(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサを製造する方法であって、該方法は、
基板上に第一の電気的導電性コンデンサ板を形成する過程と、
前記第一の電気的導電性コンデンサ板上に、Ｔａ2Ｏ5誘電体層を形成する過程と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyを含み、但しｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内である、非結晶拡散障壁層を形成する過程とからなり、
前記非結晶拡散障壁層を形成する過程は、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しいことを特徴とするコンデンサ製造方法。
【請求項２】
非結晶拡散障壁層がＴａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐためのバリアとなるために設けられることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項３】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性となるように設けられることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項４】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性を有し、Ｔａ2Ｏ5誘電体層の上に形成される第二の電気的導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項５】
非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項６】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上にＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、ＴｉＣxＮyＯzを有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程と、からなることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項７】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上にＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、ＴｉＣxＮyＯzを有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程とからなり、
前記非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項８】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上にＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項９】
誘電体層を製造する方法であって、該方法は、
基板の最上部にＴａ2Ｏ5誘電体層を形成する過程と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、非結晶拡散障壁層を形成する過程とからなり、該非結晶拡散障壁層はＴｉＣxＮyＯzからなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、且つｘ，ｙ，ｚの合計は１に等しいことを特徴とする誘電体層の製造方法。
【請求項１０】
非結晶拡散障壁層がＴａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐためのバリアとなるように設けられることを特徴とする請求項９記載の誘電体層の製造方法。
【請求項１１】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性となるように設けられることを特徴とする請求項９記載の誘電体層の製造方法。
【請求項１２】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなることを特徴とする請求項９記載の誘電体層の製造方法。
【請求項１３】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、該ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程と、からなることを特徴とする請求項９記載の誘電体層の製造方法。
【請求項１４】
コンデンサを製造する方法であって、該方法は、
基板上に、第一の電気的導電性コンデンサ板を形成する過程と、
前記第一の電気的導電性コンデンサ板上に、Ｔａ2Ｏ5誘電体層を形成する過程と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、非結晶拡散障壁層を形成する過程とからなり、
前記非結晶拡散障壁層を形成する過程は、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しいことを特徴とするコンデンサ製造方法。
【請求項１５】
非結晶拡散障壁層がＴａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐバリアとなるように設けられることを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項１６】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性を有するように設けられることを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項１７】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性を有するように設けられ、Ｔａ2Ｏ5誘電体層の上に形成される第二の電気的導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項１８】
