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JP2001267316A - 半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法 - Google Patents

半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法

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JP2001267316A
JP2001267316A JP2001000160A JP2001000160A JP2001267316A JP 2001267316 A JP2001267316 A JP 2001267316A JP 2001000160 A JP2001000160 A JP 2001000160A JP 2001000160 A JP2001000160 A JP 2001000160A JP 2001267316 A JP2001267316 A JP 2001267316A
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reactor
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aluminum
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燦 林
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京 民 金
Yong Sik Yu
龍 植 劉
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Hynix Semiconductor Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム酸化膜の成長率を増大させるた
めの酸化膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、半導体素子で用いるアルミニ
ウム酸化膜の製造方法において、半導体基板を提供し、
反応器（chamber）内に前記半導体基板を装着させる第
１ステップと、アルミニウムソース物質とアンモニアガ
スとを前記反応器内に同時に供給し、前記半導体基板に
吸着されるようにする第２ステップと、前記反応器内に
窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の
MTMAや副産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース
物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着さ
れるようにする第４ステップと、前記反応器内に窒素ガ
スを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソ
ースや副産物を排出させる第５ステップとを含んでい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子で用い
るアルミニウム酸化膜の製造方法に関し、特に、ウェー
ハにアルミニウムソースと酸素ソースとを蒸着させるた
めアンモニア（NH 3）反応ガスを用いる半導体素子で用
いる酸化アルミニウムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、半導体素子は、微細化
（micronization）を介して小型化することによって高
集積度を有することができる。しかし、トランジスタ及
び回路速度が増加され信頼性が改善されるためには、メ
モリセル領域の小型化が必要である。
【０００３】高精密度と小型化とを有する素子を形成す
るためには、密度、動作特性及び信頼性を増加させるべ
きである。このような要求を充足させるためには、キャ
パシタの静電容量を増大させるべきであり、DRAM素子及
び論理素子に適用されるゲート誘電体膜の特性を向上さ
せるべきである。このような課題を解決するため、キャ
パシタ薄膜及びゲート誘電体膜として高誘電体物質を用
いる多様な研究が進められている。
【０００４】特に、高誘電体物質の中で、酸化アルミニ
ウム（Al2O3）は、酸化抵抗性及び熱的安定性に優れて
いるため、キャパシタ薄膜及びゲート誘電体薄膜として
主に用いられている。さらに、水素拡散を防止するため
の水素防止膜としても用いられている。
【０００５】一般に、アルミニウム酸化膜は、単原子層
蒸着法（ALD:atomic layer deposition）のような方法
を用いて形成される。
【０００６】詳しい製造工程は、次の通りである。
【０００７】反応器（chamber）内にウェーハを装着さ
せた後、ウェーハを２００ないし４５０℃の温度に加熱
する。アルミニウムソース物質を０.１ないし３秒の
間、反応器内に供給し、次いで反応器内に窒素ガスを供
給するか、真空パージを実施して、反応器内の未反応の
アルミニウムソース物質及び反応副産物を排出する。次
に酸素ソース物質を０.１ないし３秒の間、反応器内に
供給する。反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パー
ジを実施して、反応器内の未反応の酸素ソース物質及び
反応副産物を排出する。このような一連の過程がアルミ
ニウム酸化膜蒸着の１サイクルであり、このようなサイ
クルを所望の厚さのアルミニウム酸化膜が形成されるま
で繰り返す。
【０００８】半導体素子の従来のアルミニウム酸化膜の
製造方法において、アルミニウムソース物質としてTMA
（trimethyl aluminum、Al(CH3)3）、またはMTMA（modi
fiedtrimethyl aluminum、Al(CH3)3N(CH2)5CH3）を用
い、酸素ソース物質としては蒸気状態のH2Oを用いる。
【０００９】しかし、従来の方法は、アルミニウム酸化
膜の成長率を低下させて生産性を減少させる短所があ
る。また、従来の方法により形成されたアルミニウム酸
化膜は、構成物質としてTMAやMTMAを用いることによっ
て炭素不純物（particle）を含み得るため、薄膜の電気
的特性の劣化が生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、
アルミニウム酸化膜の成長率を増大させるための酸化膜
の製造方法を提供することにその目的がある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明は、半導体素子で用いるアルミニウ
ム酸化膜の製造方法において、半導体基板を提供し、反
応器（chamber）内に前記半導体基板を装着させる第１
ステップと、アルミニウムソース物質とアンモニア（NH
