(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別ラインを介してアルミニウムソース及び活性化ガスを、ウェーハを装着した反応器へ同時に供給する第１段階と、
未反応アルミニウムソース及び反応副産物を前記反応器で除去する第２段階と、
酸素反応ガスを前記反応器に供給する第３段階と、
未反応酸素反応ガスを前記反応器で除去する第４段階と、
前記第１乃至第４段階をアルミニウム酸化膜蒸着工程の１サイクルとして数回繰り返し行うことにより、目標厚さのアルミニウム酸化膜を形成する段階と、
を含んでなることを特徴とする半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記反応器の温度を２００〜４５０℃に維持することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項３】
前記アルミニウムソースとしてＴＭＡ及びＭＴＭＡのいずれかを前記反応器に０.１〜３秒間供給することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記活性化ガスとしてＮＨ3ガスを０.１〜３秒間１０〜５００ｓｃｃｍの流量で前記反応器に供給することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項５】
前記第２段階または第４段階はＮ2ガスを０.１〜３秒間供給して前記反応器を浄化することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項６】
前記酸素反応ガスとしてＨ2Ｏベーパーを０.１〜３秒間前記反応器に供給することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項７】
前記ＮＨ3ガスを第１段階で供給する代わりに、前記第２または第４段階で供給することを特徴とする請求項４記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項８】
アルミニウムソースを、ウェーハを装着した反応器へ供給する第１段階と、
未反応アルミニウムソース及び反応副産物を前記反応器で除去する第２段階と、
Ｈ2Ｏの酸素反応ガス及びＮＨ3の活性化ガスを前記反応器に同時に供給する第３段階と、
未反応酸素反応ガスを前記反応器で除去する第４段階と、
第１乃至第４段階をアルミニウム酸化膜蒸着工程の１サイクルとして数回繰り返し行うことにより、目標厚さのアルミニウム酸化膜を形成する段階とを含んでなることを特徴とする半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項９】
前記反応器の温度を２００〜４５０℃に維持することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項１０】
前記アルミニウムソースとしてＴＭＡ及びＭＴＭＡのいずれかを前記反応器に０.１〜３秒間供給することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項１１】
前記ＮＨ3ガスは０.１〜３秒間１０〜５００ｓｃｃｍの流量で前記反応器に供給することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項１２】
前記第２段階または第４段階はＮ2ガスを０.１〜３秒間供給して前記反応器を浄化することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項１３】
前記Ｈ2Ｏはベーパーを０.１〜３秒間前記反応器に供給することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【請求項１４】
前記ＮＨ3ガスを前記第３段階で供給する代わりに、前記第２または第４段階で供給することを特徴とする請求項８記載の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法に係り、特にアルミニウム酸化膜の成長速度を高めるとともに、下部層やアルミニウム酸化膜Ａｌ2Ｏ3への水素浸透防止特性を向上させることができる半導体素子のキャパシタ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法によるアルミニウム酸化膜形成は、基板を一定の温度、例えば２００〜４５０℃範囲の温度に維持しつつ、アルミニウムソースガスと酸素反応ガスを順次基板の表面に露出させて蒸着することによりなされる。従来のアルミニウムソースガスとしてはＴＭＡを使用し、酸素反応ガスとしてはＨ2Ｏを使用する。
【０００３】
以下、添付図に基づいて従来の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を説明する。図１は従来の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を説明するために示す工程レシピ(recipe)図である。
【０００４】
