JP2002057155A - Method for producing tantalum pentoxide film - Google Patents
Method for producing tantalum pentoxide filmInfo
- Publication number
- JP2002057155A JP2002057155A JP2000239335A JP2000239335A JP2002057155A JP 2002057155 A JP2002057155 A JP 2002057155A JP 2000239335 A JP2000239335 A JP 2000239335A JP 2000239335 A JP2000239335 A JP 2000239335A JP 2002057155 A JP2002057155 A JP 2002057155A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- tantalum pentoxide
- pentoxide film
- gas atmosphere
- oxidizing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 5酸化タンタル膜の製造方法に関し、5酸化
タンタル膜の膜質向上のための処理工程に伴う酸化膜容
量換算膜厚EOTの増加を抑制するとともに、プラズマ
ダメージの発生を防止する。
【解決手段】 半導体1上に5酸化タンタル膜2を形成
したのち、非酸化性ガス雰囲気5中で熱処理を行って5
酸化タンタル膜2を結晶化し、次いで、結晶化温度より
も低い温度において、酸化性雰囲気8中で5酸化タンタ
ル膜6を酸化処理する。
(57) Abstract: A method of manufacturing a tantalum pentoxide film, which suppresses an increase in an equivalent oxide film thickness EOT associated with a processing step for improving the quality of the tantalum pentoxide film and generates plasma damage. To prevent SOLUTION: After forming a tantalum pentoxide film 2 on a semiconductor 1, a heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere 5.
The tantalum oxide film 2 is crystallized, and then the tantalum pentoxide film 6 is oxidized in an oxidizing atmosphere 8 at a temperature lower than the crystallization temperature.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は5酸化タンタル膜の
製造方法に関し、特に、ゲート長が0.1μm未満のM
OSFETに対応できる実効酸化膜厚の薄いゲート絶縁
膜を実現するための手法に特徴のある5酸化タンタル膜
の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a tantalum pentoxide film, and more particularly, to a method for manufacturing a tantalum pentoxide film having a gate length of less than 0.1 .mu.m.
The present invention relates to a method for manufacturing a tantalum pentoxide film characterized by a technique for realizing a gate insulating film having a small effective oxide film thickness compatible with an OSFET.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の半導体集積回路装置の集積度の向
上に伴って半導体素子の微細化が求められており、例え
ば、MOSFETの微細化に伴ってゲート電極及びゲー
ト絶縁膜の薄層化が進んでいる。2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuit devices, miniaturization of semiconductor elements has been required. For example, with the miniaturization of MOSFETs, gate electrodes and gate insulating films have become thinner. I'm advancing.
【0003】この様なMOSFETの微細化に伴うゲー
ト絶縁膜の薄層化の限界に対応するために、ゲート絶縁
膜としてSiO2 より比誘電率の高い5酸化タンタル膜
(Ta2 O5 膜)を使用することが検討されている。因
に、比誘電率は製造方法にもよるが、SiO2 の比誘電
率は約3.9であり、Ta2 O5 の比誘電率は約25程
度である。In order to cope with the limitation of thinning the gate insulating film accompanying the miniaturization of the MOSFET, a tantalum pentoxide film (Ta 2 O 5 film) having a higher dielectric constant than SiO 2 is used as the gate insulating film. The use of is being considered. Incidentally, the relative permittivity of SiO 2 is about 3.9 and the relative permittivity of Ta 2 O 5 is about 25, although it depends on the manufacturing method.
【0004】このTa2 O5 膜で構成したゲート絶縁膜
の膜厚を、同じ特性を得ることができるSiO2 膜の膜
厚に換算した実効酸化膜厚、即ち、酸化膜容量換算膜厚
EOT(Equivalent Oxide Thic
kness)は、理想的には、 EOTideal =tTa2O5 ×3.9/25 で表されることになる。[0004] The thickness of the gate insulating film made of this Ta 2 O 5 film is converted into an effective oxide film thickness converted into a film thickness of a SiO 2 film capable of obtaining the same characteristics, that is, an oxide film equivalent film thickness EOT. (Equivalent Oxide Thic
Kness) is ideally expressed by EOT ideal = t Ta2O5 × 3.9 / 25.
【0005】したがって、MOSFETのゲート絶縁膜
としてTa2 O5 膜を用いた場合には、同じ膜厚のSi
O2 膜をゲート絶縁膜として用いたMOSFETに比べ
てドライバビリティが向上し、ドレイン電流を大きく取
ることができる。また、逆の観点からは、同じ駆動特性
を得るためにはゲート絶縁膜の物理的膜厚をSiO2 膜
より厚くすることができ、薄層化の限界を回避すること
ができることを意味する。Therefore, when a Ta 2 O 5 film is used as a gate insulating film of a MOSFET, the same thickness of Si
Drivability is improved and drain current can be increased as compared with a MOSFET using an O 2 film as a gate insulating film. On the other hand, from the opposite viewpoint, it means that the physical thickness of the gate insulating film can be made larger than that of the SiO 2 film in order to obtain the same driving characteristics, and the limit of thinning can be avoided.
【0006】ここで、図5を参照して、従来のTa2 O
5 ゲート絶縁膜の各種の製造工程を説明するが、Ta2
O5 ゲート絶縁膜の製造工程のみを説明し、その他の構
成は説明を省略するものであり、特に各(b)図は最終
工程を示している。 図5(a)参照 まず、シリコン基板41の上にMOCVD法(有機金属
気相成長法)を用いてアモルファス状のTa2 O5 膜4
2を堆積させる。このアモルファス状のTa2 O5 膜4
2中には不純物や酸素欠陥等の電荷トラップ44が多く
存在し、Id −Vg 特性におけるしきい値電圧Vthがシ
フトしてしまい、デバイスの安定性に悪影響を与える。Here, referring to FIG. 5, a conventional Ta 2 O
5 illustrating the various manufacturing steps of the gate insulating film but, Ta 2
Only the manufacturing process of the O 5 gate insulating film will be described, and the description of the other configurations will be omitted. In particular, each figure (b) shows the final process. Referring to FIG. 5A, first, an amorphous Ta 2 O 5 film 4 is formed on a silicon substrate 41 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
2 is deposited. This amorphous Ta 2 O 5 film 4
In 2, there are many charge traps 44 such as impurities and oxygen defects, and the threshold voltage V th in the I d -V g characteristic shifts, which adversely affects the stability of the device.
【0007】また、このアモルファス状のTa2 O5 膜
42中にはピンホールのようなリークパス43が存在し
リーク電流特性が悪いという問題があり、さらに、アモ
ルファス状のTa2 O5 膜42は結晶化したTa2 O5
膜と比較して比誘電率が低いので容量をかせぐことがで
きないという問題がある。したがって、従来において
は、Ta2 O5 膜42の膜質を向上するために、以下に
示す各種の酸化処理工程或いは結晶化熱処理工程を施し
ていた。The amorphous Ta 2 O 5 film 42 has a problem that a leak path 43 such as a pinhole is present in the amorphous Ta 2 O 5 film 42, resulting in poor leak current characteristics. Crystallized Ta 2 O 5
There is a problem that the capacity cannot be gained because the dielectric constant is lower than that of the film. Therefore, conventionally, in order to improve the film quality of the Ta 2 O 5 film 42, various oxidation treatment steps or crystallization heat treatment steps described below have been performed.
