(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、
半導体基板を提供し、反応器（chamber）内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、
アルミニウムソース物質とアンモニア（NH3）ガスとを前記反応器内に同時に供給し、前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージ（vacuum purging）を実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、
酸素ソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップと
を含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２】
前記第２ないし５ステップは、所定の厚さを有する前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板に形成されるまで単原子層蒸着法（ALD）を利用して繰り返し行われることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項３】
前記第２ステップおよび前記第４ステップにおいて、
前記反応器内の温度は、２００℃ないし４５０℃の範囲に保持され、前記反応器内の圧力は、５０ないし３００ mTorrの範囲に保持されることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウムソース物質は金属-有機物質であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウムソース物質とNH3ガスとは、各々異なる供給管を介して０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項６】
前記アンモニアガスは、２０ないし１０００sccmの流量で供給されることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項７】
前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2Oであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項８】
前記酸素ソース物質は、０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項９】
前記第５ステップの以後、
前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（particle）を除去する第６ステップと、
N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化するために前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７ステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第６ステップは、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNT（Ex-situ plasma N2O treatment）及びUV/O3のいずれか一つを用いて３００℃ないし４５０℃の温度で行われることを特徴とする請求項９に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１１】
半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、
半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、
アルミニウムソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、
酸素ソース物質とアンモニア（NH3）ガスとを前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップと
を含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ないし５ステップは、
所定の厚さを有する前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板に形成されるまで単原子層蒸着法（ALD）を利用して繰り返し行われることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１３】
前記第２ステップおよび前記第４ステップにおいて、
前記反応器内の温度は、２００℃ないし４５０℃に保持され、前記反応器内の圧力は、５０ mTorrないし３００ mTorrに保持されることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１４】
前記アルミニウムソース物質が金属-有機物質であることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１５】
前記酸素ソース物質とアンモニアガスとが同じ供給管を介して０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１６】
前記アンモニアガスは、２０ないし１０００ sccmの流量で供給されることを特徴とする請求項１５に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１７】
前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2Oであることを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１８】
前記酸素ソース物質は、０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項１９】
前記第５ステップの以後、
前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（particle）を除去する第６ステップと、
N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化するために、前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７ステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２０】
