JPH0869972A - 誘電体薄膜の成膜方法 - Google Patents
誘電体薄膜の成膜方法Info
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- JPH0869972A JPH0869972A JP6205280A JP20528094A JPH0869972A JP H0869972 A JPH0869972 A JP H0869972A JP 6205280 A JP6205280 A JP 6205280A JP 20528094 A JP20528094 A JP 20528094A JP H0869972 A JPH0869972 A JP H0869972A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 有機タンタル化合物ガスとＯ2 ガスを用い、
ＣＶＤによってウェハ３上に酸化タンタル薄膜を成膜す
る際、該ウェハ３に対して超音波を印加する。または、
成膜後に、Ｏ2 ガス雰囲気下でウェハ３に超音波を印加
する。超音波は、超音波発振器１３により、ウェハ３を
載置する下部電極４内に埋設された超音波振動子１４を
振動させて印加する。または、成膜後、ＮＨ3 ガスある
いはＣＨ3ＮＨ2 ガス雰囲気下で酸化タンタル薄膜にプ
ラズマ処理を行う。該プラズマ処理は、ＮＨ3 ガスある
いはＣＨ3 ＮＨ2 ガスを反応室２内へ供給しながら、Ｒ
Ｆ電源１６から上部電極５へＲＦ電力を供給して行う。 【効果】 リーク電流が大幅に低減された膜質に優れた
酸化タンタル薄膜が成膜できるため、これを用いたデバ
イスの電気的特性および信頼性を向上させることができ
る。
ＣＶＤによってウェハ３上に酸化タンタル薄膜を成膜す
る際、該ウェハ３に対して超音波を印加する。または、
成膜後に、Ｏ2 ガス雰囲気下でウェハ３に超音波を印加
する。超音波は、超音波発振器１３により、ウェハ３を
載置する下部電極４内に埋設された超音波振動子１４を
振動させて印加する。または、成膜後、ＮＨ3 ガスある
いはＣＨ3ＮＨ2 ガス雰囲気下で酸化タンタル薄膜にプ
ラズマ処理を行う。該プラズマ処理は、ＮＨ3 ガスある
いはＣＨ3 ＮＨ2 ガスを反応室２内へ供給しながら、Ｒ
Ｆ電源１６から上部電極５へＲＦ電力を供給して行う。 【効果】 リーク電流が大幅に低減された膜質に優れた
酸化タンタル薄膜が成膜できるため、これを用いたデバ
イスの電気的特性および信頼性を向上させることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高集積化半導体装置
の電荷蓄積用キャパシタとして使用可能な強誘電体薄膜
や高誘電率常誘電体薄膜といった高い誘電率を有する誘
電体薄膜の成膜方法に関し、特に、該誘電体薄膜の膜質
を改善する方法に関する。
の電荷蓄積用キャパシタとして使用可能な強誘電体薄膜
や高誘電率常誘電体薄膜といった高い誘電率を有する誘
電体薄膜の成膜方法に関し、特に、該誘電体薄膜の膜質
を改善する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今の半導体メモリーの記憶容量の増加
のニーズに伴い、ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ（ＤＲＡＭ）においては、電荷蓄積用キャパシタ
として強誘電体薄膜や高誘電率常誘電体薄膜の高い誘電
率を用いることが検討されている。また、不揮発性集積
メモリに強誘電体薄膜のヒステリシスを利用する研究も
行われている。このため、このようなメモリー素子に適
用可能な誘電体薄膜の材料および成膜方法の開発が進め
られている。
のニーズに伴い、ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ（ＤＲＡＭ）においては、電荷蓄積用キャパシタ
として強誘電体薄膜や高誘電率常誘電体薄膜の高い誘電
率を用いることが検討されている。また、不揮発性集積
メモリに強誘電体薄膜のヒステリシスを利用する研究も
行われている。このため、このようなメモリー素子に適
用可能な誘電体薄膜の材料および成膜方法の開発が進め
られている。
【０００３】一方、半導体プロセスで長年使用されてい
る薄膜形成方法である化学的気相成長（ＣＶＤ）法の進
歩は著しく、絶縁体のみならず、原料ガスとして有機金
属化合物を用いたＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法を適用するこ
とにより、メタル膜も形成できるようになっており、各
種材料がこのＣＶＤ法で形成されている。そして、上述
したような誘電体薄膜もこのＭＯＣＶＤ法によって成膜
しようという試みがなされている。該ＭＯＣＶＤ法を適
用すると、大口径ウェハ上でも膜厚および膜質の均一化
が図られ、また、微細化、複雑化したウェハ上でもステ
ップカバレージに優れた誘電体薄膜が成膜できる。
る薄膜形成方法である化学的気相成長（ＣＶＤ）法の進
歩は著しく、絶縁体のみならず、原料ガスとして有機金
属化合物を用いたＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法を適用するこ
とにより、メタル膜も形成できるようになっており、各
種材料がこのＣＶＤ法で形成されている。そして、上述
したような誘電体薄膜もこのＭＯＣＶＤ法によって成膜
しようという試みがなされている。該ＭＯＣＶＤ法を適
用すると、大口径ウェハ上でも膜厚および膜質の均一化
が図られ、また、微細化、複雑化したウェハ上でもステ
ップカバレージに優れた誘電体薄膜が成膜できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高誘電率常誘電体薄膜
の一種である酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）薄膜も、上記
ＭＯＣＶＤ法による成膜が可能である。
の一種である酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）薄膜も、上記
ＭＯＣＶＤ法による成膜が可能である。
【０００５】しかしながら、このようにして成膜された