非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項１９】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上にＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、ＴｉＣxＮyＯzを有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程と、からなることを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２０】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上にＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、かつ、ＴｉＣxＮyＯzを有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程とからなり、
前記非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２１】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層上に、別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１４記載のコンデンサの製造方法。
【請求項２２】
誘電体層を製造する方法であって、該方法は、
基板の最上部にＴａ2Ｏ5誘電体層を形成する過程と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、非結晶拡散障壁層を形成する過程とからなり、
前記非結晶拡散障壁層を形成する過程は、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しいことを特徴とする誘電体層の製造方法。
【請求項２３】
非結晶拡散障壁層がＴａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐバリアとなるように設けられることを特徴とする請求項２２記載の誘電体層の製造方法。
【請求項２４】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性を有するように設けられることを特徴とする請求項２２記載の誘電体層の製造方法。
【請求項２５】
非結晶拡散障壁層を形成する過程は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、ＴｉＣxＮyＯz層を有機金属化学気相堆積する過程からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、かつ、ＴｉＣxＮyＯzを有機金属化学気相堆積する過程は、Ｔｉ（ＮＲ2）4構造のガス状のチタン有機金属前駆物質を利用する過程と、但し、Ｒは水素と炭素を基として有するグループから選択され、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒの堆積条件を利用する過程とからなることを特徴とする請求項２２記載の誘電体層の製造方法。
【請求項２６】
第一の電気導電性コンデンサ板と、
前記第一の電気導電性コンデンサ板に隣接するＴａ2Ｏ5誘電体層と、
第二の電気的導電性コンデンサ板であって、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層が前記第一の電気導電性コンデンサ板と第二の電気導電性コンデンサ板の間に位置する第二の電気導電性コンデンサ板と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層に隣接する非結晶拡散障壁層とからなり、
前記非結晶拡散障壁層がＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しいことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２７】
非結晶拡散障壁層がＴａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐためのバリアとなる物質からなることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項２８】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項２９】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、第二の電気的導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項３０】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、第二の電気的導電性コンデンサ板は非結晶拡散障壁層とは別個であることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項３１】
非結晶拡散障壁層はＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層は電気的に導電性であり、第二の導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項３２】
非結晶拡散障壁層はＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層は電気的に導電性であり、第二の電気的導電性コンデンサ板は前記非結晶拡散防壁層とは別個であることを特徴とする請求項２６記載のコンデンサ。
【請求項３３】
第一の電気的導電性コンデンサ板と、
前記第一の導電性コンデンサ板に隣接するＴａ2Ｏ5誘電体層と、
第二の電気的導電性コンデンサ板であって、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層が前記第一の電気的導電性コンデンサ板と第二の電気的導電性コンデンサ板の間に位置する第二の電気的導電性コンデンサ板と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層に隣接する一対の非結晶拡散障壁層とからなり、
前記非結晶拡散障壁層がＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しいことを特徴とするコンデンサ。
【請求項３４】
非結晶拡散障壁層は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層からのタンタルの拡散漏れを防ぐバリアとなる物質からなることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【請求項３５】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【請求項３６】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、第一の電気的導電性コンデンサ板及び第二の電気的導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【請求項３７】
