JPH0661448A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体記憶装置およびその製造方法Info
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- JPH0661448A JPH0661448A JP3006363A JP636391A JPH0661448A JP H0661448 A JPH0661448 A JP H0661448A JP 3006363 A JP3006363 A JP 3006363A JP 636391 A JP636391 A JP 636391A JP H0661448 A JPH0661448 A JP H0661448A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高誘電体膜中のリーク電流を阻止し、高誘電
体膜を薄膜化しても比誘電率が低下することのない半導
体記憶装置およびその製造方法を提供する。 【構成】 Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４に水素ラジカル１
５を反応させて、炭素原子，水素原子が脱離したＴａ層
１９を形成し、その後、酸素ラジカル２０により酸化反
応を行うという操作を数回繰り返して高誘電体膜となる
Ｔａ2 Ｏ5 膜１１を形成する。
体膜を薄膜化しても比誘電率が低下することのない半導
体記憶装置およびその製造方法を提供する。 【構成】 Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４に水素ラジカル１
５を反応させて、炭素原子，水素原子が脱離したＴａ層
１９を形成し、その後、酸素ラジカル２０により酸化反
応を行うという操作を数回繰り返して高誘電体膜となる
Ｔａ2 Ｏ5 膜１１を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体記憶装置およ
びその製造方法に関し、特にダイナミック・ランダム・
アクセス・メモリ（以下「ｄＲＡＭ」という）装置およ
びその製造方法に係るものである。
びその製造方法に関し、特にダイナミック・ランダム・
アクセス・メモリ（以下「ｄＲＡＭ」という）装置およ
びその製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のｄＲＡＭ装置としては、例えば特
開昭62-219659 号公報に示されている。図５は従来の半
導体記憶装置の構成を示す断面図である。図５におい
て、１０１はシリコン基板、１０２は素子分離膜、１０
３はゲート酸化膜、１０４はゲート電極、１０５はドレ
イン、１０６はソース、１０７は層間分離膜、１０８は
多結晶シリコン膜からなる蓄積電極、１０９はプレート
電極、１１０はＳｉ3 Ｎ4 膜、１１１はＴａ2 Ｏ5 膜、
１１２はＳｉＯ2 膜、１１３は層間分離膜である。
開昭62-219659 号公報に示されている。図５は従来の半
導体記憶装置の構成を示す断面図である。図５におい
て、１０１はシリコン基板、１０２は素子分離膜、１０
３はゲート酸化膜、１０４はゲート電極、１０５はドレ
イン、１０６はソース、１０７は層間分離膜、１０８は
多結晶シリコン膜からなる蓄積電極、１０９はプレート
電極、１１０はＳｉ3 Ｎ4 膜、１１１はＴａ2 Ｏ5 膜、
１１２はＳｉＯ2 膜、１１３は層間分離膜である。
【０００３】このように構成される従来の半導体記憶装
置の製造方法において、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜
１１１の形成は、減圧ＣＶＤ法によっていた。すなわ
ち、ＴａＣｌ5 またはＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 とＯ2 とを
反応炉に導入して、４００〜４５０〔℃〕に加熱するこ
とにより、ＴａＣｌ5 またはＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 を分
解，酸化してＴａ2 Ｏ5 膜１１１を形成する。なお、Ｔ
ａＣｌ5 を使用する場合は、加熱する代わりに低圧水銀
灯を照射して、分解を促進している例もある。
置の製造方法において、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜
１１１の形成は、減圧ＣＶＤ法によっていた。すなわ
ち、ＴａＣｌ5 またはＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 とＯ2 とを
反応炉に導入して、４００〜４５０〔℃〕に加熱するこ
とにより、ＴａＣｌ5 またはＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 を分
解，酸化してＴａ2 Ｏ5 膜１１１を形成する。なお、Ｔ
ａＣｌ5 を使用する場合は、加熱する代わりに低圧水銀
灯を照射して、分解を促進している例もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の製造方法では、第１にＴａ2 Ｏ5 膜１１１中に炭素原
子および水素原子が高濃度に残留し、リーク電流が増大
するという問題があった。第２にＴａ2 Ｏ5 膜１１１中
のＴａとＯが化学量論的組成からずれて比誘電率が小さ
くなり、半導体記憶装置のセル容量が低下するという問
題があった。
の製造方法では、第１にＴａ2 Ｏ5 膜１１１中に炭素原