酸化タンタル薄膜を電荷蓄積用キャパシタとして用いる
と、大きなリーク電流が発生するという問題が生じてし
まう。これは、成膜された酸化タンタル薄膜が、化学量
論的にみて低酸素側にずれた組成となっていること、原
料ガスに有機タンタル化合物を用いるためにＣ成分やＨ
成分が取り込まれた膜となっていることが原因であると
考えられる。
酸化タンタル薄膜を電荷蓄積用キャパシタとして用いる
と、大きなリーク電流が発生するという問題が生じてし
まう。これは、成膜された酸化タンタル薄膜が、化学量
論的にみて低酸素側にずれた組成となっていること、原
料ガスに有機タンタル化合物を用いるためにＣ成分やＨ
成分が取り込まれた膜となっていることが原因であると
考えられる。
【０００６】このため、実用化には、酸化タンタル薄膜
の膜質を改善し、電気特性を向上させることが必要とな
っている。
の膜質を改善し、電気特性を向上させることが必要とな
っている。
【０００７】なお、酸化タンタル薄膜以外の高誘電率常
誘電体薄膜や、強誘電体薄膜においても、ＭＯＣＶＤ法
による成膜が可能であるが、酸化タンタル薄膜と同様の
問題を抱えており、膜質の改善が望まれている。
誘電体薄膜や、強誘電体薄膜においても、ＭＯＣＶＤ法
による成膜が可能であるが、酸化タンタル薄膜と同様の
問題を抱えており、膜質の改善が望まれている。
【０００８】そこで、本発明はかかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、膜質を改善可能な誘電体薄膜
の成膜方法を提供することを目的とする。
て提案されたものであり、膜質を改善可能な誘電体薄膜
の成膜方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る誘電体薄膜
の成膜方法は、上述の目的を達成するために提案された
ものであり、有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含む
混合ガスを用いて、ＣＶＤ法により基板上に誘電体薄膜
を成膜するに際し、前記成膜中、前記基板に超音波を印
加するものである。または、前記成膜後、所定の雰囲気
下で、前記基板に超音波を印加するものである。
の成膜方法は、上述の目的を達成するために提案された
ものであり、有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含む
混合ガスを用いて、ＣＶＤ法により基板上に誘電体薄膜
を成膜するに際し、前記成膜中、前記基板に超音波を印
加するものである。または、前記成膜後、所定の雰囲気
下で、前記基板に超音波を印加するものである。
【００１０】また、本発明に係る誘電体薄膜の成膜方法
は、有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含む混合ガス
を用いて、ＣＶＤ法により基板上に誘電体薄膜を成膜し
た後、塩基性ガスを含む雰囲気下で、前記誘電体薄膜に
対してプラズマ処理を行うものである。
は、有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含む混合ガス
を用いて、ＣＶＤ法により基板上に誘電体薄膜を成膜し
た後、塩基性ガスを含む雰囲気下で、前記誘電体薄膜に
対してプラズマ処理を行うものである。
【００１１】上記超音波の印加は、誘電体原料ガスと酸
化性ガスとの化学反応を促進するものである。このた
め、成膜中、成膜後のみならず、成膜中から成膜後に亘
って超音波を印加し続けても構わないが、成膜後の超音
波印加は、酸化性ガスを導入しながら行った方が効果的
である。
化性ガスとの化学反応を促進するものである。このた
め、成膜中、成膜後のみならず、成膜中から成膜後に亘
って超音波を印加し続けても構わないが、成膜後の超音
波印加は、酸化性ガスを導入しながら行った方が効果的
である。
【００１２】なお、酸化性ガスとしては、酸素
（Ｏ2 ）、オゾン（Ｏ3 ）、Ｈ2 Ｏ、Ｄ2 Ｏ等を用いる
ことができる。また、基板に超音波を印加するには、Ｃ
ＶＤ装置における基板保持部材に超音波振動子を内蔵さ
せ、該超音波振動子に接続する超音波発振器によって、
所定の周波数および出力の超音波を発生させればよい。
（Ｏ2 ）、オゾン（Ｏ3 ）、Ｈ2 Ｏ、Ｄ2 Ｏ等を用いる
ことができる。また、基板に超音波を印加するには、Ｃ
ＶＤ装置における基板保持部材に超音波振動子を内蔵さ
せ、該超音波振動子に接続する超音波発振器によって、
所定の周波数および出力の超音波を発生させればよい。
【００１３】一方、誘電体薄膜に対する塩基性ガス雰囲
気下でのプラズマ処理も、上記化学反応を促進させる働
きをするものであり、さらに、誘電体薄膜から炭素成分
を引き抜く働きもする。この塩基性ガス雰囲気下でのプ
ラズマ処理は、従来法による成膜がなされた誘電体薄膜
に対して行われるのみならず、超音波を印加しながら成
膜された誘電体薄膜に対して行われてもよい。また、こ
の塩基性ガス雰囲気下でのプラズマ処理中に、基板に超
音波が印加されたり、超音波の印加と共に酸化性ガスが
供給されたりしても構わない。
気下でのプラズマ処理も、上記化学反応を促進させる働
きをするものであり、さらに、誘電体薄膜から炭素成分
を引き抜く働きもする。この塩基性ガス雰囲気下でのプ
ラズマ処理は、従来法による成膜がなされた誘電体薄膜
に対して行われるのみならず、超音波を印加しながら成
膜された誘電体薄膜に対して行われてもよい。また、こ
の塩基性ガス雰囲気下でのプラズマ処理中に、基板に超
音波が印加されたり、超音波の印加と共に酸化性ガスが
供給されたりしても構わない。
【００１４】なお、塩基性ガスとしては、アンモニア
（ＮＨ3 ），ヒドラジン（ＮＨ2 ＮＨ2 ）等の無機窒素
系化合物、あるいは、メチルアミン（ＣＨ3 ＮＨ2 ），
エチルアミン（Ｃ2 Ｈ5 ＮＨ2 ），イソプロピルアミン
（Ｃ3 Ｈ7 ＮＨ2 ）等の有機アミンが使用可能である。
（ＮＨ3 ），ヒドラジン（ＮＨ2 ＮＨ2 ）等の無機窒素
系化合物、あるいは、メチルアミン（ＣＨ3 ＮＨ2 ），
エチルアミン（Ｃ2 Ｈ5 ＮＨ2 ），イソプロピルアミン
（Ｃ3 Ｈ7 ＮＨ2 ）等の有機アミンが使用可能である。
【００１５】本発明を適用して成膜される誘電体薄膜と