非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、第一の電気的導電性コンデンサ板及び第二の電気的導電性コンデンサ板の各々は非結晶拡散障壁層とは別個であることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【請求項３８】
非結晶拡散障壁層はＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、前記第一の電気的導電性コンデンサ板及び第二の電気的導電性コンデンサ板を兼ねることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【請求項３９】
非結晶拡散障壁層はＴｉＣxＮyＯz層からなり、但し、ｘは０．０１から０．５の範囲内、ｙは０．９９から０．５の範囲内、ｚは０から０．３の範囲内で、ｘ、ｙ、ｚの合計が１に等しく、
前記非結晶拡散障壁層が電気的に導電性であり、前記第一の電気的導電性コンデンサ板及び第二の電気的導電性コンデンサ板の各々は前記非結晶拡散防壁層とは別個であることを特徴とする請求項３３記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、Ｔａ2Ｏ5誘電体層を有するコンデンサの製造方法と、Ｔａ2Ｏ5誘電体層の製造方法、及びコンデンサの構造に関する。
背景技術
ＤＲＡＭのメモリセル密度が増加するに従い、セル面積が減少しているにもかかわらず、十分高い蓄積容量を維持するための試みが続けられている。これに加えて、更なるセル面積の減少という目標への努力も続けられている。セル容量の増加方法の中心的方法は、セルの構造を通しての方法である。このような方法には、トレンチ型コンデンサまたは積み重ね型コンデンサのような三次元セルコンデンサが含まれる。更に、寸法が小さくなれば小さくなるほど、セル構造だけでなくセル誘電体のための改良された物質の開発が重要となる。２５６ＭｂのＤＲＡＭの寸法は０．２５ミクロンオーダーであり、従来のＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4のような従来の誘電体は比誘電率が小さいため適していなかった。
Ｔａ2Ｏ5の比誘電率はＳｉ3Ｎ4のおよそ三倍であるため、化学気相堆積法（ＣＶＤ）によるＴａ2Ｏ5膜は非常に期待できるセル誘電体層と考えられている。提案された従来のコンデンサ構造には、上に横たわる、主に結晶のＴｉＮ電極または他の層と一緒に、コンデンサ誘電体層としてＴａ2Ｏ5を用いたものが含まれる。しかしながら、タンタル層に対する拡散は、最終的に完成したコンデンサの構造に多くの問題点を残すものである。例えば、Ｔａ2Ｏ5のタンタルは誘電体層から拡散漏れてしまう傾向にある。更に、隣接する導電性コンデンサ板からの物質がタンタル層に拡散することもある。何れにしても、Ｔａ2Ｏ5層の誘電特性はほとんど予測できないか制御できないような悪影響を受けてしまう。
【図面の簡単な説明】
本発明の好適実施例を添付図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明の半導体ウェハー片の断面図である。
図２は、本発明の他の実施例の半導体ウェハー片の断面図である。
図３は、本発明の更に他の実施例の半導体ウェハー片の断面図である。
発明を実施するための最適な態様と発明の開示
本発明の一実施形態であるコンデンサの製造方法は、
コンデンサへの電気的接続がなされるノードを設ける過程と、
前記ノード上に第一の電気的導電性コンデンサ板を設ける過程と、
前記第一の電気的導電性コンデンサ板上にＴａ2Ｏ5コンデンサ誘電体層を化学気相堆積する過程と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、主に非結晶な拡散障壁層を設ける過程と、
を含むコンデンサの製造方法である。
本発明の他の実施形態であるＴａ2Ｏ5誘電体層を形成する方法は、
基板の最上部にＴａ2Ｏ5誘電体層を化学気相堆積する過程と、
Ｔａ2Ｏ5誘電体層上に、主に非結晶な拡散障壁層を設ける過程と、
からなる誘電体層の形成方法である。
本発明の更に他の実施形態であるコンデンサは、
第一の電気的導電性コンデンサ板と、
前記第一の電気的導電性コンデンサ板に隣接するＴａ2Ｏ5からなるコンデンサ誘電体層と、
前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層に隣接する主に非結晶な拡散障壁と、
第二の電気的導電性コンデンサ板と、
からなり、前記Ｔａ2Ｏ5誘電体層が前記第一及び第二の電気的導電性コンデンサ板の間に位置することを特徴とするコンデンサである。
より具体的には、図１を参照すると、半導体ウェハー片は、参照符号１０で示されている。この半導体ウェハー片は、導電性拡散領域１４がその中に形成されているバルクシリコン基板１２を有する。基板１２上には、予め拡散領域１４に対してコンタクト用開口１８が設けられた、一般的にはＢＰＳＧからなる絶縁層１６が形成されている。導電性物質２０はコンタクト用開口１８を充填する。導電性物質２０と酸化層１６は図に示す通り、表面が平坦化される。物質２０は、タングステンや導電性ドープポリシリコン等のいかなる導電性物質でもよい。絶縁層１６と導電性プラグ２０の上部にはコンデンサ構造体２５が設けられる。導電性プラグ２０はコンデンサ構造体２５に対して電気的接続をなすためのノードを形成する。
コンデンサ構造体２５は、ノード２０上に設けられパタンニングされた第一の電気的導電性コンデンサ板２６を有する。好ましい物質の一例としては、導電性ドープポリシリコンであり、２５６Ｍｂの密度の場合には厚さ１０００Åで設けられる。Ｔａ2Ｏ5コンデンサ誘電体層２８が、第一の電気的導電性コンデンサ板２６上に設けられる。誘電体層２８を堆積する方法の一例には、前駆物質としてＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5と酸素を用い４５０℃の低圧化学気相堆積によるものがある。Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5は１７０℃で気化し、アルゴンまたは他の適しているキャリアガスを用いて反応室内へ導入される。次に、７００℃から９００℃の範囲内の乾燥酸素雰囲気中で急速熱焼き入れによる高密度化が行われる。下部コンデンサ板２６のポリシリコン表面は、Ｔａ2Ｏ5層を形成する前に、高周波洗浄しておくことが好ましい。Ｔａ2Ｏ5を堆積する直前に、ＮＨ3雰囲気中で、９００℃，６０分間、急速熱窒化処理を実施することもできる。２５６Ｍｂ集積度における誘電体層２８の一例で好ましい厚さは１００Åである。
