JPH1064839A - 酸化物の処理方法 - Google Patents
酸化物の処理方法Info
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- JPH1064839A JPH1064839A JP24117096A JP24117096A JPH1064839A JP H1064839 A JPH1064839 A JP H1064839A JP 24117096 A JP24117096 A JP 24117096A JP 24117096 A JP24117096 A JP 24117096A JP H1064839 A JPH1064839 A JP H1064839A
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- oxide
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- irradiated
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温かつ短時間で酸化物の質を改善すること
ができる酸化物の処理方法を提供する。 【解決手段】 酸素を構成原子の一つとするガス、例え
ばＯ2 ガスを用いて得られるＯ2 クラスターイオンビー
ム５を例えば４００℃でＴａ2 Ｏ5 膜２に照射した後、
例えば４００℃でＯ2 ガス雰囲気中において熱処理す
る。あるいは、例えば４００℃で、Ｏ2 クラスターイオ
ンビーム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射すると同時に、紫外
線をそのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射する。Ｏ2 クラスターイ
オンビーム５の代わりに、イオン注入装置において発生
されるＯ+ イオンビームを用いてもよい。
ができる酸化物の処理方法を提供する。 【解決手段】 酸素を構成原子の一つとするガス、例え
ばＯ2 ガスを用いて得られるＯ2 クラスターイオンビー
ム５を例えば４００℃でＴａ2 Ｏ5 膜２に照射した後、
例えば４００℃でＯ2 ガス雰囲気中において熱処理す
る。あるいは、例えば４００℃で、Ｏ2 クラスターイオ
ンビーム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射すると同時に、紫外
線をそのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射する。Ｏ2 クラスターイ
オンビーム５の代わりに、イオン注入装置において発生
されるＯ+ イオンビームを用いてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物の処理方
法に関し、例えば、半導体装置における容量素子（キャ
パシター）の誘電体膜として用いられる酸化膜の膜質の
改善に適用して好適なものである。
法に関し、例えば、半導体装置における容量素子（キャ
パシター）の誘電体膜として用いられる酸化膜の膜質の
改善に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、酸化膜は、膜中の酸素（Ｏ）原
子が欠損して空孔となり、電気的性質が空孔のない場合
と比較して劣る状態になっている場合が多い。また、成
膜時に原料に含まれる不純物が膜中に取り込まれ、電気
的性質が劣化してしまうことも多い。そこで、酸化膜の
膜質を改善して優れた電気的性質を得るために、Ｏを含
む雰囲気中で酸化膜を熱処理することにより、Ｏ原子の
欠損による空孔や膜中の不純物を除去することが広く行
われている。
子が欠損して空孔となり、電気的性質が空孔のない場合
と比較して劣る状態になっている場合が多い。また、成
膜時に原料に含まれる不純物が膜中に取り込まれ、電気
的性質が劣化してしまうことも多い。そこで、酸化膜の
膜質を改善して優れた電気的性質を得るために、Ｏを含
む雰囲気中で酸化膜を熱処理することにより、Ｏ原子の
欠損による空孔や膜中の不純物を除去することが広く行
われている。
【０００３】さて、半導体装置におけるキャパシターの
誘電体膜として用いられる酸化膜の一つにＴａ2 Ｏ5 膜
がある。従来、このＴａ2 Ｏ5 膜の膜質を改善する方法
として、Ｏ2 プラズマ処理法、紫外線を照射しながらの
オゾン（Ｏ3 ）処理法、ドライＯ2 処理法などを用いて
Ｔａ2 Ｏ5 膜を処理することにより、このＴａ2 Ｏ5膜
の表面からＯを熱拡散させ、Ｏ原子の欠損による空孔
や、成長時に原料（ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）5 ）など）から膜中に取り込まれた不純物
（炭素（Ｃ）など）を除去する方法が知られている（J.
Electrochem.Soc.,Vol.143,No.3,977(1996))。
誘電体膜として用いられる酸化膜の一つにＴａ2 Ｏ5 膜
がある。従来、このＴａ2 Ｏ5 膜の膜質を改善する方法
として、Ｏ2 プラズマ処理法、紫外線を照射しながらの
オゾン（Ｏ3 ）処理法、ドライＯ2 処理法などを用いて
Ｔａ2 Ｏ5 膜を処理することにより、このＴａ2 Ｏ5膜
の表面からＯを熱拡散させ、Ｏ原子の欠損による空孔
や、成長時に原料（ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）5 ）など）から膜中に取り込まれた不純物
（炭素（Ｃ）など）を除去する方法が知られている（J.