子および水素原子が高濃度に残留し、リーク電流が増大
するという問題があった。第２にＴａ2 Ｏ5 膜１１１中
のＴａとＯが化学量論的組成からずれて比誘電率が小さ
くなり、半導体記憶装置のセル容量が低下するという問
題があった。
【０００５】この発明の目的は、高誘電体膜中のリーク
電流を阻止し、高誘電体膜を薄膜化しても比誘電率が低
下することのない半導体記憶装置およびその製造方法を
提供することである。
電流を阻止し、高誘電体膜を薄膜化しても比誘電率が低
下することのない半導体記憶装置およびその製造方法を
提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体記
憶装置は、半導体基板上に、トランジスタ領域と、この
トランジスタ領域に電気的に接続した蓄積電極と、この
蓄積電極上に形成した高誘電体膜と、この高誘電体膜上
に形成したプレート電極とを備えており、高誘電体膜中
の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の金属
原子の１／１００００００以下であり、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であることを特
徴とする。
憶装置は、半導体基板上に、トランジスタ領域と、この
トランジスタ領域に電気的に接続した蓄積電極と、この
蓄積電極上に形成した高誘電体膜と、この高誘電体膜上
に形成したプレート電極とを備えており、高誘電体膜中
の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の金属
原子の１／１００００００以下であり、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であることを特
徴とする。
【０００７】請求項２記載の半導体記憶装置の製造方法
は、半導体基板上にトランジスタ領域を形成する工程
と、このトランジスタ領域に電気的に接続した蓄積電極
を形成する工程と、この蓄積電極を覆うように高誘電体
膜を形成する工程と、この高誘電体膜上にプレート電極
を形成する工程とを含む。そして、高誘電体膜を形成す
る工程は、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物およ
び水素の混合物を蓄積電極全面に供給する第１小工程
と、酸素を蓄積電極全面に供給する第２小工程とを複数
回繰り返すことを特徴とする。
は、半導体基板上にトランジスタ領域を形成する工程
と、このトランジスタ領域に電気的に接続した蓄積電極
を形成する工程と、この蓄積電極を覆うように高誘電体
膜を形成する工程と、この高誘電体膜上にプレート電極
を形成する工程とを含む。そして、高誘電体膜を形成す
る工程は、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物およ
び水素の混合物を蓄積電極全面に供給する第１小工程
と、酸素を蓄積電極全面に供給する第２小工程とを複数
回繰り返すことを特徴とする。
【０００８】請求項３記載の半導体記憶装置の製造方法
は、請求項２記載の半導体記憶装置の製造方法におい
て、高誘電体膜を形成する工程中の複数回の第１小工程
のうち、水素の供給を停止する第１小工程を含むことを
特徴とする。請求項４記載の半導体記憶装置の製造方法
は、請求項２または請求項３記載の半導体記憶装置の製
造方法において、高誘電体膜を形成する工程で水素およ
び酸素を活性化した状態で供給することを特徴とする。
は、請求項２記載の半導体記憶装置の製造方法におい
て、高誘電体膜を形成する工程中の複数回の第１小工程
のうち、水素の供給を停止する第１小工程を含むことを
特徴とする。請求項４記載の半導体記憶装置の製造方法
は、請求項２または請求項３記載の半導体記憶装置の製
造方法において、高誘電体膜を形成する工程で水素およ
び酸素を活性化した状態で供給することを特徴とする。
【０００９】
【作用】この発明の半導体記憶装置によれば、高誘電体
膜中の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の
金属原子の１／１００００００以下であるため、リーク
電流を阻止することができる。さらに、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であるため、比
誘電率は低下しない。
膜中の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の
金属原子の１／１００００００以下であるため、リーク
電流を阻止することができる。さらに、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であるため、比
誘電率は低下しない。
【００１０】また、この発明の半導体記憶装置の製造方
法によれば、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物お
よび水素の混合物を蓄積電極全面に供給する（水素の供
給を停止する場合も含む）第１小工程と、酸素を蓄積電
極全面に供給する第２小工程とを複数回繰り返して高誘
電体膜を形成することにより、高誘電体膜中の炭素原子
および水素原子の濃度を低濃度に抑制でき、リーク電流
を阻止できる。さらに、高誘電体膜中の金属原子と酸素
原子とが化学量論的組成となり、比誘電率が低下しな
い。さらに、高誘電体膜を形成する金属原子の有機物と
水素の混合物を蓄積電極全面に供給するため、蓄積電極