しては、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5）薄膜が代表的であ
るが、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）薄膜、酸化ハフニ
ウム（ＨｆＯ2 ）薄膜等の高誘電率常誘電体薄膜、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）薄膜、チタン酸ストロン
チウム（ＳｒＴｉＯ3 ）薄膜、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ
3 ）薄膜、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12）薄
膜、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ3 ）薄膜、ＰＬＺＴ（Ｐｂ
ＬａＺｒＴｉＯ3 ）薄膜等の強誘電体薄膜が挙げられ
る。
しては、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5）薄膜が代表的であ
るが、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）薄膜、酸化ハフニ
ウム（ＨｆＯ2 ）薄膜等の高誘電率常誘電体薄膜、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）薄膜、チタン酸ストロン
チウム（ＳｒＴｉＯ3 ）薄膜、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ
3 ）薄膜、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12）薄
膜、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ3 ）薄膜、ＰＬＺＴ（Ｐｂ
ＬａＺｒＴｉＯ3 ）薄膜等の強誘電体薄膜が挙げられ
る。
【００１６】なお、例えば、ＢａＴｉＯ3 薄膜、ＳｒＴ
ｉＯ3 薄膜を成膜する場合には、その原料ガスとして、
Ｂａ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトバリウム）、
Ｓｒ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトストロンチウ
ム）、Ｔｉ（Ｏ・ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 （テトライソプロポ
キシチタン）等を用いることができる。また、ＰＺＴ薄
膜、ＰＬＺＴ薄膜を成膜する場合には、その原料ガスと
して、Ｐｂ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナト鉛）、
Ｌａ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトランタン）、
Ｚｒ（Ｏ・ｔ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 （テトラｔ−ブトキシジル
コニウム）、Ｔｉ（Ｏ・ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 （テトライソ
プロポキシチタン）等が使用できる。
ｉＯ3 薄膜を成膜する場合には、その原料ガスとして、
Ｂａ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトバリウム）、
Ｓｒ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトストロンチウ
ム）、Ｔｉ（Ｏ・ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 （テトライソプロポ
キシチタン）等を用いることができる。また、ＰＺＴ薄
膜、ＰＬＺＴ薄膜を成膜する場合には、その原料ガスと
して、Ｐｂ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナト鉛）、
Ｌａ（ＤＰＭ）2 （ジピバロイルメタナトランタン）、
Ｚｒ（Ｏ・ｔ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 （テトラｔ−ブトキシジル
コニウム）、Ｔｉ（Ｏ・ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 （テトライソ
プロポキシチタン）等が使用できる。
【００１７】ところで、誘電体薄膜を成膜するためのＣ
ＶＤ装置としては、従来公知の熱ＣＶＤ装置を一部改造
すれば使用できるが、誘電体薄膜の成膜工程のみなら
ず、該成膜前に水素ガス雰囲気下でのプラズマ処理を行
って自然酸化膜を除去する工程や、誘電体薄膜成膜後に
塩基性ガス雰囲気下でプラズマ処理を行う工程をも、同
一反応室内で行えるようなプラズマＣＶＤ装置を用いて
もよい。もちろん、誘電体薄膜成膜の前工程から後工程
に亘って、基板を大気と遮断された状態に維持したまま
それぞれの反応室内へ搬送し、所定の処理を施せるよう
なマルチチャンバ型の処理装置を用いてもよい。
ＶＤ装置としては、従来公知の熱ＣＶＤ装置を一部改造
すれば使用できるが、誘電体薄膜の成膜工程のみなら
ず、該成膜前に水素ガス雰囲気下でのプラズマ処理を行
って自然酸化膜を除去する工程や、誘電体薄膜成膜後に
塩基性ガス雰囲気下でプラズマ処理を行う工程をも、同
一反応室内で行えるようなプラズマＣＶＤ装置を用いて
もよい。もちろん、誘電体薄膜成膜の前工程から後工程
に亘って、基板を大気と遮断された状態に維持したまま
それぞれの反応室内へ搬送し、所定の処理を施せるよう
なマルチチャンバ型の処理装置を用いてもよい。
【００１８】
【作用】本発明を適用して、成膜時および／または成膜
後に、基板に超音波を印加すると、誘電体薄膜の膜質が
向上する。これは、以下のような理由による。
後に、基板に超音波を印加すると、誘電体薄膜の膜質が
向上する。これは、以下のような理由による。
【００１９】有機タンタル化合物等の誘電体原料ガスと