Electrochem.Soc.,Vol.143,No.3,977(1996))。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｏの熱
拡散を利用する上述の従来の方法によりＴａ2 Ｏ5 膜の
膜質改善の処理を短時間で終わらせようとすると、処理
温度を例えば８００℃近くの高温にする必要がある。こ
のため、半導体装置におけるドーピング層の不純物が再
拡散してしまい、半導体装置の性能が劣化するおそれが
ある。また、金属が拡散するおそれもあるため、キャパ
シター構造にＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal)構造を用
いることができないという問題もある。
拡散を利用する上述の従来の方法によりＴａ2 Ｏ5 膜の
膜質改善の処理を短時間で終わらせようとすると、処理
温度を例えば８００℃近くの高温にする必要がある。こ
のため、半導体装置におけるドーピング層の不純物が再
拡散してしまい、半導体装置の性能が劣化するおそれが
ある。また、金属が拡散するおそれもあるため、キャパ
シター構造にＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal)構造を用
いることができないという問題もある。
【０００５】これらの問題は、処理温度を４００℃程度
の低温とすることにより解決することができるが、この
ように低温で処理を行うと、高温で処理を行う場合に比
べて酸素の拡散速度が相当遅くなることから、Ｔａ2 Ｏ
5 膜の膜質の改善を図るためには、長時間の処理時間が
必要であった。
の低温とすることにより解決することができるが、この
ように低温で処理を行うと、高温で処理を行う場合に比
べて酸素の拡散速度が相当遅くなることから、Ｔａ2 Ｏ
5 膜の膜質の改善を図るためには、長時間の処理時間が
必要であった。
【０００６】以上はＴａ2 Ｏ5 膜についてであるが、Ｔ
ａ2 Ｏ5 膜以外の各種の酸化膜に対して同様なことが言
える。
ａ2 Ｏ5 膜以外の各種の酸化膜に対して同様なことが言
える。
【０００７】したがって、この発明の目的は、低温かつ
短時間で酸化物の質の改善を図ることができる酸化物の
処理方法を提供することにある。
短時間で酸化物の質の改善を図ることができる酸化物の
処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による酸化物の処理方法は、酸素を構成原
子の一つとするガスを用いて得られるイオンビームを酸
化物に照射するようにしたことを特徴とする。
に、この発明による酸化物の処理方法は、酸素を構成原
子の一つとするガスを用いて得られるイオンビームを酸
化物に照射するようにしたことを特徴とする。
【０００９】この発明においては、酸化物中に注入され
た酸素を含む粒子（酸素を含むイオンが中性化されたも
の）を活性化させるとともに、その酸素との反応により
酸化物中の不純物を除去して酸化物の質を改善し、ま
た、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を回
復させるため、典型的には、イオンビームを酸化物に照
射した後、酸化物を熱処理する。この熱処理は、好適に
は、酸素を含むガス、例えば、Ｏ2 、Ｏ3 、紫外線照射
Ｏ3 などの雰囲気中において行われる。
た酸素を含む粒子（酸素を含むイオンが中性化されたも
の）を活性化させるとともに、その酸素との反応により
酸化物中の不純物を除去して酸化物の質を改善し、ま
た、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を回
復させるため、典型的には、イオンビームを酸化物に照
射した後、酸化物を熱処理する。この熱処理は、好適に
は、酸素を含むガス、例えば、Ｏ2 、Ｏ3 、紫外線照射
Ｏ3 などの雰囲気中において行われる。
【００１０】この発明において、イオンビームとして
は、ガス・クラスターイオンビームやイオン注入装置に
おいて発生されるイオンビームなどが用いられる。これ
らのイオンビームを得るために用いられるガスとして
は、例えば、Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、ＣＯなどが用いられる。
は、ガス・クラスターイオンビームやイオン注入装置に
おいて発生されるイオンビームなどが用いられる。これ
らのイオンビームを得るために用いられるガスとして
は、例えば、Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、ＣＯなどが用いられる。
【００１１】この発明においては、例えば、基板上に成
膜された酸化物に基板に対して斜めの方向からイオンビ
ームを照射する。これは、酸化物の表面近傍だけにイオ
ンを注入したい場合に有効であり、特に、イオン注入装
置において発生されるイオンビームを用いる場合に好適
である。
膜された酸化物に基板に対して斜めの方向からイオンビ
ームを照射する。これは、酸化物の表面近傍だけにイオ
ンを注入したい場合に有効であり、特に、イオン注入装
置において発生されるイオンビームを用いる場合に好適
である。
【００１２】この発明においては、イオンビームの照射
により酸化物中に酸素を含むイオンを注入すると同時
に、注入された酸素を含む粒子を活性化させるととも
に、その酸素との反応により酸化物中の不純物を除去し
て酸化物の質を改善し、また、イオンビームの照射によ
り酸化物に生じた損傷を回復させるために、イオンビー
ムを酸化物に照射すると同時に、酸化物に紫外線を照射
し、熱処理する。
により酸化物中に酸素を含むイオンを注入すると同時
に、注入された酸素を含む粒子を活性化させるととも
に、その酸素との反応により酸化物中の不純物を除去し
て酸化物の質を改善し、また、イオンビームの照射によ
り酸化物に生じた損傷を回復させるために、イオンビー
ムを酸化物に照射すると同時に、酸化物に紫外線を照射
し、熱処理する。
【００１３】この発明においては、処理すべき酸化物と
しては、Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 ）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 ）などが
挙げられる。
しては、Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 ）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 ）などが
挙げられる。
【００１４】この発明においては、例えば、酸化物導電
体または酸化されても導電性を有する金属からなる下部
電極上に成膜された酸化物にイオンビームを照射する。
ここで、酸化物導電体としてはＩＴＯ、ＲｕＯ2 、Ｉｒ
Ｏ2 などが挙げられ、酸化されても導電性を有する金属
としてはＲｕ、Ｉｒなどが挙げられる。
