(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜面上に、金属酸化膜を成膜する過程において、積極的にＨ２Ｏを生成し、
上記金属酸化膜を成膜後に、上記金属酸化膜中の水分を離脱させる水分離脱処理を行い、
上記金属酸化膜の成膜にあたって、上記水分離脱処理が有効な膜厚だけ成膜する工程と、上記水分離脱処理を行う工程とを繰り返し行い、上記金属酸化膜の目的とする膜厚の成膜を行う
ことを特徴とする金属酸化膜の成膜方法。
【請求項２】
上記金属酸化膜を成膜する過程において、有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、Ｈ２Ｏを生成することを特徴とする上記請求項１に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項３】
上記金属酸化膜の成膜を、化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項１又は２に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項４】
上記金属酸化膜の成膜を、プラズマ化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項１、２又は３に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項５】
上記有機金属化合物材料にタンタルを含む材料を用いて、上記金属酸化膜として酸化タンタル膜を成膜することを特徴とする上記請求項２、３、又は４に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項６】
上記有機金属化合物材料として、ペンタエトキシタンタルを用いることを特徴とする上記請求項２、３、４又は５に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項７】
上記金属酸化膜の成膜における材料の酸素Ｏ２と、上記有機金属化合物材料としてのペンタエトキシタンタルとの流量比を、モル流量比で１０以上５０以下とすることを特徴とする上記請求項６に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項８】
上記水分離脱処理として、上記金属酸化膜成膜後に、成膜温度以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする上記請求項１に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項９】
上記水分離脱処理として、プラズマ照射を行うことを特徴とする上記請求項１に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項１０】
上記金属酸化膜の成膜と、上記水分離脱処理とを、同一装置内で行うことを特徴とする上記請求項１、８又は９に記載の金属酸化膜の成膜方法。
【請求項１１】
金属酸化膜を容量絶縁膜とする容量素子の製造方法にあって、
被成膜面上に、金属酸化膜を成膜する過程において、積極的にＨ２Ｏを生成し、
上記金属酸化膜を成膜後に、上記金属酸化膜中の水分を離脱させる水分離脱処理を行い、
上記金属酸化膜の成膜にあたって、上記水分離脱処理が有効な膜厚だけ成膜する工程と、上記水分離脱処理を行う工程とを繰り返し行い、上記金属酸化膜の目的とする膜厚の成膜を行うことを特徴とする容量素子の製造方法。
【請求項１２】
上記金属酸化膜を成膜する過程において、有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、Ｈ２Ｏを生成することを特徴とする上記請求項１１に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１３】
上記金属酸化膜の成膜を、化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項１１又は１２に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１４】
上記金属酸化膜の成膜を、プラズマ化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項１１、１２又は１３に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１５】
上記有機金属化合物材料にタンタルを含む材料を用いて、上記金属酸化膜として酸化タンタル膜を成膜することを特徴とする上記請求項１２、１３又は１４に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１６】
上記有機金属化合物材料として、ペンタエトキシタンタルを用いることを特徴とする上記請求項１２、１３、１４又は１５に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１７】
