(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ターゲットから基材に金属酸化物を反応性スパッタリングすることを含む、キャパシターの一部を作るために支持体上の半導体基材に誘電体を堆積させる方法であって、誘電体を形成するときに、前記ターゲットをパルス直流電源によってバイアスして、堆積している誘電体をまたぐ直流電圧を提供することを特徴とする、キャパシターの一部を作るために支持体上の半導体基材に誘電体を堆積させる方法。
【請求項２】
提供される前記電圧が２００〜３００Ｖである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高周波又はパルス直流電源によって、前記支持体をバイアスする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
堆積の後又は堆積の間にプラズマ酸化を行うことを更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記誘電体を第１の電極上に堆積させ、別の第２の電極を前記誘電体の上側表面に堆積させて、複数のキャパシターを作る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの前記第２電極の面積が０．０１ｃｍ2未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記金属酸化物が五酸化タンタルである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基材上に誘電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスに必要とされるキャパシターの大きさを減少させるために、産業界は高誘電率（ｋ）の材料を使用するようになってきている。１つの特に有利な材料は五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）であり、これは特に、約２５の誘電率を持つ候補として有望である。この材料は様々な化学的及び物理的手段によって堆積させることができるが、半導体に関する作業にとって最も便利なのは、活性ビジュアル気相堆積（ａｃｔｉｖｅ  ｖｉｓｕａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。この方法は一般的に既知であり、また例えば米国特許第５，１１１，３５５号明細書で説明されている。この文献からは、タンタルが、金属ターゲットの表面において酸化物が形成されて、ターゲットからスパッタリングされる材料の分類に属し、酸化物又は窒素化物が飛行中に又は基材の表面において形成される他の反応性プロセスとは異なることが分かる。場合によってはこのことから、堆積した層を通る比較的大きい漏れ電流の問題がもたらされることがある。米国特許第５，８７２，６９６号明細書で理解されるように、これは、ピンホール及び連結して漏れ経路を造る層内の未酸化タンタル原子の存在に部分的に起因していると考えられる。この特許明細書では、五酸化タンタルを更に陽極処理することによって、漏れ電流を減少させている。これはピンホール及び／又は導電性経路を十分に減少させて、大きい面積のキャパシターを作ることを可能にする。しかしながら、小さい面積のキャパシターでは、比較的漏れ電流が大きい（厚さが１００Åの五酸化タンタルの層に５Ｖの電圧を加えたときに、１-6アンペアを超える程度）。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属ターゲットから基材に金属酸化物を反応性スパッタリングすることを含む方法であって、誘電体が形成されるときに、前記ターゲットをパルス直流電源によってバイアスして、堆積した誘電体をとおる直流電圧を提供することを特徴とする、支持体上の半導体基材に誘電体を堆積させて、キャパシターの一部を作る方法である。
【０００４】
提供される電圧は２００〜３００Ｖでよく、これを達成するために、高周波又はパルス直流電源によって支持体をバアイスすることができる。ターゲットも高周波又はパルス直流電源によってバイアスすることができ、パルス電源が好ましい。
【０００５】
この方法は、堆積の間又は堆積の後に、堆積した酸化物のプラズマ酸化工程を含むことができる。
【０００６】
誘電体層は、第１の電極上に堆積させることができ、別の第２の電極を誘電体層の上側表面に堆積させて、複数のキャパシターを与えることできる。それぞれの第２の電極の面積は、０．０１ｃｍ2未満でよく、第２の電極で面積が０．００８ｃｍ2のキャパシターを作った。