体または酸化されても導電性を有する金属からなる下部
電極上に成膜された酸化物にイオンビームを照射する。
ここで、酸化物導電体としてはＩＴＯ、ＲｕＯ2 、Ｉｒ
Ｏ2 などが挙げられ、酸化されても導電性を有する金属
としてはＲｕ、Ｉｒなどが挙げられる。
【００１５】上述のように構成されたこの発明による酸
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いて得られるイオンビームを酸化物に照射する
ようにしていることにより、それにより酸化物中に注入
される酸素により、酸化物中の酸素原子の欠損による空
孔を埋めることができるとともに、酸化物中の不純物を
この酸素との反応により除去することができる。
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いて得られるイオンビームを酸化物に照射する
ようにしていることにより、それにより酸化物中に注入
される酸素により、酸化物中の酸素原子の欠損による空
孔を埋めることができるとともに、酸化物中の不純物を
この酸素との反応により除去することができる。
【００１６】ここで、酸素を構成原子の一つとするガス
を用いて得られるイオンビームがガス・クラスターイオ
ンビームである場合、例えば、その加速エネルギーが数
１０ｋｅＶ程度でも、クラスターの構成イオン（monome
r)を十分に多数（例えば、１０００個程度）にすること
により、酸化物の表面との衝突後に分解した個々のイオ
ンの持つエネルギーを数１０ｅＶにすることができる。
つまり、ガス・クラスターイオンビームを用いることに
より、酸化物の表面近傍だけに、酸素を含むイオンを損
傷領域が浅く形成された状態で注入することができる
（Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(1995)）。
を用いて得られるイオンビームがガス・クラスターイオ
ンビームである場合、例えば、その加速エネルギーが数
１０ｋｅＶ程度でも、クラスターの構成イオン（monome
r)を十分に多数（例えば、１０００個程度）にすること
により、酸化物の表面との衝突後に分解した個々のイオ
ンの持つエネルギーを数１０ｅＶにすることができる。
つまり、ガス・クラスターイオンビームを用いることに
より、酸化物の表面近傍だけに、酸素を含むイオンを損
傷領域が浅く形成された状態で注入することができる
（Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(1995)）。
【００１７】また、ガス・クラスターイオンビームを照
射したときの表面近傍には、高温・高圧力層が発生して
いることが報告されており（Proc.3rd IUMRS Int.Conf.
on Adv.Mat.,Tokyo,1993,p.111) 、それによる熱処理効
果は、酸化物の質の改善に好適であると考えられる。
射したときの表面近傍には、高温・高圧力層が発生して
いることが報告されており（Proc.3rd IUMRS Int.Conf.
on Adv.Mat.,Tokyo,1993,p.111) 、それによる熱処理効
果は、酸化物の質の改善に好適であると考えられる。
【００１８】また、酸素を構成原子の一つとするガスを
用いて得られるイオンビームがイオン注入装置において
発生されたイオンビームである場合には、一般には、注
入されたイオンはその注入エネルギーに応じた投影飛程
（Ｒp ）の分散を持つ。したがって、例えばキャパシタ
ーの誘電体膜として用いられる酸化膜のような膜厚数１
０ｎｍ程度以下の薄膜にそのイオンビームを照射した場
合には、下地の下部電極にまで酸素を含むイオンが注入
されるため、この下部電極が酸化されるという弊害が生
じる。しかしながら、この下部電極を酸化物導電体また
は酸化されても導電性を有する金属により形成してその
上に酸化物を成膜し、さらに、基板に対して斜めの方向
からイオンビームを照射することにより、酸素を含むイ
オンを実効的に浅く注入することができ、そのイオンの
下部電極への到達を抑えることができ、仮にそのイオン
が下部電極にまで到達しても、下部電極の導電性を極端
に劣化させることがない。
用いて得られるイオンビームがイオン注入装置において
発生されたイオンビームである場合には、一般には、注
入されたイオンはその注入エネルギーに応じた投影飛程
（Ｒp ）の分散を持つ。したがって、例えばキャパシタ
ーの誘電体膜として用いられる酸化膜のような膜厚数１
０ｎｍ程度以下の薄膜にそのイオンビームを照射した場
合には、下地の下部電極にまで酸素を含むイオンが注入
されるため、この下部電極が酸化されるという弊害が生
じる。しかしながら、この下部電極を酸化物導電体また
は酸化されても導電性を有する金属により形成してその
上に酸化物を成膜し、さらに、基板に対して斜めの方向
からイオンビームを照射することにより、酸素を含むイ
オンを実効的に浅く注入することができ、そのイオンの
下部電極への到達を抑えることができ、仮にそのイオン
が下部電極にまで到達しても、下部電極の導電性を極端
に劣化させることがない。
【００１９】また、酸素を構成原子の一つとするガスを
用いて得られるイオンビームを酸化物に照射すると同時
に、その酸化物に紫外線を照射することにより、この紫
外線照射による効果により、酸化物中に注入された酸素
を含む粒子を活性化させてこの酸化物中の酸素原子の欠
損による空孔を酸素原子により埋めることができるとと
もに、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を
回復させることができる。
用いて得られるイオンビームを酸化物に照射すると同時
に、その酸化物に紫外線を照射することにより、この紫
外線照射による効果により、酸化物中に注入された酸素
を含む粒子を活性化させてこの酸化物中の酸素原子の欠
損による空孔を酸素原子により埋めることができるとと
もに、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を
回復させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００２１】図１はこの発明の第１の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第１の実施形態にお
いては、Ｏ2 ガスを用いて得られるガス・クラスターイ
オンビームを用いてＴａ2 Ｏ5 膜を改質する場合につい
て説明する。なお、ガス・クラスターイオンビームにつ
いては、Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(199
5)や、イオンビーム応用技術（シーエムシー社刊）pp.1
48-153などに記述がある。
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第１の実施形態にお
いては、Ｏ2 ガスを用いて得られるガス・クラスターイ
