ガ
ス混合部10に送給される。O3 の発生率は体積率にし
て最大約10%である。Ta(OC 2 5 5 はバブラ
容器11に充填されており、ヒータ16により125℃
に加熱保温される。キャリアガスとしてHeを用い、H
eガスはボンベ12より流量制御装置13を通じてバブ
ラ容器11に送給される。Heガスによりバブラ容器1
1内の気化されたTa(OC2 5 5 蒸気がガス導入
管14を通じてガス混合部10まで送給され、ここでO
2 /O3 ガスと混合される。混合部10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は、原料ガスの再凝固を防ぐためにヒータ15
によりバブラ容器11より少し高い温度130℃に加熱
保温される。また、引き続いて行なう熱処理は、基体3
を基体ホルダー4に固定したまま、450〜600℃の
所定の温度に加熱し、酸化性ガスとしてO2 ガスをボン
ベ7より流量制御装置17を通じてガス導入部18より
送給して行なわれる。
【0012】具体的な膜形成は、以下の手順で行なっ
た。基体として、低抵抗のn型多結晶シリコンが200
nm形成されたn型単結晶シリコン基板を用い、基体温
度を400℃とした。流量制御装置8により500sc
cmに流量制御されたO2 ガスをオゾン発生装置9に導
入し、5%体積率のO3 ガスを発生させた。また、バブ
ラ容器11に送給されるHeガスのガス流量は500s
ccmとした。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。膜は20
nm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。
【0013】図2にO3 ガスを用いて基板温度400℃
にて膜形成を行なった際に、引き続いてO2 ガス雰囲気
にて500℃で熱処理を施した場合と熱処理を行なわな
い場合の電界に対するリーク電流特性図を示す。膜形成
後に熱処理を施すことにより、一桁から二桁程度リーク
電流特性の低減がみられた。この理由としては、O2
ス雰囲気中での熱処理により、膜中の酸素不足が補われ
たか、もしくは膜構造が緻密になったためと考えられ
る。
【0014】図3に熱処理温度を変化させた場合の1M
V/cmの電界下におけるリーク電流密度の変化の様子
を示した図である。450℃から600℃の温度範囲に
おいては、10-8A/cm2 以下のリーク電流特性が得
られる。しかし、熱処理温度が600℃を越えると10
-8A/cm2 を越えてリーク電流が増加する。これは6
00℃を越える温度領域においては膜の結晶化が起こ
り、結晶粒界を介して電流のリークが起きると考えられ
る。従って、450〜600℃の温度範囲にて熱処理を
行なうことが有効であるとわかる。
【0015】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 5 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。その他の原料ガスとして、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℃、15
0℃と比較的低温でガス化することができ、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
することができることを確認した。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。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、リ
ーク電流が小さく、絶縁耐圧の大きい優れた特性をもつ
酸化タンタル薄膜が、歩留まり良く、性能劣化をもたら
さない比較的低温の製造工程で提供することができ、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に用いた酸化タンタル薄膜の
製造装置の概略図。
【図2】本発明の一実施例のO3 ガスを用いて膜形成を
行なった後、引き続きO2 ガス雰囲気にて熱処理を行な
う場合と行なわない場合の電界強度に対するリーク電流
密度の関係を示した図。
【図3】本発明の一実施例の熱処理温度を変化させた場
合の1MV/cmの電界下におけるリーク電流密度の変
化の様子を示した図。
【符号の説明】
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(O2 ) 8 流量制御装置 9 オゾン発生装置 10 ガス混合部 11 バブラ容器 12 ボンベ(He) 13 流量制御装置 14 ガス導入管 15 ヒータ 16 ヒータ 17 流量制御装置 18 ガス導入部 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 H01L 27/108 (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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空槽内に基体を設置し、前記真空槽内
    にTa系原料ガスおよび酸素、オゾンの混合ガスを導入
    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酸化タンタル薄膜を気相成
    長させる酸化タンタル薄膜の製造方法において、膜形成
    後に酸化性雰囲気で熱処理を施す工程を含むことを特徴
    とする酸化タンタル薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 熱処理を施す工程を、膜形成と同一真空
    槽内にて行なう請求項1に記載の酸化タンタル薄膜の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 熱処理温度が、450℃から600℃の
    範囲である請求項1または2記載の酸化タンタル薄膜の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 Ta系原料ガスが、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である請求項1、2または3記
    載の酸化タンタル薄膜の製造方法。
JP4306775A 1992-11-17 1992-11-17 酸化タンタル薄膜の製造方法 Pending JPH06163527A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162448A (ja) * 1994-12-06 1996-06-21 Handotai Process Kenkyusho:Kk 成膜方法
JPH08250665A (ja) * 1995-02-27 1996-09-27 Lg Semicon Co Ltd 凹凸の表面形状を有するタングステン膜の形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法
JPH08321585A (ja) * 1995-03-04 1996-12-03 Lg Semicon Co Ltd 半導体の誘電体薄膜と半導体キャパシタ、及びこれらの製造方法
US6352889B1 (en) 1998-01-08 2002-03-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating capacitor and method for fabricating semiconductor device
KR100380269B1 (ko) * 2000-07-11 2003-04-16 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 캐패시터 제조방법
JP2008266280A (ja) * 2006-08-28 2008-11-06 Tosoh Corp イミド錯体、その製造方法、金属含有薄膜及びその製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162448A (ja) * 1994-12-06 1996-06-21 Handotai Process Kenkyusho:Kk 成膜方法
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