酸化性ガスとの反応は、基本的には脱水縮合反応であ
り、この反応が十分に進まない場合に、成膜された誘電
体薄膜中にＯＨ基やアルキル基が残って、化学量論的な
組成よりも酸素の少ないものになってしまう。このた
め、上記脱水縮合反応を促進させるために、基板に超音
波を印加すると、酸素原子が不足することなく、不純物
の混入も抑えられた誘電体薄膜が得られるようになる。
酸化性ガスとの反応は、基本的には脱水縮合反応であ
り、この反応が十分に進まない場合に、成膜された誘電
体薄膜中にＯＨ基やアルキル基が残って、化学量論的な
組成よりも酸素の少ないものになってしまう。このた
め、上記脱水縮合反応を促進させるために、基板に超音
波を印加すると、酸素原子が不足することなく、不純物
の混入も抑えられた誘電体薄膜が得られるようになる。
【００２０】なお、成膜時に超音波を印加すると、基板
上で中間生成物のマイグレーションを促進して誘電体薄
膜のカバレージを向上させる効果や、中間生成物を基板
近傍にて攪乱させて誘電体薄膜の結晶粒子の核生成を促
進し、それぞれの核の結晶成長を抑制して、誘電体薄膜
を緻密で、基板との密着性に優れたものとする効果をも
もたらす。
上で中間生成物のマイグレーションを促進して誘電体薄
膜のカバレージを向上させる効果や、中間生成物を基板
近傍にて攪乱させて誘電体薄膜の結晶粒子の核生成を促
進し、それぞれの核の結晶成長を抑制して、誘電体薄膜
を緻密で、基板との密着性に優れたものとする効果をも
もたらす。
【００２１】さらに、成膜後に塩基性ガスの雰囲気下で
プラズマ処理を行うことによっても、誘電体薄膜の膜質
が向上する。これは、以下のような理由による。
プラズマ処理を行うことによっても、誘電体薄膜の膜質
が向上する。これは、以下のような理由による。
【００２２】塩基性ガスは、その触媒的作用によって誘
電体原料ガスと酸化性ガスとの脱水縮合反応を促進させ
る働きをする。このため、成膜後、アンモニア等の塩基
性ガスを用いてプラズマ処理を行うと、酸素原子の不足
や不純物の混入が抑制された誘電体薄膜が得られるので
ある。
電体原料ガスと酸化性ガスとの脱水縮合反応を促進させ
る働きをする。このため、成膜後、アンモニア等の塩基
性ガスを用いてプラズマ処理を行うと、酸素原子の不足
や不純物の混入が抑制された誘電体薄膜が得られるので
ある。
【００２３】
【実施例】以下、本発明に係る誘電体薄膜の成膜方法を
具体的な実施例を用いて説明する。 先ず、酸化タンタ
ル薄膜の成膜に用いるＣＶＤ装置について説明する。こ
こでは、熱ＣＶＤ法による酸化タンタル薄膜の成膜のみ
ならず、成膜の前処理から後処理までを連続して同一反
応室内で行える、図１に示されるような平行平板型プラ
ズマＣＶＤ装置を用いた。
具体的な実施例を用いて説明する。 先ず、酸化タンタ
ル薄膜の成膜に用いるＣＶＤ装置について説明する。こ
こでは、熱ＣＶＤ法による酸化タンタル薄膜の成膜のみ
ならず、成膜の前処理から後処理までを連続して同一反
応室内で行える、図１に示されるような平行平板型プラ
ズマＣＶＤ装置を用いた。
【００２４】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置は、排
気口１にて排気がなされた反応室２内にウェハ３を載置
する下部電極４と、ＲＦ電源１６に接続された上部電極
５とが設けられてなる。
気口１にて排気がなされた反応室２内にウェハ３を載置
する下部電極４と、ＲＦ電源１６に接続された上部電極
５とが設けられてなる。
【００２５】上記上部電極５は、ガス供給管６に接続さ
れ、該ガス供給管６から供給されるガスをウェハ３上に
均一に供給するためのシャワー電極である。該シャワー
電極にガスを供給するガス供給管６は、液状の有機タン
タル化合物が貯留してあるアンプル７に接続されると共
に、その中途部にて酸素ガスボンベ９、水素ガスボンベ
１０、塩基性ガスボンベ１１に接続している。また、該
ガス供給管６には図示しないヒータが設けられ、反応室
２内へ供給するガスの温度を制御可能としている。
れ、該ガス供給管６から供給されるガスをウェハ３上に
均一に供給するためのシャワー電極である。該シャワー
電極にガスを供給するガス供給管６は、液状の有機タン
タル化合物が貯留してあるアンプル７に接続されると共
に、その中途部にて酸素ガスボンベ９、水素ガスボンベ
１０、塩基性ガスボンベ１１に接続している。また、該
ガス供給管６には図示しないヒータが設けられ、反応室
２内へ供給するガスの温度を制御可能としている。
【００２６】なお、上記アンプル７は図示しない恒温槽
に浸されて所定温度に調整可能となされており、不活性
ガスボンベ８から該アンプル７内の有機タンタル化合物
中へ不活性ガスを導入してバブリングすることにより、
該有機タンタル化合物を気化できるようになされてい
る。発生した有機タンタル化合物ガスは不活性ガスと共
にガス供給管６を介してシャワー電極へ導かれ、そこか
ら反応室２内へ供給される。
に浸されて所定温度に調整可能となされており、不活性
ガスボンベ８から該アンプル７内の有機タンタル化合物
中へ不活性ガスを導入してバブリングすることにより、
該有機タンタル化合物を気化できるようになされてい
る。発生した有機タンタル化合物ガスは不活性ガスと共
にガス供給管６を介してシャワー電極へ導かれ、そこか
ら反応室２内へ供給される。
【００２７】一方、下部電極４は、ヒータ１２が配設さ
れることにより、ウェハ３の温度を調整可能としてい
る。また、該下部電極４内には、超音波発振器１３に接
続された超音波振動子１４が埋設されており、ウェハ３
に超音波を印加できるようになされている。
れることにより、ウェハ３の温度を調整可能としてい
る。また、該下部電極４内には、超音波発振器１３に接
続された超音波振動子１４が埋設されており、ウェハ３
に超音波を印加できるようになされている。
【００２８】なお、この平行平板型プラズマＣＶＤ装置
においては、超音波発振器１３と超音波振動子１４との
中途部にはスイッチ１５が設けられ、ウェハ３に印加さ
れる超音波のオン／オフを制御できるようになされてい
る。また、上部電極５とＲＦ電源１６との中途部にはス
イッチ１７が設けられ、上部電極５に印加されるＲＦ電
力のオン／オフを制御できるようになされている。さら