3）ガスとを前記反応器内に同時に供給し、前記半導体
基板に吸着されるようにする第２ステップと、前記反応
器内に窒素ガスを供給するか、真空パージ（vacuum pur
ging）を実施して未反応のアルミニウムソース物質や副
産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース物質を前
記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるよう
にする第４ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給
するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副
産物を排出させる第５ステップとを含んでいる。
【００１２】また、前記の目的を達成するためになされ
た本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の
製造方法において、半導体基板を提供し、反応器内に前
記半導体基板を装着させる第１ステップと、アルミニウ
ムソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板
に吸着されるようにする第２ステップと、前記反応器内
に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応
のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ス
テップと、酸素ソース物質とアンモニアガスとを前記反
応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにす
る第４ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給する
か、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物
を排出させる第５ステップとを含んでいる。
【００１３】また、前記の目的を達成するためになされ
た本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の
製造方法において、半導体基板を提供し、反応器内に前
記半導体基板を装着させる第１ステップと、アルミニウ
ムソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に同時
に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第２
ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真
空パージを実施して未反応のアルミニウムソース物質や
副産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース物質と
アンモニアガスとを前記反応器内に供給して前記半導体
基板に吸着されるようにする第４ステップと、前記反応
器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未
反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップと
を含んでいる。
【００１４】また、前記の目的を達成するためになされ
た本発明は、半導体素子の製造方法において、基板、素
子分離領域、ゲートライン、ゲート酸化膜及び第１絶縁
膜を備える活性マトリックスを提供する第１ステップ
と、前記活性マトリックス上にバッファ膜と第１導電膜
とを形成する第２ステップと、アンモニア反応ガスにア
ルミニウムソースと酸素ソースとを供給することによっ
て、単原子層蒸着法（ALD）方法を利用して酸化アルミ
ニウム（Al2O3）誘電体膜を前記第１導電膜上に形成す
る第３ステップと、第２導電膜を前記誘電体膜上に形成
し、前記第２導電膜、前記誘電体膜、前記第１導電膜及
び前記バッファ膜をエッチングして、キャパシタ構造を
形成する第４ステップと、水素防止膜を前記キャパシタ
構造に形成する第５ステップと、第２絶縁膜を蒸着させ
た後、ビットラインと局部配線とを形成する第６ステッ
プと、パシベーション膜を全体表面上に形成する第７ス
テップとを含んでいる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明が属する技術分野に
おける通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容
易に実施できる程度に詳細に説明するため、本発明の好
ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。
【００１６】アルミニウムソース物質供給時にアンモニ
アガスも供給するアルミニウム酸化膜の製造方法（第１
実施例）において、単原子層蒸着法（ALD）により５０
サイクルの間アルミニウム酸化膜を蒸着させた後、アル
ミニウム酸化膜を露出し、膜の厚さを測定した。また、
アンモニアガスを供給しないこと以外は同様にしてアル
ミニウム酸化膜を製造した。図１は、両酸化膜の露出時
間と厚さの関係を示したグラフである。
【００１７】第１実施例において、アルミニウムソース
物質とアンモニアガスは、アルミニウム酸化膜の成長率
を向上させるために反応器内に同時に供給される。アン
モニアガスが用いられない従来の技術と比較すれば、本
発明にかかるアルミニウム酸化膜の成長率は、従来の技
術にかかる成長率より著しく高い。また、露出時間が増
加すればするほど、成長率も増加する。
【００１８】アルミニウム酸化膜の製造方法を、以下に
詳細に説明する。
【００１９】まず、アルミニウムソース物質とアンモニ
アガスとは、反応器内にウェーハ（半導体基板）を装着
した後、前記ウェーハ表面に吸着されるように反応器内
に同時に供給される。その後、第１パージ（purge）
は、アルミニウムソースの供給を中断した後、未反応の
アルミニウムソース物質と副産物とを排出させるために
行われる。次いで、酸素ソース物質は、ウェーハ表面に
吸着されるように反応器内に供給される。その後、第２
パージは、未反応の酸素ソース物質と副産物とを排出さ
せるために行われる。このような一連の過程がアルミニ
ウム酸化膜蒸着の１サイクルであり、このようなサイク
ルを複数回繰り返して所望の厚さのアルミニウム酸化膜
をウェーハ上に形成する。酸化アルミニウム膜を完全に
蒸着させた後、熱工程はアルミニウム酸化膜の密度を高
めるために行われる。
【００２０】ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０
℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３０
０ mTorrに保持される。TMA（trimethyl aluminum）やM