前記第６ステップは、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNT及びUV/ O3のいずれか一つを用いて、３００ないし４５０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１９に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２１】
半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、
半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、
アルミニウムソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に同時に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、
酸素ソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、
前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップと
を含むことを特徴とするアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２２】
前記第２ないし５ステップは、所定の厚さを有した前記アルミニウム酸化膜が前記半導体基板に形成されるまで、単原子層蒸着法（ALD）を利用して繰り返し行われることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２３】
前記第２ステップおよび前記第４ステップにおいて、
前記反応器内の温度は、２００ないし４５０℃の範囲に保持され、前記反応器内の圧力は、５０ないし３００ mTorrの範囲に保持されることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２４】
前記アルミニウムソース物質は金属-有機物質であることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２５】
前記アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、異なる供給管を介して０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給され、前記酸素ソース物質とアンモニアガスとが同じ供給管を介して０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２６】
前記アンモニアガスは、２０ないし１０００ sccmの流量で供給されることを特徴とする請求項２５に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２７】
前記酸素ソース物質は、蒸気状態のH2Oであることを特徴とする請求項２１に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２８】
前記酸素ソース物質は、０.１ないし３秒の間、前記反応器に供給されることを特徴とする請求項２７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項２９】
前記第５ステップの以後、
前記アルミニウム酸化膜に存在する炭素不純物（particle）を除去する第６ステップと、
N2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で膜質を緻密化するために前記アルミニウム酸化膜を熱処理する第７ステップと
をさらに含む請求項２７に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項３０】
前記第６ステップは、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNT及びUV/ O3のいずれか一つを用いて３００ないし４５０℃の温度で行われることを特徴とする請求項２９に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項３１】
半導体素子の製造方法において、
基板、素子分離領域、ゲートライン、ゲート酸化膜及び第１絶縁膜を備える活性マトリックスを提供する第１ステップと、
前記活性マトリックス上にバッファ膜と第１導電膜とを形成する第２ステップと、
アルミニウムソースおよび酸素ソースを使用し、アンモニア反応ガスをアルミニウムソースおよび酸素ソースのうち、少なくとも一方に供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を利用して酸化アルミニウム（Al2O3）誘電体膜を前記第１導電膜上に形成する第３ステップと、
第２導電膜を前記誘電体膜上に形成し、前記第２導電膜、前記誘電体膜、前記第１導電膜及び前記バッファ膜をエッチングして、キャパシタ構造を形成する第４ステップと、
水素防止膜を前記キャパシタ構造に形成する第５ステップと、
第２絶縁膜を蒸着させた後、ビットラインと局部配線とを形成する第６ステップと、
パシベーション膜を全体表面上に形成する第７ステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記ゲート酸化膜は、アルミニウムソースおよび酸素ソースを使用し、アンモニア反応ガスをアルミニウムソースおよび酸素ソースのうち、少なくとも一方に供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を用いて得られる酸化アルミニウムから構成されることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
前記水素防止膜は、アルミニウムソースおよび酸素ソースを使用し、アンモニア反応ガスをアルミニウムソースおよび酸素ソースのうち、少なくとも一方に供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を用いて得られる酸化アルミニウムから構成されることを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
前記第３ステップの以後、膜質を緻密化するため、前記誘電体膜を熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３５】