に、上記不活性ガスボンベ８からアンプル７へ供給され
る不活性ガスや、酸素ガスボンベ９、水素ガスボンベ１
０、塩基性ガスボンベ１１からガス供給管６へそれぞれ
供給される酸素ガス、水素ガス、塩基性ガスも、図示し
ない流量制御装置によって各々流量が制御可能となされ
ていると共に、バルブ１８，１９，２０，２１にて各ガ
スの供給開始／停止が制御できるようになされている。
においては、超音波発振器１３と超音波振動子１４との
中途部にはスイッチ１５が設けられ、ウェハ３に印加さ
れる超音波のオン／オフを制御できるようになされてい
る。また、上部電極５とＲＦ電源１６との中途部にはス
イッチ１７が設けられ、上部電極５に印加されるＲＦ電
力のオン／オフを制御できるようになされている。さら
に、上記不活性ガスボンベ８からアンプル７へ供給され
る不活性ガスや、酸素ガスボンベ９、水素ガスボンベ１
０、塩基性ガスボンベ１１からガス供給管６へそれぞれ
供給される酸素ガス、水素ガス、塩基性ガスも、図示し
ない流量制御装置によって各々流量が制御可能となされ
ていると共に、バルブ１８，１９，２０，２１にて各ガ
スの供給開始／停止が制御できるようになされている。
【００２９】したがって、前処理工程から酸化タンタル
薄膜の成膜工程への切り替え時、該成膜工程から後処理
工程への切り替え時には、各ガスボンベ８〜１１に接続
するバルブ１８〜２１の開閉、超音波発振器１３に接続
するスイッチ１５のオン／オフ、ＲＦ電源１６に接続す
るスイッチ１７のオン／オフを適宜切り替えればよい。
薄膜の成膜工程への切り替え時、該成膜工程から後処理
工程への切り替え時には、各ガスボンベ８〜１１に接続
するバルブ１８〜２１の開閉、超音波発振器１３に接続
するスイッチ１５のオン／オフ、ＲＦ電源１６に接続す
るスイッチ１７のオン／オフを適宜切り替えればよい。
【００３０】実施例１ 本実施例では、上述のＣＶＤ装置を用い、ウェハ３に超
音波を印加しながら、該ウェハ３上に酸化タンタル薄膜
を成膜する方法について説明する。
音波を印加しながら、該ウェハ３上に酸化タンタル薄膜
を成膜する方法について説明する。
【００３１】先ず、図２に示されるように、８インチの
Ｓｉ基板３１上に酸化シリコン膜３２、約２００ｎｍ厚
のポリシリコン膜３３、約２ｎｍ厚の窒化シリコン（Ｓ
ｉ3Ｎ4 ）膜３４が形成されたウェハ３を用意した。な
お、酸化シリコン膜３２は熱酸化によって形成し、ポリ
シリコン膜３３、窒化シリコン膜３４は従来公知のＣＶ
Ｄ法によって形成した。
Ｓｉ基板３１上に酸化シリコン膜３２、約２００ｎｍ厚
のポリシリコン膜３３、約２ｎｍ厚の窒化シリコン（Ｓ
ｉ3Ｎ4 ）膜３４が形成されたウェハ３を用意した。な
お、酸化シリコン膜３２は熱酸化によって形成し、ポリ
シリコン膜３３、窒化シリコン膜３４は従来公知のＣＶ
Ｄ法によって形成した。
【００３２】そして、窒化シリコン膜３４表面の自然酸
化膜を除去した後、図３に示されるように、上記窒化シ
リコン膜３４上に酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
化膜を除去した後、図３に示されるように、上記窒化シ
リコン膜３４上に酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
【００３３】具体的には、先ず、上述したＣＶＤ装置の
下部電極４上にウェハ３を載置した後、水素ガスボンベ
１０に接続するバルブ２０を開放すると共に流量制御装
置にて流量を調整して、１００ｓｃｃｍなるＨ2 ガスを
約１３３Ｐａなる圧力に調整された反応室２内へ導入し
た。また、ＲＦ電源１６に接続するスイッチ１７をオン
とすることによって上部電極５へＲＦ電力を供給し、下
部電極４との間にプラズマを発生させて、窒化シリコン
膜３４表面の自然酸化膜を除去した。
下部電極４上にウェハ３を載置した後、水素ガスボンベ
１０に接続するバルブ２０を開放すると共に流量制御装
置にて流量を調整して、１００ｓｃｃｍなるＨ2 ガスを
約１３３Ｐａなる圧力に調整された反応室２内へ導入し
た。また、ＲＦ電源１６に接続するスイッチ１７をオン
とすることによって上部電極５へＲＦ電力を供給し、下
部電極４との間にプラズマを発生させて、窒化シリコン
膜３４表面の自然酸化膜を除去した。
【００３４】その後、バルブ２０を閉鎖してＨ2 ガスの
供給を停止し、スイッチ１７をオフとしてプラズマの発
生を停止すると同時に、超音波発振器１３に接続するス
イッチ１５をオンとし、Ａｒガスが貯留された不活性ガ
スボンベ８に接続するバルブ１８および酸素ガスボンベ
９に接続するバルブ１９を開放して、酸化タンタル薄膜
３５を成膜した。なお、成膜時の種々の条件は以下に示
すとおりとした。
供給を停止し、スイッチ１７をオフとしてプラズマの発
生を停止すると同時に、超音波発振器１３に接続するス
イッチ１５をオンとし、Ａｒガスが貯留された不活性ガ
スボンベ８に接続するバルブ１８および酸素ガスボンベ
９に接続するバルブ１９を開放して、酸化タンタル薄膜
３５を成膜した。なお、成膜時の種々の条件は以下に示
すとおりとした。
【００３５】 酸化タンタル薄膜の成膜条件 導入ガス ： Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 流量３００ｓｃｃｍ Ｏ2 流量５００ｓｃｃｍ ウェハ温度 ： ４５０℃ 反応室圧力 ： １３３Ｐａ 電極間距離 ： １０ｍｍ 超音波周波数： ５０ｋＨｚ なお、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 は、１２０℃に加熱された
アンプル７内の液状のＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 が、Ａｒガ
スのバブリングにより気化され、１５０℃に加熱された
ガス供給管６を介して反応室２内へ供給されたものであ
る。
アンプル７内の液状のＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 が、Ａｒガ
スのバブリングにより気化され、１５０℃に加熱された
ガス供給管６を介して反応室２内へ供給されたものであ
る。
