JPS605531A - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents
絶縁膜の形成方法Info
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- JPS605531A JPS605531A JP58113149A JP11314983A JPS605531A JP S605531 A JPS605531 A JP S605531A JP 58113149 A JP58113149 A JP 58113149A JP 11314983 A JP11314983 A JP 11314983A JP S605531 A JPS605531 A JP S605531A
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- Japan
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- film
- amorphous
- oxidation
- ta2o5
- tantalum
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、Ｔａ２Ｏ，、Ｔｉｏ、、などの誘電体膜の形
成方法に関し、特に、膜中分流れるリークｍ流が少く、
また絶縁１圧の尚い誘電体膜を形成する方法に関する。
成方法に関し、特に、膜中分流れるリークｍ流が少く、
また絶縁１圧の尚い誘電体膜を形成する方法に関する。
近年、ＭＯＳ 型半導体装置が広く用いられ、その果槓
度は年々＾密度化がＨＦられている。従来、高密度化は
パターンを微細化することにより行なわれてきた。しか
し、ダイナミック・ランタムアクセスメモ１，１ （Ｌ
）１（ＡＭ ）の如き半導体装置では、パターンの微油
１化は信号に対比、した蓄積電荷量の低下を州き α線
などの放射線によるメモリの誤動作（ノットエン−）が
発生ずるという問題を生ずる。このため、パターン化＄
＋１ｎｔｌ化しても畜積軍。
度は年々＾密度化がＨＦられている。従来、高密度化は
パターンを微細化することにより行なわれてきた。しか
し、ダイナミック・ランタムアクセスメモ１，１ （Ｌ
）１（ＡＭ ）の如き半導体装置では、パターンの微油
１化は信号に対比、した蓄積電荷量の低下を州き α線
などの放射線によるメモリの誤動作（ノットエン−）が
発生ずるという問題を生ずる。このため、パターン化＄
＋１ｎｔｌ化しても畜積軍。
荷量を低下させない手段をｉδする必要かある。従来、
電荷を蓄積する容量部分の絶縁膜を助くシ、容量値を低
下させないことで対処しでいた。
電荷を蓄積する容量部分の絶縁膜を助くシ、容量値を低
下させないことで対処しでいた。
しかし、膜が薄くなるとピンポールが増大するため充分
な耐圧が得られず歩留りが低圧するなど、薄膜化にも限
界かぁ−）だ。
な耐圧が得られず歩留りが低圧するなど、薄膜化にも限
界かぁ−）だ。
通常、容量部分の誘電体材料として、比誘電率３．９の
５ＩＯ２が用しられてｂるが、比誘−率の高いＩ料を用
すれば同じ電極面槓でも容量を犬さくすることがム」能
となシ、従って、いっそうの％Ｂ化がｉｒ］−能となる
。このため、すでに、Ｔａ２Ｏ，、Ｔ ｉ ０２などの
高誘電材料が検討されてきた。これらの膜を形成する手
段は、例えはｆｉｌ ａ、 Ｉｌｌ ｉなどの金属拐料
を真空中で蒸着した後、酸素雰囲気中で熱処理する、あ
るいは、陽極酸化するなどの手段で酸化することによシ
、形成されている。しかしながら、これらの手段を用い
てＪし成きれた膜は、低電圧の印加でリーク−流が多く
流れるため、未だ実用に副える段階に至−＋７いない。
５ＩＯ２が用しられてｂるが、比誘−率の高いＩ料を用
すれば同じ電極面槓でも容量を犬さくすることがム」能
となシ、従って、いっそうの％Ｂ化がｉｒ］−能となる
。このため、すでに、Ｔａ２Ｏ，、Ｔ ｉ ０２などの
高誘電材料が検討されてきた。これらの膜を形成する手
段は、例えはｆｉｌ ａ、 Ｉｌｌ ｉなどの金属拐料
を真空中で蒸着した後、酸素雰囲気中で熱処理する、あ
るいは、陽極酸化するなどの手段で酸化することによシ
、形成されている。しかしながら、これらの手段を用い
てＪし成きれた膜は、低電圧の印加でリーク−流が多く
流れるため、未だ実用に副える段階に至−＋７いない。
この原因としてｔｒｉ、感層された金属ｊ漠が結晶粒構
造をもっＣお９、酸化ンこより形成された訪電体Ｊ漠も
多結晶構造になっＣ−ると考えられ、結晶粒昇を進じて
リーク電流が流Ｊ１．るものと考えらＪｌ、る。
造をもっＣお９、酸化ンこより形成された訪電体Ｊ漠も
多結晶構造になっＣ−ると考えられ、結晶粒昇を進じて
リーク電流が流Ｊ１．るものと考えらＪｌ、る。
従って、１艮４４！を造を多結晶構造にしない手段を湧
ずＩＬばリーク電流を低減できるのではないかと本発明
者は考えた。
ずＩＬばリーク電流を低減できるのではないかと本発明
者は考えた。
本発明は、かかる考察にもとづき従来の方法によって形
成した膜の絶縁１１０ｊ圧が低くリーク電流が大きいと
いう欠点を排除しｌこ尚品質の膜を実現する手段を提供
することにあり、その要旨は金属膜を非晶質化する手段
を有った区に獣化することにあ４）。以下、本発明を実
／１Ｉｉ１例を用いて詳細に説明する。
成した膜の絶縁１１０ｊ圧が低くリーク電流が大きいと
いう欠点を排除しｌこ尚品質の膜を実現する手段を提供
することにあり、その要旨は金属膜を非晶質化する手段
を有った区に獣化することにあ４）。以下、本発明を実
／１Ｉｉ１例を用いて詳細に説明する。
第１図は、ＭＯ８型容量を形成する場合に本発を適用し
た場合を例にとり、その工程を説明するための断面構造
図である、図において１は半導体基板、２は金属膜、２
Ｊは非晶質の金１４％層、２５は絶縁膜、３はイオンの
飛来方向をそ７１．それ示す。
た場合を例にとり、その工程を説明するための断面構造
図である、図において１は半導体基板、２は金属膜、２
Ｊは非晶質の金１４％層、２５は絶縁膜、３はイオンの
飛来方向をそ７１．それ示す。
半導体基板ｌとしてシリコン范板を、金属膜２としてＴ
ａ膜を用い、ＭＯ８容量を作ることとし、製造工程を順
を追ってｈ発明する。
ａ膜を用い、ＭＯ８容量を作ることとし、製造工程を順
を追ってｈ発明する。
まず、シリコン基板１０表面にＴａ膜２を真空蒸着など
の手法で形成する（第１図ａ）。当該膜は、後に酸化さ
れＴａ、Ｏ，に変えられるものであシ、大きな容量を得
る上で薄い方が４讐しく、２００〜ｓｏｏ Ｘ程度の膜
厚が好ましい。形成した当該膜２は、通常多結晶イ４造
となっている。
の手法で形成する（第１図ａ）。当該膜は、後に酸化さ
れＴａ、Ｏ，に変えられるものであシ、大きな容量を得
る上で薄い方が４讐しく、２００〜ｓｏｏ Ｘ程度の膜
厚が好ましい。形成した当該膜２は、通常多結晶イ４造
となっている。
次に、Ａｒ１０２、Ｔａなどの物質をイオンとなし、前
記Ｔａ膜２にイオン打込みすることにより当該膜表面を
非晶質な構造を持つ非晶質’Ｊ’ ａ膜２１が形成され
る（第１図ｂ）。Ｔａ膜２は博ｊ挨であるので、イオン
打込みは例えば加速電圧ｌＯ〜３０ＫｅＶの条件で１０
１４〜１０１６ｃｍ’のイオンを打ち込めは充分良質の
非晶質膜が形成される。当該イオン打込みではＴａ膜２
の厚さ方向全体が充分に非晶質となるように、加速電圧
を変化きしめてイオン打込みしても良い。この時、前記
シリコン基板１の表…工も非晶質化されるが、後の工程
で熱処理を行うこと圧よシ結晶性が回ゆするので実用上
問題とはなし）ない。捷だＴａ膜２の表向Ｗイオン打込
みのマスクとなるマスク膜のパターンを設はタンタル膜
の一部分にのみイオン打込みを行なってもよい。
記Ｔａ膜２にイオン打込みすることにより当該膜表面を
非晶質な構造を持つ非晶質’Ｊ’ ａ膜２１が形成され
る（第１図ｂ）。Ｔａ膜２は博ｊ挨であるので、イオン
打込みは例えば加速電圧ｌＯ〜３０ＫｅＶの条件で１０
１４〜１０１６ｃｍ’のイオンを打ち込めは充分良質の
非晶質膜が形成される。当該イオン打込みではＴａ膜２
の厚さ方向全体が充分に非晶質となるように、加速電圧
を変化きしめてイオン打込みしても良い。この時、前記
シリコン基板１の表…工も非晶質化されるが、後の工程
で熱処理を行うこと圧よシ結晶性が回ゆするので実用上
問題とはなし）ない。捷だＴａ膜２の表向Ｗイオン打込
みのマスクとなるマスク膜のパターンを設はタンタル膜
の一部分にのみイオン打込みを行なってもよい。
当該イオン打込みでは、ヒ素、リン、ボロンな７ どの
不純物イオンを打込むことによっても、前記タンタル膜
２を非晶質化すゐことは可能でち９、この場合にはシリ
コン基板１の表向に不純物領域が形成されることになる
。刀１かる不純物領域の形成は、本発明を他の構造の半
導体装置に適用する場合の応用範囲が広くな９好ま１．
ｂ０非晶質タンタル膜２１が形成ぢれた後、酸化雰囲気
中４００〜５００Ｃの温度で酸化することにより、もし
くはしゅ二）酸浴液中で陽極酸化することにより当該非
晶質タンタル膜２１がＴａ、０．膜２５に変えられる（
第１図Ｃ）。ここで形成されたＴａ２０５険２５は、非
晶質のタンタルの酸化によυ形成されたものであるため
、膜構造は非晶質である。この後、Ｔａ２Ｏ，膜２５表
面に電極が形成されＭＯ８構造が構成される。また非晶
質′ｒａ膜２１の全体でなく表面の一部分のみをＴａ２
０５ 膜に変えてもよい。
不純物イオンを打込むことによっても、前記タンタル膜
２を非晶質化すゐことは可能でち９、この場合にはシリ
コン基板１の表向に不純物領域が形成されることになる
。刀１かる不純物領域の形成は、本発明を他の構造の半
導体装置に適用する場合の応用範囲が広くな９好ま１．
ｂ０非晶質タンタル膜２１が形成ぢれた後、酸化雰囲気
中４００〜５００Ｃの温度で酸化することにより、もし
くはしゅ二）酸浴液中で陽極酸化することにより当該非
晶質タンタル膜２１がＴａ、０．膜２５に変えられる（
第１図Ｃ）。ここで形成されたＴａ２０５険２５は、非
晶質のタンタルの酸化によυ形成されたものであるため
、膜構造は非晶質である。この後、Ｔａ２Ｏ，膜２５表
面に電極が形成されＭＯ８構造が構成される。また非晶
質′ｒａ膜２１の全体でなく表面の一部分のみをＴａ２
０５ 膜に変えてもよい。
なお、本工程の熱処理でＴａ膜２とシリコン基板１とが
多少反応し、シリコン基板１表面にタンタルシリサイド
層が形成されるためが、容量を形成する目的上は問題は
ない。しかしＭＯ８容量としての電気的特性（特にＴａ
２Ｏ，とシリコンの界面特性）は劣化するため、これを
改善するためには、シリコン基板１表面にあらかじめ〜
さ５０〜１５０オングストロームの５ｉ０２膜を形成し
た後にＴａ膜２を形成するのが望ましい。
多少反応し、シリコン基板１表面にタンタルシリサイド
層が形成されるためが、容量を形成する目的上は問題は
ない。しかしＭＯ８容量としての電気的特性（特にＴａ
２Ｏ，とシリコンの界面特性）は劣化するため、これを
改善するためには、シリコン基板１表面にあらかじめ〜
さ５０〜１５０オングストロームの５ｉ０２膜を形成し
た後にＴａ膜２を形成するのが望ましい。
本発明を用いて形成したＭＯ８容量のり−ク屯流量を調
べたところ、従来法に比べ約２桁リーク軍流が低減し、
充分良好の膜が形成されていることが判明した。
べたところ、従来法に比べ約２桁リーク軍流が低減し、
充分良好の膜が形成されていることが判明した。
第２図は、本発明を用いて容量を形成する場合の他の実
施例を示しておυ、その製作工程を説明するための断面
構造をボしている。図において、第１図と同記号は同機
能を有する物質を示しておシ、４は絶縁膜、５は不純物
領域、６は電極である。半導体基板１にシリコンを、金
属膜２にタンタルを用いて容量を作る工程ｆ：１＠を追
って説明する まず、−導電型を有するノリコン基板１の表面に、５Ｉ
Ｏ２などの絶縁膜４が設けられ、続いて当該絶縁膜４の
一部が選択除去され窓４５が形成される（第２図ａ）。
施例を示しておυ、その製作工程を説明するための断面
構造をボしている。図において、第１図と同記号は同機
能を有する物質を示しておシ、４は絶縁膜、５は不純物
領域、６は電極である。半導体基板１にシリコンを、金
属膜２にタンタルを用いて容量を作る工程ｆ：１＠を追
って説明する まず、−導電型を有するノリコン基板１の表面に、５Ｉ
Ｏ２などの絶縁膜４が設けられ、続いて当該絶縁膜４の
一部が選択除去され窓４５が形成される（第２図ａ）。
次に、絶縁膜４をマスクとして窓４５からシリコン基板
１０表面に不純物が導入され、該基板１と逆の導電型を
有する不純物領域５が形成され、絖いてタンタル膜２が
真を蒸着法などの手段を用いて形成さ７Ｌる（第２図＆
））。当該不純物の導入は、熱拡敵法を用いても、ある
いはイオン打込み法を用いでも良くその選択は自由であ
る。該不純物領域５は電極として用いるため、尚濃度に
形成される必要がある。寸だ、タンタル膜２け、一部分
は電極として用いるため、厚く形成される必要があシ、
その好ましい厚さは０．３〜１ ミクロンである。
１０表面に不純物が導入され、該基板１と逆の導電型を
有する不純物領域５が形成され、絖いてタンタル膜２が
真を蒸着法などの手段を用いて形成さ７Ｌる（第２図＆
））。当該不純物の導入は、熱拡敵法を用いても、ある
いはイオン打込み法を用いでも良くその選択は自由であ
る。該不純物領域５は電極として用いるため、尚濃度に
形成される必要がある。寸だ、タンタル膜２け、一部分
は電極として用いるため、厚く形成される必要があシ、
その好ましい厚さは０．３〜１ ミクロンである。
次に、当該膜２つの表面にＡ ｒ Ｘ（１）２ 、’Ｊ
、’ ａなとの物質３がイオン打込みきれ、当該膜２つ
の次面Ｖこ非晶質な構造を持つ非晶質タンタル膜２１が
形成される（■２図ｃ）１、イオン打込みの好ましい条
件は、電圧１０〜２０ ＫｅＶ、打込み量１０ 〜１０
ｃｍであり、タンタル膜２０表面の１００〜３００ス“
ングストロームの領域が非晶質のメンタル膜２１ とな
る。またＴａ膜２の表面にイオン打込みのマスクとなる
マスク膜のパターン全段けＴａ膜２の一部とによシ、も
しくはしゅう酸溶液中で陽極酸化することによシ、非晶
質タンタル膜２１がＴａ２Ｕ３膜２５に変えられ、ｉ続
いて電極パターン６が形成されることによｐＴａ膜、’
ｌ’ａ；Ｕａ 膜２５．１１１Ｍ ６とのｊＵｊ Ｉ／
Ｃ容量が構成される（紀２図ｄ）。当該工程で酸化の鉛
件を１７Ｌぶことにより非晶質タンタル膜２１の表面Ｃ
Ｄり多−１’ ａ ２０．膜に変えても、あるいけ昌該
膜２１に加えてタンタル膜２の表面をもｌＴ ａ ２＋
、）、Ｂ！ＡＫ変えても特性上何ら問題は生じない。
、’ ａなとの物質３がイオン打込みきれ、当該膜２つ
の次面Ｖこ非晶質な構造を持つ非晶質タンタル膜２１が
形成される（■２図ｃ）１、イオン打込みの好ましい条
件は、電圧１０〜２０ ＫｅＶ、打込み量１０ 〜１０
ｃｍであり、タンタル膜２０表面の１００〜３００ス“
ングストロームの領域が非晶質のメンタル膜２１ とな
る。またＴａ膜２の表面にイオン打込みのマスクとなる
マスク膜のパターン全段けＴａ膜２の一部とによシ、も
しくはしゅう酸溶液中で陽極酸化することによシ、非晶
質タンタル膜２１がＴａ２Ｕ３膜２５に変えられ、ｉ続
いて電極パターン６が形成されることによｐＴａ膜、’
ｌ’ａ；Ｕａ 膜２５．１１１Ｍ ６とのｊＵｊ Ｉ／
Ｃ容量が構成される（紀２図ｄ）。当該工程で酸化の鉛
件を１７Ｌぶことにより非晶質タンタル膜２１の表面Ｃ
Ｄり多−１’ ａ ２０．膜に変えても、あるいけ昌該
膜２１に加えてタンタル膜２の表面をもｌＴ ａ ２＋
、）、Ｂ！ＡＫ変えても特性上何ら問題は生じない。
しかし、’１’ ａ ２０５膜２５の下部：（Ｔはタン
タル膜２が残されている必決１５；ある。
タル膜２が残されている必決１５；ある。
当該実施例では ｌ１ｌａ膜２と高繞匪不純物領域５と
はオーム接触でβるため、高値ｒｔｔ不純物領域５と電
極６との向（置比圧を印加ず、ｔ′・ことで容量を動作
させろことが出来る’ｉｂ長を持つ。
はオーム接触でβるため、高値ｒｔｔ不純物領域５と電
極６との向（置比圧を印加ず、ｔ′・ことで容量を動作
させろことが出来る’ｉｂ長を持つ。
上記（，７た２つの実施例では、ｉ’ａ股を用いてＴａ
２Ｏ，、を形成することとして説明したが、ξれに［他
の金属、ドｌえばＡＡ’、 Ｍｇ、Ｔ１、Ｎｂなどを用
いても、また、ノリｊ）との合≦１ミ通ｌモしくけ多結
晶シリコン耐、倹４・どを用い″（も、本発明は適用で
き４・。
２Ｏ，、を形成することとして説明したが、ξれに［他
の金属、ドｌえばＡＡ’、 Ｍｇ、Ｔ１、Ｎｂなどを用
いても、また、ノリｊ）との合≦１ミ通ｌモしくけ多結
晶シリコン耐、倹４・どを用い″（も、本発明は適用で
き４・。
また、金属膜２ Ｘ？非晶ゴ）化する工程を、イメーン
打込法の手段τハｊいて行っ７こが、これは金ＰＡ膜２
を非晶質化できれば（ｔ！、ｌｖ月−二段を用い′ても
ぞの辷択ｒｉ目由でａ）／−０−例としでＡｒ、０２
なとのイスーンを数１００■で加速し、前記金属膜２０
表面に衝突させたいわゆるスパッタ法を採用して１、同
様の効果を得ることが出来る。この場合、スパッタによ
多金属膜表面が多少除去はれるが、金属Ｓ＋予め厚く形