前記誘電体膜を熱処理するステップがN2雰囲気中６５０ないし８５０℃の温度で行われることを特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３６】
前記金属-有機物質が、TMA（trimethyl aluminum）およびMTMA（modified trimethyl aluminum）を含んでいることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項３７】
前記金属-有機物質が、TMA（trimethyl aluminum）およびMTMA（modified trimethyl aluminum）を含んでいることを特徴とする請求項１４に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【請求項３８】
前記金属-有機物質が、TMA（trimethyl aluminum）およびMTMA（modified trimethyl aluminum）を含んでいることを特徴とする請求項２４に記載のアルミニウム酸化膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法に関し、特に、ウェーハにアルミニウムソースと酸素ソースとを蒸着させるためアンモニア（NH3）反応ガスを用いる半導体素子で用いる酸化アルミニウムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、半導体素子は、微細化（micronization）を介して小型化することによって高集積度を有することができる。しかし、トランジスタ及び回路速度が増加され信頼性が改善されるためには、メモリセル領域の小型化が必要である。
【０００３】
高精密度と小型化とを有する素子を形成するためには、密度、動作特性及び信頼性を増加させるべきである。このような要求を充足させるためには、キャパシタの静電容量を増大させるべきであり、DRAM素子及び論理素子に適用されるゲート誘電体膜の特性を向上させるべきである。このような課題を解決するため、キャパシタ薄膜及びゲート誘電体膜として高誘電体物質を用いる多様な研究が進められている。
【０００４】
特に、高誘電体物質の中で、酸化アルミニウム（Al2O3）は、酸化抵抗性及び熱的安定性に優れているため、キャパシタ薄膜及びゲート誘電体薄膜として主に用いられている。さらに、水素拡散を防止するための水素防止膜としても用いられている。
【０００５】
一般に、アルミニウム酸化膜は、単原子層蒸着法（ALD:atomic layer deposition）のような方法を用いて形成される。
【０００６】
詳しい製造工程は、次の通りである。
【０００７】
反応器（chamber）内にウェーハを装着させた後、ウェーハを２００ないし４５０℃の温度に加熱する。アルミニウムソース物質を０.１ないし３秒の間、反応器内に供給し、次いで反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して、反応器内の未反応のアルミニウムソース物質及び反応副産物を排出する。次に酸素ソース物質を０.１ないし３秒の間、反応器内に供給する。反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して、反応器内の未反応の酸素ソース物質及び反応副産物を排出する。このような一連の過程がアルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルであり、このようなサイクルを所望の厚さのアルミニウム酸化膜が形成されるまで繰り返す。
【０００８】
半導体素子の従来のアルミニウム酸化膜の製造方法において、アルミニウムソース物質としてTMA（trimethyl aluminum、Al(CH3)3）、またはMTMA（modified trimethyl aluminum、Al(CH3)3N(CH2)5CH3）を用い、酸素ソース物質としては蒸気状態のH2Oを用いる。
【０００９】
しかし、従来の方法は、アルミニウム酸化膜の成長率を低下させて生産性を減少させる短所がある。また、従来の方法により形成されたアルミニウム酸化膜は、構成物質としてTMAやMTMAを用いることによって炭素不純物（particle）を含み得るため、薄膜の電気的特性の劣化が生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、前記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、アルミニウム酸化膜の成長率を増大させるための酸化膜の製造方法を提供することにその目的がある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、半導体基板を提供し、反応器（chamber）内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、アルミニウムソース物質とアンモニア（NH3）ガスとを前記反応器内に同時に供給し、前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージ（vacuum purging）を実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップとを含んでいる。
【００１２】
また、前記の目的を達成するためになされた本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、アルミニウムソース物質を前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップとを含んでいる。
【００１３】
また、前記の目的を達成するためになされた本発明は、半導体素子で用いるアルミニウム酸化膜の製造方法において、半導体基板を提供し、反応器内に前記半導体基板を装着させる第１ステップと、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に同時に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第２ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応のアルミニウムソース物質や副産物を排出させる第３ステップと、酸素ソース物質とアンモニアガスとを前記反応器内に供給して前記半導体基板に吸着されるようにする第４ステップと、前記反応器内に窒素ガスを供給するか、真空パージを実施して未反応の酸素ソースや副産物を排出させる第５ステップとを含んでいる。