と高誘電体膜との界面に自然酸化膜が形成されることは
なく、高誘電体膜を薄膜化しても比誘電率は低下しな
い。さらに、高誘電体膜の形成に高温処理を必要としな
いため、膜の結晶化を防ぐことができる。
法によれば、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物お
よび水素の混合物を蓄積電極全面に供給する（水素の供
給を停止する場合も含む）第１小工程と、酸素を蓄積電
極全面に供給する第２小工程とを複数回繰り返して高誘
電体膜を形成することにより、高誘電体膜中の炭素原子
および水素原子の濃度を低濃度に抑制でき、リーク電流
を阻止できる。さらに、高誘電体膜中の金属原子と酸素
原子とが化学量論的組成となり、比誘電率が低下しな
い。さらに、高誘電体膜を形成する金属原子の有機物と
水素の混合物を蓄積電極全面に供給するため、蓄積電極
と高誘電体膜との界面に自然酸化膜が形成されることは
なく、高誘電体膜を薄膜化しても比誘電率は低下しな
い。さらに、高誘電体膜の形成に高温処理を必要としな
いため、膜の結晶化を防ぐことができる。
【００１１】
【実施例】この発明の一実施例を図面を参照しながら説
明する。図１(a) 〜(d) はこの発明による半導体記憶装
置の製造方法を示す工程順断面図であり、６４ＭｄＲＡ
Ｍ装置の製造プロセスを示す。図１(a) に示すように、
半導体基板１上に素子分離膜２を形成し、ゲート酸化膜
３，ゲート電極（ワード線を兼ねる）４，ドレイン５お
よびソース６からなるトランジスタ領域，層間分離膜４
８，蓄積電極引き出し用多結晶シリコンパッド４９を形
成後、ＢＰＳＧ膜からなる全面に層間膜７を形成する。
その後、蓄積電極引き出し用コンタクト穴５０をリソグ
ラフィーおよびドライエッチングにより形成する。
明する。図１(a) 〜(d) はこの発明による半導体記憶装
置の製造方法を示す工程順断面図であり、６４ＭｄＲＡ
Ｍ装置の製造プロセスを示す。図１(a) に示すように、
半導体基板１上に素子分離膜２を形成し、ゲート酸化膜
３，ゲート電極（ワード線を兼ねる）４，ドレイン５お
よびソース６からなるトランジスタ領域，層間分離膜４
８，蓄積電極引き出し用多結晶シリコンパッド４９を形
成後、ＢＰＳＧ膜からなる全面に層間膜７を形成する。
その後、蓄積電極引き出し用コンタクト穴５０をリソグ
ラフィーおよびドライエッチングにより形成する。
【００１２】つぎに、図１(b) に示すように、膜厚２０
０ｎｍの多結晶シリコン膜からなる蓄積電極８を形成す
る。つぎに、図１(c) に示すように、膜厚１１ｎｍの高
誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5膜１１を形成する。つぎに、
図１(d) に示すように、プレート電極９を形成し、その
上に層間膜１３を形成する。その後、Ａｌ等により金属
配線を形成し、パッシベーション膜を形成する。なお、
金属配線，パッシベーション膜を形成する工程は図示し
ていない。
０ｎｍの多結晶シリコン膜からなる蓄積電極８を形成す
る。つぎに、図１(c) に示すように、膜厚１１ｎｍの高
誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5膜１１を形成する。つぎに、
図１(d) に示すように、プレート電極９を形成し、その
上に層間膜１３を形成する。その後、Ａｌ等により金属
配線を形成し、パッシベーション膜を形成する。なお、
金属配線，パッシベーション膜を形成する工程は図示し
ていない。
【００１３】ここで、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜１
１の形成方法について、図２ないし図４を参照しながら
詳しく説明する。図２(a) 〜(d) は高誘電体膜となるＴ
ａ2 Ｏ5 膜１１の形成方法を示す工程順断面図である。
蓄積電極８の形成（図１(b) ）後、洗浄し、装置内に導
入し、減圧状態（１〜１０〔Ｔｏｒｒ〕）において、図
２(a) に示すように、高誘電体膜を形成する金属原子の
有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４とマイクロ波
（2.45〔ＧＨｚ〕）により活性化された水素（以下「水
素ラジカル」という）１５を蓄積電極８全面に照射する
と、蓄積電極８上にＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 の吸着層１６
が形成されると同時に、水素ラジカル１５によりＴａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 の吸着層１６中の炭素原子の一部，水
素原子がＣＯ2 １７，Ｈ2 Ｏ１８として蓄積電極８より
脱離する。
１の形成方法について、図２ないし図４を参照しながら
詳しく説明する。図２(a) 〜(d) は高誘電体膜となるＴ
ａ2 Ｏ5 膜１１の形成方法を示す工程順断面図である。
蓄積電極８の形成（図１(b) ）後、洗浄し、装置内に導
入し、減圧状態（１〜１０〔Ｔｏｒｒ〕）において、図
２(a) に示すように、高誘電体膜を形成する金属原子の
有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４とマイクロ波
（2.45〔ＧＨｚ〕）により活性化された水素（以下「水
素ラジカル」という）１５を蓄積電極８全面に照射する
と、蓄積電極８上にＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 の吸着層１６
