JPH07263431A - タンタルを含む高誘電体膜の形成方法 - Google Patents
タンタルを含む高誘電体膜の形成方法Info
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- JPH07263431A JPH07263431A JP6072505A JP7250594A JPH07263431A JP H07263431 A JPH07263431 A JP H07263431A JP 6072505 A JP6072505 A JP 6072505A JP 7250594 A JP7250594 A JP 7250594A JP H07263431 A JPH07263431 A JP H07263431A
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Landscapes
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】リーク特性や耐圧を一層改善することができる
Ｔａを含む高誘電体膜の形成方法を提供する。 【構成】高誘電体膜の形成方法は、タンタル（Ｔａ）を
含む高誘電体膜を基体上に形成した後、少なくとも窒素
（Ｎ）を含むガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を
行う。あるいは又、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガス、
並びにタンタル（Ｔａ）を含むガスを原料ガスとして用
い、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基体上にＣＶ
Ｄ法にて形成する。
Ｔａを含む高誘電体膜の形成方法を提供する。 【構成】高誘電体膜の形成方法は、タンタル（Ｔａ）を
含む高誘電体膜を基体上に形成した後、少なくとも窒素
（Ｎ）を含むガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を
行う。あるいは又、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガス、
並びにタンタル（Ｔａ）を含むガスを原料ガスとして用
い、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基体上にＣＶ
Ｄ法にて形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タンタルを含む高誘電
体膜の形成方法に関し、本発明は、例えば半導体装置に
用いられる容量絶縁膜等の形成に適用することができ
る。
体膜の形成方法に関し、本発明は、例えば半導体装置に
用いられる容量絶縁膜等の形成に適用することができ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体装置においては、絶縁膜や
容量絶縁膜として窒化シリコン膜（Ｓｉ3Ｎ4）が用いら
れている。容量絶縁膜は、例えば、ＤＲＡＭにおいて電
荷を蓄積するためのキャパシタンスとして用いられる。
そして、例えば次世代以降のＵＬＳＩ（特にＤＲＡＭ）
用の容量絶縁膜の材料として、シリコン窒化膜に代わ
り、一層大きな比誘電率を有するタンタル（Ｔａ）を含
む材料、例えばＴａ2Ｏ5から成る高誘電体膜の検討が進
められている。容量絶縁膜の容量をＣ、比誘電率をε、
面積をＳ、厚さをｄとした場合、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係が成立する。半導体装置が高密度になるに従い、
容量絶縁膜の面積Ｓを小さくする必要がある。従って、
容量絶縁膜の容量Ｃを同じに保持するためには、容量絶
縁膜を構成する材料の比誘電率εを大きくしなければな
らない。例えば、バイポーラトランジスタにおいて、ト
ランジスタ素子の面積が１／５になると、容量絶縁膜の
面積はトランジスタ素子全体の１／２をも占めるように
なる。
容量絶縁膜として窒化シリコン膜（Ｓｉ3Ｎ4）が用いら
れている。容量絶縁膜は、例えば、ＤＲＡＭにおいて電
荷を蓄積するためのキャパシタンスとして用いられる。
そして、例えば次世代以降のＵＬＳＩ（特にＤＲＡＭ）
用の容量絶縁膜の材料として、シリコン窒化膜に代わ
り、一層大きな比誘電率を有するタンタル（Ｔａ）を含
む材料、例えばＴａ2Ｏ5から成る高誘電体膜の検討が進
められている。容量絶縁膜の容量をＣ、比誘電率をε、
面積をＳ、厚さをｄとした場合、 Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ の関係が成立する。半導体装置が高密度になるに従い、
容量絶縁膜の面積Ｓを小さくする必要がある。従って、
容量絶縁膜の容量Ｃを同じに保持するためには、容量絶
縁膜を構成する材料の比誘電率εを大きくしなければな
らない。例えば、バイポーラトランジスタにおいて、ト
ランジスタ素子の面積が１／５になると、容量絶縁膜の
面積はトランジスタ素子全体の１／２をも占めるように
なる。
【０００３】容量絶縁膜を構成するＴａ2Ｏ5は、比誘電
率が２０〜３０と高い。ちなみに、Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ
2の比誘電率はそれぞれ、６〜７、３．７〜３．９であ
る。通常、ＴａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いたＣＶ
Ｄ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜する。
率が２０〜３０と高い。ちなみに、Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ
2の比誘電率はそれぞれ、６〜７、３．７〜３．９であ
る。通常、ＴａＣｌ5とＯ2を原料ガスとして用いたＣＶ
Ｄ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｔａ2Ｏ5はこのように
比誘電率が高く、高誘電容量絶縁膜材料として有望視さ
れているが、リーク電流特性、耐圧特性に問題がある。