【0008】図5(b1 )参照 例えば、アモルファス状のTa2 O5 膜42を、O2 や
O3 等の酸化性ガス雰囲気に紫外線45を照射して発生
させた酸素ラジカル46に晒すことによって酸化処理を
行い、Ta2 O5 膜42中の電荷トラップ44を消滅さ
せることが提案されている(必要ならば、特開昭63−
312663号公報参照:従来例)。Referring to FIG. 5B 1, for example, the amorphous Ta 2 O 5 film 42 is exposed to oxygen radicals 46 generated by irradiating an oxidizing gas atmosphere such as O 2 or O 3 with ultraviolet rays 45. It is proposed that the charge trap 44 in the Ta 2 O 5 film 42 be extinguished by performing an oxidizing process (see Japanese Patent Application Laid-Open No.
See Japanese Patent No. 312663: Conventional Example).
【0009】図6参照 図6に示すように、酸化性ガス雰囲気に紫外線45を照
射して発生させた酸素ラジカル46にTa2 O5 膜を晒
した場合、その熱処理温度の上昇とともに電荷トラップ
量が低減していくのが理解される。Referring to FIG. 6, as shown in FIG. 6, when the Ta 2 O 5 film is exposed to oxygen radicals 46 generated by irradiating an oxidizing gas atmosphere with ultraviolet rays 45, the amount of charge trapping increases with the heat treatment temperature. It is understood that is reduced.
【0010】図5(b2 )参照 また、アモルファス状のTa2 O5 膜42に、O2 やO
3 等の酸化性ガスを励起したプラズマ47を照射するこ
とによって、Ta2 O5 膜42中の電荷トラップ44を
消滅させることが提案されている(従来例)。[0010] FIG. 5 (b 2) See also the amorphous the Ta 2 O 5 film 42, O 2 and O
It has been proposed to extinguish the charge traps 44 in the Ta 2 O 5 film 42 by irradiating a plasma 47 excited with an oxidizing gas such as 3 (conventional example).
【0011】図5(b3 )参照 また、アモルファス状のTa2 O5 膜42に、O2 やO
3 等の酸化性ガス雰囲気49或いはNOやN2 O等の窒
素を含むガス雰囲気中で、Ta2 O5 の結晶化温度以上
の温度で熱処理することによって、比誘電率の高い結晶
性のTa2 O5膜50に変換することが提案されている
(従来例)。この場合、酸素を含む雰囲気中における
結晶化処理であるので、電荷トラップ44を消失するこ
とができるとともに、リークパス43も消失させること
ができる。Referring to FIG. 5B 3 , O 2 or O 2 is added to the amorphous Ta 2 O 5 film 42.
By performing heat treatment at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of Ta 2 O 5 in an oxidizing gas atmosphere 49 such as 3 or a gas atmosphere containing nitrogen such as NO or N 2 O, crystalline Ta having a high relative dielectric constant is obtained. Conversion to a 2 O 5 film 50 has been proposed (conventional example). In this case, since the crystallization process is performed in an atmosphere containing oxygen, the charge traps 44 can be eliminated and the leak paths 43 can be eliminated.
【0012】図5(b4 )参照 或いは、複合工程として、従来例と同様に、アモルフ
ァス状のTa2 O5 膜42を、O2 やO3 等の酸化性ガ
ス雰囲気に紫外線を照射して発生させた酸素ラジカルに
晒すことによって酸化処理を行い、Ta2 O5 膜42中
の電荷トラップ44を消滅させたのち、従来例と同様
に、O2 やO3 等の酸化性ガス雰囲気49中で、Ta2
O5 の結晶化温度以上の温度で熱処理することによっ
て、比誘電率の高い結晶性のTa2 O5 膜50に変換す
ることが提案されている(従来例)。Referring to FIG. 5 (b 4 ), or as a composite process, the amorphous Ta 2 O 5 film 42 is irradiated with ultraviolet rays in an oxidizing gas atmosphere such as O 2 or O 3 as in the conventional example. Oxidation treatment is performed by exposing to the generated oxygen radicals to eliminate the charge traps 44 in the Ta 2 O 5 film 42, and then, in the same manner as in the conventional example, in an oxidizing gas atmosphere 49 such as O 2 or O 3. And Ta 2
By heat treatment at a crystallization temperature or higher of O 5, it is converted to the Ta 2 O 5 film 50 having a high dielectric constant crystallinity has been proposed (conventional example).
【0013】図5(b5 )参照 また、N2 等の非酸化性ガス雰囲気中で結晶化熱処理を
行ったのち、従来例のように、O2 やO3 等の酸化性
ガスを励起したプラズマ47を照射することによって、
比誘電率の高い結晶性のTa2 O5 膜50中の電荷トラ
ップ44を消滅させることが提案されている(従来例
)。[0013] FIG. 5 (b 5) See also, after performing the crystallization heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere such as N 2, as in the conventional example, was excited oxidizing gas such as O 2 or O 3 By irradiating the plasma 47,
It has been proposed to eliminate the charge traps 44 in the crystalline Ta 2 O 5 film 50 having a high relative dielectric constant (conventional example).
【0014】図5(b6 )参照 また、N2 等の非酸化性ガス雰囲気中で結晶化熱処理を
行ったのち、O2 やO 3 等の酸化性ガス雰囲気49中で
熱処理を行うことによって、比誘電率の高い結晶性のT
a2 O5 膜50中の電荷トラップ44を消滅させること
が提案されている(必要ならば、特開昭62−2529
61号公報参照:従来例)。FIG. 5 (b)6) See also NTwoCrystallization heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere such as
After going, OTwoAnd O ThreeIn an oxidizing gas atmosphere 49 such as
By performing the heat treatment, the crystalline T having a high relative dielectric constant can be obtained.
aTwoOFiveEliminating charge traps 44 in film 50
(If necessary, see JP-A-62-2529.)
No. 61 publication: conventional example).
【0015】再び、図6参照 図6に示すように、酸化性ガス雰囲気49中で熱処理を
行った場合、酸素ラジカル中での処理よりも効果が劣る
ものの、電荷トラップ44が温度の上昇とともに低下す
ることが理解される。Referring again to FIG. 6, as shown in FIG. 6, when the heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere 49, although the effect is inferior to that in the processing in oxygen radicals, the charge trap 44 is lowered as the temperature rises. It is understood that
【0016】図5(b7 )参照 また、酸化性ガス雰囲気中で酸化処理を行ったのち、結
晶化熱処理を行い比誘電率の高い結晶性のTa2 O5 膜
50に変換することが提案されている(必要ならば、特
開平10−247723号公報参照:従来例)。FIG. 5 (b 7 ) It is also proposed that after performing an oxidation treatment in an oxidizing gas atmosphere, a crystallization heat treatment is performed to convert the film into a crystalline Ta 2 O 5 film 50 having a high relative dielectric constant. (If necessary, see JP-A-10-247723: conventional example).
【0017】図5(b8 )参照 また、600〜700℃に加熱した酸素ガス雰囲気中で
の熱処理と、Arガス中での結晶化熱処理の両方を行っ
て電荷トラップ44がなく且つ比誘電率の高い結晶性の
Ta2 O5 膜50に変換することが提案されている(必
要ならば、特開平7−169917号公報参照:従来例
)。As shown in FIG. 5 (b 8 ), both the heat treatment in an oxygen gas atmosphere heated to 600 to 700 ° C. and the crystallization heat treatment in Ar gas are performed to eliminate the charge trap 44 and to provide a relative dielectric constant. Conversion to a highly crystalline Ta 2 O 5 film 50 (see JP-A-7-169917, if necessary: conventional example).