が形成されると同時に、水素ラジカル１５によりＴａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 の吸着層１６中の炭素原子の一部，水
素原子がＣＯ2 １７，Ｈ2 Ｏ１８として蓄積電極８より
脱離する。
【００１４】炭素原子の一部，水素原子の脱離後は、図
２(b) に示すように、蓄積電極８上に１〜３層の炭素原
子を含むＴａ層１９が吸着された状態となる。なお、Ｔ
ａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射時間
は、Ｔａ層１９が１〜３層形成される程度であり、この
実施例による真空度では５〜１０秒でよい。Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射終了後、吸着
層１６中の炭素原子，水素原子が反応してＣＯ2 １７，
Ｈ2 Ｏ１８となるのに要する反応時間ｔ1 （図３参照）
を５〜１０秒に設定し、この反応時間ｔ1 の経過後に、
図２(c) に示すように、Ｔａ層１９全面に、マイクロ波
により活性化された酸素（以下「酸素ラジカル」とい
う）２０を照射して、残留する炭素原子をＣＯ2 １７の
形で放出して、膜厚２０〜３０〔Å〕の第１のＴａ2 Ｏ
5 層２１を形成する。
２(b) に示すように、蓄積電極８上に１〜３層の炭素原
子を含むＴａ層１９が吸着された状態となる。なお、Ｔ
ａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射時間
は、Ｔａ層１９が１〜３層形成される程度であり、この
実施例による真空度では５〜１０秒でよい。Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射終了後、吸着
層１６中の炭素原子，水素原子が反応してＣＯ2 １７，
Ｈ2 Ｏ１８となるのに要する反応時間ｔ1 （図３参照）
を５〜１０秒に設定し、この反応時間ｔ1 の経過後に、
図２(c) に示すように、Ｔａ層１９全面に、マイクロ波
により活性化された酸素（以下「酸素ラジカル」とい
う）２０を照射して、残留する炭素原子をＣＯ2 １７の
形で放出して、膜厚２０〜３０〔Å〕の第１のＴａ2 Ｏ
5 層２１を形成する。
【００１５】酸素ラジカル２０を照射終了後、酸化反応
を十分行わせるために、反応時間ｔ 2 （図３参照）を５
〜１０秒に設定し、この反応時間ｔ2 の経過後に、第２
のＴａ2 Ｏ5 層２２を形成するために、２回目のＴａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射を行
う。以下、同様にして第２のＴａ2 Ｏ5 層２２〜第５の
Ｔａ2 Ｏ5 層２５の形成を行うことにより、図２(d) に
示すように、膜厚１１〔ｎｍ〕のＴａ2 Ｏ5 膜１１を形
成する。
を十分行わせるために、反応時間ｔ 2 （図３参照）を５
〜１０秒に設定し、この反応時間ｔ2 の経過後に、第２
のＴａ2 Ｏ5 層２２を形成するために、２回目のＴａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射を行
う。以下、同様にして第２のＴａ2 Ｏ5 層２２〜第５の
Ｔａ2 Ｏ5 層２５の形成を行うことにより、図２(d) に
示すように、膜厚１１〔ｎｍ〕のＴａ2 Ｏ5 膜１１を形
成する。
【００１６】なお、図３において、ＡはＴａ（ＯＣ2 Ｈ
5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射時間の時間シーケ
ンス，Ｂは酸素ラジカル２０の照射時間の時間シーケン
スを示す。この実施例では、５層のＴａ2 Ｏ5 層２１〜
２５からなる膜厚１１〔ｎｍ〕のＴａ2 Ｏ5 膜１１を形
成するのに２００秒（４０〔秒／サイクル〕×５〔サイ
クル〕）必要であった。
5 ）5 １４，水素ラジカル１５の照射時間の時間シーケ
ンス，Ｂは酸素ラジカル２０の照射時間の時間シーケン
スを示す。この実施例では、５層のＴａ2 Ｏ5 層２１〜
２５からなる膜厚１１〔ｎｍ〕のＴａ2 Ｏ5 膜１１を形
成するのに２００秒（４０〔秒／サイクル〕×５〔サイ
クル〕）必要であった。
【００１７】つぎに、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１を形成するため
の装置について、図４を参照しながら説明する。図４
(a) は枚葉式装置の概略構造の断面図を示す。図４(a)
において、２９はステンレススチール製のチャンバー、
３０はカーボンヒータ、３１はＴａ（ＯＣ 2 Ｈ5 ）5 １
４の噴き出し口、３２は水素ラジカル１５または酸素ラ
ジカル２０の噴き出し口、３３はマイクロ波（2.45〔Ｇ
Ｈｚ〕）印加部、３４，３５はシャッター、３６はチャ
ンバー２９のポンピング口（メカニカルブースタポンプ
使用）、３７はシャッター３４，３５に図３のシーケン
ス動作を行わせるコントローラ、３８は製造過程の半導
体記憶装置である。なお、図には示していないが、Ｔａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の噴き出し口は、チャンバー２９
の導入直前までテープヒータまたはコイルにより約１５
０℃に加熱してＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の液化を防い
でいる。
の装置について、図４を参照しながら説明する。図４
