JPS59112627A - タンタル膜の酸化処理方法 - Google Patents
タンタル膜の酸化処理方法Info
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- JPS59112627A JPS59112627A JP57223180A JP22318082A JPS59112627A JP S59112627 A JPS59112627 A JP S59112627A JP 57223180 A JP57223180 A JP 57223180A JP 22318082 A JP22318082 A JP 22318082A JP S59112627 A JPS59112627 A JP S59112627A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/10—Oxidising
- C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１） 発明の技術分野
本発明は、タンタル（Ｔａ ’）膜の酸化処理方法に関
する。特に、水蒸気を含む酸素雰囲気（以下、ｗｅｔ
ｏ□ 雰囲気という。）中のタンタル（Ｔａ）膜の熱酸
化方法において、その膜質が緻密、高密度、均質であり
、絶縁耐力が大きくリーク電流が低い酸化タンタル（Ｔ
ａ２０３）膜を製造することが可能であるタンタル（Ｔ
ａ ） ＠、膜の酸化方法に関する。
する。特に、水蒸気を含む酸素雰囲気（以下、ｗｅｔ
ｏ□ 雰囲気という。）中のタンタル（Ｔａ）膜の熱酸
化方法において、その膜質が緻密、高密度、均質であり
、絶縁耐力が大きくリーク電流が低い酸化タンタル（Ｔ
ａ２０３）膜を製造することが可能であるタンタル（Ｔ
ａ ） ＠、膜の酸化方法に関する。
（２） 技術の背景
タンタル（Ｔａ）表面の酸化膜、すなわち酸化タンタル
（Ｔ ａ ２０５ ）膜は、絶縁物としてもまた誘電体
としても使用することができる。つまり、タンタル（Ｔ
ａ）よりなる配線上の眉間絶縁物として利用したり、タ
ンタル（Ｔａ）薄膜をキャパシタ電極とするコンデンサ
の誘電体としても第１］用可能受ある。
（Ｔ ａ ２０５ ）膜は、絶縁物としてもまた誘電体
としても使用することができる。つまり、タンタル（Ｔ
ａ）よりなる配線上の眉間絶縁物として利用したり、タ
ンタル（Ｔａ）薄膜をキャパシタ電極とするコンデンサ
の誘電体としても第１］用可能受ある。
但し、上記の目的で、酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜を
使用する場合、緻密、高密度、均質であり、絶縁耐力が
大きく、リーク電流の小さいものであることが望ましい
。
使用する場合、緻密、高密度、均質であり、絶縁耐力が
大きく、リーク電流の小さいものであることが望ましい
。
（３） 従来技術と問題点
従来、タンタル（Ｔａ）薄膜の酸化方法としては、主と
して陽椿酸化法及び乾燥酸素雰囲気（以下ｃｌｒｙ ０
２ 雰囲気という。）中でなす熱酸化法が用いられて
いる。しかし、陽極酸化法を使用して得ら牙ｔたタンタ
ル酸化膜（Ｔ ａ ２０５ ）は多孔質となり、絶縁耐
力が低く１．Ｐ、Ｒ膜として使用できないばかり〒なく
、熱処理に弱いため、誘電体としての使用も困難であり
、また、装憶が閤価かつ複雑である等の欠点を有し、ｅ
Ｌｒｙ ０２ 雰囲気中↑の熱酸化法においては、酸
化タンタル（Ｔａ２０５）膜の内部の組成が不均一とな
る。すなわち、タンタル（Ｔａ）と酸化タンタル（Ｔ
ａ ２０５）との界面付近でタンタル（Ｔａ）の濃度が
増力ｃし、化学量論的に不均一となり、膜厚の制御が容
易でないためコンデンサ用誘電体材料として用いること
ができない。さらにはタンタル（Ｔａ）内部にま受酸素
（０□）が拡散されチタンタル（Ｔａ）内部が酸化され
るきいう不利益が生じる。
して陽椿酸化法及び乾燥酸素雰囲気（以下ｃｌｒｙ ０
２ 雰囲気という。）中でなす熱酸化法が用いられて
いる。しかし、陽極酸化法を使用して得ら牙ｔたタンタ
ル酸化膜（Ｔ ａ ２０５ ）は多孔質となり、絶縁耐
力が低く１．Ｐ、Ｒ膜として使用できないばかり〒なく
、熱処理に弱いため、誘電体としての使用も困難であり
、また、装憶が閤価かつ複雑である等の欠点を有し、ｅ