このような問題を解決するための方法の１つに、ＴａＣ
ｌ5とＯ2を原料ガスとして用いてシリコン基板から成る
基体上にＣＶＤ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜した後、活性酸
素アニール（例えば、ＵＶ／Ｏ2）処理をＴａ2Ｏ5膜に
施す方法が提案されている。ＣＶＤ法にて成膜されたＴ
ａ2Ｏ5膜にはＴａ原子とその周囲の酸素原子が同時に欠
落したＴａ−ＯXボイドが存在するため、リーク電流特
性や耐圧特性が悪いと考えられている。然るに、活性酸
素アニール処理によってシリコン基板から移動してきた
Ｓｉ原子と雰囲気から拡散してきた酸素原子とによっ
て、かかるＴａ−ＯXボイドが補償され、リーク電流特
性や耐圧特性が改善されると考えられている。
比誘電率が高く、高誘電容量絶縁膜材料として有望視さ
れているが、リーク電流特性、耐圧特性に問題がある。
このような問題を解決するための方法の１つに、ＴａＣ
ｌ5とＯ2を原料ガスとして用いてシリコン基板から成る
基体上にＣＶＤ法にてＴａ2Ｏ5膜を成膜した後、活性酸
素アニール（例えば、ＵＶ／Ｏ2）処理をＴａ2Ｏ5膜に
施す方法が提案されている。ＣＶＤ法にて成膜されたＴ
ａ2Ｏ5膜にはＴａ原子とその周囲の酸素原子が同時に欠
落したＴａ−ＯXボイドが存在するため、リーク電流特
性や耐圧特性が悪いと考えられている。然るに、活性酸
素アニール処理によってシリコン基板から移動してきた
Ｓｉ原子と雰囲気から拡散してきた酸素原子とによっ
て、かかるＴａ−ＯXボイドが補償され、リーク電流特
性や耐圧特性が改善されると考えられている。
【０００５】このような活性酸素アニール処理よりも一
層リーク電流特性や耐圧特性を改善し得る方法も提案さ
れている。この方法においては、ＣＶＤ原料ガスとして
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5とＯ2を用いたＬＰＣＶＤ法にてＴａ
2Ｏ5膜を成膜した後、かかるＴａ2Ｏ5膜に高周波酸素プ
ラズマ処理を施す。高周波酸素プラズマ処理によって、
Ｔａ2Ｏ5膜がアモルファス相を保ちながら、Ｔａ2Ｏ5膜
中の炭素や水素が外方拡散し、しかも酸素欠陥への酸素
の補充がなされるため、リーク電流特性や耐圧特性が一
層改善されると考えられている。
層リーク電流特性や耐圧特性を改善し得る方法も提案さ
れている。この方法においては、ＣＶＤ原料ガスとして
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5とＯ2を用いたＬＰＣＶＤ法にてＴａ
2Ｏ5膜を成膜した後、かかるＴａ2Ｏ5膜に高周波酸素プ
ラズマ処理を施す。高周波酸素プラズマ処理によって、
Ｔａ2Ｏ5膜がアモルファス相を保ちながら、Ｔａ2Ｏ5膜
中の炭素や水素が外方拡散し、しかも酸素欠陥への酸素
の補充がなされるため、リーク電流特性や耐圧特性が一
層改善されると考えられている。
【０００６】ＣＶＤ法にてＴａ2Ｏ5から成る高誘電体膜
を形成する場合、原料ガスとしてＴａＣｌ5よりも取り
扱いが容易なＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5等のタンタル（Ｔａ）
系有機金属化合物ガスが使用される傾向にある。このよ
うなＴａ系有機金属化合物を原料ガスとして用いる場
合、高誘電体膜の成膜時、アモルファス状態の高誘電体
膜中に炭素（Ｃ）が取り込まれ、炭素による高誘電体膜
のコンタミネーションが大きな問題となっている。この
ような炭素のコンタミネーションによっても、リーク電
流特性が劣化する。高周波酸素プラズマ処理によって、
炭素を高誘電体膜から除去することはある程度可能であ
るが、高い効率で炭素が高誘電体膜から除去されるとは
言い難い。
を形成する場合、原料ガスとしてＴａＣｌ5よりも取り
扱いが容易なＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5等のタンタル（Ｔａ）
系有機金属化合物ガスが使用される傾向にある。このよ
うなＴａ系有機金属化合物を原料ガスとして用いる場
合、高誘電体膜の成膜時、アモルファス状態の高誘電体
膜中に炭素（Ｃ）が取り込まれ、炭素による高誘電体膜
のコンタミネーションが大きな問題となっている。この
ような炭素のコンタミネーションによっても、リーク電
流特性が劣化する。高周波酸素プラズマ処理によって、
炭素を高誘電体膜から除去することはある程度可能であ
るが、高い効率で炭素が高誘電体膜から除去されるとは
言い難い。
【０００７】以上のように、このような従来の高周波酸
素プラズマ処理によるＴａ2Ｏ5膜のリーク電流特性や耐
圧特性の改善も未だ十分とはいえず、Ｔａ2Ｏ5膜のリー
ク電流特性や耐圧特性を一層改善することが強く要望さ
れている。従って、本発明の目的は、リーク電流特性や
耐圧特性を一層改善することができるタンタルを含む高
誘電体膜の形成方法を提供することにある。
素プラズマ処理によるＴａ2Ｏ5膜のリーク電流特性や耐
圧特性の改善も未だ十分とはいえず、Ｔａ2Ｏ5膜のリー
ク電流特性や耐圧特性を一層改善することが強く要望さ
れている。従って、本発明の目的は、リーク電流特性や
耐圧特性を一層改善することができるタンタルを含む高
誘電体膜の形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方法
は、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基体上に形成
した後、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを用いて高誘
電体膜にプラズマ処理を行うことを特徴とする。
めの本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方法
は、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基体上に形成
した後、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを用いて高誘
電体膜にプラズマ処理を行うことを特徴とする。