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各従来
技術においては、3つの問題点がある。即ち、第1は、
従来例のように、酸素ラジカル中での処理の場合に
は、Ta 2 O5 の結晶化温度より低い温度における処理
であるため、Ta2 O5 膜がアモルファス状態のままで
あり、図5(b1 )に示すようにリークパス43が残存
するという問題がある。また、比誘電率が低いままであ
るという問題もある。However, each of the above-mentioned prior arts
There are three problems in technology. That is, the first is
In the case of treatment in oxygen radical as in the conventional example
Is Ta TwoOFiveAt a temperature lower than the crystallization temperature of
, So TaTwoOFiveThe film remains amorphous
FIG. 5 (b)1), The leak path 43 remains.
There is a problem of doing. Also, the relative dielectric constant remains low.
There is also a problem that.
【0019】第2に、従来例,,〜の様に、酸
化性ガス雰囲気中での高温での熱処理を行った場合、シ
リコン基板41の界面が酸化されてSiO2 膜51が形
成され、実効的なゲート酸化膜厚が増加し、容量の低下
を招くという問題がある。Second, when a heat treatment is performed at a high temperature in an oxidizing gas atmosphere as in the conventional examples 1 to 4, the interface of the silicon substrate 41 is oxidized to form the SiO 2 film 51, which is effective. The problem is that the typical gate oxide film thickness increases and the capacitance is reduced.
【0020】再び、図6参照 図から明らかなように、SiO2 膜の膜厚の増加は、処
理温度に依存し、500℃以上においては膜厚の著しい
増加が見られる。なお、このSiO2 膜の膜厚増加は、
酸化性ガス雰囲気の種類にはあまり依存せず、処理温度
に大きく影響するものである。Referring again to FIG. 6, as is apparent from the figure, the increase in the thickness of the SiO 2 film depends on the processing temperature, and at 500 ° C. or higher, a remarkable increase in the film thickness is observed. The increase in the thickness of the SiO 2 film is as follows.
It does not depend much on the type of the oxidizing gas atmosphere, and greatly affects the processing temperature.
【0021】例えば、Ta2 O5 膜50の膜厚をt
Ta2O5 、SiO2 膜51の膜厚をtsio2とした場合、こ
の様なMOSFETの酸化膜容量換算膜厚EOTconv.
は、 EOTconv. =tTa2O5 ×3.9/25+tsio2 となり、SiO2 膜51の膜厚の増加によってtsio2が
無視できなくなるので、酸化膜容量換算膜厚EOTをあ
る程度以上小さくすることができないという問題があ
る。For example, when the thickness of the Ta 2 O 5 film 50 is t
Ta2 O5, if the film thickness of the SiO 2 film 51 was set to t sio2, oxide film capacitance equivalent thickness EOT conv of such MOSFET.
Is, EOT conv. = T Ta2O5 × 3.9 / 25 + t sio2 next, since t sio2 film by increasing the thickness of the SiO 2 film 51 can not be ignored, can not be reduced beyond a certain oxide film equivalent oxide thickness EOT There is a problem.
【0022】特に、従来例においては、アモルファス
状態において酸化性ガス雰囲気中での熱処理を行ってい
るが、アモルファス状態では結晶状態に比べて酸素の拡
散係数が小さいため、酸素欠陥を充分埋め込むことがで
きず、結晶化させたのちのTa2 O5 膜50中に電荷ト
ラップ44の一部が残存するという問題がある。In particular, in the conventional example, the heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere in the amorphous state. However, in the amorphous state, the oxygen diffusion coefficient is smaller than that in the crystalline state. However, there is a problem that a part of the charge trap 44 remains in the Ta 2 O 5 film 50 after crystallization.
【0023】また、従来例においては、酸素ガス中に
おける熱処理を、酸素を活性化するために600〜70
0℃の比較的高温で行っているが、上述の図6から明ら
かなように、600℃以上では、SiO2 膜51の膜厚
は大幅に増加することになる。Further, in the conventional example, the heat treatment in oxygen gas is performed in a range of 600 to 70 to activate oxygen.
Although it is performed at a relatively high temperature of 0 ° C., as is apparent from FIG. 6 described above, at 600 ° C. or more, the thickness of the SiO 2 film 51 increases significantly.
【0024】第3に、従来例,のように、酸化性ガ
スを励起したプラズマを用いたプラズマ処理を行った場
合、図5(b2 )及び図5(b5 )に示すように、Ta
2 O 5 膜42或いはTa2 O5 膜50中にプラズマダメ
ージ48、即ち、チャージダメージが導入され、電気的
特性が不安定化するという問題がある。Third, as in the conventional example, the oxidizing gas
When plasma treatment using plasma with excited
In the case of FIG.Two) And FIG.Five), Ta
TwoO FiveFilm 42 or TaTwoOFivePlasma damage in film 50
Page 48, that is, charge damage is introduced and electrical
There is a problem that the characteristics become unstable.
【0025】したがって、本発明は、5酸化タンタル膜
の膜質向上のための処理工程に伴う酸化膜容量換算膜厚
EOTの増加を抑制するとともに、プラズマダメージの
発生を防止することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to suppress an increase in the oxide film equivalent thickness EOT associated with a processing step for improving the film quality of a tantalum pentoxide film, and to prevent the occurrence of plasma damage.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1(a)乃至(c)参照 上述の目的を達成するために、本発明においては、半導
体1上に5酸化タンタル膜2を有機金属気相成長法によ
って形成したのち、窒素ガスやArガス等の非酸化性ガ
ス雰囲気5中で700℃以上の温度において熱処理を行
って5酸化タンタル膜2を結晶化し、次いで、結晶化温
度よりも低い温度において、酸素ガス或いはオゾンガス
に紫外線7を照射させて発生させた酸化性雰囲気8中で
5酸化タンタル膜6を酸化処理することを特徴とする。FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. 1 (a) to 1 (c) In order to achieve the above object, in the present invention, a tantalum pentoxide film 2 is formed on a semiconductor 1 by a metal organic chemical vapor deposition method, and then a nitrogen gas or an Ar gas is formed. The tantalum pentoxide film 2 is crystallized by performing a heat treatment at a temperature of 700 ° C. or more in a non-oxidizing gas atmosphere 5 such as the above, and then the oxygen gas or the ozone gas is irradiated with ultraviolet rays 7 at a temperature lower than the crystallization temperature. The tantalum pentoxide film 6 is oxidized in an oxidizing atmosphere 8 generated as described above.
【0027】この様に、アモルファス状の5酸化タンタ
ル膜2を堆積させたのち、窒素ガスやArガス等の非酸
化性ガス雰囲気5中で、結晶化温度以上の温度、例え
ば、700℃以上の温度において熱処理して結晶化する
ことによって、5酸化タンタル膜6中のリークパス4を
消失することができ、また、比誘電率を高くすることが
できる。After the amorphous tantalum pentoxide film 2 is deposited as described above, the film is heated in a non-oxidizing gas atmosphere 5 such as nitrogen gas or Ar gas at a temperature higher than the crystallization temperature, for example, 700 ° C. or higher. By crystallizing by heat treatment at a temperature, the leak path 4 in the tantalum pentoxide film 6 can be eliminated, and the relative dielectric constant can be increased.
【0028】また、結晶化後に酸化処理を行っているの
で、5酸化タンタル膜6中の酸素の拡散係数が大きくな
り、効率的に酸素欠陥等の電荷トラップ3を酸素で埋め
込むことができ、しきい値電圧Vthの変動を防止するこ
とができる。Further, since the oxidation treatment is performed after the crystallization, the diffusion coefficient of oxygen in the tantalum pentoxide film 6 is increased, and the charge traps 3 such as oxygen defects can be efficiently embedded with oxygen. Variation in threshold voltage Vth can be prevented.