Ｌｒｙ ０２ 雰囲気中↑の熱酸化法においては、酸
化タンタル（Ｔａ２０５）膜の内部の組成が不均一とな
る。すなわち、タンタル（Ｔａ）と酸化タンタル（Ｔ
ａ ２０５）との界面付近でタンタル（Ｔａ）の濃度が
増力ｃし、化学量論的に不均一となり、膜厚の制御が容
易でないためコンデンサ用誘電体材料として用いること
ができない。さらにはタンタル（Ｔａ）内部にま受酸素
（０□）が拡散されチタンタル（Ｔａ）内部が酸化され
るきいう不利益が生じる。
（４）発明の目的
本発明の目的は、この欠点を解消するこ七にあり、タン
タル（Ｔａ）膜の酸化処理方法において、その膜仰が緻
密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく、リーク電流の小
さい酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜を得ることが可能で
ある、タンタル（Ｔａ）膜の酸化処理方法を提供するこ
とにある。
タル（Ｔａ）膜の酸化処理方法において、その膜仰が緻
密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく、リーク電流の小
さい酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜を得ることが可能で
ある、タンタル（Ｔａ）膜の酸化処理方法を提供するこ
とにある。
（５） 発明の構成
本発明の特徴的構成は、タンタル膜を、１ｏＣＴｏｒｒ
〕以上の水蒸気を含む雰囲気中において４００（’Ｏ）
を陣える温度に加熱して、タンタル酸化物を形成する工
程を有することを特徴とするタンタル膜の酸化処理方法
にある。
〕以上の水蒸気を含む雰囲気中において４００（’Ｏ）
を陣える温度に加熱して、タンタル酸化物を形成する工
程を有することを特徴とするタンタル膜の酸化処理方法
にある。
タンタル（Ｔａ）膜の比較的高温における表面酸化の機
構ハ、一般に次のように解されている。すなわち、酸化
ｉ−，＋、はタンタル（Ｔａ）薄膜表面に形成、 さ
ねた酸化タンタル（Ｔａ２０５）中を拡散し、タンタル
（Ｔａ）−酸化タンタル（Ｔａ２０５）界面でタンタル
（Ｔａ）と反応し、そこで酸化タンタル（Ｔａ２０５）
全生成する。
構ハ、一般に次のように解されている。すなわち、酸化
ｉ−，＋、はタンタル（Ｔａ）薄膜表面に形成、 さ
ねた酸化タンタル（Ｔａ２０５）中を拡散し、タンタル
（Ｔａ）−酸化タンタル（Ｔａ２０５）界面でタンタル
（Ｔａ）と反応し、そこで酸化タンタル（Ｔａ２０５）
全生成する。
ところで、酸化タンタル（Ｔａ２０５）中を拡散する酸
化種の拡散速度は熱酸化に使用される雰囲気によって著
しく異なる。例えば、シリコン（Ｓｌ）基板上に５０（
ｎｍ）程度の酸化タンタル（Ｔａ２０５） ！Ｗを形成
したのち、このシリコン（Ｓｌ）基板を、（イ）ｄｒｙ
Ｏ２雰囲気中においてＬＯＯＯ（℃）をもってなす方法
と、（ｏ） ｗｅｔ Ｏ２雰囲り中において８ｏＯ（、
’ｃ）をもってなす方法との二通りの方法で、神々の時
間酸化したのち、膜厚の時間変化を観察すると（イ）に
おいては長時間経てもほとんど変化しないが、（ロ）の
場合は時間と共に膜厚が増加することが確認された〇 グラフを使用してこの実験結果を、更に肢明する。第１
１Ｑ＋ハ、（イ）の結果、すなわち、１，０００Ｃ℃）
のｔｌｒｙ ０２ 雰囲気中においてなした場合の結
果である。図において、曲線Ａはシリコン（Ｅｌｉ）を
直接酸化した場合の結果であり、曲線Ｂ、Ｃ！、Ｄは、
それぞれ、ｉ、ｓ （ｎｍ〕、２４ Ｃｎｒｎ〕、４８
Ｃｎｘｎ）の厚さを自する酸化タンタル（Ｔ ａ ９０
５ ）によっテ覆わレタシリコン（Ｓｌ）を酸化した場
合の結果である。シリコン（Ｓｌ）が直接酸化される場
合には十分な量の酸化膜が供給されるため酸化物膜厚の
増加速度は太きいが、厚さの如何によらず酸化タンタル
（Ｔａ２０５）膜をもって覆われたシリコン（ｓｌ）が
酸化されたときは、この酸化タンタル（Ｔ ａ ２０５
）膜によって酸化種の拡散が阻害されるため、酸化物
膜片の増加速度が小さく、しがも、時間に対してほとん
ど変化しない。換言すれば、ｄｒｙ○２ 雰囲気中にお
いてなされる酸化反応は酸化種の拡散によって律速され
ている。
化種の拡散速度は熱酸化に使用される雰囲気によって著