【００１４】
また、前記の目的を達成するためになされた本発明は、半導体素子の製造方法において、基板、素子分離領域、ゲートライン、ゲート酸化膜及び第１絶縁膜を備える活性マトリックスを提供する第１ステップと、前記活性マトリックス上にバッファ膜と第１導電膜とを形成する第２ステップと、アルミニウムソースおよび酸素ソースを使用し、アンモニア反応ガスをアルミニウムソースおよび酸素ソースのうち、少なくとも一方に供給することによって、単原子層蒸着法（ALD）を利用して酸化アルミニウム（Al2O3）誘電体膜を前記第１導電膜上に形成する第３ステップと、第２導電膜を前記誘電体膜上に形成し、前記第２導電膜、前記誘電体膜、前記第１導電膜及び前記バッファ膜をエッチングして、キャパシタ構造を形成する第４ステップと、水素防止膜を前記キャパシタ構造に形成する第５ステップと、第２絶縁膜を蒸着させた後、ビットラインと局部配線とを形成する第６ステップと、パシベーション膜を全体表面上に形成する第７ステップとを含んでいる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するため、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。
【００１６】
アルミニウムソース物質供給時にアンモニアガスも供給するアルミニウム酸化膜の製造方法（第１実施例）において、単原子層蒸着法（ALD）により５０サイクルの間アルミニウム酸化膜を蒸着させた後、アルミニウム酸化膜を露出し、膜の厚さを測定した。また、アンモニアガスを供給しないこと以外は同様にしてアルミニウム酸化膜を製造した。図１は、両酸化膜の露出時間と厚さの関係を示したグラフである。
【００１７】
第１実施例において、アルミニウムソース物質とアンモニアガスは、アルミニウム酸化膜の成長率を向上させるために反応器内に同時に供給される。アンモニアガスが用いられない従来の技術と比較すれば、本発明にかかるアルミニウム酸化膜の成長率は、従来の技術にかかる成長率より著しく高い。また、露出時間が増加すればするほど、成長率も増加する。
【００１８】
アルミニウム酸化膜の製造方法を、以下に詳細に説明する。
【００１９】
まず、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、反応器内にウェーハ（半導体基板）を装着した後、前記ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に同時に供給される。その後、第１パージ（purge）は、アルミニウムソースの供給を中断した後、未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出させるために行われる。次いで、酸素ソース物質は、ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に供給される。その後、第２パージは、未反応の酸素ソース物質と副産物とを排出させるために行われる。このような一連の過程がアルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルであり、このようなサイクルを複数回繰り返して所望の厚さのアルミニウム酸化膜をウェーハ上に形成する。酸化アルミニウム膜を完全に蒸着させた後、熱工程はアルミニウム酸化膜の密度を高めるために行われる。
【００２０】
ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３００ mTorrに保持される。TMA（trimethyl aluminum）やMTMA（modified trimethyl aluminum）のような物質から構成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３秒の間、第１供給管を介して供給される。一方、アンモニアガスは、第２供給管を介して１分当り２０ないし１０００ sccmの流量で反応器内に同時に供給される。アンモニアガスとアルミニウムソース物質とが同じ供給管を介して反応器内に供給された場合、アルミニウムソースは、アンモニアガスと反応して不純物（particle）が供給管に生じることとなる。従って、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、別の供給管を介して供給されるべきである。第１パージは、排出ポンプを介して未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出するため、０.１ないし３秒の間行われるが、真空パージのような方法を用いて行われることもできる。また、蒸気化されたH2Oのような酸素ソース物質は、第３供給管を介して０.１ないし３秒の間供給され、第２パージは、第１パージと同様に行われる。
【００２１】
アルミニウムソース物質としてTMAやMTMAのような金属-有機物質を用いているため、アルミニウム酸化膜は、蒸着反応以後その中に炭素不純物（particle）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させることがある。このような電気的特性の劣化を防止するため、必要に応じて、続いて炭素不純物を除去するための工程が、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNT（Ex-situ plasma N2O treatment）やUV/O3のような方法により３００ないし４５０℃の温度で行われえる。そして、必要に応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜の密度を高めるために６５０ないし８５０℃の温度で行われる。
【００２２】
酸素ソース物質供給時にアンモニアガスも供給するアルミニウム酸化膜の製造方法（第２実施例）において、単原子層蒸着法（ALD）により５０サイクルの間アルミニウム酸化膜を蒸着させた後、アルミニウム酸化膜を露出し、膜の厚さを測定した。また、アンモニアガスを供給しないこと以外は同様にしてアルミニウム酸化膜を製造した。図２は、両酸化膜の露出時間と厚さの関係を示したグラフである。
【００２３】
第２実施例において、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、アルミニウム酸化膜の成長率を向上させるために反応器内に同時に供給される。アンモニアガスが用いられない従来の技術と比較すれば、本発明にかかるアルミニウム酸化膜の成長率は、従来の技術にかかる成長率より著しく高い。