上記金属酸化膜の成膜における材料の酸素Ｏ２と、上記有機金属化合物材料としてのペンタエトキシタンタルとの流量比を、モル流量比で１０以上５０以下とすることを特徴とする上記請求項１６に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１８】
上記水分離脱処理として、上記金属酸化膜成膜後に、成膜温度以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする上記請求項１１に記載の容量素子の製造方法。
【請求項１９】
上記水分離脱処理として、プラズマ照射を行うことを特徴とする上記請求項１１に記載の容量素子の製造方法。
【請求項２０】
上記金属酸化膜の成膜と、上記水分離脱処理とを、同一装置内で行うことを特徴とする上記請求項１１、１８又は１９に記載の容量素子の製造方法。
【請求項２１】
金属酸化膜を具備する半導体装置の製造方法にあって、
被成膜面上に、金属酸化膜を成膜する過程において、積極的にＨ２Ｏを生成し、
上記金属酸化膜を成膜後に、上記金属酸化膜中の水分を離脱させる水分離脱処理を行い、
上記金属酸化膜の成膜にあたって、上記水分離脱処理が有効な膜厚だけ成膜する工程と、上記水分離脱処理を行う工程とを繰り返し行い、上記金属酸化膜の目的とする膜厚の成膜を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
上記金属酸化膜を成膜する過程において、有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、Ｈ２Ｏを生成することを特徴とする上記請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
上記金属酸化膜の成膜を、化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項２１又は２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
上記金属酸化膜の成膜を、プラズマ化学的気相成長法により行うことを特徴とする上記請求項２１、２２又は２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
上記有機金属化合物材料にタンタルを含む材料を用いて、上記金属酸化膜として酸化タンタル膜を成膜することを特徴とする上記請求項２２、２３又は２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
上記有機金属化合物材料として、ペンタエトキシタンタルを用いることを特徴とする上記請求項２２、２３、２４又は２５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
上記金属酸化膜の成膜における材料の酸素Ｏ２と、上記有機金属化合物材料としてのペンタエトキシタンタルとの流量比を、モル流量比で１０以上５０以下とすることを特徴とする上記請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
上記水分離脱処理として、上記金属酸化膜成膜後に、成膜温度以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする上記請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
上記水分離脱処理として、プラズマ照射を行うことを特徴とする上記請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
上記金属酸化膜の成膜と、上記水分離脱処理とを、同一装置内で行うことを特徴とする上記請求項２１、２８又は２９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化膜の製造方法と、金属酸化膜を誘電体膜として用いる容量素子の製造方法と、金属酸化膜を設ける半導体装置の製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を始めとする各種ＬＳＩの容量素子用の誘電体膜として、従来から窒化シリコン膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、或いは酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が用いられている。近年半導体装置の高集積化に伴い、容量素子が半導体装置内で占める面積も減少しつつある。
【０００３】
その一方で、耐絶縁性や、メモリとしての信頼性を維持するためには、容量値はむしろ増大することが求められている。容量素子の占有面積を制限しつつ容量値を確保するためには、容量素子を形成する誘電体膜としてより高い誘電特性をもつ材料を使用することが有効である。このような高誘電体膜として、近年酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）薄膜の開発が進んでいる。
【０００４】