【0029】また、酸化処理を、酸素ガス或いはオゾン
ガスに紫外線7を照射させて発生させた酸化性雰囲気8
中で行うことによって、プラズマレスで且つ比較的低温
での酸化処理となるので、プラズマダメージが導入され
ることがなく、且つ、半導体1の界面に生成される酸化
膜の膜厚を極力薄くすることができる。The oxidation treatment is performed by irradiating an oxygen gas or an ozone gas with ultraviolet rays 7 to generate an oxidizing atmosphere 8.
Since the oxidation treatment is performed at a relatively low temperature without performing plasma treatment, plasma damage is not introduced, and the thickness of the oxide film generated at the interface of the semiconductor 1 is reduced as much as possible. be able to.
【0030】また、5酸化タンタル膜2の堆積方法とし
ては、膜厚の均一性等の観点から、Ta源としてペンタ
エトキシTaを用いた有機金属気相成長法(MOCVD
法)が好適である。As a method of depositing the tantalum pentoxide film 2, from the viewpoint of the uniformity of the film thickness and the like, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using pentaethoxy Ta as a Ta source is used.
Method) is preferred.
【0031】また、本発明の適用の主たる対象は、MO
SFET及びDRAM(ダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ)であり、MOSFETのゲート絶縁膜と
して用いる場合の「半導体」はシリコン基板等の半導体
基板、或いは、基板上に成長させたエピタキシャル層で
あり、また、DRAMのキャパシタ絶縁膜に適用する場
合の「半導体」は、多結晶シリコン蓄積電極等の多結晶
半導体層である。The main object of application of the present invention is MO
SFETs and DRAMs (Dynamic Random Access Memory), the “semiconductor” when used as a gate insulating film of a MOSFET is a semiconductor substrate such as a silicon substrate or an epitaxial layer grown on the substrate. A “semiconductor” when applied to a capacitor insulating film of a DRAM is a polycrystalline semiconductor layer such as a polycrystalline silicon storage electrode.
【0032】また、界面の安定性等の観点からは、半導
体1と5酸化タンタル膜2との界面にSiを主成分とす
る絶縁膜を介在させることが好適であり、例えば、ケミ
カルオキサイド(Chemical Oxide)等の
SiO2 膜、SiN膜、SiON膜、或いは、SiO2
膜の一部を窒化したON膜が好適である。From the viewpoint of the stability of the interface and the like, it is preferable to interpose an insulating film containing Si as a main component at the interface between the semiconductor 1 and the tantalum pentoxide film 2, for example, a chemical oxide (Chemical oxide). Oxide), SiO 2 film, SiN film, SiON film, or SiO 2
An ON film in which a part of the film is nitrided is preferable.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】ここで、図2及び図3を参照し
て、本発明の第1の実施の形態のnチャネル型MOSF
ETの製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、p型シリコン基板11を選択的に酸化することに
よって、素子分離酸化膜12を形成したのち、p型シリ
コン基板の表面にB(ボロン)をイオン注入することに
よってチャネルドープ領域13を形成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to FIGS. 2 and 3, an n-channel MOSF according to a first embodiment of the present invention will be described.
The ET manufacturing process will be described. Referring to FIG. 2A, first, a p-type silicon substrate 11 is selectively oxidized to form an element isolation oxide film 12, and then a channel is formed by ion-implanting B (boron) into the surface of the p-type silicon substrate. A doped region 13 is formed.
【0034】図2(b)参照 次いで、p型シリコン基板11の表面をHCl+H2 O
2 +H2 Oからなる溶液を加熱した状態で前処理を行う
ことによって、表面に1nm程度のケミカル・オキサイ
ド膜14を形成したのち、ペンタエトキシTa及びO2
を用いたMOCVD法によって、例えば、480℃の成
膜温度において、厚さが、3〜15nm、例えば、5n
mのTa2 O5 膜15を堆積させる。この場合のTa2
O5 膜15はアモルファスであるので、Ta2 O5 膜1
5中に酸素欠陥等の電荷トラップ16やピンホール等に
起因するリークパス17が存在する。Next, referring to FIG. 2B, the surface of the p-type silicon substrate 11 is cleaned with HCl + H 2 O.
By performing a pretreatment while heating the solution composed of 2 + H 2 O to form a chemical oxide film 14 of about 1 nm on the surface, pentaethoxy Ta and O 2
For example, at a film formation temperature of 480 ° C., a thickness of 3 to 15 nm, for example, 5 n
Then, a Ta 2 O 5 film 15 is deposited. Ta 2 in this case
Since the O 5 film 15 is amorphous, the Ta 2 O 5 film 1
In FIG. 5, there are a charge trap 16 such as an oxygen defect and a leak path 17 caused by a pinhole or the like.
【0035】図2(c)参照 次いで、急速昇降温処理(RTP:Rapid The
rmal Process)装置を用いて、窒素ガス雰
囲気18中で、700〜900℃、例えば、750℃で
30秒間アニールし、アモルファス状のTa2 O5 膜1
5を結晶性のTa2 O5 膜19に変換する。Next, as shown in FIG. 2C, a rapid temperature rising / falling process (RTP: Rapid Therapy) is performed.
Annealed at a temperature of 700 to 900 ° C., for example, 750 ° C. for 30 seconds in a nitrogen gas atmosphere 18 by using a thermal process apparatus, thereby forming an amorphous Ta 2 O 5 film 1.
5 is converted to a crystalline Ta 2 O 5 film 19.
【0036】このアニール工程において、結晶化したT
a2 O5 膜19中においてはリークパス17が消失す
る。また、このアニール工程は非酸化性ガス雰囲気中で
行うので、アニールに伴ってp型シリコン基板11の界
面に新たにSiO2 膜が形成されることはない。In this annealing step, the crystallized T
The leak path 17 disappears in the a 2 O 5 film 19. Since this annealing step is performed in a non-oxidizing gas atmosphere, no new SiO 2 film is formed on the interface of the p-type silicon substrate 11 with the annealing.
【0037】図3(d)参照 次いで、基板温度を、例えば、400℃まで降温したの
ち、RTP装置中のガスをO2 ガスに切替え、約1分後
にこのO2 ガスに紫外線20を照射して酸素ラジカル2
1を発生させ、この酸素ラジカル21中にTa2 O5 膜
19を晒すことによって、例えば、2分間の酸化処理を
行う。Next, after the substrate temperature is lowered to, for example, 400 ° C., the gas in the RTP apparatus is switched to O 2 gas. After about one minute, the O 2 gas is irradiated with ultraviolet rays 20. Oxygen radical 2
1 is generated, and the Ta 2 O 5 film 19 is exposed to the oxygen radicals 21 to perform an oxidation process for 2 minutes, for example.
【0038】この酸化処理工程において、Ta2 O5 膜
19は結晶化しているので酸素の拡散係数が大きく、且
つ、酸素ラジカルを用いているので反応性が高くなり、
Ta 2 O5 膜19中の電荷トラップ16を消滅させるこ
とができる。In this oxidation treatment step, TaTwoOFivefilm
19 has a large oxygen diffusion coefficient because it is crystallized, and
First, the use of oxygen radicals increases reactivity,
Ta TwoOFiveThe charge trap 16 in the film 19 can be extinguished.
Can be.