【００２４】
本発明の第２実施例にかかるアルミニウム酸化膜の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、アルミニウムソース物質は、反応器内にウェーハを装着した後、前記ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に供給される。次いで、アルミニウムソースの供給を中断した後、未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出させるため第１パージを行う。次いで、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に同時に供給される。その後、第２パージは、未反応の酸素ソース物質と副産物とを排出させるために行われる。このような一連の過程をアルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルといい、このようなサイクルを複数回繰り返して所望の厚さのアルミニウム酸化膜をウェーハ上に形成する。酸化アルミニウムを完全に蒸着させた後、炭素不純物（particle）を除去するための工程と熱工程は連続して行われえる。
【００２６】
ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３００ mTorrに保持される。TMAやMTMAのような物質から構成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３秒の間第１供給管を介して供給される。第１パージは、排出ポンプを介して未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出するため、０.１ないし３秒の間行われるが、真空パージのような方法を用いて行われることもできる。また、蒸気化されたH2Oのような酸素ソース物質とアンモニアガスとは、第２供給管を介して０.１ないし３秒の間、２０ないし１０００ sccmの流量で供給される。そして、第２パージは、第１パージと同様に行われる。酸素ソース物質とアンモニアガスとが異なる供給管を介して反応器内に供給された場合、H2Oとアンモニアガスとの反応により反応器内に多くの不純物（particle）が生じる。従って、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、同じ供給管を介して供給されるべきである。
【００２７】
アルミニウムソース物質としてTMAやMTMAのような金属-有機物質を用いるため、アルミニウム酸化膜は、蒸着反応以後、その中に炭素不純物（particle）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させる。このような電気的特性の劣化を防止するため、必要に応じて、続いて炭素不純物を除去するための工程が、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNTやUV/O3のような方法により３００ないし４５０℃の温度で行われる。そして、必要に応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜の密度を高めるため、６５０ないし８５０℃の温度で行われる。
【００２８】
アルミニウムソース物質供給時及び酸素ソース物質供給時にアンモニアガスも供給するアルミニウム酸化膜の製造方法（第３実施例）において、単原子層蒸着法（ALD）により数サイクルの間アルミニウム酸化膜を蒸着させた後、アルミニウム酸化膜を露出し、膜の厚さを測定した。また、アンモニアガスを供給しないこと以外は同様にしてアルミニウム酸化膜を製造した。図３は、両酸化膜の露出時間と厚さの関係を示したグラフである。
【００２９】
第３実施例において、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、反応器に同時に供給され、酸素ソース物質とアンモニアガスともアルミニウム酸化膜の成長率を向上させるため反応器内に同時に供給される。アンモニアガスが用いられない従来の技術と比較すれば、本発明にかかるアルミニウム酸化膜の成長率は、従来の技術にかかる成長率より著しく高い。そして、露出時間が増加すればするほど、成長率も共に増加する。
【００３０】
本発明の第３実施例にかかるアルミニウム酸化膜の製造工程について説明する。まず、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、反応器内にウェーハを装着した後、前記ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に同時に供給される。次いで、アルミニウムソースの供給を中断した後、未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出させるため第１パージを行う。次いで、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、ウェーハ表面に吸着されるように反応器内に同時に供給される。その後、未反応の酸素ソース物質と副産物とを排出させるため、第２パージを行う。このような一連の過程をアルミニウム酸化膜蒸着の１サイクルといい、このようなサイクルを複数回繰り返して所望の厚さのアルミニウム酸化膜をウェーハ上に形成する。酸化アルミニウムを蒸着させた後、必要に応じて、炭素不純物（particle）を除去するための工程と熱工程が連続して行われる。
【００３１】
ここで、蒸着温度は、２００ないし４５０℃に保持され、反応器内の蒸着圧力は、５０ないし３００ mTorrに保持される。TMAやMTMAのような物質から構成されたアルミニウムソース物質は、０.１ないし３秒の間第１供給管を介して供給される。一方、アンモニアガスは、第２供給管を介して２０ないし１０００ sccmの流量で反応器内に同時に供給される。アンモニアガスとアルミニウムソース物質とが同じ供給管を介して反応器内に供給された場合、アルミニウムソースはアンモニアガスと反応するため不純物（particle）が供給管に生じる。従って、アルミニウムソース物質とアンモニアガスとは、異なる供給管を介して供給されるべきである。第１パージは、排出ポンプを介して未反応のアルミニウムソース物質と副産物とを排出するために０.１ないし３秒の間行われるが、真空パージのような方法を用いて行われることもできる。また、酸素ソース物質とアンモニアガスとは、第３供給管を介して２０ないし１０００ sccmの流量で供給される。そして、第２パージは、第１パージと同様に行われる。ここで、酸素ソース物質とアンモニアガスとが異なる供給管を介して供給された場合、H2Oとアンモニアガスとの反応により反応器内に多くの不純物（particle）が生じうる。