【０００９】本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形
成方法においては、基体上での高誘電体膜の形成を、有
機金属材料を原料ガスとした熱ＣＶＤ法又はプラズマＣ
ＶＤ法にて行うことが好ましい。
成方法においては、基体上での高誘電体膜の形成を、有
機金属材料を原料ガスとした熱ＣＶＤ法又はプラズマＣ
ＶＤ法にて行うことが好ましい。
【００１０】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、少なくとも窒素
（Ｎ）を含むガス、並びにタンタル（Ｔａ）を含むガス
を原料ガスとして用い、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電
体膜を基体上にＣＶＤ法にて形成することを特徴とす
る。
の態様に係る高誘電体膜の形成方法は、少なくとも窒素
（Ｎ）を含むガス、並びにタンタル（Ｔａ）を含むガス
を原料ガスとして用い、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電
体膜を基体上にＣＶＤ法にて形成することを特徴とす
る。
【００１１】本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形
成方法においては、ＣＶＤ法は、有機金属材料を原料ガ
スとした熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法とすることが
できる。また、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基
体上に形成した後、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを
用いて高誘電体膜にプラズマ処理を行う態様を含めるこ
とができる。
成方法においては、ＣＶＤ法は、有機金属材料を原料ガ
スとした熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法とすることが
できる。また、タンタル（Ｔａ）を含む高誘電体膜を基
体上に形成した後、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを
用いて高誘電体膜にプラズマ処理を行う態様を含めるこ
とができる。
【００１２】有機金属材料としては、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）
5、Ｔａ（ＯＣＨ3）5、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ3）2）5、Ｔａ
（ＯＣ2Ｈ5）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但し、Ｘ＋Ｙ＝
５）、及びＴａ（ＯＣＨ3）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但
し、Ｘ＋Ｙ＝５）から成る群から選ばれたタンタル系有
機金属化合物を挙げることができる。
5、Ｔａ（ＯＣＨ3）5、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ3）2）5、Ｔａ
（ＯＣ2Ｈ5）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但し、Ｘ＋Ｙ＝
５）、及びＴａ（ＯＣＨ3）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但
し、Ｘ＋Ｙ＝５）から成る群から選ばれたタンタル系有
機金属化合物を挙げることができる。
【００１３】本発明の高誘電体膜の形成方法において
は、プラズマ処理は、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガス
中、より具体的には、ＮＨ3ガス雰囲気中、若しくはＮ
Ｈ3＋Ｏ2ガス雰囲気中で行うことが望ましい。Ｎを含む
ガスとして、その他、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｈ2、Ｎ2を例示するこ
とができる。
は、プラズマ処理は、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガス
中、より具体的には、ＮＨ3ガス雰囲気中、若しくはＮ
Ｈ3＋Ｏ2ガス雰囲気中で行うことが望ましい。Ｎを含む
ガスとして、その他、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｈ2、Ｎ2を例示するこ
とができる。
【００１４】本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形
成方法においては、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスと
して、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｈ2、Ｎ2を例示することがで
きるが、中でも、ＮＨ3を用いることが望ましい。
成方法においては、少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスと
して、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｈ2、Ｎ2を例示することがで
きるが、中でも、ＮＨ3を用いることが望ましい。
【００１５】本発明の高誘電体膜の形成方法によって形
成される高誘電体膜は、巨視的にみればＴａ2Ｏ5であ
り、微視的にみればＮ原子が１原子％以下程度含まれた
Ｔａ2Ｏ5である。
成される高誘電体膜は、巨視的にみればＴａ2Ｏ5であ
り、微視的にみればＮ原子が１原子％以下程度含まれた
Ｔａ2Ｏ5である。
【００１６】
【作用】本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成方
法においては、少なくともＮを含むガス、例えばＮＨ3
ガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を行う。窒素原
