(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン蓄積電極を設けた基板を用意するステップと、
前記ポリシリコン蓄積電極上に五酸化二タンタル膜を被覆させるステップと、
前記五酸化二タンタル膜をリモート酸素プラズマ処理するステップと、
前記リモート酸素プラズマ処理後に前記五酸化二タンタル膜に対してスパイクアニールプロセスを行うステップとを具備し、
前記スパイクアニールプロセスは、前記リモート酸素プラズマ処理より高温で行い、かつ、前記ポリシリコン蓄積電極表面の酸化膜形成を抑えるように前記リモート酸素プラズマ処理より実施時間が短いことを特徴とするDRAMキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記リモート酸素プラズマ処理工程は３５０〜５００℃の温度で３０〜１２０秒間行われることを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項３】
ポリシリコン蓄積電極を設けた基板を用意するステップと、
前記ポリシリコン蓄積電極上に五酸化二タンタル膜を被覆させるステップと、
前記五酸化二タンタル膜を紫外線オゾン処理するステップと、
前記紫外線オゾン処理後に前記五酸化二タンタル膜に対してスパイクアニールプロセスを行うステップとを具備し、
前記スパイクアニールプロセスは、前記紫外線オゾン処理より高温で行い、かつ、前記ポリシリコン蓄積電極表面の酸化膜形成を抑えるように前記紫外線オゾン処理より実施時間が短いことを特徴とするDRAMキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、紫外線オゾン処理は３００〜４５０℃の温度で行うことを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１または３記載の方法において、五酸化二タンタル膜の形成は化学気相堆積法で行われることを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１または３記載の方法において、スパイクアニールプロセスは、１０００〜１２００℃の温度で、温度上昇速度を毎秒５０〜２５０℃とし、１〜２秒間行うものであることを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、スパイクアニールプロセスは、酸素を含む雰囲気で行われることを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法において、スパイクアニールプロセスは、一酸化二窒素を含む雰囲気で行われることを特徴とするＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)キャパシタ誘電体膜の製造方法に関し、特に、五酸化二タンタル（Ｔａ2 Ｏ5)誘電体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１トランジスタＤＲＡＭセルは、１つのＭＯＳトランジスタと１つのキャパシタからなる。キャパシタは、ＤＲＡＭセルが信号を蓄積するための中枢部分であり、センス増幅器が情報を読み出す時、キャパシタに蓄積される電荷が多いほど、ノイズの影響を大幅に受けにくくなるばかりか、リフレッシュする頻度を減らすことができる。キャパシタの電荷蓄積能力を増大させる方法としては、（１）キャパシタ面積を増大させて、キャパシタに蓄積される電荷量を全体として増加させる方法があるが、ただし、これにより、ＤＲＡＭの集積度が低下する問題点がある。（２）誘電体膜を薄くすることも行われているが、但し、誘電体膜の材質特性および製造技術により制約されて、誘電体膜の厚さを薄くするのにも限界があった。（３）適切な誘電体膜材料を選択して、誘電体膜の誘電率を増大させ、キャパシタの単位面積あたり蓄積できる電荷量を増加させる方法もある。
【０００３】
五酸化二タンタルの誘電率は約25と高いため、ＯＮＯ(Oxide-Nitride Oxide,酸化膜−窒化膜−酸化膜）誘電体膜にとってかわる傾向にある。従来の五酸化二タンタル誘電体膜は化学気相堆積法によって堆積されるものであるが、このときの五酸化二タンタル誘電体膜のリーク電流が深刻であるため、酸素を満した雰囲気において約７５０〜８００℃の温度で熱処理をしなければならなかった。しかし、熱処理の段階で五酸化二タンタルとポリシリコン蓄積電極との境界面に酸化シリコンが形成されるため、キャパシタ全体の誘電体膜の誘電率が低下してしまう。したがって、これまでの製造プロセスにおいて、五酸化二タンタルを誘電体膜として得られる誘電率が25を達成することは不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記課題を解決する方法として、ポリシリコン蓄積電極を完成させてから、その表面で窒化反応を進行させた後に、五酸化二タンタルを堆積させ、さらに、酸素雰囲気での熱処理によって五酸化二タンタルの品質を向上させる方法があった。この方法では、ポリシリコン蓄積電極の表面に窒化反応により窒化シリコン（ＳｉＮ）または窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）が生成されるものの、ポリシリコン蓄積電極との境界面に酸化シリコンが形成されることを抑制することができなかった。
【０００５】
従来の上記課題を解決する別の方法として、ポリシリコン蓄積電極上に五酸化二タンタルを堆積させてから、五酸化二タンタルに対して２段階の処理を行う方法があり、先ず、第１段階として、約３００〜４５０℃で紫外線オゾン（ＵＶ−Ｏ3)処理を行うと、五酸化二タンタル内部の炭素を含む不純物を除去することができ、このとき、ポリシリコン蓄積電極の表面に酸化シリコンが形成されることは防止される。次に、第２段階として、約７００〜８００℃で熱処理を行い、五酸化二タンタルを非晶質から結晶質に変換すると、五酸化二タンタルのリーク電流を改善することができるものの、このとき、この方法でも、ポリシリコン蓄積電極の表面に酸化シリコンが形成されることを防止することはできなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係るＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法は、ポリシリコン蓄積電極上に五酸化二タンタル誘電体膜を堆積させてから、五酸化二タンタル誘電体膜に対して２段階の処理工程を実施するものであって、先ず、リモート酸素プラズマ処理あるいは紫外線オゾン処理を行ってから、スパイクアニールプロセスを実施するものである。