(a) は枚葉式装置の概略構造の断面図を示す。図４(a)
において、２９はステンレススチール製のチャンバー、
３０はカーボンヒータ、３１はＴａ（ＯＣ 2 Ｈ5 ）5 １
４の噴き出し口、３２は水素ラジカル１５または酸素ラ
ジカル２０の噴き出し口、３３はマイクロ波（2.45〔Ｇ
Ｈｚ〕）印加部、３４，３５はシャッター、３６はチャ
ンバー２９のポンピング口（メカニカルブースタポンプ
使用）、３７はシャッター３４，３５に図３のシーケン
ス動作を行わせるコントローラ、３８は製造過程の半導
体記憶装置である。なお、図には示していないが、Ｔａ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の噴き出し口は、チャンバー２９
の導入直前までテープヒータまたはコイルにより約１５
０℃に加熱してＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の液化を防い
でいる。
【００１８】また、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の流量を
制御する方法としては、図４(d) に示すように、キャリ
アガスであるＮ2 （窒素）の導入量をマスフローコント
ローラ３９により制御するようにしてもよい。この場
合、マスフローコントローラ３９を、シャッター３４，
３５にシーケンス動作を行わせるコントローラ３７の端
子４０に接続してシャッター３４，３５と同じシーケン
ス動作を行わせる。なお、図４(d) はバブラーの概略図
であり、４１はＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４が入った液層
である。バブラーは約１５０℃に加熱されている。
制御する方法としては、図４(d) に示すように、キャリ
アガスであるＮ2 （窒素）の導入量をマスフローコント
ローラ３９により制御するようにしてもよい。この場
合、マスフローコントローラ３９を、シャッター３４，
３５にシーケンス動作を行わせるコントローラ３７の端
子４０に接続してシャッター３４，３５と同じシーケン
ス動作を行わせる。なお、図４(d) はバブラーの概略図
であり、４１はＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４が入った液層
である。バブラーは約１５０℃に加熱されている。
【００１９】図４(b) は他の枚葉式装置の概略構造の断
面図である。なお、図４(a) と対応する部分には同一の
符号を付してある。この枚葉式装置は、マイクロ波印加
と同時に、低圧水銀ランプ４２（波長：２５４〔ｎ
ｍ〕，１８２〔ｎｍ〕）を照射して、酸素ラジカル２０
によるＴａ層１９の酸化反応を促進させるようになって
いる。なお、４３は光の吸収を防ぐためのサファイアガ
ラスである。
面図である。なお、図４(a) と対応する部分には同一の
符号を付してある。この枚葉式装置は、マイクロ波印加
と同時に、低圧水銀ランプ４２（波長：２５４〔ｎ
ｍ〕，１８２〔ｎｍ〕）を照射して、酸素ラジカル２０
によるＴａ層１９の酸化反応を促進させるようになって
いる。なお、４３は光の吸収を防ぐためのサファイアガ
ラスである。
【００２０】図４(c) はバッチ式装置の概略構造の断面
図である。なお、図４(b) と対応する部分には同一の符
号を付してある。図４(c) において、４４はウェハカセ
ット、４５はＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の噴き出し口、
４６は水素ラジカル１５または酸素ラジカル２０の噴き
出し口、４７はウェハカセットの回転機構である。以上
に示した３種類の装置の何れかを使用して、図２および
図３に示す方法により、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜
１１を形成する。
図である。なお、図４(b) と対応する部分には同一の符
号を付してある。図４(c) において、４４はウェハカセ
ット、４５はＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の噴き出し口、
４６は水素ラジカル１５または酸素ラジカル２０の噴き
出し口、４７はウェハカセットの回転機構である。以上
に示した３種類の装置の何れかを使用して、図２および
図３に示す方法により、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜
１１を形成する。
【００２１】この実施例のように、蓄積電極８，Ｔａ2
Ｏ5 膜１１の膜厚を、それぞれ２００〔ｎｍ〕，１１
〔ｎｍ〕とし、６４ＭｄＤＲＡＭ対応のセル（1.８〔μ
ｍ2 〕）に適用したところ、そのセル容量Ｃｓは６４
〔ｆＦ〕が得られた。以上のようにこの実施例によれ
ば、図２に示すように、一旦、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ 5 ）5 １
４に水素ラジカル１５を反応させて、炭素原子，水素原
子が脱離したＴａ層１９を形成し、その後、酸素ラジカ
ル２０により酸化反応を行うという操作を数回繰り返し
て高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜１１を形成するように
したことにより、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１中の炭素原子，水素
原子を低濃度（Ｔａ原子の１／１００００００以下）に
抑制でき、リーク電流を阻止することができる。
Ｏ5 膜１１の膜厚を、それぞれ２００〔ｎｍ〕，１１
〔ｎｍ〕とし、６４ＭｄＤＲＡＭ対応のセル（1.８〔μ
ｍ2 〕）に適用したところ、そのセル容量Ｃｓは６４
〔ｆＦ〕が得られた。以上のようにこの実施例によれ
ば、図２に示すように、一旦、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ 5 ）5 １
４に水素ラジカル１５を反応させて、炭素原子，水素原
子が脱離したＴａ層１９を形成し、その後、酸素ラジカ
ル２０により酸化反応を行うという操作を数回繰り返し
て高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜１１を形成するように
したことにより、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１中の炭素原子，水素
原子を低濃度（Ｔａ原子の１／１００００００以下）に
抑制でき、リーク電流を阻止することができる。
【００２２】また、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5 膜１１
中のＴａとＯとが化学量論的組成になっており、比誘電
率が低下しない。さらに、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5
膜１１を形成する初期において、高誘電体膜を形成する
金属原子の有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４と水
素ラジカル１５を蓄積電極８の全面に照射するため、多
結晶シリコン膜からなる蓄積電極８とＴａ2 Ｏ5 膜１１
との界面に自然酸化膜が形成されることはなく、Ｔａ2
Ｏ 5 膜１１を薄膜化しても比誘電率は低下しない。
中のＴａとＯとが化学量論的組成になっており、比誘電
率が低下しない。さらに、高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5
膜１１を形成する初期において、高誘電体膜を形成する
金属原子の有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４と水
素ラジカル１５を蓄積電極８の全面に照射するため、多
結晶シリコン膜からなる蓄積電極８とＴａ2 Ｏ5 膜１１
との界面に自然酸化膜が形成されることはなく、Ｔａ2
Ｏ 5 膜１１を薄膜化しても比誘電率は低下しない。
【００２３】さらに、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１の形成に高温ア
ニール（８００〜９００℃）を必要としないため、結晶
化による耐圧劣化を防止できる。なお、この実施例で
は、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１の形成において、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ
5）5 １４の照射と同時に水素ラジカル１５を照射し、
その後、酸素ラジカル２０により酸化反応を行うという
操作を５サイクル繰り返すようにしている。しかし、水
素ラジカル１５の照射は、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の
照射毎に必ずしも行う必要はなく、中途または最終サイ
クルのＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の照射時に複数回、例
えば、３サイクル目と５サイクル目にのみ、Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 １４の照射と同時に水素ラジカル１５を照射
するようにしても同様の効果が得られる。
ニール（８００〜９００℃）を必要としないため、結晶
化による耐圧劣化を防止できる。なお、この実施例で
は、Ｔａ2 Ｏ5 膜１１の形成において、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ
5）5 １４の照射と同時に水素ラジカル１５を照射し、
その後、酸素ラジカル２０により酸化反応を行うという
操作を５サイクル繰り返すようにしている。しかし、水
素ラジカル１５の照射は、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の
照射毎に必ずしも行う必要はなく、中途または最終サイ
クルのＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １４の照射時に複数回、例
えば、３サイクル目と５サイクル目にのみ、Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 １４の照射と同時に水素ラジカル１５を照射
するようにしても同様の効果が得られる。
【００２４】また、この実施例では、蓄積電極８として
多結晶シリコン膜を用いたが、タングステン（Ｗ），タ
ングステンシリサイド（ＷＳｉ2 ），モリブデン（Ｍ
ｏ）またはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）の膜を
用いてもよい。また、プレート電極９としても、多結晶
シリコン，タングステン（Ｗ），タングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ2 ），モリブデン（Ｍｏ）またはモリブデン
シリサイド（ＭｏＳｉ2）の膜を用いてよい。
多結晶シリコン膜を用いたが、タングステン（Ｗ），タ
ングステンシリサイド（ＷＳｉ2 ），モリブデン（Ｍ
ｏ）またはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）の膜を
用いてもよい。また、プレート電極９としても、多結晶
シリコン，タングステン（Ｗ），タングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ2 ），モリブデン（Ｍｏ）またはモリブデン
シリサイド（ＭｏＳｉ2）の膜を用いてよい。
【００２５】さらに、高誘電体膜を形成する金属原子の
有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5１４を用いたが、Ｔ
ａ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｔａ（ＯＣ3 Ｈ7 ）5 ，Ｔｉ（ＯＣ
Ｈ3）4 ，Ｔｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ，Ｔｉ（ＯＣ3 Ｈ7 ）
4 またはＴｉ（ＯＣ4 Ｈ9 ） 4 を用いてもよい。
有機物としてＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5１４を用いたが、Ｔ
ａ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｔａ（ＯＣ3 Ｈ7 ）5 ，Ｔｉ（ＯＣ
Ｈ3）4 ，Ｔｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ，Ｔｉ（ＯＣ3 Ｈ7 ）
4 またはＴｉ（ＯＣ4 Ｈ9 ） 4 を用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】この発明の半導体記憶装置は、高誘電体
膜中の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の
金属原子の１／１００００００以下であるため、リーク
電流を阻止することができる。さらに、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であるため、比
誘電率は低下しない。
膜中の炭素原子および水素原子の濃度が高誘電体膜中の
金属原子の１／１００００００以下であるため、リーク
電流を阻止することができる。さらに、高誘電体膜中の
金属原子と酸素原子とが化学量論的組成であるため、比
誘電率は低下しない。
【００２７】また、この発明の半導体記憶装置の製造方
法は、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物および水
素の混合物を蓄積電極全面に供給する（水素の供給を停
止する場合も含む）第１小工程と、酸素を蓄積電極全面
に供給する第２小工程とを複数回繰り返して高誘電体膜
を形成することにより、高誘電体膜中の炭素原子および
水素原子の濃度を低濃度に抑制でき、リーク電流を阻止
できる。さらに、高誘電体膜中の金属原子と酸素原子と
が化学量論的組成となり、比誘電率が低下しない。さら
に、高誘電体膜を形成する金属原子の有機物と水素の混
合物を蓄積電極全面に供給するため、蓄積電極と高誘電
体膜との界面における自然酸化膜の形成が防止でき、誘
電体膜を薄膜化しても、比誘電率が低下することがな
い。これにより６４ＭバイトｄＲＡＭ以降においても、
キャパシタをプレーナ型にすることが可能になり、その
実用的効果は大きい。さらに、高誘電体膜の形成に高温
処理を必要としないため、膜の結晶化による耐圧劣化を
防止できる。
法は、高誘電体膜を構成する金属原子の有機物および水
素の混合物を蓄積電極全面に供給する（水素の供給を停
止する場合も含む）第１小工程と、酸素を蓄積電極全面
に供給する第２小工程とを複数回繰り返して高誘電体膜
を形成することにより、高誘電体膜中の炭素原子および
水素原子の濃度を低濃度に抑制でき、リーク電流を阻止
できる。さらに、高誘電体膜中の金属原子と酸素原子と
が化学量論的組成となり、比誘電率が低下しない。さら
に、高誘電体膜を形成する金属原子の有機物と水素の混
合物を蓄積電極全面に供給するため、蓄積電極と高誘電
体膜との界面における自然酸化膜の形成が防止でき、誘
電体膜を薄膜化しても、比誘電率が低下することがな
い。これにより６４ＭバイトｄＲＡＭ以降においても、
キャパシタをプレーナ型にすることが可能になり、その
実用的効果は大きい。さらに、高誘電体膜の形成に高温
処理を必要としないため、膜の結晶化による耐圧劣化を
防止できる。
【図１】この発明の一実施例の半導体記憶装置の製造方
法を示す工程順断面図である。
法を示す工程順断面図である。
【図２】同実施例において高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5
膜の形成方法を示す工程順断面図である。
膜の形成方法を示す工程順断面図である。
【図３】同実施例において高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5
膜形成工程におけるＴａ（ＯＣ 2 Ｈ5 ）5 ，水素ラジカ
ルの照射時間の時間シーケンスおよび酸素ラジカルの照
射時間の時間シーケンスを示す図である。
膜形成工程におけるＴａ（ＯＣ 2 Ｈ5 ）5 ，水素ラジカ
ルの照射時間の時間シーケンスおよび酸素ラジカルの照
射時間の時間シーケンスを示す図である。
【図４】同実施例において高誘電体膜となるＴａ2 Ｏ5
膜を形成するための装置の概略構造を示す図である。
膜を形成するための装置の概略構造を示す図である。
【図５】従来の半導体記憶装置の断面図である。
【符号の説明】 １ 半導体基板 ４ ゲート電極 ５ ドレイン ６ ソース ８ 蓄積電極 ９ プレート電極 １１ Ｔａ2 Ｏ5 膜（高誘電体膜） １４ Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 １５ 水素ラジカル ２０ 酸素ラジカル
【手続補正書】
【提出日】平成４年４月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に、トランジスタ領域と、
このトランジスタ領域に電気的に接続した蓄積電極と、
この蓄積電極上に形成した高誘電体膜と、この高誘電体
膜上に形成したプレート電極とを備え、 前記高誘電体膜中の炭素原子および水素原子の濃度が前
記高誘電体膜中の金属原子の１／１００００００以下で
あり、前記高誘電体膜中の金属原子と酸素原子とが化学
量論的組成であることを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項２】 半導体基板上にトランジスタ領域を形成
する工程と、このトランジスタ領域に電気的に接続した
蓄積電極を形成する工程と、この蓄積電極を覆うように
高誘電体膜を形成する工程と、この高誘電体膜上にプレ
ート電極を形成する工程とを含み、 前記高誘電体膜を形成する工程は、前記高誘電体膜を構
成する金属原子の有機物および水素の混合物を蓄積電極
全面に供給する第１小工程と、酸素を前記蓄積電極全面
に供給する第２小工程とを複数回繰り返すことを特徴と
する半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項３】 高誘電体膜を形成する工程において、複
数回の第１小工程のうち、水素の供給を停止する第１小
工程を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体記憶
装置の製造方法。 - 【請求項４】 高誘電体膜を形成する工程において、水
素および酸素を活性化した状態で供給することを特徴と
する請求項２または請求項３記載の半導体記憶装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3006363A JPH0661448A (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3006363A JPH0661448A (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661448A true JPH0661448A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=11636279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3006363A Pending JPH0661448A (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661448A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002023614A1 (fr) * | 2000-09-18 | 2002-03-21 | Tokyo Electron Limited | Procede de formation d'un film d'isolant de grille, appareil pour la formation d'un film d'isolant de grille et outil combine |
-
1991
- 1991-01-23 JP JP3006363A patent/JPH0661448A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002023614A1 (fr) * | 2000-09-18 | 2002-03-21 | Tokyo Electron Limited | Procede de formation d'un film d'isolant de grille, appareil pour la formation d'un film d'isolant de grille et outil combine |
| EP1326271A1 (en) * | 2000-09-18 | 2003-07-09 | Tokyo Electron Limited | Method for film formation of gate insulator, apparatus for film formation of gate insulator, and cluster tool |
| EP1326271A4 (en) * | 2000-09-18 | 2005-08-24 | Tokyo Electron Ltd | METHOD FOR FILMING A GATE INSULATOR, DEVICE FOR FILMING A GATE INSULATOR AND A CLUSTER TOOL |
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