オンビームを用いてＴａ2 Ｏ5 膜を改質する場合につい
て説明する。なお、ガス・クラスターイオンビームにつ
いては、Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(199
5)や、イオンビーム応用技術（シーエムシー社刊）pp.1
48-153などに記述がある。
【００２２】すなわち、この第１の実施形態において
は、図１に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられたウェーハステ
ージ１上に、Ｔａ2 Ｏ5 膜２を成膜したシリコン（Ｓ
ｉ）ウェーハ３を載せる。Ｔａ2Ｏ5 膜２の膜厚は例え
ば１０ｎｍである。ウェーハステージ１はヒータ１ａを
内蔵しており、このヒータ１ａにより加熱することがで
きるようになっている。ここでは、ウェーハステージ１
を例えば４００℃に加熱しておく。また、処理室内は所
定の圧力に減圧されている。
は、図１に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられたウェーハステ
ージ１上に、Ｔａ2 Ｏ5 膜２を成膜したシリコン（Ｓ
ｉ）ウェーハ３を載せる。Ｔａ2Ｏ5 膜２の膜厚は例え
ば１０ｎｍである。ウェーハステージ１はヒータ１ａを
内蔵しており、このヒータ１ａにより加熱することがで
きるようになっている。ここでは、ウェーハステージ１
を例えば４００℃に加熱しておく。また、処理室内は所
定の圧力に減圧されている。
【００２３】次に、ガス・クラスターイオンビーム発生
装置４により、例えばＯ2 ガスを用いてＯ2 クラスター
イオンビーム５を発生させ、このＯ2 クラスターイオン
ビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜
２に照射する。ここで、このガス・クラスターイオンビ
ーム発生装置４は、図示は省略するが、ノズル（例え
ば、Ｌａｖａｌノズル）、イオン化機構、電圧による加
速機構、質量フィルターなどを内蔵している。また、Ｏ
2 クラスターイオンビーム５のＯ2 クラスターイオンの
サイズ（集合したイオンの数）は質量フィルターによる
選別により、最小３００程度、平均で２０００程度とす
ることができる。また、ドーズ量は例えば５×１０15ｉ
ｏｎｓ／ｃｍ2 、Ｏ2 クラスターイオンのエネルギーは
例えば７ｋｅＶとする。
装置４により、例えばＯ2 ガスを用いてＯ2 クラスター
イオンビーム５を発生させ、このＯ2 クラスターイオン
ビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜
２に照射する。ここで、このガス・クラスターイオンビ
ーム発生装置４は、図示は省略するが、ノズル（例え
ば、Ｌａｖａｌノズル）、イオン化機構、電圧による加
速機構、質量フィルターなどを内蔵している。また、Ｏ
2 クラスターイオンビーム５のＯ2 クラスターイオンの
サイズ（集合したイオンの数）は質量フィルターによる
選別により、最小３００程度、平均で２０００程度とす
ることができる。また、ドーズ量は例えば５×１０15ｉ
ｏｎｓ／ｃｍ2 、Ｏ2 クラスターイオンのエネルギーは
例えば７ｋｅＶとする。
【００２４】次に、上述のようにしてＯ2 クラスターイ
オンビーム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ
３を、図示省略した熱処理装置において、例えばＯ2 ガ
ス雰囲気中で熱処理する。この熱処理の条件の一例を挙
げると、Ｏ2 ガス流量３ＳＬＭ、圧力１．０１３３×１
０5 Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）、熱処理温度４００℃、熱
処理時間１０分である。この熱処理によって、Ｏ2 クラ
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子が活性化されてＯ原子の欠損に
よる空孔が埋められるとともに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜
時に原料から膜中に取り込まれたＣなどの不純物がＯと
化合してガスとなって蒸発することにより除去される。
また、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の照射によりＴａ
2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。
オンビーム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ
３を、図示省略した熱処理装置において、例えばＯ2 ガ
ス雰囲気中で熱処理する。この熱処理の条件の一例を挙
げると、Ｏ2 ガス流量３ＳＬＭ、圧力１．０１３３×１
０5 Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）、熱処理温度４００℃、熱
処理時間１０分である。この熱処理によって、Ｏ2 クラ
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子が活性化されてＯ原子の欠損に
よる空孔が埋められるとともに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜
時に原料から膜中に取り込まれたＣなどの不純物がＯと
化合してガスとなって蒸発することにより除去される。
また、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の照射によりＴａ
2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。
【００２５】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、Ｏ2 クラスターイオンビーム５を４００℃でＴａ2
Ｏ5 膜２に照射した後、Ｏ2 ガス雰囲気中において４０
０℃で熱処理を行っていることにより、低温かつ短時間
でＴａ2 Ｏ5 膜２中のＯ原子の欠損による空孔やＣなど
の不純物を除去することができ、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜質
の大幅な改善を図ることができる。これによって、低リ
ーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得るこ
とができる。
ば、Ｏ2 クラスターイオンビーム５を４００℃でＴａ2
Ｏ5 膜２に照射した後、Ｏ2 ガス雰囲気中において４０
０℃で熱処理を行っていることにより、低温かつ短時間
でＴａ2 Ｏ5 膜２中のＯ原子の欠損による空孔やＣなど
の不純物を除去することができ、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜質
の大幅な改善を図ることができる。これによって、低リ
ーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得るこ
とができる。
【００２６】図２はこの発明の第２の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第２の実施形態にお
いては、Ｒｕ下部電極上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜をＯ
+ イオンの斜めイオン注入により改質する場合について
説明する。
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第２の実施形態にお
いては、Ｒｕ下部電極上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜をＯ
+ イオンの斜めイオン注入により改質する場合について
説明する。
【００２７】すなわち、この第２の実施形態において
は、図２に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その中心軸
の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｒｕ膜か
らなるＲｕ下部電極６およびＴａ2 Ｏ5 膜２を順次形成
したＳｉウェーハ３を載せる。Ｒｕ下部電極６を構成す
るＲｕ膜の膜厚は例えば２００ｎｍである。また、Ｔａ
2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。処理室内が
所定の圧力に減圧されていることは、第１の実施形態と
同様である。
は、図２に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その中心軸
の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｒｕ膜か
らなるＲｕ下部電極６およびＴａ2 Ｏ5 膜２を順次形成
したＳｉウェーハ３を載せる。Ｒｕ下部電極６を構成す
るＲｕ膜の膜厚は例えば２００ｎｍである。また、Ｔａ
2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。処理室内が
所定の圧力に減圧されていることは、第１の実施形態と
同様である。
【００２８】次に、ウェーハステージ１を例えば３０ｒ
ｐｍで回転させながら、Ｓｉウェーハ１上のＲｕ下部電
極６上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２に、Ｏ+ イオンビー
ム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射す
る。この場合、このＯ+ イオンビーム７とＳｉウェーハ
１に立てた法線とのなす角度θは例えば４５°とする。
このＯ+ イオンビーム７の発生には例えばＯ2 ガスを用
い、加速エネルギーは例えば１０ｋｅＶ、ドーズ量は例
えば５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 である。
ｐｍで回転させながら、Ｓｉウェーハ１上のＲｕ下部電
極６上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２に、Ｏ+ イオンビー
ム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射す
る。この場合、このＯ+ イオンビーム７とＳｉウェーハ
１に立てた法線とのなす角度θは例えば４５°とする。
このＯ+ イオンビーム７の発生には例えばＯ2 ガスを用
い、加速エネルギーは例えば１０ｋｅＶ、ドーズ量は例
えば５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 である。
【００２９】ここで、計算によると、１０ｋｅＶのＯ+
イオンをＴａ2 Ｏ5 膜に膜面に対して垂直な方向から注
入したときの注入されたＯ+ イオンのピーク位置は、表
面から深さ１１ｎｍの近傍にあるが、ここでは、Ｓｉウ
ェーハ１に対して斜めの方向からＯ+ イオンビーム７を
照射しているため、Ｏ+ イオンのピーク位置はＴａ2Ｏ
5 膜２の表面から深さ約８ｎｍの近傍にあり、Ｔａ2 Ｏ
5 膜２内にとどまっている。しかしながら、この条件で
の投影飛程Ｒp の分散の程度（ΔＲp ）は８ｎｍ程度で
あるため、一部のＯ+ イオンは、下地のＲｕ下部電極６
にまで侵入していると考えられる。ところが、Ｒｕは、
仮に酸化されても、この酸化により生成されるＲｕＯ2
は良好な導電性を有するため、Ｏ+ イオンがＲｕ下部電
極６にまで侵入しても問題は生じない。
イオンをＴａ2 Ｏ5 膜に膜面に対して垂直な方向から注
入したときの注入されたＯ+ イオンのピーク位置は、表
面から深さ１１ｎｍの近傍にあるが、ここでは、Ｓｉウ
ェーハ１に対して斜めの方向からＯ+ イオンビーム７を
照射しているため、Ｏ+ イオンのピーク位置はＴａ2Ｏ
5 膜２の表面から深さ約８ｎｍの近傍にあり、Ｔａ2 Ｏ
5 膜２内にとどまっている。しかしながら、この条件で
の投影飛程Ｒp の分散の程度（ΔＲp ）は８ｎｍ程度で
あるため、一部のＯ+ イオンは、下地のＲｕ下部電極６
にまで侵入していると考えられる。ところが、Ｒｕは、
仮に酸化されても、この酸化により生成されるＲｕＯ2
は良好な導電性を有するため、Ｏ+ イオンがＲｕ下部電
極６にまで侵入しても問題は生じない。
【００３０】次に、上述のようにしてＯ+ イオンビーム
７をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ３を、図示
省略した熱処理装置において、酸素ガス雰囲気中で熱処
理する。この熱処理の条件は、例えば、第１の実施形態
と同様とする。この熱処理によって、Ｏ+ イオンビーム
７の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に注入されたＯ原子が
活性化されてＯ原子の欠損による空孔が埋められるとと
もに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜時に原料から膜中に取り込
まれたＣなどの不純物がＯと化合してガスとなって蒸発
することにより除去される。また、Ｏ+ イオンビーム７
の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。
７をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ３を、図示
省略した熱処理装置において、酸素ガス雰囲気中で熱処
理する。この熱処理の条件は、例えば、第１の実施形態
と同様とする。この熱処理によって、Ｏ+ イオンビーム
７の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に注入されたＯ原子が
活性化されてＯ原子の欠損による空孔が埋められるとと