TMA（modified trimethyl aluminum）のような物質から
構成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３
秒の間、第１供給管を介して供給される。一方、アンモ
ニアガスは、第２供給管を介して１分当り２０ないし１
０００ sccmの流量比で反応器内に同時に供給される。
アンモニアガスとアルミニウムソース物質とが同じ供給
管を介して反応器内に供給された場合、アルミニウムソ
ースは、アンモニアガスと反応して不純物（particle）
が供給管に生じることとなる。従って、アルミニウムソ
ース物質とアンモニアガスとは、別の供給管を介して供
給されるべきである。第１パージは、排出ポンプを介し
て未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出す
るため、０.１ないし３秒の間行われるが、真空パージ
のような方法を用いて行われることもできる。また、蒸
気化されたH2Oのような酸素ソース物質は、第３供給管
を介して０.１ないし３秒の間供給され、第２パージ
は、第１パージと同様に行われる。
【００２１】アルミニウムソース物質としてTMAやMTMA
のような金属-有機物質を用いているため、アルミニウ
ム酸化膜は、蒸着反応以後その中に炭素不純物（partic
le）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させる
ことがある。このような電気的特性の劣化を防止するた
め、必要に応じて、続いて炭素不純物を除去するための
工程が、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNT（Ex-situ p
lasma N2O treatment）やUV/O3のような方法により３０
０ないし４５０℃の温度で行われえる。そして、必要に
応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜の密度を高
めるために６５０ないし８５０℃の温度で行われる。
【００２２】酸素ソース物質供給時にアンモニアガスも
供給するアルミニウム酸化膜の製造方法（第２実施例）
において、単原子層蒸着法（ALD）により５０サイクル
の間アルミニウム酸化膜を蒸着させた後、アルミニウム
酸化膜を露出し、膜の厚さを測定した。また、アンモニ
アガスを供給しないこと以外は同様にしてアルミニウム
酸化膜を製造した。図２は、両酸化膜の露出時間と厚さ
の関係を示したグラフである。
【００２３】第２実施例において、酸素ソース物質とア
ンモニアガスとは、アルミニウム酸化膜の成長率を向上
させるために反応器内に同時に供給される。アンモニア
ガスが用いられない従来の技術と比較すれば、本発明に
かかるアルミニウム酸化膜の成長率は、従来の技術にか
かる成長率より著しく高い。
【００２４】本発明の第２実施例にかかるアルミニウム
酸化膜の製造方法について説明する。
【００２５】まず、アルミニウムソース物質は、反応器
内にウェーハを装着した後、前記ウェーハ表面に吸着さ
れるように反応器内に供給される。次いで、アルミニウ
ムソースの供給を中断した後、未反応のアルミニウムソ
ース物質と副産物とを排出させるため第１パージを行
う。次いで、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、ウ
ェーハ表面に吸着されるように反応器内に同時に供給さ
れる。その後、第２パージは、未反応の酸素ソース物質
と副産物とを排出させるために行われる。このような一
連の過程をアルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルとい
い、このようなサイクルを複数回繰り返して所望の厚さ
のアルミニウム酸化膜をウェーハ上に形成する。酸化ア
ルミニウムを完全に蒸着させた後、炭素不純物（partic
le）を除去するための工程と熱工程は連続して行われえ
る。
【００２６】ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０
℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３０
０ mTorrに保持される。TMAやMTMAのような物質から構
成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３秒
の間第１供給管を介して供給される。第１パージは、排
出ポンプを介して未反応のアルミニウムソース物質と副
産物とを排出するため、０.１ないし３秒の間行われる
が、真空パージのような方法を用いて行われることもで
きる。また、蒸気化されたH2Oのような酸素ソース物質
とアンモニアガスとは、第２供給管を介して０.１ない
し３秒の間、２０ないし１０００ sccmの流量比で供給
される。そして、第２パージは、第１パージと同様に行
われる。酸素ソース物質とアンモニアガスとが異なる供
給管を介して反応器内に供給された場合、H2Oとアンモ
ニアガスとの反応により反応器内に多くの不純物（part
icle）が生じる。従って、酸素ソース物質とアンモニア
ガスとは、同じ供給管を介して供給されるべきである。
【００２７】アルミニウムソース物質としてTMAやMTMA
のような金属-有機物質を用いるため、アルミニウム酸
化膜は、蒸着反応以後、その中に炭素不純物（particl
e）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させ
る。このような電気的特性の劣化を防止するため、必要
に応じて、続いて炭素不純物を除去するための工程が、
O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNTやUV/O3のような方法
により３００ないし４５０℃の温度で行われる。そし
て、必要に応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜
の密度を高めるため、６５０ないし８５０℃の温度で行
われる。
【００２８】アルミニウムソース物質供給時及び酸素ソ
ース物質供給時にアンモニアガスも供給するアルミニウ
ム酸化膜の製造方法（第３実施例）において、単原子層
蒸着法（ALD）により数サイクルの間アルミニウム酸化
膜を蒸着させた後、アルミニウム酸化膜を露出し、膜の
厚さを測定した。また、アンモニアガスを供給しないこ
と以外は同様にしてアルミニウム酸化膜を製造した。図
３は、両酸化膜の露出時間と厚さの関係を示したグラフ
である。
【００２９】第３実施例において、アルミニウムソース
物質とアンモニアガスとは、反応器に同時に供給され、
酸素ソース物質とアンモニアガスともアルミニウム酸化
膜の成長率を向上させるため反応器内に同時に供給され
る。アンモニアガスが用いられない従来の技術と比較す