各材料の比誘電率を以下に示す。
ＳｉＯ2   ：  ３．９
Ｓｉ3 Ｎ4 ：  ７
Ｔａ2 Ｏ5 ：２５
【０００５】
このような高い比誘電率を有する酸化タンタル薄膜の製造方法として、スパッタリング法やＣＶＤ（化学的気相成長）法、ゾル・ゲル法などが開発されているが、近年では特にＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法が利用されている。
【０００６】
このＭＯＣＶＤ法を行うためのＣＶＤ装置は、成膜材料として有機金属化合物又はそれを溶剤に溶かした液体などを使用している。このような、有機金属化合物材料やこれを溶剤に溶かした液体を包括して、以下液体材料と記す。液体材料としては、例えば、最も一般的に使用されているペンタエトキシタンタル（ＰＥＴ；Ta(OC2H5)5) などがその一例である。
【０００７】
ＭＯＣＶＤ法によって酸化タンタル薄膜を形成する場合、被処理基板を挿入した反応室に、ペンタエトキシタンタルと、酸素供給源として酸素等のガスを同時に反応室に導入し、混合ガスにて薄膜形成を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
比誘電率が大きい酸化タンタル薄膜を誘電体膜に使用した容量素子では、その高容量化が実現できる反面、リーク電流特性や絶縁耐圧特性などの電気的特性が充分ではないという問題を抱えている。
【０００９】
リーク電流特性や絶縁耐圧特性が充分でない理由の一つとして、有機金属化合物を成膜材料に使用すると、炭素などの有機成分が薄膜中に残留する点が指摘されている。
【００１０】
またもう一つの要因として、一般に酸化タンタル薄膜中の酸素（０）と、タンタル（Ｔａ）の組成比が、化学量論的な状態で形成することが困難で、酸素が不足していることが挙げられている。
【００１１】
更に、酸化タンタル薄膜中に残留する有機成分は、その後のＬＳＩ製造工程において、各種の熱処理が行われる際に、酸化タンタル薄膜中の酸素を奪い、例えばＣＯやＣＯ2 の形で膜中から離脱してしまう。この結果、酸化タンタル薄膜中の酸素が更に欠乏し、ますますリーク電流特性や絶縁耐圧特性の劣化が進行するという欠点がある。
【００１２】
よって、リーク電流特性や絶縁耐圧特性の向上を目的として、一般に、酸化タンタル薄膜を形成した後に、膜質改善の為の酸化処理を行っている。例えば、酸素雰囲気での高温アニール処理、酸素プラズマ処理、或いは紫外線照射したオゾン（Ｏ3 ）ガスを含む雰囲気でのアニール処理などの技術が知られている。
【００１３】
しかし、これらの酸化処理は、通常 500℃以上の条件で酸化タンタル薄膜の膜質改善効果が発揮される。よって、Ａｌ材料を使用した配線形成工程以降に容量素子を形成することが不可能となる。
【００１４】
このように、容量素子形成の最高温度がこの酸化処理で規定される為、電気特性は改善されるものの、半導体製造工程における容量素子形成段階が制約されるという問題が生じる。また、ＬＳＩ製造工程の増加による生産性の悪化や、専用設備を必要とすることなどの負担を伴い、コスト高などを招く恐れもある。
【００１５】
以上の問題を解決するために、容量素子として良好なリーク電流特性を得る為には、誘電体膜である酸化タンタル薄膜を形成する過程で、有効に液体材料中の有機成分を離脱することが求められる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の問題を解決するために、本発明においては、被成膜面上に、金属酸化膜を形成する過程にあって、この金属酸化膜の成膜中に積極的にＨ２Ｏを生成する。そして上述の金属酸化膜の成膜後に、金属酸化膜中の水分を離脱させる水分離脱処理を行う。更に、金属酸化膜の成膜にあたって、水分離脱処理が有効な膜厚だけ成膜する工程と、水分離脱処理を行う工程とを繰り返し行い、金属酸化膜の目的とする膜厚の成膜を行う。
【００１７】
また本発明は、上述の金属酸化膜を成膜する過程において、有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、Ｈ2 Ｏを生成する。
【００１８】
更にまた本発明は、上述の金属酸化膜の成膜を、化学的気相成長法により行う。
また本発明は、上述の金属酸化膜の成膜を、プラズマ化学的気相成長法により行う。
【００１９】
更に本発明は、有機金属化合物材料にタンタルを含む材料を用いて、金属酸化膜として酸化タンタル膜を成膜する。
また更に本発明は、有機金属化合物材料として、ペンタエトキシタンタルを用いる。
【００２０】
更に本発明は、金属酸化膜の成膜における材料の酸素Ｏ2 と、有機金属化合物材料としてのペンタエトキシタンタルとの流量比を、モル流量比で１０以上５０以下とする。
【００２１】
更に本発明は、この水分離脱処理として、金属酸化膜成膜後に、成膜温度以上の温度で熱処理を行う。
また本発明は、水分離脱処理として、プラズマ照射を行う。
【００２２】
更にまた本発明は、金属酸化膜の成膜と、水分離脱処理とを、同一装置内で行う。
【００２３】
