JP2001351915A - Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film - Google Patents
Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin filmInfo
- Publication number
- JP2001351915A JP2001351915A JP2000169219A JP2000169219A JP2001351915A JP 2001351915 A JP2001351915 A JP 2001351915A JP 2000169219 A JP2000169219 A JP 2000169219A JP 2000169219 A JP2000169219 A JP 2000169219A JP 2001351915 A JP2001351915 A JP 2001351915A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- dielectric thin
- alcoholate
- tantalum
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 MOSデバイスのゲート絶縁膜として好適に
用いることのできる、高誘電率であり、かつ高印加電圧
耐性であってリーク電流を効果的に防止することのでき
る、新規な高誘電体絶縁薄膜を提供する。
【解決手段】 所定の温度に加熱された基板5上に、容
器3及び4中のタンタルアルコレート及びチタンアルコ
レートを、それぞれオイルバス12及び13で加熱気化
して、窒素ガス源14及び15からの窒素キャリアガス
とともに導入する。そして、酸素ガス源10からの酸素
ガスを石英管9に導入するとともに、マイクロ波発生装
置2で発生したマイクロ波を導入して前記酸素ガスをプ
ラズマ化して、基板5上に導入する。そして、基板5上
でこれらガスを反応させることによってTa1−XTi
XO混成誘電体薄膜(0<X<1)を作製する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel dielectric material which can be suitably used as a gate insulating film of a MOS device, has a high dielectric constant, a high applied voltage resistance, and can effectively prevent a leak current. To provide a high dielectric insulating thin film. SOLUTION: On a substrate 5 heated to a predetermined temperature, tantalum alcoholate and titanium alcoholate in containers 3 and 4 are heated and vaporized in oil baths 12 and 13, respectively. Together with the nitrogen carrier gas. Then, the oxygen gas from the oxygen gas source 10 is introduced into the quartz tube 9, and the microwave generated by the microwave generator 2 is introduced to convert the oxygen gas into plasma, which is then introduced onto the substrate 5. Then, by reacting these gases on the substrate 5, Ta 1-X Ti
An XO mixed dielectric thin film (0 <X <1) is prepared.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ta1−XTiX
O混成誘電体薄膜の製造方法及びTa1−XTiXO混
成誘電体薄膜に関し、さらに詳しくは、MOSデバイス
におけるゲート絶縁膜などとして好適に用いることので
きる、Ta1−XTiXO混成誘電体薄膜の製造方法及
びTa1−XTiXO混成誘電体薄膜に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Ta 1-X Ti X
It relates O hybrid preparation and Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric thin film of a dielectric thin film, and more particularly, can be suitably used as a gate insulating film in MOS devices, Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric a manufacturing method and a Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric thin body thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】MOSデバイスのゲート絶縁膜用の高誘
電率絶縁体材料として、現在、Ta2 O5が実用化され
つつある。また、TiO2、HfO2、ZrO2などの
金属酸化物も次世代MOSデバイス用ゲート絶縁膜材料
として研究されている。2. Description of the Related Art High dielectric constant for a gate insulating film of a MOS device.
Currently, Ta is used as an electric insulator material.2 O5Has been commercialized
It is getting. Also, TiO2, HfO2, ZrO2Such as
Metal oxide is also a gate insulating film material for next-generation MOS devices
It has been studied as
【0003】デバイスの微細化に伴うゲート絶縁膜の薄
膜化によって、このゲート絶縁膜にはより大きな高電界
が負荷されることとなる。そして、一般に高誘電率絶縁
材料からなる薄膜においては、誘電率と印加電圧耐性と
は反比例する傾向を有するため、この薄膜が蓄えること
のできる最大電荷量は薄膜に印加することのできる電圧
で決まってしまう。As the gate insulating film becomes thinner with the miniaturization of devices, a higher electric field is applied to the gate insulating film. In general, in a thin film made of a high dielectric constant insulating material, the permittivity and the applied voltage resistance tend to be inversely proportional. Therefore, the maximum amount of electric charge that can be stored in the thin film is determined by the voltage that can be applied to the thin film. Would.