しく異なる。例えば、シリコン（Ｓｌ）基板上に５０（
ｎｍ）程度の酸化タンタル（Ｔａ２０５） ！Ｗを形成
したのち、このシリコン（Ｓｌ）基板を、（イ）ｄｒｙ
Ｏ２雰囲気中においてＬＯＯＯ（℃）をもってなす方法
と、（ｏ） ｗｅｔ Ｏ２雰囲り中において８ｏＯ（、
’ｃ）をもってなす方法との二通りの方法で、神々の時
間酸化したのち、膜厚の時間変化を観察すると（イ）に
おいては長時間経てもほとんど変化しないが、（ロ）の
場合は時間と共に膜厚が増加することが確認された〇 グラフを使用してこの実験結果を、更に肢明する。第１
１Ｑ＋ハ、（イ）の結果、すなわち、１，０００Ｃ℃）
のｔｌｒｙ ０２ 雰囲気中においてなした場合の結
果である。図において、曲線Ａはシリコン（Ｅｌｉ）を
直接酸化した場合の結果であり、曲線Ｂ、Ｃ！、Ｄは、
それぞれ、ｉ、ｓ （ｎｍ〕、２４ Ｃｎｒｎ〕、４８
Ｃｎｘｎ）の厚さを自する酸化タンタル（Ｔ ａ ９０
５ ）によっテ覆わレタシリコン（Ｓｌ）を酸化した場
合の結果である。シリコン（Ｓｌ）が直接酸化される場
合には十分な量の酸化膜が供給されるため酸化物膜厚の
増加速度は太きいが、厚さの如何によらず酸化タンタル
（Ｔａ２０５）膜をもって覆われたシリコン（ｓｌ）が
酸化されたときは、この酸化タンタル（Ｔ ａ ２０５
）膜によって酸化種の拡散が阻害されるため、酸化物
膜片の増加速度が小さく、しがも、時間に対してほとん
ど変化しない。換言すれば、ｄｒｙ○２ 雰囲気中にお
いてなされる酸化反応は酸化種の拡散によって律速され
ている。
一方、第２因は、（ロ）の結果、すなわち、ｇｏｏ（’
ｃ）のｗｅｔ Ｏ，、雰囲夕て中において酸化処理をな
した場合の結果である。因において１、曲線Ｅはシリコ
ン（Ｓｌ）を直接酸化した場合のｆ′Ａ尿であり、曲線
Ｆは凡さ４７（ｎｍ）の酸化タンタル（ＴａｚＯｓ）に
よって覆われた、シリコン（ｓｌ）を酸化した場合の結
果である◎シリコン（Ｓｉ）が直接酸化された場合も酸
化タンタル（Ｔ ａ ２０ ｓ ）によって覆われたシ
リコン（Ｓｌ）が酸化された場合も酸化物膜厚の増加速
度にほぼ等しい。これはｗｅｔ０２ 雰囲気中におい
てなされる酸化反応は酸化種の拡散によって律速される
のではなく、酸化反応自体によって律速されでいること
を示す。すなわち、Ｗ８ｔ０２ 雰囲気中においては
、酸化種は酸化タンタル（Ｔ ａ ２０５）膜中を容易
に拡散しうる。
ｃ）のｗｅｔ Ｏ，、雰囲夕て中において酸化処理をな
した場合の結果である。因において１、曲線Ｅはシリコ
ン（Ｓｌ）を直接酸化した場合のｆ′Ａ尿であり、曲線
Ｆは凡さ４７（ｎｍ）の酸化タンタル（ＴａｚＯｓ）に
よって覆われた、シリコン（ｓｌ）を酸化した場合の結
果である◎シリコン（Ｓｉ）が直接酸化された場合も酸
化タンタル（Ｔ ａ ２０ ｓ ）によって覆われたシ
リコン（Ｓｌ）が酸化された場合も酸化物膜厚の増加速
度にほぼ等しい。これはｗｅｔ０２ 雰囲気中におい
てなされる酸化反応は酸化種の拡散によって律速される
のではなく、酸化反応自体によって律速されでいること
を示す。すなわち、Ｗ８ｔ０２ 雰囲気中においては
、酸化種は酸化タンタル（Ｔ ａ ２０５）膜中を容易
に拡散しうる。
また、かかるｗｅｔ ０２ 雰囲気をもってなす酸化
処理の場合は酸化種の拡散速度は非常に大きく、シリコ
ン（Ｓｌ）〜酸化タンタル（Ｔａ２０５）界面でのシリ
コン（ｓｌ）の酸化反応が律速となって酸化膜生成が進
行するため、化学量論的に酸化膜が生成し、緻密、高密
度、均質の酸化膜が生成される。
処理の場合は酸化種の拡散速度は非常に大きく、シリコ
ン（Ｓｌ）〜酸化タンタル（Ｔａ２０５）界面でのシリ
コン（ｓｌ）の酸化反応が律速となって酸化膜生成が進
行するため、化学量論的に酸化膜が生成し、緻密、高密
度、均質の酸化膜が生成される。
本発明の発明者はこれらの事実はそのままタンタル（Ｔ
ａ）−酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）系についてもあては
まり、更に、上記（イ）及び（ロ）の場合の拡散速度の
差は、酸素雰囲気中における水蒸気圧の差にあるものと
考えた。すなわち、ｄｒｙ０２ 雰囲気中での水蒸気
圧は２ Ｘ １（１−３（Ｔｏｒｒ：） 程度である
のに対し、ｗｅｔ ０２ 中での水蒸気圧は６５０１