【0039】また、この場合の酸化処理は、400℃程
度の比較的低温で行っているので、前述の図6から明ら
かなように、p型シリコン基板11の界面に形成される
SiO2 膜(図示を省略)を1nm以下にすることがで
きる。Since the oxidation treatment in this case is performed at a relatively low temperature of about 400 ° C., as apparent from FIG. 6 described above, the SiO 2 film (at the interface of the p-type silicon substrate 11) is formed. (Not shown) can be set to 1 nm or less.
【0040】したがって、この場合の酸化膜容量換算膜
厚EOTは、 EOT=tTa2O5 ×3.9/25+tSiO2<5×3.9
/25+2(nm)≒2.8(nm) となり、ゲート絶縁膜として3nm以下のSiO2 膜を
用いた場合の特性と同等になる。Therefore, the oxide film equivalent thickness EOT in this case is: EOT = t Ta2O5 × 3.9 / 25 + t SiO2 <5 × 3.9
/ 25 + 2 ( nm) ≒ 2.8 (nm), which is equivalent to the characteristics when a SiO 2 film of 3 nm or less is used as the gate insulating film.
【0041】図3(e)参照 次いで、ゲート電極を形成するために、スパッタリング
法を用いて、厚さが、例えば、150nmのTiN膜2
2を堆積させる。なお、TiNの仕事関数φTiN とシリ
コンの仕事関数φSiの差、Δφが、シリコンの禁制帯幅
Eg の1/2程度であり、TiNの伝導帯端がシリコン
のバンド・ギャップのほぼ中間に位置するため、nチャ
ネル型及びpチャネル型のいずれのMOSFETもTi
Nゲート電極によって形成することができる。Next, as shown in FIG. 3E, a TiN film 2 having a thickness of, for example, 150 nm is formed by sputtering to form a gate electrode.
2 is deposited. The difference, Δφ, between the work function φ TiN of TiN and the work function φ Si of silicon is about の of the forbidden band width E g of silicon, and the conduction band edge of TiN is almost halfway between the band gap of silicon. , Both the n-channel type and the p-channel type MOSFET
It can be formed by an N gate electrode.
【0042】図3(f)参照 次いで、フォトリソグラフィー工程によりパターニング
することによって、ゲート長が0.1μmのゲート電極
24及びゲート絶縁膜23を形成したのち、このゲート
電極24をマスクとしてAsイオンを注入することによ
って、n- 型LDD(Lightly Doped D
rain)領域25を形成する。Next, as shown in FIG. 3F, a gate electrode 24 and a gate insulating film 23 having a gate length of 0.1 μm are formed by patterning in a photolithography process. By injecting, an n - type LDD (Lightly Doped D
(rain) region 25 is formed.
【0043】次いで、全面にSiO2 膜を堆積させたの
ち、異方性エッチングを施すことによってゲート電極2
4及びゲート絶縁膜23の側部にサイドウォール26を
形成し、次いで、このサイドウォール26をマスクとし
てAsイオンを再びイオン注入してn+ 型ソース・ドレ
イン領域27を形成することによって、MOSFETの
基本構成が完成する。Next, after depositing a SiO 2 film on the entire surface, the gate electrode 2 is anisotropically etched.
4 and the gate insulating film 23, side walls 26 are formed, and then using the side walls 26 as a mask, As ions are again ion-implanted to form n + -type source / drain regions 27. The basic configuration is completed.
【0044】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、酸化処理工程に先立って、非酸化性ガス雰囲気
中において結晶化熱処理を行っているので、界面におけ
るSiO2 膜の膜厚の増加を極力抑えた状態で、リーク
パス等を消失させ、且つ、比誘電率を高めることができ
る。As described above, in the first embodiment of the present invention, since the crystallization heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere prior to the oxidation treatment step, the thickness of the SiO 2 film at the interface is increased. In a state where the increase in the density is suppressed as much as possible, the leak path and the like can be eliminated and the relative dielectric constant can be increased.
【0045】また、酸化処理工程を、結晶化工程の後
に、且つ、紫外線照射によって発生させた酸素ラジカル
を用いて行っているので、比較的低温での処理が可能と
なり、図6から明らかなように、通常の酸化性ガス雰囲
気中での熱処理に比べて電荷トラップ量の低減効果が大
きく、且つ、SiO2 膜の膜厚の増加を抑制することが
できる。Further, since the oxidation treatment step is performed after the crystallization step and using oxygen radicals generated by ultraviolet irradiation, the treatment can be performed at a relatively low temperature, as is apparent from FIG. In addition, the effect of reducing the amount of charge trapping is greater than that of a heat treatment in a normal oxidizing gas atmosphere, and an increase in the thickness of the SiO 2 film can be suppressed.
【0046】さらに、酸化工程にプラズマ工程が伴わな
いので、Ta2 O5 膜19中にプラズマダメージが導入
されることがなく、したがって、デバイス特性が劣化す
ることがない。Further, since no plasma process is involved in the oxidation process, no plasma damage is introduced into the Ta 2 O 5 film 19, and therefore, the device characteristics do not deteriorate.
【0047】次に、図4を参照して、本発明の第2の実
施の形態のDRAMを説明するが、スイッチ用のMOS
FETの形成工程は上記の第1の実施の形態と全く同様
であるので、説明は省略する。 図4参照 まず、上記の第1の実施の形態と同様に結晶化したTa
2 O5 膜をゲート絶縁膜24として用いたnチャネル型
MOSFETを形成したのち、CVD法を用いて厚さ
0.1〜0.5μm、例えば、0.2μmのノン・ドー
プのSiO2 膜28を層間絶縁膜として堆積させてワー
ド線となるゲート電極24を被覆し、次いで、SiO2
膜28にn+ 型ソース領域に対するコンタクトホールを
設けたのち、全面に厚さ0.2μmのポリシリコン層を
堆積させ、パターニングすることによってソース電極を
兼ねるビット線29を形成する。Next, a DRAM according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Since the process of forming the FET is exactly the same as that of the first embodiment, the description is omitted. Referring to FIG. 4, first, Ta crystallized in the same manner as in the first embodiment described above.
After forming an n-channel MOSFET using the 2 O 5 film as the gate insulating film 24, a non-doped SiO 2 film 28 having a thickness of 0.1 to 0.5 μm, for example, 0.2 μm, is formed by CVD. the so deposited as an interlayer insulating film covering the gate electrode 24 as a word line, then, SiO 2
After providing a contact hole for the n + type source region in the film 28, a polysilicon layer having a thickness of 0.2 μm is deposited on the entire surface and patterned to form a bit line 29 also serving as a source electrode.
【0048】次いで、全面にSiH4 (シラン)、B2
H6 (ジボラン)、PH3 (フォスフィン)、及び、O
2 を原料ガスとして用いたCVD法によって、表面平坦
化のために厚さ0.2〜0.25μm、例えば、0.2
μmのBPSG膜30を堆積させ、リフロー処理によっ
て平坦化したのち、n+ 型ドレイン領域に対するコンタ
クトホールを設け、次いで、コンタクトホールを埋め込
むようにCVD法によってAsを含んだn型多結晶シリ
コンを堆積させ、RIE(反応性イオンエッチング)を
用いてエッチングバックすることによって多結晶シリコ
ンプラグ31を形成する。Next, SiH 4 (silane), B 2
H 6 (diborane), PH 3 (phosphine) and O
The thickness is 0.2 to 0.25 μm, for example, 0.2
After depositing a BPSG film 30 of μm and flattening it by a reflow process, a contact hole for an n + -type drain region is provided, and then n-type polycrystalline silicon containing As is deposited by a CVD method so as to fill the contact hole. Then, the polycrystalline silicon plug 31 is formed by etching back using RIE (reactive ion etching).