【００３６】実施例２ 本実施例では、酸化タンタル薄膜３５を成膜後、Ｏ2 ガ
スの雰囲気下にて、ウェハ３に超音波を印加した。
スの雰囲気下にて、ウェハ３に超音波を印加した。
【００３７】具体的には、実施例１と同様にして、窒化
シリコン膜３４表面の自然酸化膜を除去までを行ったウ
ェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と同
様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
シリコン膜３４表面の自然酸化膜を除去までを行ったウ
ェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と同
様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
【００３８】その後、以下の条件にて、反応室２内へＯ
2 ガスを導入し、ウェハ３に超音波を印加した。
2 ガスを導入し、ウェハ３に超音波を印加した。
【００３９】 後処理条件 導入ガス ： Ｏ2 ガス 流量３００ｓｃｃｍ 反応室圧力 ： １３３Ｐａ ウェハ温度 ： ３００℃ 超音波周波数： ５０ｋＨｚ実施例３ 本実施例は、酸化タンタル薄膜３５を成膜後、ＮＨ3 ガ
スの雰囲気下にて、プラズマ処理を施した例である。
スの雰囲気下にて、プラズマ処理を施した例である。
【００４０】具体的には、実施例１と同様にして、窒化
シリコン膜３４表面の自然酸化膜の除去までが行われた
ウェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と
同様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
シリコン膜３４表面の自然酸化膜の除去までが行われた
ウェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と
同様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
【００４１】その後、塩基性ガスボンベ１１からＮＨ3
ガスを反応室２内へ導入しながら、以下の条件のプラズ
マ処理を施した。
ガスを反応室２内へ導入しながら、以下の条件のプラズ
マ処理を施した。
【００４２】 後処理条件 導入ガス ： ＮＨ3 ガス 流量３００ｓｃｃｍ ＲＦ電力 ： ３５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 反応室圧力 ： １３３Ｐａ ウェハ温度 ： ３００℃実施例４ 本実施例は、酸化タンタル薄膜３５を成膜後、メチルア
ミン（ＣＨ3 ＮＨ2 ）ガスの雰囲気下にて、プラズマ処
理を施した例である。
ミン（ＣＨ3 ＮＨ2 ）ガスの雰囲気下にて、プラズマ処
理を施した例である。
【００４３】具体的には、実施例１と同様にして、窒化
シリコン膜３４表面の自然酸化膜の除去までが行われた
ウェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と
同様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
シリコン膜３４表面の自然酸化膜の除去までが行われた
ウェハ３に対し、超音波を印加しない以外は実施例１と
同様にして酸化タンタル薄膜３５を成膜した。
【００４４】その後、塩基性ガスボンベ１１からＣＨ3
ＮＨ2 ガスを反応室２内へ導入しながら、以下の条件の
プラズマ処理を施した。
ＮＨ2 ガスを反応室２内へ導入しながら、以下の条件の
プラズマ処理を施した。
【００４５】 後処理条件 導入ガス ： ＣＨ3 ＮＨ2 ガス 流量３００ｓｃｃｍ ＲＦ電力 ： ３５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 反応室圧力 ： １３３Ｐａ ウェハ温度 ： ３００℃特性の評価 実施例１〜４によって成膜された酸化タンタル薄膜３５
について、膜質の観察を行ったところ、いずれもステッ
プカバレージに優れたものであった。また、リーク電流
を微少電流計で測定した結果、いずれも１ｎＡ以下であ
り、成膜時に超音波を印加せず、成膜後の後処理も施さ
なかった以外は実施例１〜４と同様して成膜された酸化
タンタル薄膜に比して、１桁ないし２桁向上していた。
について、膜質の観察を行ったところ、いずれもステッ
プカバレージに優れたものであった。また、リーク電流
を微少電流計で測定した結果、いずれも１ｎＡ以下であ
り、成膜時に超音波を印加せず、成膜後の後処理も施さ
なかった以外は実施例１〜４と同様して成膜された酸化
タンタル薄膜に比して、１桁ないし２桁向上していた。
【００４６】良好なステップカバレージを達成できたの
は、成膜にＣＶＤ法を適用したことが理由として挙げら
れるが、実施例１においては、成膜時に超音波を印加し
たことにより中間生成物のウェハ上でのマイグレーショ
ンが促進されたことも寄与していると考えられる。ま
た、リーク電流を低減できたのは、成膜中または成膜後
の超音波の印加や、ＮＨ3 またはＣＨ3 ＮＨ2 なる塩基
性ガス雰囲気下でのプラズマ処理によって、Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 とＯ2 との脱水縮合反応が促進され、酸素原
子不足が解消され、不純物の取り込みが低減されたこと
が理由である。
は、成膜にＣＶＤ法を適用したことが理由として挙げら
れるが、実施例１においては、成膜時に超音波を印加し
たことにより中間生成物のウェハ上でのマイグレーショ
ンが促進されたことも寄与していると考えられる。ま
た、リーク電流を低減できたのは、成膜中または成膜後
の超音波の印加や、ＮＨ3 またはＣＨ3 ＮＨ2 なる塩基
性ガス雰囲気下でのプラズマ処理によって、Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 とＯ2 との脱水縮合反応が促進され、酸素原
子不足が解消され、不純物の取り込みが低減されたこと
が理由である。
【００４７】なお、本出願人は、特願平４−８１２８３
号明細書にて、Ｈ2 Ｏ−ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラ
ン）混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法において、アン
モニアガスを添加することにより、加水分解速度に比し
て脱水縮合の反応速度を向上させ、低水酸基濃度の良質
な平坦化絶縁膜が得られることを示しており、本実施例
にて示した塩基性ガス雰囲気下でのプラズマ処理によっ
ても同様の効果が得られることがわかった。
号明細書にて、Ｈ2 Ｏ−ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラ
ン）混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法において、アン
モニアガスを添加することにより、加水分解速度に比し
て脱水縮合の反応速度を向上させ、低水酸基濃度の良質
な平坦化絶縁膜が得られることを示しており、本実施例
にて示した塩基性ガス雰囲気下でのプラズマ処理によっ
ても同様の効果が得られることがわかった。
【００４８】以上、本発明に係る誘電体薄膜の成膜方法
を適用した例について説明したが、本発明は上述の実施
例に限定されるものではない。例えば、実施例１〜実施
例４を種々に組み合わせて、超音波の印加と塩基性ガス
雰囲気下でのプラズマ処理との両方を行ってもよい。そ
の他、原料ガスの種類、ＣＶＤ条件、アニール条件、誘
電体薄膜を成膜するウェハの構成についても特に限定さ
れない。
を適用した例について説明したが、本発明は上述の実施
例に限定されるものではない。例えば、実施例１〜実施
例４を種々に組み合わせて、超音波の印加と塩基性ガス
雰囲気下でのプラズマ処理との両方を行ってもよい。そ
の他、原料ガスの種類、ＣＶＤ条件、アニール条件、誘
電体薄膜を成膜するウェハの構成についても特に限定さ
れない。
【００４９】なお、上述の実施例で使用したＣＶＤ装置
は、塩基性ガスの供給系と超音波の供給系の両者を有す
るものであり、塩基性ガスの供給を行わない場合にはバ
ルブ２１を閉鎖しておき、超音波の印加を行わない場合
にはスイッチ１５をオフとして使用したが、実施例１，
２のようにして成膜が行われる場合には、塩基性ガスの
供給系がなくてもよく、実施例３，４のようにして成膜
が行われる場合には、超音波の供給系がなくてもよい。
また、ここでは、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い
たが、低圧力下で高密度のプラズマを発生できる有磁場
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置、ＴＣＰ−ＣＶ
Ｄ装置を用いてもよい。
は、塩基性ガスの供給系と超音波の供給系の両者を有す
るものであり、塩基性ガスの供給を行わない場合にはバ
ルブ２１を閉鎖しておき、超音波の印加を行わない場合
にはスイッチ１５をオフとして使用したが、実施例１，
２のようにして成膜が行われる場合には、塩基性ガスの
供給系がなくてもよく、実施例３，４のようにして成膜
が行われる場合には、超音波の供給系がなくてもよい。
また、ここでは、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い
たが、低圧力下で高密度のプラズマを発生できる有磁場
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置、ＴＣＰ−ＣＶ
Ｄ装置を用いてもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、リーク電流が大幅に低減された膜質に優れた
誘電体薄膜が成膜できるため、これを用いたデバイスの
電気的特性および信頼性を向上させることができる。
によれば、リーク電流が大幅に低減された膜質に優れた
誘電体薄膜が成膜できるため、これを用いたデバイスの
電気的特性および信頼性を向上させることができる。
【００５１】また、本発明は、従来より用いられている
ＣＶＤ装置を一部改造するのみで行えるので、装置の追
加を必要とせず、低コスト化、省スペース化を図ること
ができる。
ＣＶＤ装置を一部改造するのみで行えるので、装置の追
加を必要とせず、低コスト化、省スペース化を図ること
ができる。
【図１】本発明に用いられるＣＶＤ装置の一構成例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図２】本発明を適用した誘電体薄膜の成膜がなされる
ウェハの断面を示す模式図である。
ウェハの断面を示す模式図である。
【図３】図２のウェハに対して誘電体薄膜を成膜した状
態を示す模式図である。
態を示す模式図である。
１ 排気口 ２ 反応室 ３ ウェハ ４ 下部電極 ５ 上部電極 ６ ガス供給管 ７ アンプル ８ 不活性ガスボンベ ９ 酸素ガスボンベ １０ 水素ガスボンベ １１ 塩基性ガスボンベ １２ ヒータ １３ 超音波発振器 １４ 超音波振動子 １５，１７ スイッチ １６ ＲＦ電源 １８，１９，２０，２１ バルブ ３１ Ｓｉ基板 ３２ 酸化シリコン膜 ３３ ポリシリコン膜 ３４ 窒化シリコン膜 ３５ 酸化タンタル薄膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/314 Ａ 27/04 21/822 27/108 21/8242 7735−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/10 ６５１
Claims (6)
- 【請求項１】 有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含
む混合ガスを用いて、化学的気相成長法により基板上に
誘電体薄膜を成膜するに際し、 前記成膜中、前記基板に超音波を印加することを特徴と
する誘電体薄膜の成膜方法。 - 【請求項２】 有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含
む混合ガスを用いて、化学的気相成長法により基板上に
誘電体薄膜を成膜した後、 所定の雰囲気下で、前記基板に超音波を印加することを