、Ｔｏｒｒ）程度と極めて高いため、この範囲のある値
において酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜の生成の律速段
階は、酸什神の拡散から界面での酸化反応に移行するは
ずであり、その分圧がこのイ１市以上となる程度に水蒸
気を含むｗｅｔ Ｏ３中でタンタル（Ｔａ）の熱酸化を
実行すれば、所望の酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜を定
量的に得゛″−れるであろうとの着想を得て、水蒸気圧
、及び温度を神々に変化させて実験を重ねた結果、水蒸
気圧が１０ （Ｔｏｒｒ）以上であり、また熱酸化の温
度が４００〔“０〕を越える温度である条件を満足させ
て酸化処理を施せば、上記の要件を満足することを確認
した。
ａ）−酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）系についてもあては
まり、更に、上記（イ）及び（ロ）の場合の拡散速度の
差は、酸素雰囲気中における水蒸気圧の差にあるものと
考えた。すなわち、ｄｒｙ０２ 雰囲気中での水蒸気
圧は２ Ｘ １（１−３（Ｔｏｒｒ：） 程度である
のに対し、ｗｅｔ ０２ 中での水蒸気圧は６５０１
、Ｔｏｒｒ）程度と極めて高いため、この範囲のある値
において酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜の生成の律速段
階は、酸什神の拡散から界面での酸化反応に移行するは
ずであり、その分圧がこのイ１市以上となる程度に水蒸
気を含むｗｅｔ Ｏ３中でタンタル（Ｔａ）の熱酸化を
実行すれば、所望の酸化タンタル（Ｔａ２０５）膜を定
量的に得゛″−れるであろうとの着想を得て、水蒸気圧
、及び温度を神々に変化させて実験を重ねた結果、水蒸
気圧が１０ （Ｔｏｒｒ）以上であり、また熱酸化の温
度が４００〔“０〕を越える温度である条件を満足させ
て酸化処理を施せば、上記の要件を満足することを確認
した。
第３図は、本発明にかかるタンタルの酸化処理方法、す
なわち、水蒸気（ｗｅｔ ｏ２）雰囲気での酸化処理に
おける、処理温度をパラメータとする酸化処理温度と成
長酸化膜厚との関係を示す。
なわち、水蒸気（ｗｅｔ ｏ２）雰囲気での酸化処理に
おける、処理温度をパラメータとする酸化処理温度と成
長酸化膜厚との関係を示す。
ここでは、水蒸気圧を６５０ （Ｔｏｒｒ）一定とし、
酸化処理温度を３５０〜５ｑｏ（’ａ）として、３５０
（’Ｏ）。
酸化処理温度を３５０〜５ｑｏ（’ａ）として、３５０
（’Ｏ）。
４００ （°ｃ） 、 ４２０ （’Ｏ：］ 、 ４５
０ （’Ｏ：］及び５００〔“Ｃ〕のそれぞれの温度に
おける酸化処理時「ドＩ−成長酸化膜を測定したもので
ある。図において曲ＮＧ・Ｈ、■。
０ （’Ｏ：］及び５００〔“Ｃ〕のそれぞれの温度に
おける酸化処理時「ドＩ−成長酸化膜を測定したもので
ある。図において曲ＮＧ・Ｈ、■。
Ｊ及びＫは、それぞれ３５０ （’Ｏ） 、 ４００
〔’Ｏ） 、 ４２０（’ａ） 、 ４５０ （’Ｏ）
及び５００〔”Ｃ〕に？ける酸化状況を示ず○ かかる第３図より明らかな如く、酸化処理温度が４ｏｏ
［：′ａ）以下の場合には酸化時間を長くとっても成長
酸化膜片、の急激な増加は生じない。これに対し４ｏｏ
［”Ｃ〕を越えた温度例えば４２０〔Ｃ〕では、成長酸
化膜厚の急激な増力ｎ （放物線則）が生じている。す
なわち、４００〔Ｃ〕を越えた温度での酸化処理は、反
応種１４１１に従うものとなり、本発明の目的を達成す
る。
〔’Ｏ） 、 ４２０（’ａ） 、 ４５０ （’Ｏ）
及び５００〔”Ｃ〕に？ける酸化状況を示ず○ かかる第３図より明らかな如く、酸化処理温度が４ｏｏ
［：′ａ）以下の場合には酸化時間を長くとっても成長
酸化膜片、の急激な増加は生じない。これに対し４ｏｏ
［”Ｃ〕を越えた温度例えば４２０〔Ｃ〕では、成長酸
化膜厚の急激な増力ｎ （放物線則）が生じている。す
なわち、４００〔Ｃ〕を越えた温度での酸化処理は、反
応種１４１１に従うものとなり、本発明の目的を達成す
る。
また前記酸化処理温度を、４５ｏ［、’ｃＪ一定として
、水蒸気圧をｓ （Ｔｏｒｒ）乃至６５０ （Ｔｏｒｒ
）変化させ、酸化膜の生成状況を副食した。この結果水
蒸気圧が１０ （Ｔｏｒｒ）以上であれば、本発明にか
かる反応律則による酸化処理を実施することができるこ
とが研認された。なおかかる水蒸気圧は、水蒸気を発生
する・ぐブラーの温ｆｆが１０（℃：］程の場合をも可
能とする実用的な値である。
、水蒸気圧をｓ （Ｔｏｒｒ）乃至６５０ （Ｔｏｒｒ
）変化させ、酸化膜の生成状況を副食した。この結果水
蒸気圧が１０ （Ｔｏｒｒ）以上であれば、本発明にか
かる反応律則による酸化処理を実施することができるこ
とが研認された。なおかかる水蒸気圧は、水蒸気を発生
する・ぐブラーの温ｆｆが１０（℃：］程の場合をも可
能とする実用的な値である。
（６）発明の実施例
以下図面を参照し２つつ、本発明の一実施例に係る、タ
ンタル（Ｔａ）薄膜の表面酸化方法について散明し、本
発明の構成と特有の効果とを明らかにする。
ンタル（Ｔａ）薄膜の表面酸化方法について散明し、本
発明の構成と特有の効果とを明らかにする。
実施例１
シリコン（Ｓｉ ）基板上に、高周波スパンタリング法
によって厚さ２０（ｎｍ）のタンタル層を形成し、該タ
ンタル層を本発明にかかる酸化処理温度七、従来の乾燥
酸素（ｄ・ｒｙ ０２） を用いた酸化処理方法によ
って酸化し、それぞれの酸化処理方法によって生成され
たタンタル酸化膜のリーク電流を測定した〇 一酸化条件は、温度を５００（−０）、水蒸気圧を９５
０（ＴＯｒｒ ） とした。本発明にかかる酸化処理
方法によれげ１０分の酸化処理により前Ｍｒ：ｌタンタ
ル層は全てタンタル酸化物（厚さ４４（ｎｍ）に変換さ
れ、ｄｒｙ Ｏ２を用いた酸化処理では４０分の酸化処
理によｌ）全てタンタル酸化物に変換された。そして該
タンタル酸化物上に対向電極としてアルミニウム層を形
成した。
によって厚さ２０（ｎｍ）のタンタル層を形成し、該タ
ンタル層を本発明にかかる酸化処理温度七、従来の乾燥
酸素（ｄ・ｒｙ ０２） を用いた酸化処理方法によ
って酸化し、それぞれの酸化処理方法によって生成され
たタンタル酸化膜のリーク電流を測定した〇 一酸化条件は、温度を５００（−０）、水蒸気圧を９５
０（ＴＯｒｒ ） とした。本発明にかかる酸化処理
方法によれげ１０分の酸化処理により前Ｍｒ：ｌタンタ
ル層は全てタンタル酸化物（厚さ４４（ｎｍ）に変換さ
れ、ｄｒｙ Ｏ２を用いた酸化処理では４０分の酸化処
理によｌ）全てタンタル酸化物に変換された。そして該
タンタル酸化物上に対向電極としてアルミニウム層を形
成した。
かかるリーク電流の測定結果を第４図に示す。
同図において、曲ＭＬは従来のｄｒｙ ０２ 中にお
ける酸化による生成されたタンタル酸化膜の特性、曲＠
Ｍ Ｌｊ： ％本発明による酸化処理方法により生成
されたタンタル酸化膜の特性を示す。これより明らかな
如く、本発明によればリーク電流の槓めて少い夕 ンタ
ル酸化膜を得ることができる。
ける酸化による生成されたタンタル酸化膜の特性、曲＠
Ｍ Ｌｊ： ％本発明による酸化処理方法により生成
されたタンタル酸化膜の特性を示す。これより明らかな
如く、本発明によればリーク電流の槓めて少い夕 ンタ
ル酸化膜を得ることができる。
実施例２
一例として、本発明の実施に係るタンタル（Ｔａ）薄膜
の表面酸化方法を１−トランジスタ１−キャノξシタ型
うンダムアクセスメモルセルの’Ａ 造工程の一部とし
て実行した場合について述べる。
の表面酸化方法を１−トランジスタ１−キャノξシタ型
うンダムアクセスメモルセルの’Ａ 造工程の一部とし
て実行した場合について述べる。
第５図参照
ｐ型シリコン（Ｓｉ）よりなる基板ｌ上に公知の方法を
使用してアイソレーション領域にシリコン酸化（Ｓ１０
□）膜２を形成し、さらに素子領域にＭＯ３トランジス
タのゲート絶縁膜となる材料、例え鐘、二酸化シリコン
（Ｓ１０□）を熱酸化法を使用して厚さ３００ （ｉ）
程度の薄膜３として成長させたのち、多結晶シリコン（
ｓｉ ）層よＩ〕なる転送ゲート４を選択的に形成し、
さらにトランジスタのｎ＋型ソース・ドレイン領域５．
５′を形成する。
使用してアイソレーション領域にシリコン酸化（Ｓ１０
□）膜２を形成し、さらに素子領域にＭＯ３トランジス
タのゲート絶縁膜となる材料、例え鐘、二酸化シリコン
（Ｓ１０□）を熱酸化法を使用して厚さ３００ （ｉ）
程度の薄膜３として成長させたのち、多結晶シリコン（
ｓｉ ）層よＩ〕なる転送ゲート４を選択的に形成し、
さらにトランジスタのｎ＋型ソース・ドレイン領域５．
５′を形成する。
第６図参照
次に、基板１の全面に層間絶縁膜として二酸化シリコン
（Ｓｉ０２）よりなる膜３′を化学気相成長（ＯＶＤ）
法等を使用してス５００〔λ〕の厚さに形成し、フォト
リソグラフィー法を使用してソース・ドレインの一方、
例えばソース５の領域の上記二酸化シリコン（Ｓ１０□
）膜３′に開口を形成する。続いて、基板ｌの全面にタ
ンタル（Ｔａ）をスパッタ成長法を使用して厚さ１．ｏ
ｏｏ（Ｘ）程度に形成し、さらに公知の方法に、よりパ
ターニングしてソース領域５に接続されるキヤ・ξシタ
の電極６を形成する○ 第７図参照 上記タンタル（Ｔａ）薄膜よ０なるキャノξシタ用′市
働６の表面酸化を行ない、誘′市体材料としての酸化タ
ンタル（Ｔａ２０５）膜７を４ｏｏ（Ｘ）程度の厚さに
形成する。この工程は水蒸父圧が９５０ （Ｔｏｒｒ）
程度であるｗｅｔ○２ 雰囲気中において５ｏｏ〔°ｃ
）程度の温度をもって約１５分熱酸化を行なうことによ
り可能である。
（Ｓｉ０２）よりなる膜３′を化学気相成長（ＯＶＤ）
法等を使用してス５００〔λ〕の厚さに形成し、フォト
リソグラフィー法を使用してソース・ドレインの一方、
例えばソース５の領域の上記二酸化シリコン（Ｓ１０□
）膜３′に開口を形成する。続いて、基板ｌの全面にタ
ンタル（Ｔａ）をスパッタ成長法を使用して厚さ１．ｏ
ｏｏ（Ｘ）程度に形成し、さらに公知の方法に、よりパ
ターニングしてソース領域５に接続されるキヤ・ξシタ
の電極６を形成する○ 第７図参照 上記タンタル（Ｔａ）薄膜よ０なるキャノξシタ用′市
働６の表面酸化を行ない、誘′市体材料としての酸化タ
ンタル（Ｔａ２０５）膜７を４ｏｏ（Ｘ）程度の厚さに
形成する。この工程は水蒸父圧が９５０ （Ｔｏｒｒ）
程度であるｗｅｔ○２ 雰囲気中において５ｏｏ〔°ｃ
）程度の温度をもって約１５分熱酸化を行なうことによ
り可能である。
次に該酸化タンタルＨ７上及び二酸化シリコン、、、
３＋を覆ってモリブデン（ＭＯ）を真空蒸着法により２
．０００（Ｘ〕程度の厚さに形成し、該モリブデン膜を
公知の方法によってパターニングし、対向箪欅８を形成
する。
３＋を覆ってモリブデン（ＭＯ）を真空蒸着法により２
．０００（Ｘ〕程度の厚さに形成し、該モリブデン膜を
公知の方法によってパターニングし、対向箪欅８を形成
する。
第８図参照
燈後に公知の方法により二酸化シリコン（ＳｔＯ２）よ
りなる層ｍＪ絶縁膜３′、ｒレイン領域コンタクトホー
ルな形成したのち、アルミニウム（Ａ／）によるビット
線用配線層９を形成する。
りなる層ｍＪ絶縁膜３′、ｒレイン領域コンタクトホー
ルな形成したのち、アルミニウム（Ａ／）によるビット
線用配線層９を形成する。
以上のような本発明により形成されるキャパシタ用誘電
体としての酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）膜７は、緻密、
高密度、均質、絶縁耐力が大きくリーク′市流が小さく
、より微細化さ歎た高信頼性の１−トランジスタ１−キ
ャパシタ型ランダムアクセスメモリセルな製造すること
ができる。
体としての酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）膜７は、緻密、
高密度、均質、絶縁耐力が大きくリーク′市流が小さく
、より微細化さ歎た高信頼性の１−トランジスタ１−キ
ャパシタ型ランダムアクセスメモリセルな製造すること
ができる。
なお、前記本発明にあっては、タンタルの酸化処理方法
について開示しているが、本発明の思想は該タンタルと
同様の性質を有する４Ａ族、５Ａ族の元素の酸化処理に
適用することができる。
について開示しているが、本発明の思想は該タンタルと
同様の性質を有する４Ａ族、５Ａ族の元素の酸化処理に
適用することができる。
なお、本発明にかかる酸化処理方法を実施する処理装置
の一例を、第９図に示す。
の一例を、第９図に示す。
同図において、１１は石英反応管、１２は抵抗加熱ヒー
ターであｊ、ｌ、１３は該石英反応管ｌｌ内に収容され
た被酸化処理体例えば表面にタンタル膜が被着されたシ
リコン基板受ある。
ターであｊ、ｌ、１３は該石英反応管ｌｌ内に収容され
た被酸化処理体例えば表面にタンタル膜が被着されたシ
リコン基板受ある。
また、１４は前記石英反応管１１へのガス導入管１５に
接続されたノ々ブラー、１６は該バブラー１４を加熱す
るヒーター、１７は該ノ々ブラー１４へ酸素（０２）を
導入するガス導入管、１８は該ガス導入管１７とガス導
入管１５を直接接続する如く配設されたガス導入管、１
９ 、２０及び２１はノ々ルブである。
接続されたノ々ブラー、１６は該バブラー１４を加熱す
るヒーター、１７は該ノ々ブラー１４へ酸素（０２）を
導入するガス導入管、１８は該ガス導入管１７とガス導
入管１５を直接接続する如く配設されたガス導入管、１
９ 、２０及び２１はノ々ルブである。
該／々ル２１９〜２１の切換えによって、ガス導入管１
７及びガス導入管１５ Ｑ 経路にてｄｒｙｏ２を、ま
たガス導入管１７、バブラー１４及びガス導入管１５の
経路にてｗｅｔ Ｏ３を反応管ｌＩ内へ導入する。
７及びガス導入管１５ Ｑ 経路にてｄｒｙｏ２を、ま
たガス導入管１７、バブラー１４及びガス導入管１５の
経路にてｗｅｔ Ｏ３を反応管ｌＩ内へ導入する。
（７）発明の効果
本発明によれば、タンタル（Ｔａ）膜の酸化方法におい
て、その膜質が緻密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく
、リーク電流の／」＼さい酸化タンタル（Ｔａ２０５）
膜を得ることが可能である、タンタル（Ｔａ）膜の酸化
方法を提供することができる。
て、その膜質が緻密、高密度、均質で絶縁耐力が大きく
、リーク電流の／」＼さい酸化タンタル（Ｔａ２０５）
膜を得ることが可能である、タンタル（Ｔａ）膜の酸化
方法を提供することができる。
第１図はｄｒｙＯ２雰囲気中において何物にも覆われて
いないシリコンと酸化タンタルによって覆われているシ
リコンとを酸化した場合の酸化物膜厚対酸化時間の関係
を示すグラフであり、第２図はｗｅｔ ０２ 雰囲気
中において何物にも覆われていないシリコンと酸化タン
タルによって覆われているシリコンとを酸化した場合の
酸、化物膜厚対酸化時間の関係を示すグラフである。第
３図は、本発明にかかる酸化処理方法において、処理温
度を・ぐラメータとした処理時間−成長酸化膜厚との関
係を示すグラフである。第４図はｄｒｙ○２ 酸化法を
もって製造されたタンタル酸化膜とｗｅｔ ０２ 酸
化膜法をもって製造されたタンタル酸化膜とのリーク電
流対電圧の関係を示すグラフである。第５図乃至第８図
は、本発明の一実施例に係るタラタル（Ｔａ）薄膜の表
面酸化方法をランダムアクセスメモリセルの製造工程の
一部であるキャノクシタ形成工程に使用した場合の主要
工程完了後の基板断面図、第９図は本発明にかかる酸化
処理方法を実施する酸化処理装置の一例を示す断面図で
ある０１・・・基Ｍ（ｐＳ土）、２・・・アイソレーシ
ョン領域（Ｓ１０．２）、 ３ ・・・ゲー ト （Ｓ
１ｏ２）、 ３′、 ３’・４間絶縁膜（Ｓ１０□）、
４・・・転送ゲート（ポリシリコン）、５．５・・・ソ
ース・ ｒレイン、６・・・キャパシタ電極（Ｔａ）、
７・・・誘電体（Ｔ ａ ２０５）、８・・・キャパシ
タ電極（Ｍｏ）、９・・・配線層（Ａ／）。 ６．、 第１７ 第２図 値ｌしイ乙、１−ｙ戸ろ ｔ′°１ 第５閃 尭６図 ；７図
いないシリコンと酸化タンタルによって覆われているシ
リコンとを酸化した場合の酸化物膜厚対酸化時間の関係
を示すグラフであり、第２図はｗｅｔ ０２ 雰囲気
中において何物にも覆われていないシリコンと酸化タン
タルによって覆われているシリコンとを酸化した場合の
酸、化物膜厚対酸化時間の関係を示すグラフである。第
３図は、本発明にかかる酸化処理方法において、処理温
度を・ぐラメータとした処理時間−成長酸化膜厚との関
係を示すグラフである。第４図はｄｒｙ○２ 酸化法を
もって製造されたタンタル酸化膜とｗｅｔ ０２ 酸
化膜法をもって製造されたタンタル酸化膜とのリーク電
流対電圧の関係を示すグラフである。第５図乃至第８図
は、本発明の一実施例に係るタラタル（Ｔａ）薄膜の表
面酸化方法をランダムアクセスメモリセルの製造工程の
一部であるキャノクシタ形成工程に使用した場合の主要
工程完了後の基板断面図、第９図は本発明にかかる酸化
処理方法を実施する酸化処理装置の一例を示す断面図で