【0049】次いで、同じく、Asを含んだ厚さ30〜
100nm、例えば、50nmのn型多結晶シリコンを
堆積させてパターニングすることによりキャパシタを構
成する多結晶シリコン蓄積電極32を形成し、次いで、
ゲート絶縁膜23を構成するTa2 O5 膜の形成工程、
即ち、図2(b)の前処理工程から図3(d)の酸化処
理工程を同様に行うことによって、電荷トラップやリー
クパスを消失させた結晶性のTa2 O5 膜33を、例え
ば、厚さ3〜15nm、例えば、5nmに形成して蓄積
容量の誘電体膜とする。Next, similarly, a thickness of 30 to
A 100 nm, for example, 50 nm, n-type polycrystalline silicon is deposited and patterned to form a polycrystalline silicon storage electrode 32 constituting a capacitor.
A step of forming a Ta 2 O 5 film constituting the gate insulating film 23,
That is, the crystalline Ta 2 O 5 film 33 in which charge traps and leak paths have been eliminated is formed by, for example, thickening by performing the pretreatment process of FIG. 2B to the oxidation process of FIG. The dielectric film of the storage capacitor is formed to a thickness of 3 to 15 nm, for example, 5 nm.
【0050】次いで、再び、全面にAsを含んだ厚さ1
00〜300nm、例えば、200nmのn型多結晶シ
リコンを堆積させて適当にパターニングすることによっ
て共通電極となるセルプレート電極34を形成したの
ち、再び、全面にSiH4 、B 2 H6 、PH3 、及び、
O2 を原料ガスとして用いたCVD法によって、厚さ
0.5〜2.0μm、例えば、0.6μmのBPSG膜
35を堆積させたのち、800〜950℃、例えば、8
50℃で、10〜30分間、例えば、20分間熱処理す
るリフロー法により平坦化を行うことによってメモリセ
ル部が完成する。Then, again, the entire surface containing As
100 to 300 nm, for example, 200 nm n-type polycrystalline silicon
By depositing silicon and patterning appropriately,
The cell plate electrode 34 serving as a common electrode was thus formed.
And again, the entire surfaceFour, B TwoH6, PHThree,as well as,
OTwoThickness as a source gas by CVD method
0.5 to 2.0 μm, for example, 0.6 μm BPSG film
After depositing 35, 800-950 ° C., for example, 8
Heat treatment at 50 ° C. for 10 to 30 minutes, for example, 20 minutes
Memory cell by flattening by the reflow method
Part is completed.
【0051】この第2の実施の形態においては、DRA
Mのメモリセルを構成する蓄積容量の誘電体膜を、上記
の第1の実施の形態と同様の工程で形成したTa2 O5
膜としているので、小型で且つ薄膜のキャパシタによっ
て、所期の容量を確保することができる。In the second embodiment, the DRA
The dielectric film of the storage capacitor constituting the M memory cell is formed by Ta 2 O 5 formed in the same process as in the first embodiment.
Since it is a film, a desired capacity can be secured by a small and thin film capacitor.
【0052】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、結晶化処理工程において窒素ガス雰囲気中で行って
いるが、窒素ガス雰囲気に限られるものではなく、非酸
化性ガス雰囲気であれば良く、例えば、Arガス雰囲気
を用いても良いものである。The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various changes can be made. For example, although the crystallization process is performed in a nitrogen gas atmosphere, the present invention is not limited to the nitrogen gas atmosphere, but may be any non-oxidizing gas atmosphere, for example, an Ar gas atmosphere. .
【0053】また、上記の各実施の形態においては、T
a2 O5 膜の酸化処理をO2 ガスに紫外線を照射させて
発生した酸素ラジカルを用いて行っているが、O3 ガス
を用い、O3 ガスに紫外線を照射して酸素ラジカルを発
生させて酸化処理を行っても良いものである。In each of the above embodiments, T
Although conducted using oxygen radicals generated by the oxidation of a 2 O 5 film is irradiated with ultraviolet rays O 2 gas, using O 3 gas, to generate oxygen radicals by irradiating ultraviolet rays to the O 3 gas The oxidation treatment may be carried out.
【0054】また、上記の各実施の形態においては、シ
リコン基板の表面に安定性の観点から薬液処理によって
形成したケミカルオキサイド膜を介してTa2 O5 膜を
成膜しているが、このケミカルオキサイド膜は必ずしも
必要がないものであり、シリコン基板の表面に直接Ta
2 O5 膜を成膜しても良いものである。In each of the above embodiments, the Ta 2 O 5 film is formed on the surface of the silicon substrate from the viewpoint of stability through the chemical oxide film formed by the chemical solution treatment. The oxide film is not always necessary, and the Ta film is directly formed on the surface of the silicon substrate.
A 2 O 5 film may be formed.
【0055】また、ケミカルオキサイド膜は熱酸化膜に
置き換えても良いものであり、さらには、SiN膜、S
iON膜、或いは、ON膜等のSiを主成分とする絶縁
膜に置き換えても良いものである。Further, the chemical oxide film may be replaced with a thermal oxide film.
It may be replaced with an insulating film containing Si as a main component such as an iON film or an ON film.
【0056】また、上記の各実施の形態においては、ゲ
ート電極としてTiNを用いているが、TiNに限られ
るものではなく、WSi2 等の他の導電体を用いても良
いものであり、得ようとするゲート特性或いはプロセス
に応じて適宜選択すれば良いものである。In each of the above embodiments, TiN is used as the gate electrode. However, the present invention is not limited to TiN, and other conductors such as WSi 2 may be used. What is necessary is just to select suitably according to the gate characteristic or process to be made.
【0057】また、上記の第2の実施の形態において
は、ゲート絶縁膜としてもTa2 O5膜を用いている
が、ゲート絶縁膜としては他の誘電体膜を用いても良い
ものである。In the second embodiment, the Ta 2 O 5 film is used as the gate insulating film. However, another dielectric film may be used as the gate insulating film. .
【0058】また、上記の第1の実施の形態においては
nチャネル型MOSFETの製造工程として説明してい
るが、pチャネル型MOSFETの製造工程にも適用さ
れるものであり、その場合には、チャネルドープ領域を
形成する際に、Asをイオン注入すれば良い。Although the first embodiment has been described as a process for manufacturing an n-channel MOSFET, the present invention is also applied to a process for manufacturing a p-channel MOSFET. When forming a channel dope region, As may be implanted with ions.
【0059】また、MOSFETを形成するためのシリ
コン領域は、シリコン基板自体でも良いし、シリコン基
板上にエピタキシャル成長させたシリコン成長層でも良
く、或いは、SOI基板或いはSOS基板の表面に設け
たシリコン層でも良いものであり、さらに、純粋なシリ
コン層に限られるものではなく、Geを含んだSiGe
層に対しても適用されるものである。The silicon region for forming the MOSFET may be the silicon substrate itself, a silicon growth layer epitaxially grown on the silicon substrate, or a silicon layer provided on the surface of the SOI substrate or the SOS substrate. Good, and not limited to a pure silicon layer,
This also applies to layers.
【0060】また、上記の各実施の形態においては、M
OSFETのゲート絶縁膜の製造工程或いはDRAMの
キャパシタの誘電体膜の製造工程として説明している
が、ゲート絶縁膜或いは誘電体膜に限られるものではな
く、シリコン基板或いはシリコン層に接して設ける微小
コンデンサ等の製造工程にも適用されるものである。In each of the above embodiments, M
Although the manufacturing process of the gate insulating film of the OSFET or the manufacturing process of the dielectric film of the capacitor of the DRAM has been described, the present invention is not limited to the gate insulating film or the dielectric film. The present invention is also applied to a manufacturing process of a capacitor or the like.