特徴とする誘電体薄膜の成膜方法。 - 【請求項３】 前記所定の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気
であることを特徴とする請求項２記載の誘電体薄膜の成
膜方法。 - 【請求項４】 有機金属化合物ガスと酸化性ガスとを含
む混合ガスを用いて、化学的気相成長法により基板上に
誘電体薄膜を成膜した後、 塩基性ガスを含む雰囲気下で、前記誘電体薄膜に対して
プラズマ処理を行うことを特徴とする誘電体薄膜の成膜
方法。 - 【請求項５】 前記塩基性ガスは、アンモニアまたは有
機アミンであることを特徴とする請求項４記載の誘電体
薄膜の成膜方法。 - 【請求項６】 前記誘電体薄膜が、酸化タンタル薄膜で
あることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれ
か１項に記載の誘電体薄膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20528094A JP3271113B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20528094A JP3271113B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869972A true JPH0869972A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3271113B2 JP3271113B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=16504368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20528094A Expired - Fee Related JP3271113B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271113B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780115A (en) * | 1996-02-29 | 1998-07-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods for fabricating electrode structures including oxygen and nitrogen plasma treatments |
| KR100321178B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2002-03-18 | 박종섭 | ＴａＯＮ박막을 갖는 커패시터 제조방법 |
| US7666793B2 (en) | 2002-03-26 | 2010-02-23 | Sony Corporation | Method of manufacturing amorphous metal oxide film and methods of manufacturing capacitance element having amorphous metal oxide film and semiconductor device |
| KR20230029171A (ko) * | 2021-08-24 | 2023-03-03 | (주) 디바이스이엔지 | 기판 처리장치용 기판 지지 조립체 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521744A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-29 | Sony Corp | 半導体記憶装置のキヤパシタおよびその製造方法 |
| JPH0544037A (ja) * | 1991-08-07 | 1993-02-23 | Kawasaki Steel Corp | 気相成長装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法 |
| JPH05343336A (ja) * | 1992-06-09 | 1993-12-24 | Handotai Process Kenkyusho:Kk | 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 |
| JPH06244364A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH07193138A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP20528094A patent/JP3271113B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100321178B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2002-03-18 | 박종섭 | ＴａＯＮ박막을 갖는 커패시터 제조방법 |
| US7666793B2 (en) | 2002-03-26 | 2010-02-23 | Sony Corporation | Method of manufacturing amorphous metal oxide film and methods of manufacturing capacitance element having amorphous metal oxide film and semiconductor device |
| KR20230029171A (ko) * | 2021-08-24 | 2023-03-03 | (주) 디바이스이엔지 | 기판 처리장치용 기판 지지 조립체 |
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| JP3271113B2 (ja) | 2002-04-02 |
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