子は酸素原子よりも原子半径が小さい。従って、窒素原
子は酸素原子よりも容易に高誘電体膜中に取り込まれ、
その結果、高誘電体膜中の炭素原子はＣＮという形態で
高誘電体膜から容易に引き抜かれる。その上、Ｔａ−Ｏ
Xボイドといった酸素欠陥を回復・補償する点でも、窒
素原子は一層効果的である。即ち、窒素原子は、酸素原
子と比較して、最外殻の電子数が少ないため（Ｔａ原子
との）結合手が多く、Ｔａと結合し易い。それ故、従来
の高周波酸素プラズマ処理よりも一層効果的に高誘電体
膜のリーク電流特性や耐圧特性を向上させることができ
る。
法においては、少なくともＮを含むガス、例えばＮＨ3
ガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を行う。窒素原
子は酸素原子よりも原子半径が小さい。従って、窒素原
子は酸素原子よりも容易に高誘電体膜中に取り込まれ、
その結果、高誘電体膜中の炭素原子はＣＮという形態で
高誘電体膜から容易に引き抜かれる。その上、Ｔａ−Ｏ
Xボイドといった酸素欠陥を回復・補償する点でも、窒
素原子は一層効果的である。即ち、窒素原子は、酸素原
子と比較して、最外殻の電子数が少ないため（Ｔａ原子
との）結合手が多く、Ｔａと結合し易い。それ故、従来
の高周波酸素プラズマ処理よりも一層効果的に高誘電体
膜のリーク電流特性や耐圧特性を向上させることができ
る。
【００１７】本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形
成方法においては、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に熱
ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法にて形成する際、少なく
ともＮを含むガスを原料ガスとして用いる。窒素原子は
酸素原子よりも原子半径が小さい。従って、高誘電体膜
の成膜中に、窒素原子は酸素原子よりも容易に高誘電体
膜中に取り込まれ、その結果、高誘電体膜中の炭素原子
はＣＮという形態で高誘電体膜から一層容易に引き抜か
れる。その上、Ｔａ−ＯXボイドといった酸素欠陥を回
復・補償する点でも、窒素原子は一層効果的である。そ
れ故、従来の高周波酸素プラズマ処理よりも一層効果的
に、高誘電体膜のリーク電流特性や耐圧特性を向上させ
ることができる。
成方法においては、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に熱
ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法にて形成する際、少なく
ともＮを含むガスを原料ガスとして用いる。窒素原子は
酸素原子よりも原子半径が小さい。従って、高誘電体膜
の成膜中に、窒素原子は酸素原子よりも容易に高誘電体
膜中に取り込まれ、その結果、高誘電体膜中の炭素原子
はＣＮという形態で高誘電体膜から一層容易に引き抜か
れる。その上、Ｔａ−ＯXボイドといった酸素欠陥を回
復・補償する点でも、窒素原子は一層効果的である。そ
れ故、従来の高周波酸素プラズマ処理よりも一層効果的
に、高誘電体膜のリーク電流特性や耐圧特性を向上させ
ることができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
明を説明する。
【００１９】（実施例１）実施例１の高誘電体膜の形成
方法は、本発明の第１の態様に関する。実施例１におい
ては、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に形成した後、少
なくともＮを含むガス（例えば、ＮＨ3＋Ｏ2）を用いて
高誘電体膜にプラズマ処理を行う。実施例１において
は、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に形成する方法は、
公知の方法である。即ち、実施例１においては、少なく
ともＮを含むガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を
行うことが、従来技術とは異なる点である。
方法は、本発明の第１の態様に関する。実施例１におい
ては、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に形成した後、少
なくともＮを含むガス（例えば、ＮＨ3＋Ｏ2）を用いて
高誘電体膜にプラズマ処理を行う。実施例１において
は、Ｔａを含む高誘電体膜を基体上に形成する方法は、
公知の方法である。即ち、実施例１においては、少なく
ともＮを含むガスを用いて高誘電体膜にプラズマ処理を
行うことが、従来技術とは異なる点である。
【００２０】［工程−１００］従来の枚葉式のＬＰＣＶ
Ｄ装置を用いて、ＴａＣｌ5若しくはＴａ（ＯＣ
2Ｈ5）5、及び５体積％のＯ3を原料ガスとした減圧（Ｌ
Ｐ）熱ＣＶＤ法にて、基体上にＴａを含む高誘電体膜
（Ｔａ2Ｏ5）を形成した。基体は、例えばポリシリコン
膜から成る。減圧熱ＣＶＤ法による高誘電体膜の成膜
時、基体の温度を３００゜Ｃ〜５００゜Ｃとし、ＬＰＣ
ＶＤ装置の反応室内の圧力を１０〜１０００Ｐａとし
た。高誘電体膜の膜厚を約１０ｎｍとした。尚、原料ガ
スとしてＯ3を用いる代わりに、Ｏ3とＯ2を用いてもよ
い。更には、原料ガスとしてＯ3を用いる代わりにＯ2を
用い、プラズマＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜してもよ
い。また、枚葉式のＬＰＣＶＤ装置の代わりにバッチ式
ＬＰＣＶＤ装置を用いることもできる。
Ｄ装置を用いて、ＴａＣｌ5若しくはＴａ（ＯＣ
2Ｈ5）5、及び５体積％のＯ3を原料ガスとした減圧（Ｌ
Ｐ）熱ＣＶＤ法にて、基体上にＴａを含む高誘電体膜
（Ｔａ2Ｏ5）を形成した。基体は、例えばポリシリコン
膜から成る。減圧熱ＣＶＤ法による高誘電体膜の成膜
時、基体の温度を３００゜Ｃ〜５００゜Ｃとし、ＬＰＣ
ＶＤ装置の反応室内の圧力を１０〜１０００Ｐａとし
た。高誘電体膜の膜厚を約１０ｎｍとした。尚、原料ガ
スとしてＯ3を用いる代わりに、Ｏ3とＯ2を用いてもよ
い。更には、原料ガスとしてＯ3を用いる代わりにＯ2を