【００３２】
アルミニウムソース物質としてTMAやMTMAのような金属-有機物質を用いるため、アルミニウム酸化膜は、蒸着反応以後、その中に炭素不純物（particle）を含むこととなって、結局電気的特性を劣化させる。このような電気的特性の劣化を防止するため、必要に応じて、続いて炭素不純物を除去するための工程が、O2プラズマ、N2Oプラズマ、Ex-PNTやUV/O3のような方法により３００ないし４５０℃の温度で行われる。そして、必要に応じて、熱処理工程は、アルミニウム酸化膜の密度を高めるため、６５０ないし８５０℃の温度で行われる。
【００３３】
図４Ａないし図６Ｅは、本発明の酸化アルミニウム蒸着方法を適用したアルミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法（第４実施例）を説明するための断面図である。
【００３４】
半導体素子の製造工程は、半導体基板102、素子分離領域104、拡散領域106、ゲート酸化膜112、ゲートライン113、スペーサ114及び第１絶縁膜116を含む活性マトリックスの準備から始まる。拡散領域106の一つは、ソースとして用いられ、残りの一つは、ドレイン（drain）として用いられる。これらの構造は公知の方法によって製造される。
【００３５】
従って、図４Ａに示したように、バッファ膜118、第１導電膜120、誘電体膜122及び第２導電膜124が活性マトリックス118の上部に連続的に形成される。第４実施例において、好ましい誘電体膜122は、蒸着圧力が約５０ないし３００ mTorrであり、蒸着温度が２００ないし４５０℃に保持されるALDのような方法を用いて形成される酸化アルミニウム（Al2O3）から構成される。ここで、バッファ膜118は、第１絶縁膜116と第１導電膜120との間の粘着（adhesion）を増大させるために形成される。
【００３６】
誘電体膜122の酸化アルミニウムを蒸着するための方法は、第１、第２及び第３実施例で説明したため、ここで詳細な説明は省略する。他の膜は従来の方法によって製造される。
【００３７】
次いで、第２導電膜124と、誘電体膜122と、第１導電膜120及びバッファ膜118を所定の形態にエッチングして、図４Ｂに示したように、バッファ118A、下部電極120A、キャパシタ薄膜122A及び上部電極124Aを備えたキャパシタ構造150を形成する。後続の工程において、プレートライン（図示せず）を形成するため、下部電極120Aが上部電極128Aと異なる大きさを有することは好ましい。
【００３８】
次いで、図５Ｃに示したように、後続工程、すなわちパシベーション（passivation）工程における水素パシベーションからキャパシタ構造150を保護するため、酸化アルミニウムの水素防止膜がキャパシタ構造150と第１絶縁膜116との一部分に形成される。
【００３９】
次いで、図５Ｄに示したように、第２絶縁膜130がキャパシタ構造150を覆う水素防止膜128と第１絶縁膜116上に形成した後、所望の形態にエッチングして開口部132、134、136を形成する。次いで、第３導電膜を開口部132、134、136の内部を含んでいる全体表面上に形成した後、前記第３導電膜（図示せず）をエッチングしてビットライン144Bと局部配線144Aとを形成する。最後に、図６Ｅに示したように、パシベーション152は、CVDやPVD方法を用いて全体表面上に形成される。
【００４０】
本発明にかかる第４実施例において、ゲート酸化膜112は、本発明にかかる酸化アルミニウム蒸着法を用いて得られるアルミニウム酸化膜から構成されることができる。
【００４１】
本発明の技術思想は、上記好ましい実施形態によって具体的に記述されたが、上記した実施形態はその説明のためのものであって、本発明を制限するためのものでないことに留意されるべきである。また、本発明の技術分野における通常の専門家であるならば、本発明の技術思想の範囲内で種々の実施形態が可能であることを理解されるべきである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、アルミニウムソース物質供給時及び酸素ソース物質供給時にアンモニアガスを同時に供給することによって、酸化アルミニウムの成長率が向上する蒸着法を提供し、ウェーハ上にアルミニウム酸化膜を完全に蒸着させた後、必要に応じて熱処理することによって、密度が高いアルミニウム酸化膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施例によって得られたアルミニウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフである。
【図２】図２は、第２実施例によって得られたアルミニウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフである。
【図３】図３は、第３実施例によって得られたアルミニウム酸化膜と従来の方法で得られたアルミニウム酸化膜の、露出時間と酸化膜の厚さとの関係を示したグラフである。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施例にかかるアルミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例にかかるアルミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施例にかかるアルミニウム酸化膜を含む半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０２：半導体基板
１０４：素子分離領域
１０６：拡散領域
１１０：活性マトリックス
１１２：ゲート酸化膜
１１３：ゲートライン
１１４：スペーサ
１１６：第１絶縁膜
１１８：バッファ膜
１１８Ａ：バッファ
１２０：第１導電膜
１２０Ａ：下部電極
１２２：誘電体膜
１２２Ａ：キャパシタ薄膜
１２４：第２導電膜
１２４Ａ：上部電極
１２８：水素防止膜
１３０：第２絶縁膜
１３２、１３４、１３６：開口部
１４４Ａ：局部配線
１４４Ｂ：ビットライン
１５０：キャパシタ構造
１５２：パシベーション
【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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