【０００７】
本発明に係る好適な実施の形態によれば、五酸化二タンタル誘電体膜の形成方法は、例えば化学気相堆積法を利用するものとする。その後、五酸化二タンタル誘電体膜の純度ならびに誘電率を向上させ、リーク電流の発生を防止するために、本発明では上記の２段階の処理を行うものである。第１段階のリモート酸素プラズマ処理は、３５０〜５００℃で３０〜１２０秒間行われる。もしも第１段階が紫外線オゾン処理であれば、３００〜４５０℃で行う。第２段階のスパイクアニールプロセスは、酸素または酸化窒素を含んだ雰囲気において、１０００〜１２００℃の温度で、毎秒５０〜２５０℃の温度上昇により、１〜２秒間行うものである。
【０００８】
上記のような本発明によれば、第１段階の処理温度が低く、かつ第２段階の処理時間が極めて短いため、製造プロセスの熱履歴を低減させることができ、さらに、第２段階でポリシリコン蓄積電極の表面に生成される酸化シリコンが無視できるほど微量なものとなるから、五酸化二タンタル誘電体膜の誘電率をほぼ最高値となる25とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は一具体例にすぎない。本発明の技術分野の当業者であれば下記の実施の形態から適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、本発明に関する特許権保護の範囲は特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定められるものである。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態を説明するためのＤＲＡＭキャパシタ要部を示す断面図である。この図１において、１００は半導体シリコン基板のような基板をである。この基板１００上に例えば酸化シリコンを素材とする絶縁層１１０を挟んでポリシリコン蓄積電極１０２がすでに形成されているものとする。この実施の形態では、ポリシリコン蓄積電極１０２は簡単な柱状に形成されており、かつ絶縁層１１０に形成されたコンタクトホールを介して基板１００表面に接続されている。このようにして基板１００上にポリシリコン蓄積電極１０２を形成した後、このポリシリコン蓄積電極１０２上に例えば化学気相堆積法により五酸化二タンタル誘電体膜１０４を被覆させる。
【００１１】
その後、キャパシタの上部電極を形成する前に、堆積した五酸化二タンタル誘電体膜１０４に対して図２に示すように２段階の処理を行う。五酸化二タンタル誘電体膜１０４に対する第１段階の処理ステップは、例えば、ステップ２００であり、その場合、リモート酸素プラズマ処理を実施する。この工程が必要とする温度は約３５０〜５００℃であり、所要時間は約３０〜１２０秒間である。リモート酸素プラズマより発生するプラズマは、主に中性Ｏ* （活性状態の酸素原子）からなり、かつプラズマ反応室に電荷を有するイオンが存在していないため、Ｏ* は五酸化二タンタル誘電体膜１０４の内部に拡散して、ＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等の化合物を形成してから、五酸化二タンタル誘電体膜１０４から揮発分離して、五酸化二タンタル誘電体膜１０４の純度を向上させることができる。なお、この時の五酸化二タンタル誘電体膜１０４はまだ非晶質状態である。
また、ステップ２００はステップ２１０に置き換えることができ、例えば紫外線オゾン処理とし、その工程温度を約３００〜４５０℃とすることができる。
【００１２】
次に、五酸化二タンタル誘電体膜１０４の第２段階の処理プロセスは、例えばステップ２２０として、スパイクアニール(spike annel）プロセスを行うもので、酸素、一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）あるいは酸化窒素（ＮＯ）を含んだ雰囲気において、毎秒約５０〜２５０℃の温度上昇により、約１０００〜１２００℃の温度で約１〜２秒間だけ実施する。この段階で、五酸化二タンタル誘電体膜１０４中に残った炭素がさらに除去されるため、五酸化二タンタル誘電体膜１０４の純度を一層向上させることができる。この第２段階の実施時間が僅か１〜２秒間であるため、ポリシリコン蓄積電極１０２の表面に形成される酸化シリコンは無視できるほど微量なものとなる。上述した２段階の処理を経て、五酸化二タンタル誘電体膜１０４は純化されるとともに、結晶状態となる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法によれば、
（１）五酸化二タンタル誘電体膜とポリシリコン蓄積電極との間の酸化シリコンは無視できるほど微量なものであるため、キャパシタの誘電体膜の誘電率をほぼ五酸化二タンタルの最大値２５に近づけることができる。
（２）五酸化二タンタル誘電体膜に対して２段階の処理を行う時、第１段階のリモート酸素プラズマは比較的低い温度で行われ、かつ、第２段階のスパイクアニールプロセスの所要時間が極めて短いため、誘電体膜の製造プロセスの熱履歴を低減させることができる。
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＤＲＡＭキャパシタ誘電体膜の製造方法の実施の形態を説明するための、ＤＲＡＭキャパシタ要部を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る五酸化二タンタル誘電体膜の処理プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１００  基板
１０２  ポリシリコン蓄積電極
１０４  五酸化二タンタル誘電体膜
１１０  絶縁層
２００  ステップ（リモート酸素プラズマ処理）
２１０  ステップ（紫外線オゾン処理）
２２０  ステップ（スパイクアニール処理プロセス）
【図１】
0003685654.tif 000002
【図２】
0003685654.tif 000003