図１を参照すると、アルミニウム酸化膜Ａｌ2Ｏ3を形成する工程は、アルミニウムソース供給段階Ａ１、第１浄化段階Ｂ１、酸素反応ガス供給段階Ｃ１及び第２浄化段階Ｄ１からなる。前記４つの段階（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１）を１サイクルとする。まず、ＡＬＤ法を用いてアルミニウム酸化膜Ａｌ2Ｏ3を形成するためには排出ポンプを備えた反応器内に半導体基板を装着し、２００〜４５０℃範囲の温度を維持する。
【０００５】
アルミニウムソース供給段階Ａ１ではアルミニウムソースとしてのＴＭＡを反応器内に０.１〜３秒間供給して半導体基板の表面にアルミニウムＡｌを吸着させる。
【０００６】
第１浄化段階Ｂ１では反応していないアルミニウムソースガス及び反応副産物を除去するために、Ｎ2ガスを０.１〜３秒間注入するか、真空浄化(Vacuum Purge)して排出ポンプを介して排出する。
【０００７】
酸素反応ガス供給段階Ｃ１では酸素反応ガスを反応器内に０.１〜３秒間供給して半導体基板の表面に酸素Ｏを吸着させる。
【０００８】
第２浄化段階Ｄ１では反応していない酸素反応ガス及び反応副産物を除去するために、Ｎ2ガスを０.１〜３秒間注入するか、真空浄化して排出ポンプを介して排出する。
【０００９】
アルミニウム酸化膜を所望の厚さに形成するために、前記４つの段階を１サイクルとして所望の厚さになるまで繰り返し行う。
【００１０】
しかし、ＡＬＤ法の特性上、蒸着速度が遅いため、量産工程に適用したときコストの面で非常に不利であり、既存のアルミニウム酸化膜は水素原子の拡散に対する防止膜として未だ性能が完全でない実状である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、アルミニウムソース供給段階でＮＨ3反応ガスをアルミニウムソースガスと同時に供給してアルミニウム酸化膜の成長率を高め、水素の浸透を抑制する特性を向上させることにより、アルミニウム酸化膜下部層の電気的特性が劣化することを防止して全体的な半導体素子の電気的特性を向上させることができる半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法は、個別ラインを介してアルミニウムソース及び活性化ガスを、ウェーハを装着した反応器へ同時に供給する第１段階と、未反応アルミニウムソース及び反応副産物を前記反応器で除去する第２段階と、酸素反応ガスを前記反応器に供給する第３段階と、未反応酸素反応ガスを前記反応器で除去する第４段階と、前記第１乃至第４段階をアルミニウム酸化膜蒸着工程の１サイクルとして数回繰り返し行うことにより、目標厚さのアルミニウム酸化膜を形成する段階とを含んでなる。
【００１３】
前記の段階において、反応器の温度を２００〜４５０℃に維持する。
【００１４】
アルミニウムソースとしてＴＭＡ及びＭＴＭＡのいずれかを反応器に０.１〜３秒間供給する。
【００１５】
活性化ガスとしてＮＨ3ガスを０.１〜３秒間１０〜５００ｓｃｃｍの流量で前記反応器に供給する。
【００１６】
第２段階または第４段階はＮ2ガスを０.１〜３秒間供給して前記反応器を浄化する。
【００１７】
酸素反応ガスとしてＨ2Ｏベーパーを０.１〜３秒間前記反応器に供給する。
【００１８】
ＮＨ3ガスを第１段階で供給する代わりに、第２または第４段階で供給してアルミニウム酸化膜を形成することもできる。
【００１９】
また、本発明に係る半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法の他の実施例は、アルミニウムソースを、ウェーハを装着した反応器へ供給する第１段階と、未反応アルミニウムソース及び反応副産物を前記反応器で除去する第２段階と、Ｈ2Ｏの酸素反応ガス及びＮＨ3の活性化ガスを前記反応器に同時に供給する第３段階と、未反応酸素反応ガスを前記反応器で除去する第４段階と、第１乃至第４段階をアルミニウム酸化膜蒸着工程の１サイクルとして数回繰り返し行うことにより、目標厚さのアルミニウム酸化膜を形成する段階とを含んでなる。
【００２０】
前記の段階で、反応器の温度を２００〜４５０℃に維持する。
【００２１】
アルミニウムソースとしてＴＭＡ及びＭＴＭＡのいずれかを反応器に０.１〜３秒間供給する。
【００２２】
ＮＨ3ガスは０.１〜３秒間１０〜５００ｓｃｃｍの流量で前記反応器に供給する。
【００２３】
第２段階または第４段階はＮ2ガスを０.１〜３秒間供給して前記反応器を浄化する。
【００２４】
Ｈ2Ｏはベーパーを０.１〜３秒間前記反応器に供給する。
【００２５】
ＮＨ3ガスを第３段階で供給する代わりに、第２または第４段階で供給してアルミニウム酸化膜を形成することもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明の実施例を更に詳しく説明する。
【００２７】
図２は本発明に係る半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を説明するために示す工程レシピ(recipe)図である。
【００２８】
図２を参照すると、アルミニウム酸化膜Ａｌ2Ｏ3を形成する工程は、アルミニウムソース供給段階Ａ２、第１浄化段階Ｂ２、酸素反応ガス供給段階Ｃ２及び第２浄化段階Ｄ２からなる。前記４つの段階（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２及びＤ２）を１サイクルとする。まず、ＡＬＤ法を用いてアルミニウム酸化膜Ａｌ2Ｏ3を形成するためには排出ポンプを備えた反応器内に半導体基板を装着し、２００〜４５０℃範囲の温度を維持する。