れば、本発明にかかるアルミニウム酸化膜の成長率は、
従来の技術にかかる成長率より著しく高い。そして、露
出時間が増加すればするほど、成長率も共に増加する。
【００３０】本発明の第３実施例にかかるアルミニウム
酸化膜の製造工程について説明する。まず、アルミニウ
ムソース物質とアンモニアガスとは、反応器内にウェー
ハを装着した後、前記ウェーハ表面に吸着されるように
反応器内に同時に供給される。次いで、アルミニウムソ
ースの供給を中断した後、未反応のアルミニウムソース
物質と副産物とを排出させるため第１パージを行う。次
いで、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、ウェーハ
表面に吸着されるように反応器内に同時に供給される。
その後、未反応の酸素ソース物質と副産物とを排出させ
るため、第２パージを行う。このような一連の過程をア
ルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルといい、このような
サイクルを複数回繰り返して所望の厚さのアルミニウム
酸化膜をウェーハ上に形成する。酸化アルミニウムを蒸
着させた後、必要に応じて、炭素不純物（particle）を
除去するための工程と熱工程が連続して行われる。
【００３１】ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０
℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３０
０ mTorrに保持される。TMAやMTMAのような物質から構
成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３秒
の間第１供給管を介して供給される。一方、アンモニア
ガスは、第２供給管を介して２０ないし１０００ sccm
の流量比で反応器内に同時に供給される。アンモニアガ
スとアルミニウムソース物質とが同じ供給管を介して反
応器内に供給された場合、アルミニウムソースはアンモ
ニアガスと反応するため不純物（particle）が供給管に
生じる。従って、アルミニウムソース物質とアンモニア
ガスとは、異なる供給管を介して供給されるべきであ
る。第１パージは、排出ポンプを介して未反応のアルミ
ニウムソース物質と副産物とを排出するために０.１な
いし３秒の間行われるが、真空パージのような方法を用
いて行われることもできる。また、酸素ソース物質とア
ンモニアガスとは、第３供給管を介して２０ないし１０
００ sccmの流量比で供給される。そして、第２パージ
は、第１パージと同様に行われる。ここで、酸素ソース
物質とアンモニアガスとが異なる供給管を介して供給さ
れた場合、H2Oとアンモニアガスとの反応により反応器
内に多くの不純物（particle）が生じうる。
【００３２】アルミニウムソース物質としてTMAやMTMA
のような金属-有機物質を用いるため、アルミニウム酸
化膜は、蒸着反応以後、その中に炭素不純物（particl
e）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させ
る。このような電気的特性の劣化を防止するため、必要
に応じて、続いて炭素不純物を除去するための工程が、
O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNTやUV/O3のような方法
により３００ないし４５０℃の温度で行われる。そし
て、必要に応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜
の密度を高めるため、６５０ないし８５０℃の温度で行
われる。
【００３３】図４Ａないし４Ｅは、本発明の酸化アルミ
ニウム蒸着方法を適用したアルミニウム酸化膜を含む半
導体素子の製造方法（第４実施例）を説明するための断
面図である。
【００３４】半導体素子の製造工程は、半導体基板10
2、素子分離領域104、拡散領域106、ゲート酸化膜112、
ゲートライン113、スペーサ114及び第１絶縁膜116を含
む活性マトリックスの準備から始まる。拡散領域106の
一つは、ソースとして用いられ、残りの一つは、ドレイ
ン（drain）として用いられる。これらの構造は公知の
方法によって製造される。
【００３５】従って、図４Ａに示したように、バッファ
膜118、第１導電膜120、誘電体膜122及び第２導電膜124
が活性マトリックス118の上部に連続的に形成される。
第４実施例において、好ましい誘電体膜122は、蒸着圧
力が約５０ないし３００ mTorrであり、蒸着温度が２０
０ないし４５０℃に保持されるALDのような方法を用い
て形成される酸化アルミニウム（Al2O3）から構成され
る。ここで、バッファ膜118は、第１絶縁膜116と第１導
電膜120との間の粘着（adhesion）を増大させるために
形成される。
【００３６】誘電体膜122の酸化アルミニウムを蒸着す
るための方法は、第１、第２及び第３実施例で説明した
ため、ここで詳細な説明は省略する。他の膜は従来の方
法によって製造される。
【００３７】次いで、第２導電膜124と、誘電体膜122
と、第１導電膜120及びバッファ膜118を所定の形態にエ
ッチングして、図４Ｂに示したように、バッファ118A、
下部電極120A、キャパシタ薄膜122A及び上部電極124Aを
備えたキャパシタ構造150を形成する。後続の工程にお
いて、プレートライン（図示せず）を形成するため、下
部電極120Aが上部電極128Aと異なる大きさを有すること
は好ましい。
【００３８】次いで、図５Ｃに示したように、後続工
程、すなわちパシベーション（passivation）工程にお
ける水素パシベーションからキャパシタ構造150を保護
するため、酸化アルミニウムの水素防止膜がキャパシタ
構造150と第１絶縁膜116との一部分に形成される。
【００３９】次いで、図５Ｄに示したように、第２絶縁
膜130がキャパシタ構造150を覆う水素防止膜128と第１
絶縁膜116上に形成した後、所望の形態にエッチングし
て開口部132、134、136を形成する。次いで、第３導電
膜を開口部132、134、136の内部を含んでいる全体表面
上に形成した後、前記第３導電膜（図示せず）をエッチ
ングしてビットライン144Bと局部配線144Aとを形成す
る。最後に、図６Ｅに示したように、パシベーション15
2は、CVDやPVD方法を用いて全体表面上に形成される。
【００４０】本発明にかかる第４実施例において、ゲー
ト酸化膜112は、本発明にかかる酸化アルミニウム蒸着
法を用いて得られるアルミニウム酸化膜から構成される
ことができる。
【００４１】本発明の技術思想は、上記好ましい実施形
態によって具体的に記述されたが、上記した実施形態は
その説明のためのものであって、本発明を制限するため
のものでないことに留意されるべきである。また、本発
明の技術分野における通常の専門家であるならば、本発