上述したように、本発明においては、金属酸化膜の成膜にあたって、積極的にＨ2 Ｏを生成するものであり、このようにすることによって、成膜中に生成されたＨ2 Ｏが分解して、良好な品質をもって金属酸化膜を成膜することができる。
【００２４】
特に、その成膜にあたって有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、Ｈ2 Ｏを生成することによって、成膜された金属酸化膜中の有機成分を効率良く離脱させることができ、金属酸化膜中の酸素が不足することを回避して、良好な特性をもって金属酸化膜を成膜することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、その他種々の材料構成を採り得ることはいうまでもない。
【００２６】
本実施の形態においては、容量素子を具備する半導体装置の容量絶縁膜として、金属酸化膜の特に酸化タンタル膜を成膜する場合に本発明を適用した例で、成膜方法として、プラズマＣＶＤ法により成膜を行った例を示す。
【００２７】
本例においては、半導体装置の容量絶縁膜として、金属酸化膜を成膜する場合を示し、特に酸化タンタル膜を設ける構成とし、この酸化タンタル膜を含んで各層をプラズマＣＶＤ法により成膜した。
【００２８】
図１は、プラズマＣＶＤ装置１の一例の構成を示し、この場合においては、ヘリコン波プラズマソースを用いた例を示す。
このプラズマＣＶＤ装置１は、ヘリコン波プラズマ発生源２と、そのプラズマ生成がなされる石英等から成るベルジャー３に連通する反応容器４を有して成る。
【００２９】
反応容器４内には、半導体ウェファ等の、被成膜面を有する基板５が載置されて、この基板５を所要の温度に加熱するヒータが設けられたサセプタ６が配置される。
反応容器４には、プロセスガスを導入するガス導入口７が設けられ、排気口８から、排気手段（図示せず）によって排気され、反応容器４内が、圧力調整器（図示せず）によって所望の真空度に調整されるようになされる。
【００３０】
プロセス発生源２は、ベルジャー３の外周にヘリコンアンテナ９が配置され、このヘリコンアンテナ９に、高周波（ＲＦ）発振器１０から１８．５６ＭＨｚのＲＦパワーが、インピーダンス整合手段１１を介して印加される。
【００３１】
また、ベルジャー３の近傍に内側コイル１２Ａと外側コイル１２Ｂとが巻回される。これらコイル１２Ａ及び１２Ｂには、互いに向きが異なる直流（ＤＣ）がそれぞれＤＣ電源１３Ａ及び１３Ｂから電流制御手段１４Ａ及び１４Ｂを通じて供給され、それぞれ磁場を形成し、この電流値及びこれら比率を調整することでベルジャー３内で発生したプラズマをヘリコン波伝搬によって引き出すと共に、反応容器４の側面に設置された永久磁石或いは電磁石による磁場発生手段１５による磁界との相互作用で基板５の近傍でのプラズマ均一性を調整するようになされている。
【００３２】
この構成によるプラズマＣＶＤ装置１によって、本例においては、供給するガス種を、有機金属化合物材料とし、ＭＯＣＶＤによって金属酸化膜を成膜し、特にペンタエトキシタンタル（以下ＰＥＴと記す）を用いてＭＯＣＶＤ法により酸化タンタル薄膜を、上述のＤＲＡＭにおける容量素子の容量絶縁膜として形成した。
【００３３】
図１においては省略したが、ＰＥＴは、液体材料容器内部で加圧用ガスで圧縮して押し出され、その後液体流量計で所望の流量に制御し、更に所望の温度に加熱された気化機に送られて、液体材料この場合ＰＥＴを気化し、更に輸送効率を高める為のガスと一緒に上述の反応容器４にガス導入口７から導入される。加圧用ガスと輸送用ガスには、一般に不活性ガスが使用されるが、条件としては液体材料ＰＥＴと反応することなく、或いは液体材料中に溶解することなく、言い換えれば液体材料を劣化させないガスが選択される。また、このとき気化した液体材料が再液化しないように気化機から反応容器４までの輸送配管経路は全てテープヒーターなどの加熱手段で加熱される。
【００３４】
ここで、ＰＥＴの加水分解性に関して説明する。図２は、ＰＥＴの分子構造を示す。通常、酸素のように酸化源となる材料で有機成分を除去する反応は、図３に示すように、酸素と炭素、或いは酸素と水素が反応してＣＯやＨＯ等を形成して離脱していく。
【００３５】
これに対し、Ｈ2 Ｏとの反応は、図４に示すように、ＰＥＴを構成するアルコキシル基の酸素と炭素間の結合を切り、ＰＥＴの酸素は水素で終端し、エチル基は水酸基で終端する。この反応により、Ｈ2 Ｏを用いることにより、即ち、積極的にＨ2 Ｏを生成してＰＥＴから酸化タンタル薄膜を成膜することによって、ＰＥＴの有機成分を効率良く離脱させることができることがわかる。
【００３６】
これに対し、ＣＶＤ成膜材料として使用する他の液体材料の性質に関して説明すると、一般的に、液体材料は、常温常圧でも液体状態にあり、空気に触れると加水分解を起こすものが多く、その反応性は各材料によって異なっている。
【００３７】
例えばＣＶＤで酸化シリコン薄膜を形成する場合に、成膜材料として広く使用されているテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ；Si(OC2H5)4) は、加水分解が遅い代表的な化合物である。