用い、プラズマＣＶＤ法にて高誘電体膜を成膜してもよ
い。また、枚葉式のＬＰＣＶＤ装置の代わりにバッチ式
ＬＰＣＶＤ装置を用いることもできる。
【００２１】［工程−１１０］こうして成膜された高誘
電体膜にプラズマ処理を施す。具体的には、ＮＨ3：Ｏ2
＝１：１０の混合ガスを総量５００sccm流し、ＲＦパワ
ー２００Ｗで１０分間、プラズマ処理を行った。この
際、基体の温度を４００〜８００゜Ｃとした。尚、プラ
ズマ処理の時間は、高誘電体膜の膜厚が厚くなるほど、
長時間とすることが望ましい。尚、プラズマ処理は、例
えば、ＲＦ電源供給電極が設けられたＬＰＣＶＤ装置を
用いて、［工程−１００］に引き続き同一ＣＶＤ装置内
で行うことができる。尚、このプラズマ処理を行った
後、約７００゜Ｃの熱処理を高誘電体膜に施すことによ
って、アモルファス状態の高誘電体膜を多結晶化するこ
とが好ましい。
電体膜にプラズマ処理を施す。具体的には、ＮＨ3：Ｏ2
＝１：１０の混合ガスを総量５００sccm流し、ＲＦパワ
ー２００Ｗで１０分間、プラズマ処理を行った。この
際、基体の温度を４００〜８００゜Ｃとした。尚、プラ
ズマ処理の時間は、高誘電体膜の膜厚が厚くなるほど、
長時間とすることが望ましい。尚、プラズマ処理は、例
えば、ＲＦ電源供給電極が設けられたＬＰＣＶＤ装置を
用いて、［工程−１００］に引き続き同一ＣＶＤ装置内
で行うことができる。尚、このプラズマ処理を行った
後、約７００゜Ｃの熱処理を高誘電体膜に施すことによ
って、アモルファス状態の高誘電体膜を多結晶化するこ
とが好ましい。
【００２２】こうして得られた高誘電体膜のリーク電流
特性を調べた。印加電界が５ＭＶ／ｃｍの場合、電流密
度は１０-5Ａ／ｃｍ2以下であった。［工程−１１０］
のプラズマ処理を施さない場合の高誘電体膜の電流密度
は、１０-1Ａ／ｃｍ2以上であった。また、従来の高周
波酸素プラズマ処理を施した場合の高誘電体膜の電流密
度は、１０-3Ａ／ｃｍ2程度であった。
特性を調べた。印加電界が５ＭＶ／ｃｍの場合、電流密
度は１０-5Ａ／ｃｍ2以下であった。［工程−１１０］
のプラズマ処理を施さない場合の高誘電体膜の電流密度
は、１０-1Ａ／ｃｍ2以上であった。また、従来の高周
波酸素プラズマ処理を施した場合の高誘電体膜の電流密
度は、１０-3Ａ／ｃｍ2程度であった。
【００２３】（実施例２）実施例２の高誘電体膜の形成
方法は、本発明の第２の態様に関する。実施例２におい
ては、少なくともＮを含むガス（例えば、ＮＨ3）、並
びにＴａを含む有機金属材料を原料ガスとして用い、Ｔ
ａを含む高誘電体膜を基体上にＣＶＤ法にて形成する。
実施例２においては、実施例１と異なり、高誘電体膜の
成膜後のプラズマ処理は行わない。実施例２において
は、少なくともＮを含むガスを原料ガスの一部として用
いて高誘電体膜をＣＶＤ法にて成膜することが、従来技
術とは異なる点である。
方法は、本発明の第２の態様に関する。実施例２におい
ては、少なくともＮを含むガス（例えば、ＮＨ3）、並
びにＴａを含む有機金属材料を原料ガスとして用い、Ｔ
ａを含む高誘電体膜を基体上にＣＶＤ法にて形成する。
実施例２においては、実施例１と異なり、高誘電体膜の
成膜後のプラズマ処理は行わない。実施例２において
は、少なくともＮを含むガスを原料ガスの一部として用
いて高誘電体膜をＣＶＤ法にて成膜することが、従来技
術とは異なる点である。
【００２４】［工程−２００］従来の枚葉式のプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、及びＮＨ3を
原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法にて、基体上にＴａを
含む高誘電体膜（Ｔａ2Ｏ5）を形成した。基体は、例え
ばポリシリコン膜から成る。ＣＶＤ法における原料ガス
としては、更にＯ2ガスを用いた。プラズマＣＶＤ法に
よる高誘電体膜の成膜時、基体の温度を３００゜Ｃ〜５
００゜Ｃとし、プラズマＣＶＤ装置の反応室内の圧力を
１０〜１０００Ｐａとした。また、成膜時、ＮＨ3：Ｏ2
＝１：１０の混合ガスを総量５００sccm流した。高誘電
体膜の膜厚を約１０ｎｍとした。尚、原料ガスとしてＯ
2を用いる代わりにＯ3を用い、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘
電体膜を成膜してもよい。この成膜の後、約７００゜Ｃ
の熱処理を高誘電体膜に施すことによって、アモルファ
ス状態の高誘電体膜を多結晶化することが好ましい。
尚、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置の代わりにバッチ式プ
ラズマＣＶＤ装置を用いることもできる。
ＣＶＤ装置を用いて、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、及びＮＨ3を
原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法にて、基体上にＴａを
含む高誘電体膜（Ｔａ2Ｏ5）を形成した。基体は、例え
ばポリシリコン膜から成る。ＣＶＤ法における原料ガス
としては、更にＯ2ガスを用いた。プラズマＣＶＤ法に
よる高誘電体膜の成膜時、基体の温度を３００゜Ｃ〜５
００゜Ｃとし、プラズマＣＶＤ装置の反応室内の圧力を
１０〜１０００Ｐａとした。また、成膜時、ＮＨ3：Ｏ2
＝１：１０の混合ガスを総量５００sccm流した。高誘電
体膜の膜厚を約１０ｎｍとした。尚、原料ガスとしてＯ
2を用いる代わりにＯ3を用い、減圧熱ＣＶＤ法にて高誘
電体膜を成膜してもよい。この成膜の後、約７００゜Ｃ
の熱処理を高誘電体膜に施すことによって、アモルファ
ス状態の高誘電体膜を多結晶化することが好ましい。
尚、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置の代わりにバッチ式プ
ラズマＣＶＤ装置を用いることもできる。
【００２５】こうして得られた高誘電体膜のリーク電流
特性を調べたが、実施例１にて得られた高誘電体膜とほ
ぼ同様のリーク電流特性を有することが判った。尚、実
施例２にて説明した高誘電体膜の形成方法は、高誘電体
膜の成膜後のプラズマ処理が省略出来るので、スループ