【0004】例えば、SiO2に代わるTa2O5は、
その比誘電率εrは25程度であり、SiO2(εr=
3.9)の約6倍である。したがって、十分な印加電圧
耐性を付与してリーク電流を防止するためには、130
nmルールの次世代デバイスにおけるゲート絶縁膜に必
要なSiO2換算膜厚1.5nmにおいて、Ta2O5
は9.6nmの膜厚が必要となる。さらに、先の100
nm世代では、6.4nm、50nm世代では3.2n
mの膜厚が必要となる。したがって、ゲート絶縁膜にT
a2O5を用いた場合、リーク電流の防止を考慮すると
その厚さを大きくする必要が生じ、MOSデバイスの微
細化という要求に反することになる。For example, SiO2Ta in place of2O5Is
Its relative permittivity εrIs about 25 and SiO2(Εr=
3.9) is about 6 times. Therefore, sufficient applied voltage
In order to provide resistance and prevent leakage current, 130
required for the gate insulating film in next-generation devices with the nm rule.
Essential SiO2At an equivalent film thickness of 1.5 nm, Ta2O5
Requires a film thickness of 9.6 nm. In addition, the first 100
6.4 nm for the nm generation and 3.2 n for the 50 nm generation
m is required. Therefore, T
a2O5When using, consider the prevention of leakage current
It is necessary to increase the thickness, and the fineness of the MOS device
This is contrary to the demand for thinning.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、MOSデバ
イスのゲート絶縁膜として好適に用いることのできる、
高誘電率であり、かつ高印加電圧耐性であってリーク電
流を効果的に防止することのできる、新規な高誘電体絶
縁薄膜を提供することを目的とする。The present invention can be suitably used as a gate insulating film of a MOS device.
It is an object of the present invention to provide a novel high dielectric insulating thin film having a high dielectric constant, a high applied voltage resistance, and capable of effectively preventing a leak current.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、所定の温度に加熱された基板上に、タンタル
源、チタン源、及びマイクロ波励起された酸素ガスを供
給し、前記基板上にTa1−XTiXO混成誘電体膜
(0<X<1)(以下、略して、「TaTiO混成誘電
体薄膜」という場合がある)を形成することを特徴とす
る、Ta1−XTiXO混成誘電体薄膜の製造方法に関
する。In order to achieve the above object,
The present invention, on a substrate that is heated to a predetermined temperature, tantalum source, the titanium source, and supplies a microwave excited oxygen gas, Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric film (0 on the substrate <X <1) (hereinafter, abbreviated, referred to as "TaTiO hybrid dielectric thin film", characterized in that there) is formed, a method of manufacturing a Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric thin film.
【0007】本発明者らは、高誘電率かつ高印加電圧耐
性の新規な高誘電体絶縁薄膜を得るべく、鋭意検討を行
った。その結果、上記のようにタンタル源とチタン源と
を用い、これらをマイクロ波励起によってプラズマ活性
化された酸素と反応させることにより、上記要件を満足
するTaTiO混成誘電体薄膜が得られることが判明し
た。The present inventors have conducted intensive studies to obtain a novel high dielectric insulating thin film having a high dielectric constant and a high applied voltage resistance. As a result, it has been found that a TaTiO mixed dielectric thin film satisfying the above requirements can be obtained by using the tantalum source and the titanium source as described above and reacting them with plasma-activated oxygen by microwave excitation. did.
【0008】したがって、本発明の製造方法によって得
た上記TaTiO混成誘電体薄膜をMOSデバイスのゲ
ート絶縁膜として用いた場合において、ゲート絶縁膜を
薄化してMOSデバイスを小型化しても、十分高い印加
電圧耐性を有するためリーク電流を効果的に防止するこ
とができる。さらには、薄膜の高誘電率に起因して電荷
を大容量で蓄積することができるため、ゲート絶縁膜を
薄化した場合においてもゲート電極間に比較的大きな電
流を流すことができる。Therefore, when the TaTiO mixed dielectric thin film obtained by the manufacturing method of the present invention is used as a gate insulating film of a MOS device, a sufficiently high voltage is applied even if the gate insulating film is thinned and the MOS device is downsized. Leakage current can be effectively prevented because of having voltage resistance. Furthermore, since a large amount of charges can be accumulated due to the high dielectric constant of the thin film, a relatively large current can flow between the gate electrodes even when the gate insulating film is thinned.