【００３８】
しかしながら、上述したようにＰＥＴは非常に反応性が高い化合物の代表として知られており、本発明においては、このような性質を利用することによって、良質な酸化タンタル薄膜を形成することができるものである。換言すれば、本発明は、ＰＥＴが加水分解性に富む材料であることに着目し、より良質な酸化タンタル薄膜を成膜することができるようにしたものである。
【００３９】
本発明者等は、金属酸化膜の成膜に先立って、上述のプラズマＣＶＤ装置によって、ＰＥＴと酸素との混合ガスにて酸化タンタル薄膜を成膜する際のガス流量比を変化させて、成膜された酸化タンタル薄膜の電流リーク特性、この場合耐圧の依存性を調べた。
【００４０】
この例においては、容量素子の容量絶縁膜として酸化タンタル薄膜を成膜し、電極層にＤＣ成分の電圧（Ｖ）を印加し、リーク電流密度（Ｉ）を測定した。
【００４１】
リーク電流密度は、印加電圧の変化に対し、ある一定値まで増加しない領域が有り、その後いわゆるPool-Frenkel電流の領域に入る。この直前の電圧が、ＬＳＩを安定に使用できる領域であることから、この測定の耐圧は、Pool-Frenkel電流が流れる前の電圧と定義した。この結果を図５に示す。
【００４２】
図５からわかるように、酸素Ｏ2 ガスとＰＥＴガスとの流量比が下がるとリーク電流の耐圧が向上する傾向を示し、モル比［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］で表すと、
［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］≦５０
とするときに、優位性が現れることがわかる。
【００４３】
また、成膜中に発生するパーティクルと、モル比［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］との関係を測定した。この結果を図６に示す。図６からわかるように、モル流量比［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］を１０未満とするときは、パーティクルの発生量が増加し、良好な成膜を行うことが難しいことがわかる。このため、上記モル比は、
１０≦［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］
とすることによって、良好な成膜を行うことができることがわかる。
【００４４】
また、この酸化タンタル薄膜を分析した結果、Ｏ2 ガスとＰＥＴガスとのモル流量比［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］が小さい条件では、膜中に残存するＨ2 Ｏが多量に含まれている事が分かった。その結果から、反応中にＰＥＴに含まれる水素と同時に導入した酸素が反応し、Ｈ2 Ｏを形成し、これにより加水分解が促進した為、酸化タンタル薄膜中の有機成分が効率よく離脱したと考えられる。
【００４５】
以上より、プラズマＣＶＤ法において酸化タンタル薄膜を形成する条件として、酸素とＰＥＴのモル流量比［Ｏ2 ／Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 ］は１０以上５０以下とする場合に、良好な結果が得られる。
【００４６】
酸化タンタル薄膜を成膜中に、積極的にＨ2 Ｏを生成する反応は、ＰＥＴ中の水素と、導入した酸素ガスとを反応させる以外に、例えばＨ2 ＋Ｏ2 や、Ｈ2 Ｏ2 を用いることによって促進させることができる。
【００４７】
このようにして形成した金属酸化膜を半導体装置の容量素子の容量絶縁膜として用いた場合を図７の略線的拡大断面図を参照して説明する。この例においては、ＤＲＡＭの容量素子に適用した場合を示す。
【００４８】
図７において、３１はシリコン等より成る例えばｐ型の基板で、この上に、選択酸化等によって、トランジスタ領域以外に厚い素子分離領域３２が形成され、この上に、上述の酸化タンタル薄膜より成る容量絶縁膜３３を介して容量素子を構成する例えば固定電位側の電極層３４が形成される。
【００４９】
３５は酸化シリコン等より成る絶縁層、３６はゲート絶縁膜を示し、ゲート電極３７と、その両側の不純物領域３９によって、スイッチ用ＭＯＳトランジスタが構成される。３８は例えばポリシリコンより成るワード線用の電極層を示す。４０は厚い酸化シリコン等より成る絶縁層で、Ａｌ等より成るビット線側の電極層４１が所定のパターンに形成される。４２は保護膜を示す。
【００５０】
このような構成において、容量素子の容量絶縁膜として上述の酸化タンタル薄膜を、プラズマＣＶＤ法によって積極的にＨ2 Ｏを生成しながら成膜することによって、リーク電流特性や絶縁耐圧特性に優れた膜を得ることができた。
【００５１】
上述したように、本発明においては有機金属材料から有機成分を効率よく除去して金属酸化膜を形成する方法として、Ｈ2 Ｏを積極的に生成してその成膜を行うことが有効であることを説明した。しかしながら、その反面、成膜反応中にＨ2 Ｏを形成することは、この水分が膜中に残存しリーク電流特性を劣化させる可能性があることが考えられる。この対策として、本発明においては、上述の方法により金属酸化膜を成膜した後、膜中に取り込まれる水分を離脱させることによて、更に膜質の改善をはかることができる。