【0061】ここで、再び、図1を参照して、本発明の
付記を説明する。 再び、図1参照 (付記1) 半導体1上に5酸化タンタル膜2を堆積し
たのち、非酸化性ガス雰囲気5中で熱処理を行って前記
5酸化タンタル膜2を結晶化し、次いで、結晶化温度よ
りも低い温度において、酸化性雰囲気8中で5酸化タン
タル膜6を酸化処理することを特徴とする5酸化タンタ
ル膜の製造方法。 (付記2) 上記半導体1が、シリコン基板、或いは、
多結晶シリコン層のいずれかであることを特徴とする付
記1記載の5酸化タンタル膜2の製造方法。 (付記3) 上記5酸化タンタル膜2を、有機金属気相
成長法によって堆積させたことを特徴とする付記1また
は2に記載の5酸化タンタル膜の製造方法。 (付記4) 上記非酸化性ガス雰囲気5が、窒素ガス雰
囲気或いはArガス雰囲気のいずれかであることを特徴
とする付記1乃至3のいずれか1に記載の5酸化タンタ
ル膜の製造方法。 (付記5) 上記非酸化性ガス雰囲気5中における熱処
理温度が、700℃以上であることを特徴とする付記1
乃至4のいずれか1に記載の5酸化タンタル膜の製造方
法。 (付記6) 上記酸化性雰囲気8が、酸素ガス或いはオ
ゾンガスのいずれかに紫外線7を照射させて発生させた
酸化性雰囲気8であることを特徴とする付記1乃至5の
いずれか1に記載の5酸化タンタル膜の製造方法。 (付記7) 上記5酸化タンタル膜2を、Siを主成分
とする絶縁膜を介して上記半導体1上に堆積させること
を特徴とする付記1乃至6のいずれか1に記載の5酸化
タンタル膜の製造方法。 (付記8) 上記Siを主成分とする絶縁膜が、SiO
2 膜、SiN膜、SiON膜、或いは、ON膜のいずれ
か1であることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1
に記載の5酸化タンタル膜の製造方法。Here, with reference to FIG. 1 again, additional notes of the present invention will be described. 1 again (Appendix 1) After depositing the tantalum pentoxide film 2 on the semiconductor 1, heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere 5 to crystallize the tantalum pentoxide film 2, and then the crystallization temperature A method for producing a tantalum pentoxide film, comprising oxidizing the tantalum pentoxide film 6 in an oxidizing atmosphere 8 at a lower temperature. (Supplementary Note 2) The semiconductor 1 is a silicon substrate or
The method for producing a tantalum pentoxide film 2 according to claim 1, wherein the method is any one of a polycrystalline silicon layer. (Supplementary Note 3) The method for producing a tantalum pentoxide film according to Supplementary note 1 or 2, wherein the tantalum pentoxide film 2 is deposited by a metal organic chemical vapor deposition method. (Supplementary Note 4) The method for producing a tantalum pentoxide film according to any one of Supplementary notes 1 to 3, wherein the non-oxidizing gas atmosphere 5 is one of a nitrogen gas atmosphere and an Ar gas atmosphere. (Supplementary Note 5) The heat treatment temperature in the non-oxidizing gas atmosphere 5 is 700 ° C. or higher.
5. The method for producing a tantalum pentoxide film according to any one of items 1 to 4. (Supplementary Note 6) The oxidizing atmosphere 8 is an oxidizing atmosphere 8 generated by irradiating ultraviolet rays 7 to either oxygen gas or ozone gas, according to any one of supplementary notes 1 to 5. A method for producing a tantalum pentoxide film. (Supplementary note 7) The tantalum pentoxide film according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the tantalum pentoxide film 2 is deposited on the semiconductor 1 via an insulating film containing Si as a main component. Manufacturing method. (Supplementary Note 8) The insulating film containing Si as a main component is made of SiO
Any one of supplementary notes 1 to 7, characterized in that it is any one of two films, a SiN film, a SiON film, and an ON film.
3. The method for producing a tantalum pentoxide film according to item 1.
【0062】[0062]
【発明の効果】本発明によれば、Ta2 O5 膜の緻密化
のために、まず、非酸化性ガス雰囲気中における結晶化
処理を行ったのち、酸素ラジカルを用いた比較的低温の
酸化処理を行っているので、SiO2 膜の膜厚の増加を
極力抑えた状態でTa2 O5 膜の膜質の改善が可能にな
り、且つ、プラズマダメージが導入されることがないの
で、デバイス特性が劣化することがなく、酸化膜容量換
算膜厚EOTが0.1μm以下のゲート長に対応できる
膜厚にすることができ、それによって、優れたドライバ
ビリティを有する微細なMOSFETを実現することが
できるので、高集積度半導体集積回路装置のさらなる微
細化及び高性能化に寄与するところが大きい。According to the present invention, the Ta 2 O 5 film is first densified in a non-oxidizing gas atmosphere and then oxidized at a relatively low temperature using oxygen radicals in order to densify the Ta 2 O 5 film. Since the treatment is performed, the film quality of the Ta 2 O 5 film can be improved with the increase in the thickness of the SiO 2 film being suppressed as much as possible, and no plasma damage is introduced. Is not deteriorated, and the oxide film equivalent thickness EOT can be set to a film thickness corresponding to a gate length of 0.1 μm or less, thereby realizing a fine MOSFET having excellent drivability. This greatly contributes to further miniaturization and higher performance of the highly integrated semiconductor integrated circuit device.
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;
【図4】本発明の第2の実施の形態のDRAMの概略的
断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a DRAM according to a second embodiment of the present invention.
【図5】従来のTa2 O5 ゲート絶縁膜の製造工程の説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a conventional Ta 2 O 5 gate insulating film.
【図6】酸化処理及び熱処理によるSiO2 膜の膜厚増
加及び電荷トラップ量の減少の温度依存性の説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory diagram of the temperature dependence of an increase in the thickness of a SiO 2 film and a decrease in the amount of charge traps due to oxidation and heat treatment.