明の技術思想の範囲内で種々の実施形態が可能であるこ
とを理解されるべきである。
【００４２】
【発明の効果】本発明は、アルミニウムソース物質供給
時及び酸素ソース物質供給時にアンモニアガスを同時に
供給することによって、酸化アルミニウムの成長率が向
上する蒸着法を提供し、ウェーハ上にアルミニウム酸化
膜を完全に蒸着させた後、必要に応じて熱処理すること
によって、密度が高いアルミニウム酸化膜を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施例によって得られたアルミニ
ウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜
の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフで
ある。
【図２】図２は、第２実施例によって得られたアルミニ
ウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜
の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフで
ある。
【図３】図３は、第３実施例によって得られたアルミニ
ウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜
の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフで
ある。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施例にかかるアル
ミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明する
ための断面図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例にかかるアル
ミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明する
ための断面図である。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施例にかかるアル
ミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明する
ための断面図である。
【符号の説明】
１０２：半導体基板 １０４：素子分離領域 １０６：拡散領域 １１０：活性マトリックス １１２：ゲート酸化膜 １１３：ゲートライン １１４：スペーサ １１６：第１絶縁膜 １１８：バッファ膜 １１８Ａ：バッファ １２０：第１導電膜 １２０Ａ：下部電極 １２２：誘電体膜 １２２Ａ：キャパシタ薄膜 １２４：第２導電膜 １２４Ａ：上部電極 １２８：水素防止膜 １３０：第２絶縁膜 １３２、１３４、１３６：開口部 １４４Ａ：局部配線 １４４Ｂ：ビットライン １５０：キャパシタ構造 １５２：パシベーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/105 (72)発明者 劉 龍 植 大韓民国京畿道利川市夫鉢邑牙美里山136 −１

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜
    の製造方法において、 半導体基板を提供し、反応器（chamber）内に前記半導
    体基板を装着させる第１ステップと、 アルミニウムソース物質とアンモニア（NH3）ガスとを
    前記反応器内に同時に供給し、前記半導体基板に吸着さ
    れるようにする第２ステップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージ（va
    cuum purging）を実施して未反応のアルミニウムソース
    物質や副産物を排出させる第３ステップと、 酸素ソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基
    板に吸着されるようにする第４ステップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実
    施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ス
    テップとを含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 前記第２ないし５ステップは、所定の厚
    さを有する前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板に
    形成されるまで単原子層蒸着法（ALD）を利用して繰り
    返し行われることを特徴とする請求項１に記載のアルミ
    ニウム酸化膜の製造方法。
  3. 【請求項３】 蒸着温度は、２００℃ないし４５０℃範
    囲に保持され、蒸着圧力は、５０ないし３００ mTorr範
    囲に保持されることを特徴とする請求項１に記載のアル
    ミニウム酸化膜の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記アルミニウムソース物質は、TMA（t
    rimethyl aluminum）やMTMA（modified trimethyl alum
    inum）のような金属-有機物質であることを特徴とする
    請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記アルミニウムソース物質とNH3ガス
    とは、各々異なる供給管を介して０.１ないし３秒の
    間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項１
    に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  6. 【請求項６】 アンモニアガスは、２０ないし１０００
    sccmの流量比で供給されることを特徴とする請求項５
    に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2O
    であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム
    酸化膜の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記酸素ソース物質は、０.１ないし３
    秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求
    項７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第５ステップの以後、 前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（partic