【0009】なお、本発明によって形成したTaTiO
混成誘電体薄膜が高い誘電率を有するにもかかわらず、
高い印加電圧耐性を有する理由については、TiO2結
晶粒界の境界にTa2O5が混入し、電子の伝導パスが
低減されたためと考えられる。The TaTiO formed according to the present invention
Despite the high dielectric constant of the hybrid dielectric thin film,
It is considered that the reason for the high applied voltage resistance is that Ta 2 O 5 is mixed into the boundary of the TiO 2 crystal grain boundary, and the electron conduction path is reduced.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。本発明の製造方法において
は、タンタル源、チタン源、及びマイクロ波励起された
酸素を用いる。タンタル源の種類については、チタン源
中のチタン及びマイクロ波励起されることによってプラ
ズマ活性化された酸素と反応して、上記TaTiO混成
誘電体薄膜を形成することができれば、特には限定され
ない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the present invention. In the production method of the present invention, a tantalum source, a titanium source, and microwave-excited oxygen are used. The type of the tantalum source is not particularly limited as long as it can react with the titanium in the titanium source and oxygen activated by plasma excitation by microwave excitation to form the TaTiO mixed dielectric thin film.
【0011】しかしながら、加熱した所定の基板上で容
易に分解し、前記チタン及び酸素と容易に反応してTa
TiO混成誘電体薄膜を形成できることから、タンタル
アルコレートを用いることが好ましい。このタンタルア
ルコレートは常温では液体であるため、所定の温度まで
加熱する、あるいは窒素ガスなどによってバブリングす
る、さらにはこれらを併用することなどによって気化さ
せ、気体状のタンタルアルコレートを基板上に供給す
る。However, it is easily decomposed on a predetermined heated substrate and easily reacts with the titanium and oxygen to form Ta.
Tantalum alcoholate is preferably used because a TiO mixed dielectric thin film can be formed. Since this tantalum alcoholate is liquid at room temperature, it is vaporized by heating to a predetermined temperature, bubbling with nitrogen gas, etc., or by using them together, and supplying gaseous tantalum alcoholate onto the substrate. I do.
【0012】このようなタンタルアルコレートとして、
ペンタエトキシタンタル、ペンタメトキシタンタル、ペ
ンタプロポキシタンタル及びペンタブトキシタンタルの
少なくとも1種を用いることができる。これらのアルコ
レートは容易に分解及び気化することができるととも
に、比較的入手し易いため、好ましく用いることができ
る。As such a tantalum alcoholate,
At least one of pentaethoxy tantalum, pentamethoxy tantalum, pentapropoxy tantalum and pentabutoxy tantalum can be used. These alcoholates can be easily used because they can be easily decomposed and vaporized and are relatively easily available.
【0013】同様に、チタン源についても、タンタル源
中のタンタル及びマイクロ波励起されることによってプ
ラズマ活性化された酸素と反応して、上記TaTiO混
成誘電体薄膜を形成することができれば、特には限定さ
れない。しかしながら、加熱した所定の基板上で容易に
分解し、前記タンタル及び酸素と容易に反応してTaT
iO混成誘電体薄膜を形成できることから、チタンアル
コレートを用いることが好ましい。このチタンアルコレ
ートについても常温では液体であるため、所定の温度ま
で加熱する、あるいは窒素ガスなどによってバブリング
する、さらにはこれらを併用することなどによって気化
させ、気体状のチタンアルコレートを基板上に供給す
る。Similarly, if the titanium source can react with tantalum in the tantalum source and oxygen activated by plasma by being excited by microwaves to form the TaTiO mixed dielectric thin film, it is particularly preferable. Not limited. However, it is easily decomposed on a predetermined heated substrate, and easily reacts with the tantalum and oxygen to form TaT.