【符号の説明】 1 半導体 2 5酸化タンタル膜 3 電荷トラップ 4 リークパス 5 非酸化性ガス雰囲気 6 5酸化タンタル膜 7 紫外線 8 酸化性雰囲気 11 p型シリコン基板 12 素子分離酸化膜 13 チャネルドープ領域 14 ケミカルオキサイド膜 15 Ta2 O5 膜 16 電荷トラップ 17 リークパス 18 窒素ガス雰囲気 19 Ta2 O5 膜 20 紫外線 21 酸素ラジカル 22 TiN膜 23 ゲート酸化膜 24 ゲート電極 25 n+ 型LDD領域 26 サイドウォール 27 n+ 型ソース・ドレイン領域 28 SiO2 膜 29 ビット線 30 BPSG膜 31 多結晶シリコンプラグ 32 多結晶シリコン蓄積電極 33 Ta2 O5 膜 34 セルプレート電極 35 BPSG膜 41 シリコン基板 42 Ta2 O5 膜 43 リークパス 44 電荷トラップ 45 紫外線 46 酸素ラジカル 47 プラズマ 48 プラズマダメージ 49 酸化性ガス雰囲気 50 Ta2 O5 膜 51 SiO2 膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 semiconductor 2 5 tantalum oxide film 3 charge trap 4 leak path 5 non-oxidizing gas atmosphere 6 5 tantalum oxide film 7 ultraviolet ray 8 oxidizing atmosphere 11 p-type silicon substrate 12 element isolation oxide film 13 channel doping region 14 chemical Oxide film 15 Ta 2 O 5 film 16 charge trap 17 leak path 18 nitrogen gas atmosphere 19 Ta 2 O 5 film 20 ultraviolet ray 21 oxygen radical 22 TiN film 23 gate oxide film 24 gate electrode 25 n + type LDD region 26 side wall 27 n + Type source / drain region 28 SiO 2 film 29 Bit line 30 BPSG film 31 Polycrystalline silicon plug 32 Polycrystalline silicon storage electrode 33 Ta 2 O 5 film 34 Cell plate electrode 35 BPSG film 41 Silicon substrate 42 Ta 2 O 5 film 43 Leak path 44 Charge Wrap 45 ultraviolet ray 46 oxygen radical 47 plasma 48 plasma damage 49 oxidizing gas atmosphere 50 Ta 2 O 5 film 51 SiO 2 film
フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA11 AA14 BA42 CA04 DA09 FA10 JA10 LA15 5F058 BA11 BA20 BC03 BC20 BF06 BF27 BF29 BH03 BH04 BH17 BJ01 5F083 AD21 AD49 GA06 JA06 MA06 MA17 PR12 PR16 PR21 Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA11 AA14 BA42 CA04 DA09 FA10 JA10 LA15 5F058 BA11 BA20 BC03 BC20 BF06 BF27 BF29 BH03 BH04 BH17 BJ01 5F083 AD21 AD49 GA06 JA06 MA06 MA17 PR12 PR16 PR21
Claims (5)
のち、非酸化性ガス雰囲気中で熱処理を行って前記5酸
化タンタル膜を結晶化し、次いで、結晶化温度よりも低
い温度において、酸化性雰囲気中で5酸化タンタル膜を
酸化処理することを特徴とする5酸化タンタル膜の製造
方法。1. After depositing a tantalum pentoxide film on a semiconductor, heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere to crystallize the tantalum pentoxide film, and then, at a temperature lower than the crystallization temperature, A method for producing a tantalum pentoxide film, comprising oxidizing the tantalum pentoxide film in an atmosphere.
囲気或いはArガス雰囲気のいずれかであることを特徴
とする請求項1記載の5酸化タンタル膜の製造方法。2. The method for producing a tantalum pentoxide film according to claim 1, wherein the non-oxidizing gas atmosphere is one of a nitrogen gas atmosphere and an Ar gas atmosphere.
理温度が、700℃以上であることを特徴とする請求項
1または2に記載の5酸化タンタル膜の製造方法。3. The method for producing a tantalum pentoxide film according to claim 1, wherein a heat treatment temperature in the non-oxidizing gas atmosphere is 700 ° C. or higher.
ゾンガスのいずれかに紫外線を照射させて発生させた酸
化性雰囲気であることを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか1項に記載の5酸化タンタル膜の製造方法。4. The oxidizing atmosphere according to claim 1, wherein the oxidizing atmosphere is an oxidizing atmosphere generated by irradiating either oxygen gas or ozone gas with ultraviolet rays. A method for producing a tantalum pentoxide film.
とする絶縁膜を介して上記半導体上に堆積させることを
特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の5酸
化タンタル膜の製造方法。5. The tantalum pentoxide film according to claim 1, wherein the tantalum pentoxide film is deposited on the semiconductor via an insulating film containing Si as a main component. Manufacturing method of membrane.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000239335A JP2002057155A (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method for producing tantalum pentoxide film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000239335A JP2002057155A (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method for producing tantalum pentoxide film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002057155A true JP2002057155A (en) | 2002-02-22 |
Family
ID=18730891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000239335A Withdrawn JP2002057155A (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method for producing tantalum pentoxide film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002057155A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004153258A (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Method of treating tunnel barrier layer of tunnel junction element |
WO2004070736A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-19 | Tokyo Electron Limited | Ferroelectric film, semiconductor device, ferroelectric film manufacturing method, and ferroelectric film manufacturing apparatus |
WO2004082011A1 (en) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
JP2006024899A (en) * | 2004-06-10 | 2006-01-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Capacitor and manufacturing method thereof |
WO2007072649A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Tokyo Electron Limited | Method for modifying highly dielectric thin film and semiconductor device |
US7955916B2 (en) | 2007-05-18 | 2011-06-07 | Sony Corporation | Method for making semiconductor apparatus and semiconductor apparatus obtained by the method, method for making thin film transistor substrate and thin film transistor substrate obtained by the method, and method for making display apparatus and display apparatus obtained by the method |
-
2000
- 2000-08-08 JP JP2000239335A patent/JP2002057155A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004153258A (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Method of treating tunnel barrier layer of tunnel junction element |
WO2004070736A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-19 | Tokyo Electron Limited | Ferroelectric film, semiconductor device, ferroelectric film manufacturing method, and ferroelectric film manufacturing apparatus |
WO2004082011A1 (en) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
US7256145B2 (en) | 2003-03-13 | 2007-08-14 | Fujitsu Limited | Manufacture of semiconductor device having insulation film of high dielectric constant |
JP2006024899A (en) * | 2004-06-10 | 2006-01-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Capacitor and manufacturing method thereof |
WO2007072649A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Tokyo Electron Limited | Method for modifying highly dielectric thin film and semiconductor device |
JP2007194582A (en) * | 2005-12-20 | 2007-08-02 | Tokyo Electron Ltd | Method for modifying high dielectric thin film and semiconductor device |
US7867920B2 (en) | 2005-12-20 | 2011-01-11 | Tokyo Electron Limited | Method for modifying high-k dielectric thin film and semiconductor device |
US7955916B2 (en) | 2007-05-18 | 2011-06-07 | Sony Corporation | Method for making semiconductor apparatus and semiconductor apparatus obtained by the method, method for making thin film transistor substrate and thin film transistor substrate obtained by the method, and method for making display apparatus and display apparatus obtained by the method |
US8222647B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-07-17 | Sony Corporation | Method for making semiconductor apparatus and semiconductor apparatus obtained by the method, method for making thin film transistor substrate and thin film transistor substrate obtained by the method, and method for making display apparatus and display apparatus obtained by the method |
US8461595B2 (en) | 2007-05-18 | 2013-06-11 | Sony Corporation | Method for making semiconductor apparatus and semiconductor apparatus obtained by the method, method for making thin film transistor substrate and thin film transistor substrate obtained by the method, and method for making display apparatus and display apparatus obtained by the method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2978736B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP3451943B2 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
CN100416859C (en) | Method of forming metal/high-k gate stack with high mobility | |
US5756404A (en) | Two-step nitride deposition | |
JPH11224947A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH01268064A (en) | Formation of polycrystalline silicon thin film | |
JP2000077658A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP4574951B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP3742906B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009141161A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2004214602A (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
JP2009182264A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH0794731A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2004079729A (en) | Semiconductor device | |
JP2002057155A (en) | Method for producing tantalum pentoxide film | |
JP2005158998A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP3494304B2 (en) | Method for manufacturing thin film semiconductor device | |
JPH1022467A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100444492B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
US7300852B2 (en) | Method for manufacturing capacitor of semiconductor element | |
JP2827962B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2874062B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
US12159917B2 (en) | Method of manufacturing capacitor structure | |
JP4051922B2 (en) | Manufacturing method of MIS capacitor made of tantalum pentoxide | |
JPH11330463A (en) | Semiconductor device and its manufacture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |