JPS63477A

JPS63477A - 酸化タンタル薄膜の製法

Info

Publication number: JPS63477A
Application number: JP14383086A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamagishi; 山岸　耕二; Yasuo Tarui; 垂井　康夫
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1988-01-05
Also published as: JPH0424431B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】く技術分腎〉本発明は、半導体装置などの電子素子に使用する誘電材
料である酸化タンタル薄膜の形成方法に関する。

〈従来技術〉ＶＬＳ　Ｉ等のマイクロエレクトロニクス素子では、よ
り集積化を進めるために容量部に高い誘電率をらっ誘電
膜を導入する試みか行なわれている。

そのもつとも実用化に近い材料として、酸化タンタル（
ｒａｚｏ４）’かある。この酸化タンタル膜の形成方法
には、従来、次の様な方法がとられてきた：（１）スパ
ッター法てＴａ膜を形成した後、熱酸化する方法、（２
）スパッター法でＴａ１回を形成した後、陽極酸化ずろ
方法、（３）反応性スパッター法（ＡｒとＯ３の、見合
ガスを使用）でタンタルターゲットからＴａｔＯｓを形
成する方法、（４）ＲＦ’スパッター法でＴａ２ｋｓタ
ーゲツトより形成する方法、（５）減圧ＣＶＤ法で形成
する方法。

このなかで、（１）〜（４）のようなスパッター法を用
いる場合、荷電粒子による基板への）ｌ傷を１１６い最
終的な素子特性を劣化させる。まｆこ、スパック−法は
下地の凹凸に対する被覆性が悪く、腹准な形状の基板に
は対処できない。上記（２）の陽極酸化では電解溶液中
で酸化を行うが、この際に溶液中の負イオンら膜中に取
り込まれて不純物、長大が避けられない。また厚さ方向
に均一な組成を得るのが円錐である。上３ｉ：！　（５
）の減圧ＣＶＤ法では、原料の分解、酸素との反応が不
十分て得られた膜の特性は実用に適さない。

上記の欠点を解消し、良好な特性を得る目的で金属アル
コキザイドを原料に光化学反応によって薄膜形成を行う
方法が提案された（特願昭６０−２８８０８　＋３　）
。この方法を用いろと、低温で膜形成が行え、リーク電
流などの特性らかなり改善される。

しかし、金属アルコキザイド（例えば、Ｔａ（ＯＣＩＩ
Ｊｓ）は成分として炭素（Ｃ）を含んでいるため、これ
によって形成された膜の内部に不純物として含有されて
しまう。膜中に入った炭素は絶縁体の電子のエネルギー
禁制帯中に不純物準位をつくり電気伝導を容易にする。

この結果として誘電材料として特に重要である絶縁特性
が損なイつれる面を乙っている。

このことから炭素を成分に有する原料を用いる限り、絶
縁性を向上さ仕ろにも限度があった。

〈発明の内容〉上記問題を解決するには、炭素成分を含まない原料を用
いればよいのであるが、本発明者らは種々の化合物を検
討した結果、塩化物原料が半導体の特性に悪影響を与え
ることがなく、しから好適な反応性を有していることを
見い出だした。

即ち、本発明は塩化タンタルおよび酸素を含む雰囲気下
、光照射下に基板上に酸化タンタルの薄膜を成長させろ
ことを特徴とする酸化タンタル薄膜の製法を提供する。

五塩化タンタル（Ｔａｃｋｓ）と酸素（Ｏ３）から酸化
クンタル（ＴａｔＯｓ）の生成反応（２Ｔ　ａｃｃｓ　
＋　５０２−ｓ２Ｔａ、Ｏ５）は、通常の熱ＣＶＤ法で
は、少なくと−も４００℃以下の温度ではで生じない。

この系に紫外光照射を行うと、その光エネルギーによっ
て、０．から活性なＯラジカルか、ＴａｃＱｓかみ活性
な低級塩化物分子種がそれぞれ生成し、低温においてＴ
ａｔＯｓの生成反応を生じ、成膜が可能となる。この反
応は、基板温度を上昇させると反応速度が増加するよう
な熱活性型の反応ではなく温度が上がると、 ■　基板表面への吸着過程が膜成長を律速するようにな
る。

■　解離した塩素によって生成物がエツチングされるよ
うになる。

の２つの理由て膜成長速度は低下する。この結果、２５
０℃以下てのみ基板上への膜成長か可能となっている。

しかし、金属アルコキサイド（Ｔａ（ＯＣ１１３）５）
を原料とした場合の桔東も含めて、一般に高温側で形成
するほと膜は緻密となり、特性′は良好になるのて実用
的な膜質をｔ’）ろためには、より高温での形成が望ま
しい。