もに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜時に原料から膜中に取り込
まれたＣなどの不純物がＯと化合してガスとなって蒸発
することにより除去される。また、Ｏ+ イオンビーム７
の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。
【００３１】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、Ｓｉウェーハ３上のＲｕ下部電極６上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２にＯ+ イオンビーム７を照射した後、４
００℃で熱処理を行っていることにより、第１の実施形
態と同様に、低温かつ短時間でＴａ2 Ｏ5 膜２の膜質の
大幅な改善を図ることができ、これによって低リーク電
流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得ることがで
きる。また、この第２の実施形態によれば、Ｏ+ イオン
ビーム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射
しているので、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の下地のＲｕ下部電極６
へのＯ+ イオンの侵入を抑えることができ、また、一部
のＯ+ イオンがＲｕ下部電極６に侵入して酸化されても
十分に導電性が保持されるので、問題は生じない。
ば、Ｓｉウェーハ３上のＲｕ下部電極６上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２にＯ+ イオンビーム７を照射した後、４
００℃で熱処理を行っていることにより、第１の実施形
態と同様に、低温かつ短時間でＴａ2 Ｏ5 膜２の膜質の
大幅な改善を図ることができ、これによって低リーク電
流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得ることがで
きる。また、この第２の実施形態によれば、Ｏ+ イオン
ビーム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射
しているので、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の下地のＲｕ下部電極６
へのＯ+ イオンの侵入を抑えることができ、また、一部
のＯ+ イオンがＲｕ下部電極６に侵入して酸化されても
十分に導電性が保持されるので、問題は生じない。
【００３２】図３はこの発明の第３の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第３の実施形態にお
いては、Ｏ2 クラスターイオンビームの照射と紫外線の
照射による熱処理とを同時に行うことによりＴａ2 Ｏ5
膜を改質する場合について説明する。
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第３の実施形態にお
いては、Ｏ2 クラスターイオンビームの照射と紫外線の
照射による熱処理とを同時に行うことによりＴａ2 Ｏ5
膜を改質する場合について説明する。
【００３３】すなわち、この第３の実施形態において
は、図３に示すように、まず、ガス・クラスターイオン
ビーム装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その
中心軸の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｔ
ａ2 Ｏ5 膜２を成膜したＳｉウェーハ３を載せる。ここ
で、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。ウ
ェーハステージ１はヒータ１ａを内蔵しており、このヒ
ータ１ａにより加熱することができるようになってい
る。ここでは、ウェーハステージ１を例えば４００℃に
加熱しておく。また、処理室内は所定の圧力に減圧され
ている。
は、図３に示すように、まず、ガス・クラスターイオン
ビーム装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その
中心軸の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｔ
ａ2 Ｏ5 膜２を成膜したＳｉウェーハ３を載せる。ここ
で、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。ウ
ェーハステージ１はヒータ１ａを内蔵しており、このヒ
ータ１ａにより加熱することができるようになってい
る。ここでは、ウェーハステージ１を例えば４００℃に
加熱しておく。また、処理室内は所定の圧力に減圧され
ている。
【００３４】次に、ウェーハステージ１を例えば１０ｒ
ｐｍで回転させながら、ガス・クラスターイオンビーム
発生装置４によりＯ2 ガスを用いて発生させたＯ2 クラ
スターイオンビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２に照射する。このＯ2 クラスターイオン
ビーム５におけるＯ2 クラスターイオンのサイズ、ドー
ズ量、加速エネルギーなどは、第１の実施形態と同様で
ある。
ｐｍで回転させながら、ガス・クラスターイオンビーム
発生装置４によりＯ2 ガスを用いて発生させたＯ2 クラ
スターイオンビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２に照射する。このＯ2 クラスターイオン
ビーム５におけるＯ2 クラスターイオンのサイズ、ドー
ズ量、加速エネルギーなどは、第１の実施形態と同様で
ある。
【００３５】このようにしてＯ2 クラスターイオンビー
ム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射すると同時に、紫外線ラン
プ８により発生させた紫外線９をこのＴａ2 Ｏ5 膜２に
照射する。この紫外線９の強度は、Ｓｉウェーハ３上
で、例えば、波長１８５ｎｍの光の強度は５ｍＷ／ｃｍ
2 、波長２５４ｎｍの光の強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 と
する。また、これらのＯ2 クラスターイオンビーム５の
照射および紫外線９の照射は例えば１５分間行う。
ム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射すると同時に、紫外線ラン
プ８により発生させた紫外線９をこのＴａ2 Ｏ5 膜２に
照射する。この紫外線９の強度は、Ｓｉウェーハ３上
で、例えば、波長１８５ｎｍの光の強度は５ｍＷ／ｃｍ
2 、波長２５４ｎｍの光の強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 と