【００５２】
その方法として、基板温度を１００℃以上に維持することで、残留水分の割合をかなり低下させることができる。基板温度が高い程水分の残存割合は低下するが、下部電極材料や他の素子への影響などから、上限温度が自ずと制限される。例えば、下部電極やそれ以外の配線などの用途で既にＡｌを形成している基板であれば、この上限温度は４５０℃、更に望ましくは４００℃とすることによって、Ａｌ配線等、また他の素子等への影響を回避することができる。このような加熱による水分離脱処理によって、酸化タンタル薄膜中の水分が残留することによるリーク電流特性の劣化を回避することができる。
【００５３】
更に、水分離脱処理としてプラズマ照射する場合においても、水分を活性化させるか、または基板温度を上昇させて、効果的に膜中の残留水分の割合を低下させることができる。
【００５４】
また、上述の水分離脱処理を効率良く行うために、金属酸化膜の成膜と、上述の水分離脱処理とを交互に行って、目的とする金属酸化膜の膜厚まで成膜することによって、金属酸化膜の膜厚に依存することなく、残留水分の割合の低い膜質の良好な金属酸化膜を確実に成膜することができる。
【００５５】
尚、上述の実施の形態においては、ＰＥＴを成膜材料に用いて酸化タンタル薄膜を成膜する場合に良好な膜質を得ることができる例を示したが、本発明は、加水分解に富む液体材料を用いて金属酸化膜を成膜する種々の場合に適用し得ることはいうまでもない。例えば、有機金属材料としてＰＥＴの他、Ｔａ（ＯＣＨ3 ）5 、Ｔａ（ＯＣ3 Ｈ7 ）5 、Ｔａ（ＯＣ4 Ｈ9 ）5 、Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 （ＯＣＨＣＨ2 Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）等を用いることによって、特性の良好な金属酸化膜を成膜することができる。
【００５６】
【発明の効果】
上述したように、本発明においては、金属酸化膜の成膜にあたって、積極的にＨ2 Ｏを生成するものであり、このようにすることによって、成膜中に生成されたＨ2 Ｏが分解して、良好な品質をもって金属酸化膜を成膜することができる。
【００５７】
特に、その成膜にあたって有機金属化合物材料と、酸素又は酸素を含む化合物ガスと、水素又は水素を含む化合物ガスとを含む混合ガスを用いて、積極的にＨ2 Ｏを生成することによって、成膜された金属酸化膜中の有機成分を効率良く離脱させることができ、金属酸化膜中の酸素が不足することを回避して、良好な特性をもって金属酸化膜を成膜することができる。
【００５８】
また酸化タンタル薄膜を成膜する際に、ＰＥＴを用いてプラズマＣＶＤ法により成膜する場合に本発明を適用することによって、膜中の酸素欠乏を低減化し、且つ残留炭素などの不純物濃度を確実に低減化することができ、容量素子の容量絶縁膜として酸化タンタル薄膜を成膜する場合に適用することによって、リーク電流特性を格段に改善することができ、容量素子の特性の向上をはかり、ひいては容量素子を有する半導体装置を良好な特性をもって製造することができる。
【００５９】
更に、金属酸化膜を成膜した後、水分離脱処理を施すことによって、膜中に残存する水分の割合を確実に低減化し、よりリーク電流特性に優れた金属酸化膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の一例の構成図である。
【図２】ペンタエトキシタンタル（ＰＥＴ）の分子構造を示す図である。
【図３】ペンタエトキシタンタル（ＰＥＴ）と酸素ガスとの反応の説明図である。
【図４】ペンタエトキシタンタル（ＰＥＴ）とＨ2 Ｏとの反応の説明図である。
【図５】Ｏ2 ガスとペンタエトキシタンタルガスとのモル流量比に対するリーク電流の耐圧特性の関係を示す図である。
【図６】Ｏ2 ガスとペンタエトキシタンタルガスのモル流量比に対するパーティクル発生量の関係を示す図である。
【図７】半導体装置の一例の略線的拡大断面図である。
【符号の説明】
１  プラズマ処理装置、２  プラズマ発生源、３  ベルジャー、４  反応容器、５  基板、６  サセプター、７  ガス導入口、８  排気口、９  ヘリコンアンテナ、１０  高周波発信器、１１  インピーダンス整合手段、１２Ａ  内側コイル、１２Ｂ  外側コイル、１３Ａ  ＤＣ電源、１３Ｂ  ＤＣ電源、１４Ａ  電流制御手段、１４Ｂ  電流制御手段、１５  磁場発生手段、３１  基板、３２  素子分離領域、３３  容量絶縁膜、３４  電極層、３５  絶縁層、３６  ゲート絶縁膜、３７  ゲート電極、３８  電極層、３９  不純物領域、４０  絶縁層、４１  電極層、４２  保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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