成しておけば問題はない。
打込法の手段τハｊいて行っ７こが、これは金ＰＡ膜２
を非晶質化できれば（ｔ！、ｌｖ月−二段を用い′ても
ぞの辷択ｒｉ目由でａ）／−０−例としでＡｒ、０２
なとのイスーンを数１００■で加速し、前記金属膜２０
表面に衝突させたいわゆるスパッタ法を採用して１、同
様の効果を得ることが出来る。この場合、スパッタによ
多金属膜表面が多少除去はれるが、金属Ｓ＋予め厚く形
成しておけば問題はない。
第」図は、本発明の一実施例を説明するための図、第２
図は他の実施例を説明するための図で、各工程図におけ
る平県体装置の断面を示す。図におりて、ｌは半導体基
板、２は金属膜、２１は非晶質の金属層、２５は絶縁）
摸、３はイオンの飛来方向、４は絶縁膜、５は不純物領
域、６は電極をそれぞれ示す。 代ｉ里人弁理」：自派 晋 第１図 ｊ ｉ＝ 第２図 １ｄ）
図は他の実施例を説明するための図で、各工程図におけ
る平県体装置の断面を示す。図におりて、ｌは半導体基
板、２は金属膜、２１は非晶質の金属層、２５は絶縁）
摸、３はイオンの飛来方向、４は絶縁膜、５は不純物領
域、６は電極をそれぞれ示す。 代ｉ里人弁理」：自派 晋 第１図 ｊ ｉ＝ 第２図 １ｄ）
Claims (1)
- 半導体基板上に、もしくは光面に絶縁膜を設けた半導体
基板上に金属膜を設け、次に該金属膜表面に加速せしめ
たイオンを照射することによシ、少なくとも金属膜表面
の一部を非晶質の金属膜となし、続いて該非晶質の金属
膜の少なくとも表面の一部を酸化することによシ絶縁膜
とすることを特徴とした絶縁膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58113149A JPS605531A (ja) | 1983-06-23 | 1983-06-23 | 絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58113149A JPS605531A (ja) | 1983-06-23 | 1983-06-23 | 絶縁膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS605531A true JPS605531A (ja) | 1985-01-12 |
Family
ID=14604805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58113149A Pending JPS605531A (ja) | 1983-06-23 | 1983-06-23 | 絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS605531A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62153373A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-08 | Mitsui Toatsu Chem Inc | フレキシブル印刷回路基板用難燃性接着剤組成物 |
| US6521930B2 (en) | 2000-06-07 | 2003-02-18 | Nec Corporation | Semiconductor device having Ta2O5 thin film |
-
1983
- 1983-06-23 JP JP58113149A patent/JPS605531A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62153373A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-08 | Mitsui Toatsu Chem Inc | フレキシブル印刷回路基板用難燃性接着剤組成物 |
| US6521930B2 (en) | 2000-06-07 | 2003-02-18 | Nec Corporation | Semiconductor device having Ta2O5 thin film |
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