Titanium alcoholate is preferably used because an iO mixed dielectric thin film can be formed. Since this titanium alcoholate is also liquid at normal temperature, it is vaporized by heating to a predetermined temperature or bubbling with a nitrogen gas or the like, or by using them in combination, so that the gaseous titanium alcoholate is deposited on the substrate. Supply.
【0014】このようなチタンアルコレートとしては、
テトライソプロポキシチタン、テトラメトキシチタン、
テトラプロポキシチタン及びテトラブトキシチタンの少
なくとも1種を用いることができる。これらのアルコレ
ートは容易に分解及び気化することができるとともに、
比較的入手し易いため、好ましく用いることができる。As such a titanium alcoholate,
Tetraisopropoxy titanium, tetramethoxy titanium,
At least one of tetrapropoxy titanium and tetrabutoxy titanium can be used. These alcoholates can be easily decomposed and vaporized,
Since it is relatively easily available, it can be preferably used.
【0015】また、TaTiO混成誘電体薄膜を形成す
べき基板は、上述したようなタンタル源及びチタン源を
分解するとともに、分解して得たタンタル及びチタンと
マイクロ波励起によってプラズマ活性化された酸素とを
反応させて、前記TaTiO混成誘電体薄膜を形成すべ
く、所定の温度まで加熱することが必要である。具体的
には、200〜800℃に加熱することが好ましく、上
記のようなタンタルアルコレート及びチタンアルコレー
トを用いる場合は300〜600℃に加熱することが好
ましい。Further, the substrate on which the TaTiO mixed dielectric thin film is to be formed is to decompose the above-mentioned tantalum source and titanium source, and to obtain the tantalum and titanium obtained by decomposition and oxygen activated by plasma excitation by microwave excitation. To form a TaTiO mixed dielectric thin film, it is necessary to heat to a predetermined temperature. Specifically, it is preferable to heat to 200 to 800 ° C, and it is preferable to heat to 300 to 600 ° C when tantalum alcoholate and titanium alcoholate as described above are used.
【0016】以下、本発明の製造方法における具体的な
操作手順について説明する。図1は、本発明の製造方法
に用いる薄膜製造装置の一例である。図1に示す薄膜製
造装置は、真空槽1と、マイクロ波発生装置2と、タン
タル源であるタンタルアルコレートを入れた容器3と、
チタン源であるチタンアルコレートを入れた容器4とを
具えている。Hereinafter, a specific operation procedure in the manufacturing method of the present invention will be described. FIG. 1 is an example of a thin film manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention. The thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a vacuum chamber 1, a microwave generator 2, a container 3 containing a tantalum alcohol as a tantalum source,
A container 4 containing titanium alcoholate as a titanium source.
【0017】真空槽1内には、TaTiO混成誘電体薄
膜を形成すべき基板5が、加熱ホルダー6で保持される
ようにして設置されている。そして、この加熱ホルダー
6によって基板5は所定の温度まで加熱されるようにな
っている。また、真空槽1には、バルブ7を介して真空
ポンプ8が接続されており、TaTiO混成誘電体薄膜
の形成に先だって、真空層1内を所定の圧力(真空度)
まで排気できるように構成されている。In the vacuum chamber 1, a substrate 5 on which a TaTiO mixed dielectric thin film is to be formed is placed so as to be held by a heating holder 6. The substrate 5 is heated to a predetermined temperature by the heating holder 6. Further, a vacuum pump 8 is connected to the vacuum chamber 1 via a valve 7, and a predetermined pressure (degree of vacuum) is applied to the inside of the vacuum layer 1 prior to the formation of the TaTiO mixed dielectric thin film.
It is configured to be able to exhaust up to.