する。また、これらのＯ2 クラスターイオンビーム５の
照射および紫外線９の照射は例えば１５分間行う。
【００３６】ここで、Ｔａ2 Ｏ5 膜は、波長２５０ｎｍ
以下の光に対する光吸収係数が５×１０5 ｃｍ-1程度で
あることから、膜厚が１０ｎｍのＴａ2 Ｏ5 膜２では、
その下層まで紫外線９が到達している。
以下の光に対する光吸収係数が５×１０5 ｃｍ-1程度で
あることから、膜厚が１０ｎｍのＴａ2 Ｏ5 膜２では、
その下層まで紫外線９が到達している。
【００３７】この第３の実施形態においては、Ｏ2 クラ
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子はこのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射さ
れた紫外線９を吸収して活性化され、このＴａ2 Ｏ5 膜
２中のＯ原子の欠損による空孔が埋められるとともに、
成膜時にこのＴａ2 Ｏ5 膜２中に取り込まれたＣなどの
不純物が除去される。
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子はこのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射さ
れた紫外線９を吸収して活性化され、このＴａ2 Ｏ5 膜
２中のＯ原子の欠損による空孔が埋められるとともに、
成膜時にこのＴａ2 Ｏ5 膜２中に取り込まれたＣなどの
不純物が除去される。
【００３８】以上のように、この第３の実施形態によれ
ば、Ｓｉウェーハ２上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２にＯ
2 クラスターイオンビーム５を４００℃で照射すると同
時に紫外線９をそのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射していること
により、第１の実施形態と同様に、低温かつ短時間でＴ
ａ2 Ｏ5 膜２の膜質の大幅な改善を図ることができ、こ
れによって低リーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ
5 膜２を得ることができる。
ば、Ｓｉウェーハ２上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２にＯ
2 クラスターイオンビーム５を４００℃で照射すると同
時に紫外線９をそのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射していること
により、第１の実施形態と同様に、低温かつ短時間でＴ
ａ2 Ｏ5 膜２の膜質の大幅な改善を図ることができ、こ
れによって低リーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ
5 膜２を得ることができる。
【００３９】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００４０】例えば、上述の第１、第２および第３の実
施形態はあくまでも例に過ぎず、処理すべき酸化膜の種
類、膜厚、処理温度、使用するガス種、加速エネルギ
ー、ドーズ量、紫外線の強度などは、この発明の主旨を
逸脱しない範囲で、必要に応じて変更することが可能で
ある。
施形態はあくまでも例に過ぎず、処理すべき酸化膜の種
類、膜厚、処理温度、使用するガス種、加速エネルギ
ー、ドーズ量、紫外線の強度などは、この発明の主旨を
逸脱しない範囲で、必要に応じて変更することが可能で
ある。
【００４１】例えば、第１および第３の実施形態におい
て、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の代わりに、イオン
注入装置において発生されるイオンビーム、例えばＯ+
イオンビームを用いてもよい。
て、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の代わりに、イオン
注入装置において発生されるイオンビーム、例えばＯ+
イオンビームを用いてもよい。
【００４２】また、第２の実施形態において、Ｏ+ イオ
ンビーム７の代わりに、例えばＯ2クラスターイオンビ
ームを用いてもよい。また、Ｏ+ イオンビーム７の照射
後に行う熱処理の温度は、５００℃程度以下であればＲ
ｕ下部電極６の劣化を生じないので、この範囲内で第２
の実施形態と異なる温度としてもよい。さらに、第１の
実施形態と同様に、Ｏ+ イオンビーム７の照射時にウェ
ーハステージ１を例えば４００℃程度に加熱しておくよ
うにしてもよい。
ンビーム７の代わりに、例えばＯ2クラスターイオンビ
ームを用いてもよい。また、Ｏ+ イオンビーム７の照射
後に行う熱処理の温度は、５００℃程度以下であればＲ
ｕ下部電極６の劣化を生じないので、この範囲内で第２
の実施形態と異なる温度としてもよい。さらに、第１の
実施形態と同様に、Ｏ+ イオンビーム７の照射時にウェ
ーハステージ１を例えば４００℃程度に加熱しておくよ
うにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による酸
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いたイオンビームを酸化物に照射するようにし
ていることにより、低温かつ短時間で酸化物の質の改善
を図ることができる。
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いたイオンビームを酸化物に照射するようにし
ていることにより、低温かつ短時間で酸化物の質の改善
を図ることができる。
【図１】この発明の第１の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。
の処理方法を説明するための略線図である。
【図２】この発明の第２の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。
の処理方法を説明するための略線図である。
【図３】この発明の第３の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。
の処理方法を説明するための略線図である。
１・・・ウェーハステージ、２・・・Ｔａ2 Ｏ5 膜、３
・・・Ｓｉウェーハ、４・・・ガス・クラスターイオン
ビーム発生装置、５・・・Ｏ2 クラスターイオンビー
ム、６・・・Ｒｕ下部電極、７・・・Ｏ+ イオンビー
ム、８・・・紫外線ランプ、９・・・紫外線
・・・Ｓｉウェーハ、４・・・ガス・クラスターイオン
ビーム発生装置、５・・・Ｏ2 クラスターイオンビー
ム、６・・・Ｒｕ下部電極、７・・・Ｏ+ イオンビー
ム、８・・・紫外線ランプ、９・・・紫外線
Claims (8)
- 【請求項１】 酸素を構成原子の一つとするガスを用い
て得られるイオンビームを酸化物に照射するようにした