ットが向上するという利点を有する。
特性を調べたが、実施例１にて得られた高誘電体膜とほ
ぼ同様のリーク電流特性を有することが判った。尚、実
施例２にて説明した高誘電体膜の形成方法は、高誘電体
膜の成膜後のプラズマ処理が省略出来るので、スループ
ットが向上するという利点を有する。
【００２６】尚、［工程−２００］に引き続き、実施例
１の［工程−１１０］を実行してもよい。この場合、ス
ループットの向上は望めなくなるが、高誘電体膜のリー
ク電流特性や耐圧特性の向上を一層図ることが可能にな
る。
１の［工程−１１０］を実行してもよい。この場合、ス
ループットの向上は望めなくなるが、高誘電体膜のリー
ク電流特性や耐圧特性の向上を一層図ることが可能にな
る。
【００２７】（実施例３）本発明の高誘電体膜の形成方
法を応用して形成された、Ｔａ2Ｏ5から成る高誘電容量
絶縁膜を備えたスタックトキャパシタセル構造を有する
ＤＲＡＭから成る半導体装置の模式的な一部断面図を図
１に示す。図１に示す半導体装置の作製方法の概要は以
下のとおりである。 （Ａ）シリコン半導体基板１０にＬＯＣＯＳ構造の素子
分離領域１２を形成する。 （Ｂ）ゲート電極１４及びゲート配線１４Ａ（ワード
線）を、例えばポリシリコンから形成する。 （Ｃ）ソース・ドレイン領域１６を形成する。 （Ｄ）全面に例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁層１８を
形成した後、ソース・ドレイン領域１６の上方の層間絶
縁層１８に開口部を設け、この開口部及び層間絶縁層１
８の上に例えばポリシリコンから成るキャパシタ用の電
極２０を形成する。 （Ｅ）本発明の高誘電体膜の形成方法に基づき、電極２
０及び層間絶縁層１８の上にＴａ2Ｏ5から成る高誘電体
膜２２を形成する。この場合、ポリシリコンから成る電
極２０及び層間絶縁層１８が基体に相当する。また、高
誘電体膜２２が容量絶縁膜に相当する。 （Ｆ）次いで、ＯＮＯから成るキャパシタ用の電極２４
を形成する。 （Ｇ）最後に、ＳｉＮから成るパッシベーション膜３０
を全面に形成する。
法を応用して形成された、Ｔａ2Ｏ5から成る高誘電容量
絶縁膜を備えたスタックトキャパシタセル構造を有する
ＤＲＡＭから成る半導体装置の模式的な一部断面図を図
１に示す。図１に示す半導体装置の作製方法の概要は以
下のとおりである。 （Ａ）シリコン半導体基板１０にＬＯＣＯＳ構造の素子
分離領域１２を形成する。 （Ｂ）ゲート電極１４及びゲート配線１４Ａ（ワード
線）を、例えばポリシリコンから形成する。 （Ｃ）ソース・ドレイン領域１６を形成する。 （Ｄ）全面に例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁層１８を
形成した後、ソース・ドレイン領域１６の上方の層間絶
縁層１８に開口部を設け、この開口部及び層間絶縁層１
８の上に例えばポリシリコンから成るキャパシタ用の電
極２０を形成する。 （Ｅ）本発明の高誘電体膜の形成方法に基づき、電極２
０及び層間絶縁層１８の上にＴａ2Ｏ5から成る高誘電体
膜２２を形成する。この場合、ポリシリコンから成る電
極２０及び層間絶縁層１８が基体に相当する。また、高
誘電体膜２２が容量絶縁膜に相当する。 （Ｆ）次いで、ＯＮＯから成るキャパシタ用の電極２４
を形成する。 （Ｇ）最後に、ＳｉＮから成るパッシベーション膜３０
を全面に形成する。
【００２８】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した原料ガスや成膜条件等は、
使用するＣＶＤ装置等に依存して適宜変更することがで
きる。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した原料ガスや成膜条件等は、
使用するＣＶＤ装置等に依存して適宜変更することがで
きる。
【００２９】
【発明の効果】本発明においては、高誘電体膜の成膜後
に少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを用いて高誘電体膜
にプラズマ処理を行い、あるいは又、高誘電体膜を基体
上にＣＶＤ法にて形成する際に少なくとも窒素（Ｎ）を
含むガスを原料ガスとして用いる。それ故、成膜時ある
いは成膜後、高誘電体膜から炭素が効果的に引き抜か
れ、しかも酸素欠陥が効果的に補償されるので、高誘電
体膜に優れたリーク電流特性及び耐圧特性を付与するこ
とができる。
に少なくとも窒素（Ｎ）を含むガスを用いて高誘電体膜
にプラズマ処理を行い、あるいは又、高誘電体膜を基体
上にＣＶＤ法にて形成する際に少なくとも窒素（Ｎ）を
含むガスを原料ガスとして用いる。それ故、成膜時ある
いは成膜後、高誘電体膜から炭素が効果的に引き抜か
れ、しかも酸素欠陥が効果的に補償されるので、高誘電
体膜に優れたリーク電流特性及び耐圧特性を付与するこ
とができる。
【００３０】本発明の第２の態様に係る高誘電体膜の形
成方法は、本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成
方法と比較して、成膜された高誘電体膜へのプラズマ処
理工程が基本的には不要であり、半導体装置の製造工程
の簡略化を図ることができる。
成方法は、本発明の第１の態様に係る高誘電体膜の形成
方法と比較して、成膜された高誘電体膜へのプラズマ処
理工程が基本的には不要であり、半導体装置の製造工程
の簡略化を図ることができる。
【図１】窒化シリコン膜から成る容量絶縁膜が形成され
た半導体装置の模式的な一部断面図である。
た半導体装置の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】 １０ シリコン半導体基板 １２ 素子分離領域 １４，１４Ａ ゲート電極及びゲート配線 １６ ソース・ドレイン １８ 層間絶縁層 ２０，２４ キャパシタ用の電極 ２２ 窒化シリコン膜 ３０ パッシベーション膜
Claims (6)
- 【請求項１】タンタルを含む高誘電体膜を基体上に形成
した後、少なくとも窒素を含むガスを用いて該高誘電体
膜にプラズマ処理を行うことを特徴とする高誘電体膜の
形成方法。 - 【請求項２】基体上での高誘電体膜の形成を、有機金属
材料を原料ガスとした熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法
にて行うことを特徴とする請求項１に記載の高誘電体膜
の形成方法。 - 【請求項３】少なくとも窒素を含むガス、並びにタンタ
ルを含むガスを原料ガスとして用い、タンタルを含む高
誘電体膜を基体上にＣＶＤ法にて形成することを特徴と
する高誘電体膜の形成方法。 - 【請求項４】ＣＶＤ法は、有機金属材料を原料ガスとし
た熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法であることを特徴と
する請求項３に記載の高誘電体膜の形成方法。 - 【請求項５】タンタルを含む高誘電体膜を基体上に形成
した後、少なくとも窒素を含むガスを用いて該高誘電体
膜にプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項３又は
請求項４に記載の高誘電体膜の形成方法。 - 【請求項６】有機金属材料は、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｔ
ａ（ＯＣＨ3）5、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ3）2）5、Ｔａ（ＯＣ2
Ｈ5）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但し、Ｘ＋Ｙ＝５）、及び
Ｔａ（ＯＣＨ3）X（Ｎ（ＣＨ3）2）Y（但し、Ｘ＋Ｙ＝
５）から成る群から選ばれたタンタル系有機金属化合物
から成ることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載
の高誘電体膜の形成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07250594A JP3319138B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | タンタルを含む高誘電体膜の形成方法 |
| KR1019950005402A KR950034588A (ko) | 1994-03-17 | 1995-03-16 | 탄탈계 고유전체재료 및 고유전체막의 형성방법 및 반도체장치 |
| US08/404,956 US5677015A (en) | 1994-03-17 | 1995-03-16 | High dielectric constant material containing tantalum, process for forming high dielectric constant film containing tantalum, and semiconductor device using the same |
| US08/680,679 US6130451A (en) | 1994-03-17 | 1996-07-16 | High dielectric constant material containing tantalum, process for forming high dielectric constant film containing tantalum, and semiconductor device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07250594A JP3319138B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | タンタルを含む高誘電体膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263431A true JPH07263431A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3319138B2 JP3319138B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=13491275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07250594A Expired - Fee Related JP3319138B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | タンタルを含む高誘電体膜の形成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3319138B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100244283B1 (ko) * | 1996-08-27 | 2000-11-01 | 김영환 | 화학기상증착에 의한 박막형성방법 |
| JP2001036046A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-02-09 | Hyundai Electronics Ind Co Ltd | 半導体メモリ素子のキャパシタ及びその製造方法 |
| KR100286011B1 (ko) * | 1998-08-04 | 2001-04-16 | 황철주 | 반도체소자의캐퍼시터및그제조방법 |
| JP2001144272A (ja) * | 1999-11-09 | 2001-05-25 | Hyundai Electronics Ind Co Ltd | 半導体素子のキャパシタ製造方法 |
| JP2001210734A (ja) * | 1999-12-31 | 2001-08-03 | Hyundai Electronics Ind Co Ltd | フラッシュメモリのゲート電極製造方法 |
| JP2002057224A (ja) * | 2000-06-01 | 2002-02-22 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子のキャパシタ製造方法 |