【００２９】
アルミニウムソース供給段階Ａ２ではアルミニウムソースとしてのＴＭＡとＮＨ3反応ガスを反応器内に０.１〜３秒間同時に供給して半導体基板の表面にアルミニウムＡｌを吸着させる。ＮＨ3反応ガスは１０〜１００ｓｃｃｍの流量で供給し、必要に応じて最高５００ｓｃｃｍまで供給することもある。ＮＨ3反応ガスはアルミニウムソースと同時に供給されるため、供給ライン内で互いに反応することもできる。これを防止するためには互いに異なる供給ラインを介してアルミニウムソースとＮＨ3反応ガスを供給しなければならない。
【００３０】
第１浄化段階Ｂ２では反応していないアルミニウムソースガス及び反応副産物を除去するために、Ｎ2ガスを０.１〜３秒間注入するか、真空浄化して排出ポンプを介して排出する。
【００３１】
酸素反応ガス供給段階Ｃ２では酸素反応ガスを反応器内に０.１〜３秒間供給して半導体基板の表面に酸素Ｏを吸着させる。
【００３２】
第２浄化段階Ｄ２では反応していない酸素反応ガス及び反応副産物を除去するために、Ｎ2ガスを０.１〜３秒間注入するか、真空浄化して排ポンプを介して排出する。
【００３３】
アルミニウム酸化膜を所望の厚さに形成するために、前記４つの段階（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２及びＤ２）を１サイクルとして所望の厚さになるまで繰り返し行う。
【００３４】
図３はアルミニウム酸化膜成長時のガスの種類及び露出時間による成長率を比較するために示す特性グラフである。図中のＧ１は従来のアルミニウム酸化膜成長率特性曲線である。Ｇ１はアルミニウムソースとしてのＴＭＡのみを供給してアルミニウム酸化膜を形成した場合の成長率を示している。図中のＧ２は本発明のアルミニウム酸化膜成長率特性曲線である。Ｇ２はアルミニウムソースとしてのＴＭＡと３０ｓｃｃｍのＮＨ3ガスを同時に供給してアルミニウム酸化膜を形成した場合の成長率を示している。
【００３５】
同図に示すように、アルミニウムソースガスにＮＨ3反応ガスを添加して形成したアルミニウム酸化膜の成長率が、従来のアルミニウムソースのみで形成したアルミニウム酸化膜の成長率より高い。
【００３６】
図４はアルミニウム酸化膜成長時のガスの種類による水素の浸透率を比較するために示す特性グラフである。図中のＨ１は従来の水素浸透による水素濃度特性曲線であり、Ｈ２は本発明の水素浸透による水素濃度特性曲線である。本グラフはＤＲＡＭ、ＦｅＲＡＭなど高集積メモリ素子のキャパシタに対するアルミニウム酸化膜の水素原子浸透抑制効果を調査するために実験を行った結果である。実験条件としてはアルミニウム酸化膜を従来の方法と本発明の方法によって半導体基板上に約５０ｎｍの厚さに形成し、プラズマを発生させて水素原子をアルミニウム酸化膜内に浸透させた。プラズマ発生のためにＲＦ反応器で約５００Ｗ程度のパワーを一定に加えた。この際、露出時間を１００秒と固定した。
【００３７】
同図に示すように、半導体基板領域１とアルミニウム酸化膜２内の水素濃度を測定した結果、従来の方法で形成したアルミニウム酸化膜より本発明の方法で形成したアルミニウム酸化膜の水素浸透抑制効果がさらに優れることがわかる。
【００３８】
本発明の他の実施例では、ＮＨ3活性化ガスをアルミニウムソースと同時に供給せず、酸素反応ガス供給段階でＨ2Ｏと同時に供給することもできる。また他の実施例では、ＮＨ3活性化ガスをアルミニウムソースまたはＨ2Ｏと同時に供給せず、反応器を浄化させる第１浄化段階または第２浄化段階でＮ2ガスと同時に供給してアルミニウム酸化膜を形成することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明はアルミニウム酸化膜形成時、ＮＨ3反応ガスをアルミニウムソースと同時に供給することにより、成長率を向上させ、水素原子の浸透を遮断する特性を向上させて、半導体素子の電気的特性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を説明するために示す工程レシピ(recipe)図である。
【図２】  本発明に係る半導体素子のアルミニウム酸化膜形成方法を説明するために示す工程レシピ(recipe)図である。
【図３】  アルミニウム酸化膜成長時のガスの種類及び露出時間による成長率を比較するために示す特性グラフである。
【図４】  アルミニウム酸化膜を形成したガスの種類によって水素の浸透率を比較するために示す特性グラフである。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２…アルミニウムソース供給段階
Ｂ１，Ｂ２…第１浄化段階
Ｃ１，Ｃ２…酸素反応ガス供給段階
Ｄ１，Ｄ２…第２浄化段階
Ｇ１…従来のアルミニウム酸化膜成長率特性曲線
Ｇ２…本発明のアルミニウム酸化膜成長率特性曲線
Ｈ１…従来の水素浸透による水素濃度特性曲線
Ｈ２…本発明の水素浸透による水素濃度特性曲線
１…半導体基板
２…アルミニウム酸化膜
【図１】
0004474068.tif 000002
【図２】
0004474068.tif 000003
【図３】
0004474068.tif 000004
【図４】
0004474068.tif 000005