ことを特徴とする酸化物の処理方法。 - 【請求項２】 上記イオンビームはガス・クラスターイ
オンビームであることを特徴とする請求項１記載の酸化
物の処理方法。 - 【請求項３】 上記イオンビームはイオン注入装置にお
いて発生されるイオンビームであることを特徴とする請
求項１記載の酸化物の処理方法。 - 【請求項４】 上記イオンビームを上記酸化物に照射し
た後、上記酸化物を熱処理するようにしたことを特徴と
する請求項１記載の酸化物の処理方法。 - 【請求項５】 基板上に成膜された上記酸化物に上記基
板に対して斜めの方向から上記イオンビームを照射する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の酸化物の処
理方法。 - 【請求項６】 上記イオンビームを上記酸化物に照射す
ると同時に、上記酸化物に紫外線を照射するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の酸化物の処理方法。 - 【請求項７】 上記酸化物はＴａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ、ＳＴ
Ｏ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴまたはＳＢＴであることを特徴と
する請求項１記載の酸化物の処理方法。 - 【請求項８】 酸化物導電体または酸化されても導電性
を有する金属からなる下部電極上に成膜された上記酸化
物に上記イオンビームを照射するようにしたことを特徴
とする請求項１記載の酸化物の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24117096A JPH1064839A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 酸化物の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24117096A JPH1064839A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 酸化物の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064839A true JPH1064839A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=17070292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24117096A Pending JPH1064839A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 酸化物の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1064839A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000032516A1 (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-08 | Rohm Co., Ltd. | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| WO2008018419A1 (fr) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Yoshimi Shioya | Appareil de fabrication de semi-conducteurs et procédé de fabrication de semi-conducteurs |
| JP2010070788A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法 |
| JP2012508923A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | タッチスクリーン及びその製造方法 |
| JP2012204591A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 膜形成方法および不揮発性記憶装置 |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP24117096A patent/JPH1064839A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000032516A1 (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-08 | Rohm Co., Ltd. | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| US6730522B1 (en) | 1998-11-27 | 2004-05-04 | Rohm Co., Ltd. | Method of forming solid of a ferroelectric or high dielectric material and method of manufacturing semiconductor device employing the same |
| EP1153888A4 (en) * | 1998-11-27 | 2006-03-29 | Rohm Co Ltd | METHOD FOR PRODUCING A SOLID INORGANIC COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR ELEMENT |
| WO2008018419A1 (fr) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Yoshimi Shioya | Appareil de fabrication de semi-conducteurs et procédé de fabrication de semi-conducteurs |
| JP2010070788A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法 |
| JP2012508923A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | タッチスクリーン及びその製造方法 |
| JP2012204591A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 膜形成方法および不揮発性記憶装置 |
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