そこで、低温で光化学反応によって膜形成を行い、それ
に続いて基板に悪影響を与えない範囲の比較的高温に一
定時間保持することにより膜を緻密化する。

この処理によって、高温で形成した薄膜なみの特性をｉ
することかで、きるようになる。

本発明は、このような方法で’ｒａｃｃ５．０２を原料
に良好な特性の酸化タンタル薄膜を提供する乙のである
。

〈実施例〉以下、実施例に従って詳細に説明する。

第１ＵＡは、本発明を実進した薄膜の形成支び熱処理の
ｆこめの装置の概略図である。

基板５（例えば、Ｓｉウェハ）は、サセプター６上に装
［眞され所定温度に加熱される。反応器１内は真空ポン
プ４によ−〕で真空排気され、その後、所定流量のＴａ
Ｃｌ２５．０２混合ガスか導入されて所定の圧力に保持
される。基板に対して、合成石英製の窓１０を通して対
抗している紫外光ｉｌ！７１　（例えば、低圧Ｈｇラン
プ、発光波長１８５ｎｍ、２５１ｎｍ　）から紫外光の
照射を行う。これによって熱ＣＶＤでは形成不可能であ
るＴａ２０５か基板上に成長する。

最乙典型的な成膜条件は、基板温度　１５０〜２００℃
、圧力　１〜３　Ｔｏｒｒ　、　０２流量５０〜２００
　ｓｃｃｍ　、　ＴａＣＣｓ発生温度１００〜１３０℃
、キャリヤＮ２１０〜２０ｓｅｃｍである。

第２図にＴａ２０５薄膜の成長速度の温度依存性を示す
。面述しｆコように基板温度か高くなると、■　基板表
面にお：ノる反応種の吸着、脱ｒ；ｔのバランスが脱離
側になる。

■　ＴａＣＱ、から生じた塩素によるＴａｚＯｓのエツ
チングが活発となる。

の２点から成長速度は低下し、２５０℃以上では膜成長
がみられなくなる。このため、実際の成膜の条件は２０
０℃程度となる。しかし、１５０〜２００℃で得られた
ＴａｚＯｓ膜は膜密度が低く誘電膜としては絶縁性が不
十分である。

従って、以上のように低温で薄膜を形成した後、酸素雰
囲気中で比較的高温（基板に悪影響を与えない範囲）に
保持し膜の緻密化を行う。

この時の典型的な処理条件は以下のとおりである。

温度４００℃、圧力１ａｔｍ（酸素分圧１ａｔｍ）処理
時間２時間。

第３図は、この処理によるリーク電流の経時的な変化の
ようすを示したものである。第３図において曲線ａは１
５０℃で成長直後のらのを示し、曲線すは酸素中（Ｉ　
ａｔｍ）で１時間緻密化処理したもの、曲線Ｃは同条件
で２時間緻密化処理したちのを示す。２時間の処理（曲
線Ｃ）で数桁のリーク電流の減少かえられる。

この時、雰囲気はかならずしも酸素雰囲気である必要は
ないがＴａ１０の組成比を安定化するためと、反応器内
に残留している塩素などにより成長したＴａｘｅ５薄膜
をエツチングされることを防止するために酸素を雰囲気
ガスに用いることか望ましい。

〈発明の効果〉本発明は、（１）’ｒａｃｆ２ｓ−０，系において、光
、特に紫外光を照射することにより酸化タンタル膜を低
温で成長させる。（２）得られた薄膜を酸素雰囲気中形
成温度に所定時間保持することによって膜密度を高める
。

以上の工程を行うことによって、良好な特性の酸化タン
タル薄膜を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸化タンタル薄膜製造のための装置の
概略図である。第２図は酸化タンタル薄膜の成長速度の基板温度依存性
を示す。第３図は酸化タンタル薄膜形成後の加熱処理によるリー
ク電流の経時的な変化を示す。曲線ａは１５０℃で成長
直後のものを示し、曲線すは酸素中（Ｉ　ａｔｍ）で１
時間緻密化処理したもの、曲線Ｃは同条件で２時間緻密
化処理したしのを示すっ図中の番号は以下の通りである
。（１）・・・反応器、　（２）・・・低圧Ｈｇランプ、
（３）・・発生槽、　（４）・・・真空排気、　（５）
・・・基板、（６）・・・サセプター、　　（７）・・
・ヒーター、　（８）・・・ヒーター、　（９）＝Ｔａ
ＣＩ２ｓ、　（１０）・・・合成石英窓。

Claims

【特許請求の範囲】１、塩化タンタルおよび酸素を含む雰囲気下、光照射下
に基板上に酸化タンタルの薄膜を成長させることを特徴
とする酸化タンタル薄膜の製法。２、基板の温度が２５０℃以下である第１項記載の酸化
タンタル薄膜の製法。３、成長した薄膜を３００〜５００℃の温度で３０分以
上保持する第１項記載の酸化タンタル薄膜の製法。