    le）を除去する第６ステップと、 N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化
    するために前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７ス
    テップとをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載
    のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記第６ステップは、O2プラズマ、N2
    Oプラズマ、Ex-PNT（Ex-situ plasma N2O treatment）
    及びUV/O3のいずれか一つを用いて３００℃ないし４５
    ０℃の温度で行われることを特徴とする請求項９に記載
    のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  11. 【請求項１１】 半導体素子で用いるアルミニウム酸化
    膜の製造方法において、 半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着
    させる第１ステップと、 アルミニウムソース物質を前記反応器内に供給して前記
    半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実
    施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出
    させる第３ステップと、 酸素ソース物質とアンモニア（NH3）ガスとを前記反応
    器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする
    第４ステップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実
    施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ス
    テップとを含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の
    製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２ないし５ステップは、所定の
    厚さを有する前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板
    に形成されるまで単原子層蒸着法（ALD）を利用して繰
    り返し行われることを特徴とする請求項１１に記載のア
    ルミニウム酸化膜の製造方法。
  13. 【請求項１３】 蒸着温度は、２００℃ないし４５０℃
    に保持され、蒸着圧力は、５０ mTorrないし３００ mTo
    rrに保持されることを特徴とする請求項１１に記載のア
    ルミニウム酸化膜の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記アルミニウムソース物質がTMA（t
    rimethyl aluminum）やMTMA（modified trimethyl alum
    inum）のような金属-有機物質であることを特徴とする
    請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記酸素ソース物質とアンモニアガス
    とが同じ供給管を介して０.１ないし３秒の間、前記反
    応器に供給されることを特徴とする請求項１１に記載の
    アルミニウム酸化膜の製造方法。
  16. 【請求項１６】 アンモニアガスは、２０ないし１００
    ０ sccmの流量比で供給されることを特徴とする請求項
    １５に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2
    Oであることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニ
    ウム酸化膜の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記酸素ソース物質は、０.１ないし
    ３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請
    求項１７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記第５ステップの以後、 前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（partic
    le）を除去する第６ステップと、 N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化
    するために、前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７
    ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１７に
    記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記第６ステップは、O2プラズマ、N2
    Oプラズマ、Ex-PNT及びUV/O3のいずれか一つを用いて、
    ３００ないし４５０℃の温度で行われることを特徴とす
    る請求項１９に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  21. 【請求項２１】 半導体素子で用いるアルミニウム酸化
    膜の製造方法において、 半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着
    させる第１ステップと、 アルミニウムソース物質とアンモニアガスとを前記反応
    器内に同時に供給して前記半導体基板に吸着されるよう
    にする第２ステップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実
    施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出
    させる第３ステップと、 酸素ソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に供
    給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステ
    ップと、 前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実