主に非結晶な拡散障壁層３０がＴａ2Ｏ5誘電体層２８上に設けられる。この拡散障壁層３０は導電性であることが好ましく、２５６Ｍｂ集積度における一例で好ましい厚さは２００Åである。拡散障壁層３０の最も好ましい物質は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）により堆積される主に非結晶なＴｉＣxＮyＯzである。但し、この化学式において、“ｘ”は０．０１から０．５の範囲内、“ｙ”は０．９９から０．５の範囲内、“ｚ”は０から０．３の範囲内で、且つ“ｘ”，“ｙ”，“ｚ”の合計は約１．０に等しい。このような堆積に好ましい有機金属前駆物質はＴｉ（ＮＲ2）4である。但し、Ｒは水素（Ｈ）と炭素（Ｃ）を基として有するグループから選択される。このような主に非結晶な層を形成するための堆積条件は、温度２００℃から６００℃で、圧力０．１から１００Ｔｏｒｒである。非結晶拡散障壁層は、Ｔａ2Ｏ5層からのタンタルの拡散漏れを防ぐ物質からなるものが最も好ましい。好ましいＴｉＣxＮyＯz物質にはこの作用がある。
また、“ｚ”は０に等しいのがより好ましい。しかしながら、堆積膜が酸素に、例え周囲の空気であっても曝されると、酸素が堆積膜内に好ましくなく混入してしまう。この酸素混入は導電率に悪影響を及ぼしてしまう。従って、酸素の混入を効果的に防ぐ作用をする次の膜によって堆積膜が被覆されるまで、この堆積膜を酸素に曝すことを最小限にすることが好ましい。
続いて、第二の電気的導電性コンデンサ板３２が拡散障壁層３０の表面上に設けられる。したがって、Ｔａ2Ｏ5誘電体層２８は第一と第二の電気的導電性板の間に位置することになる。従って、第二の電気導電性コンデンサ板３２は、非結晶拡散障壁層３０上に設けられる別個の第二の電気的導電性コンデンサ板を構成することになる。第二のコンデンサ板３２の一例で好ましい物質としては、ポリシリコンがあげられ、２５６Ｍｂの集積度のための好ましい厚さは１０００Åである。
コンデンサ誘電体層としてＴａ2Ｏ5を用いる従来の構造と提案のものは、Ｔａ2Ｏ5層からのタンタル原子の拡散漏れ、または、このような層への不要な物質の混入という欠点を有する。上述した好適実施例の、薄い主に非結晶な拡散障壁層を設けることにより、Ｔａ2Ｏ5層の純粋性の維持を容易にし、従って、小形化への適用の場合に、要求される高い比誘電率の達成が容易となる。非結晶物質は、多結晶物質内に拡散するための容易な道となる結晶粒界がないので、よりすぐれた拡散防止障壁であるということが本発明において判明した。
図２は本発明の他の実施例のコンデンサの構造とその製造方法を示している。図１に用いた参照符号を適宜用いることとし、異なる場合には異なる参照符号とすると共に、また類似したものには記号ａを付加することとする。ウェハー片１０ａはコンデンサ構造体２５ａを有し、該コンデンサ構造体２５ａは固有の非結晶拡散障壁層として作用する主に非結晶の導電性第二コンデンサ板３２ａ有する点で前述した第一の実施例とは異なる。好ましい物質は、第二の導電性コンデンサ板３２ａの主な部分（図示のように全て部分）を形成するのに効果的な厚さで設けられる前述の有機金属化学気相堆積ＴｉＣxＮyＯzである。また、コンデンサ板３２と２６は、ＭＯＣＶＤ  ＴｉＣxＮyＯzのような導電性固有非結晶拡散障壁層を構成するために設てられてもよい。
図３は、更に他の実施例のコンデンサ構造体とその製造方法を示す。ここでも第一の実施例に用いた参照符号を適宜用いることとし、異なる場合は異なる参照符号で、または記号ｂを付加して示すこととする。ウェハー片１０ｂは、第一の実施例のものと同じ、第一と第二のコンデンサ板２６，３２を有するコンデンサ構造体２５ｂからなっている。しかしながら、一対の主に非結晶な拡散障壁層３０及び４０が、タンタルの拡散漏れを防止するために、Ｔａ2Ｏ5誘電体層２８を包むように設けられている。
本発明は、窒化チタンもしくは炭化窒化チタンの異なる層が堆積されるＴａ2Ｏ5膜を最上部に持つ急速熱窒化焼き入れポリシリコン膜の三種類の研究により具現化された。本発明の構造は、冷壁化学気相堆積反応装置により、４５０℃，０．５Ｔｏｒｒの条件下、テトラキスジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）により堆積されるＴｉＣxＮyＯz膜の有機金属化学気相堆積により堆積されている。これらのウェハーを二つの従来の堆積窒化タンタル層と比較してみた。これらの二つの従来の層は、化学気相堆積法（ＣＶＤ）とスパッタリング法によりそれぞれ堆積されたものである。ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜は、低圧化学気相堆積反応装置でＴｉＣｌ4とＮＨ3を６００℃（即ち、非ＭＯＣＶＤ法）で反応させることで形成したものである。スパッタリングによるＴｉＮ膜は、Ａｒ−Ｎ2雰囲気中、圧力０．０１４Ｔｏｒｒのもとで、Ｔｉを反応スパッタリングすることで形成したものである。基板は、堆積処理中、４００℃に加熱される。ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜と本発明のＭＯＣＶＤ膜の上には、フォトレジストを除去するためのプラズマ過程中における酸化防止のために、スパッタリング法によるＴｉＮの追加保護層が堆積される。スパッタリング法により堆積された、及びＴｉＣｌ4とＮＨ3を用いたＣＶＤ法によるＴｉＮ膜は結晶構造であり、一方、本発明のＭＯＣＶＤ膜は実質的に非結晶構造である。
各グループについて四つのサンプルを作成し、その内の三つは、７００℃，８００℃，９００℃で３０分間、圧力７×１０-6Ｔｏｒｒのもとで焼入れが行われた。制御されたＣＶＤ法によるＴｉＮ膜に関しては、この結晶ＴｉＮ膜へのＴａの拡散漏れが認められ、焼入れ温度を上げるに従い増加した。また、結晶スパッタリング法によるＴｉＮ膜に関しては、９００℃の焼入れ後、ＴｉＮ膜へのタンタルのかなり量の拡散漏れが認められた。
非結晶ＭＯＣＶＤ法によるＴｉＣxＮyＯz膜に関しては、タンタルの拡散漏れは認められなかった。しかしながら、２０原子百分率の炭素と酸素が膜中に検出された。しかも、ＭＯＣＶＤ法によるＴｉＣxＮyＯz層と誘電体Ｔａ2Ｏ5との相互作用が９００℃までないということは、そのような混合層がコンデンサや他の誘電体層のための有望な候補となることを意味する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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