【０００７】
好ましい態様では、金属酸化物は五酸化タンタルであるが、本発明の方法は、ターゲットから反応性スパッタリングをされる任意の金属酸化物で改良を示す。
【０００８】
本発明をここまでで示したが、上述の特徴又は以下の説明の任意の発明的組み合わせを本発明が含むことを理解すべきである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は様々な様式で行うことができるが、ここでは、添付の図を参照して、特定の態様を例示して本発明を説明する。この添付の図は、本発明で作った１連のキャパシターの概略の断面を示している。
【００１０】
反応性スパッタリングの方法は既知であり、また例えばＪｏｈｎ  Ｌ．  Ｖｏｓｓｅｎ及びＷｅｒｎｅｒ  Ｋｅｒｎの「Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社、１９７８年）の第４８〜５３頁、第１０７〜１０９頁で説明されている。この開示はここで参照して本発明の記載に含める。上述の米国特許第５，８７２，６９６号明細書と同様に、ここでは五酸化タンタルの反応性スパッタリングが特に説明されている。
【００１１】
図から理解されるように、本発明の出願人は、第１の電極１０（典型的に窒素化チタン）を、基材１１の表面に堆積させており、その上に反応性スパッタリングした五酸化タンタル１２を堆積させて、誘電体層を作っている。その後、第２の電極を、穿孔マスクを通して点状の窒素化チタン１３を堆積させることによって作る。それぞれの点状電極は、それぞれの点状電極１３、下側領域の第１の電極１０、及び中間部分の誘電体１２によって作られる１つのキャパシターを示している。
【００１２】
ここでは、反応性堆積のためのターゲット電極はパルス直流電流によって電力を供給されている。
【００１３】
以下の条件を使用して、同一の（「同じロットの」）ウェハーに関して２つの実験を行った。但し、一方の実験では、基材を乗せる支持体をバイアスせず、また第２の実験では以下のようにしてバイアスした。
【００１４】
試験構造体
下側電極      ＴｉＮ
誘電体        Ｔａ2Ｏ5
誘導体の厚さは一般に１００Å〜１，０００Åであり、典型的に５００Å未満であるが、用途によっては、１μｍの厚さが必要になることがある。以下に示す結果は、１００Åの厚さについてのものである。一般に比較的薄い層が好ましい。誘電体を試験するために、上側電極として、穿孔マスクを通してＴｉＮ層を堆積させて、面積が０．００８ｃｍ2の点状キャパシターを作った。
【００１５】
実験方法
６００Åの五酸化タンタルの反応性堆積
ターゲット電力は２ｋＷの直流、１，０００ｋＨｚのパルス、パルス幅４，０００ナノ秒
アルゴン流量      ５０ｓｃｃｍ
酸素流量          ４０ｓｃｃｍ
プラテン温度      ３００℃
プラテンバイアス出力６００Ｗ、１３．６５ＭＨｚの高周波、２７０Ｖの直流バイアスをもたらす
処理時間１５０秒
ウェハー寸法：１５０ｍｍシリコン
【００１６】
上述のようにして堆積させた五酸化タンタルのプラズマ酸化
酸素流量            ２００ｓｃｃｍ
誘導コイル出力      ５００ワット、４００ワットで穏やかに開始し１分間のプロセスで増加
出力密度は重要な特性であり、異なるウェハー寸法及び容器では、異なる出力レベルが適当であり、これは実験で定めることができる。
【００１７】
５Ｖの電圧を印可して漏れ電流を測定することによって、点状キャパシター１３について測定した。バイアスなしで製造したキャパシターのバッチは漏れ電流が１-6アンペア超であったのに対して、バイアスを行って製造したキャパシターの漏れ電流は１-8アンペア未満であった。ここでは、それぞれの場合で、五酸化タンタルの厚さは１００Åであった。
【００１８】
それぞれの場合において、米国特許第５，８７２，６９６号明細書の陽極処理工程を行ったが、バイアスされた条件で漏れ電流が実質的に改良されたことは注目すべきである。これは、本発明では全く異なるプロセスが起こっていることを強く示唆しており、またこれは結果として堆積した層の密度を改良できると考えられる。この漏れ電流改良の程度は、出願人がこのタイプのキャパシターの性質を有意に改良する方法を見出したことを意味している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で作った一連のキャパシターの概略の断面を示している。
【符号の説明】
１０…電極
１１…基材
１２…五酸化タンタル
１３…点状電極
【図１】
0004833429.tif 000002