    施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ス
    テップとを含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の
    製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記第２ないし５ステップは、所定の
    厚さを有した前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板
    に形成されるまで、単原子層蒸着法（ALD）を利用して
    繰り返し行われることを特徴とする請求項２１に記載の
    アルミニウム酸化膜の製造方法。
  23. 【請求項２３】 蒸着温度は、２００ないし４５０℃範
    囲に保持され、蒸着圧力は、５０ないし３００ mTorr範
    囲に保持されることを特徴とする請求項２１に記載のア
    ルミニウム酸化膜の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記アルミニウムソース物質は、TMA
    （trimethyl aluminum）やMTMA（modified trimethyl a
    luminum）のような金属-有機物質であることを特徴とす
    る請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記アルミニウムソース物質とアンモ
    ニアガスとは、異なる供給管を介して０.１ないし３秒
    の間、前記反応器に供給され、前記酸素ソース物質とア
    ンモニアガスとが同じ供給管を介して０.１ないし３秒
    の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項
    ２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  26. 【請求項２６】 アンモニアガスは、２０ないし１００
    ０ sccmの流量比で供給されることを特徴とする請求項
    ２５に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  27. 【請求項２７】 前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2
    Oであることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニ
    ウム酸化膜の製造方法。
  28. 【請求項２８】 前記酸素ソース物質は、０.１ないし
    ３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請
    求項２７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  29. 【請求項２９】 前記第５ステップの以後、 前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（partic
    le）を除去する第６ステップと、 N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化
    するために前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７ス
    テップとをさらに含む請求項２７に記載のアルミニウム
    酸化膜の製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記第６ステップは、O2プラズマ、N2
    Oプラズマ、Ex-PNT及びUV/O3のいずれか一つを用いて３
    ００ないし４５０℃の温度で行われることを特徴とする
    請求項２９に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
  31. 【請求項３１】 半導体素子の製造方法において、 基板、素子分離領域、ゲートライン、ゲート酸化膜及び
    第１絶縁膜を備える活性マトリックスを提供する第１ス
    テップと、 前記活性マトリックス上にバッファ膜と第１導電膜とを
    形成する第２ステップと、 アンモニア反応ガスにアルミニウムソースと酸素ソース
    とを供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）方
    法を利用して酸化アルミニウム（Al2O3）誘電体膜を前
    記第１導電膜上に形成する第３ステップと、 第２導電膜を前記誘電体膜上に形成し、前記第２導電
    膜、前記誘電体膜、前記第１導電膜及び前記バッファ膜
    をエッチングして、キャパシタ構造を形成する第４ステ
    ップと、 水素防止膜を前記キャパシタ構造に形成する第５ステッ
    プと、 第２絶縁膜を蒸着させた後、ビットラインと局部配線と
    を形成する第６ステップと、 パシベーション膜を全体表面上に形成する第７ステップ
    とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  32. 【請求項３２】 前記ゲート酸化膜は、アンモニア反応
    ガスにアルミニウムソースおよび/または酸素ソースを
    供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を用い
    て得られる酸化アルミニウムから構成されることを特徴
    とする請求項３１に記載の半導体素子製造方法。
  33. 【請求項３３】 前記水素防止膜は、アンモニア反応ガ
    スにアルミニウムソースおよび/または酸素ソースを供
    給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を用いて
    得られる酸化アルミニウムから構成されることを特徴と
    する請求項３２に記載の半導体素子の製造方法。
  34. 【請求項３４】 前記第３ステップの以後、膜質を緻密
    化するため、前記誘電体膜を熱処理するステップをさら
    に含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子
    の製造方法。
  35. 【請求項３５】 前記誘電体膜を熱処理するステップが
    N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で行われること
    を特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の製造方
    法。
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