ある０１・・・基Ｍ（ｐＳ土）、２・・・アイソレーシ
ョン領域（Ｓ１０．２）、 ３ ・・・ゲー ト （Ｓ
１ｏ２）、 ３′、 ３’・４間絶縁膜（Ｓ１０□）、
４・・・転送ゲート（ポリシリコン）、５．５・・・ソ
ース・ ｒレイン、６・・・キャパシタ電極（Ｔａ）、
７・・・誘電体（Ｔ ａ ２０５）、８・・・キャパシ
タ電極（Ｍｏ）、９・・・配線層（Ａ／）。 ６．、 第１７ 第２図 値ｌしイ乙、１−ｙ戸ろ ｔ′°１ 第５閃 尭６図 ；７図
Claims (1)
- タンタル膜を、１０（Ｔｏｒｒ）以上の水蒸気を含む雰
囲気中において４ｏｏ（ｏ）を越える温度に加熱して、
タンタル酸化物を形成する工程を有することを特徴とす
るタンタル膜の酸化処理方法０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223180A JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223180A JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59112627A true JPS59112627A (ja) | 1984-06-29 |
| JPH0552665B2 JPH0552665B2 (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=16794053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57223180A Granted JPS59112627A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | タンタル膜の酸化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59112627A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7115533B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device manufacturing method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927985A (ja) * | 1972-07-12 | 1974-03-12 | ||
| JPS5153462A (en) * | 1974-11-05 | 1976-05-11 | Fujitsu Ltd | Handotaisochino seizohoho |
| JPS5415668A (en) * | 1975-06-30 | 1979-02-05 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Method of producing semiconductor |
-
1982
- 1982-12-20 JP JP57223180A patent/JPS59112627A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927985A (ja) * | 1972-07-12 | 1974-03-12 | ||
| JPS5153462A (en) * | 1974-11-05 | 1976-05-11 | Fujitsu Ltd | Handotaisochino seizohoho |
| JPS5415668A (en) * | 1975-06-30 | 1979-02-05 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Method of producing semiconductor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7115533B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0552665B2 (ja) | 1993-08-06 |
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