| JP2007266616A (ja) * | 1999-01-12 | 2007-10-11 | Lucent Technol Inc | 五酸化タンタル層を用いた集積回路用コンデンサを製造するための方法 |
| US7838073B2 (en) | 2003-10-14 | 2010-11-23 | Advanced Technology Materials, Inc. | Tantalum amide complexes for depositing tantalum-containing films, and method of making same |
| US7858816B2 (en) | 2007-01-18 | 2010-12-28 | Advanced Technology Materials, Inc. | Tantalum amido-complexes with chelate ligands useful for CVD and ALD of TaN and Ta205 thin films |
| US8330136B2 (en) | 2008-12-05 | 2012-12-11 | Advanced Technology Materials, Inc. | High concentration nitrogen-containing germanium telluride based memory devices and processes of making |
| US9012876B2 (en) | 2010-03-26 | 2015-04-21 | Entegris, Inc. | Germanium antimony telluride materials and devices incorporating same |
| US9190609B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-11-17 | Entegris, Inc. | Germanium antimony telluride materials and devices incorporating same |
| US9640757B2 (en) | 2012-10-30 | 2017-05-02 | Entegris, Inc. | Double self-aligned phase change memory device structure |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP07250594A patent/JP3319138B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100244283B1 (ko) * | 1996-08-27 | 2000-11-01 | 김영환 | 화학기상증착에 의한 박막형성방법 |
| KR100286011B1 (ko) * | 1998-08-04 | 2001-04-16 | 황철주 | 반도체소자의캐퍼시터및그제조방법 |
| JP2007266616A (ja) * | 1999-01-12 | 2007-10-11 | Lucent Technol Inc | 五酸化タンタル層を用いた集積回路用コンデンサを製造するための方法 |
| JP2001036046A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-02-09 | Hyundai Electronics Ind Co Ltd | 半導体メモリ素子のキャパシタ及びその製造方法 |
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| JP4544737B2 (ja) * | 1999-12-31 | 2010-09-15 | 株式会社ハイニックスセミコンダクター | フラッシュメモリのゲート電極製造方法 |
| JP2002057224A (ja) * | 2000-06-01 | 2002-02-22 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子のキャパシタ製造方法 |
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| US7858816B2 (en) | 2007-01-18 | 2010-12-28 | Advanced Technology Materials, Inc. | Tantalum amido-complexes with chelate ligands useful for CVD and ALD of TaN and Ta205 thin films |
| US8330136B2 (en) | 2008-12-05 | 2012-12-11 | Advanced Technology Materials, Inc. | High concentration nitrogen-containing germanium telluride based memory devices and processes of making |
| US9012876B2 (en) | 2010-03-26 | 2015-04-21 | Entegris, Inc. | Germanium antimony telluride materials and devices incorporating same |
| US9190609B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-11-17 | Entegris, Inc. | Germanium antimony telluride materials and devices incorporating same |
| US9640757B2 (en) | 2012-10-30 | 2017-05-02 | Entegris, Inc. | Double self-aligned phase change memory device structure |
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