【0018】マイクロ波発生装置2は石英管9を介して
真空槽1に接続されている。そして、石英管9にマイク
ロ波を導入することにより、酸素ガス源10からの酸素
ガスを励起する。そして、この励起された酸素ガスを真
空槽1内の基板5上に供給する。The microwave generator 2 is connected to the vacuum chamber 1 via a quartz tube 9. Then, the microwave is introduced into the quartz tube 9 to excite the oxygen gas from the oxygen gas source 10. Then, the excited oxygen gas is supplied onto the substrate 5 in the vacuum chamber 1.
【0019】容器3及び4は、それぞれオイルバス12
及び13中に設置にされ、タンタルアルコレートなどを
所定の温度に加熱して気化できるようになっている。さ
らに、容器3及び4には、窒素ガス源14及び15から
窒素ガスを導入し、バブリングにより上記タンタルアル
コレートなどの気化の度合いを調節できるように構成さ
れている。この窒素ガスはバブリングの他に気化したタ
ンタルアルコレートなどのキャリアガスの役割をも果た
す。気化したタンタルアルコレートなどは、これらが凝
縮して液化するのを防止すべく、ヒータ16が設けられ
た配管中を通って真空槽1内に導かれ、基板5上に供給
される。Containers 3 and 4 are each provided with an oil bath 12.
And 13 so that tantalum alcoholate or the like can be heated to a predetermined temperature and vaporized. Furthermore, nitrogen gas is introduced into the containers 3 and 4 from the nitrogen gas sources 14 and 15, and the degree of vaporization of the tantalum alcoholate or the like can be adjusted by bubbling. This nitrogen gas also serves as a carrier gas such as vaporized tantalum alcoholate in addition to bubbling. The vaporized tantalum alcoholate or the like is guided into the vacuum chamber 1 through a pipe provided with the heater 16 and supplied onto the substrate 5 in order to prevent the vaporized tantalum alcoholate from condensing and liquefying.
【0020】基板5は予め所定の温度に加熱されている
ため、上記のようにして供給されたタンタルアルコレー
トなどが基板上で分解するとともにプラズマ活性化され
た酸素と反応することによって、本発明の目的である高
誘電率かつ高印加電圧耐性のTaTiO混成誘電体薄膜
を形成することができる。Since the substrate 5 is preheated to a predetermined temperature, the tantalum alcoholate and the like supplied as described above decompose on the substrate and react with the plasma-activated oxygen, thereby achieving the present invention. It is possible to form a TaTiO mixed dielectric thin film having a high dielectric constant and a high applied voltage resistance, which is the object of the present invention.
【0021】このようにして得ることのできるTaTi
O混成誘電体薄膜は、以下の実施例においても明らかな
ように、厚さ30〜60nmにおいて、比誘電率が35
〜55となり、Si基板/TaTiO混成誘電体薄膜3
0〜60nm/Al電極200nmのMOS構造におい
て、1A/cm2以下(単位膜厚当たり0.25MV/
cmの電圧印加時)のリーク電流を示す。さらに、本発
明の製造方法によれば、厚さ30〜60nmにおいて、
比誘電率が35〜55、上記同様のMOS構造におい
て、0.1A/cm2以下(単位膜厚当たり0.25M
V/cmの電圧印加時)のリーク電流を有するTaTi
O混成誘電体薄膜を得ることができる。The TaTi thus obtained can be obtained.
As is apparent from the following examples, the O-hybridized dielectric thin film has a relative dielectric constant of 35 at a thickness of 30 to 60 nm.
~ 55, Si substrate / TaTiO hybrid dielectric thin film 3
In a MOS structure of 0 to 60 nm / 200 nm Al electrode, 1 A / cm 2 or less (0.25 MV /
(when a voltage of 1 cm is applied). Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, when the thickness is 30 to 60 nm,
In a MOS structure having a relative dielectric constant of 35 to 55 and similar to the above, 0.1 A / cm 2 or less (0.25 M / unit thickness)
TaTi having a leakage current (when a voltage of V / cm is applied)
An O mixed dielectric thin film can be obtained.
【0022】[0022]
【実施例】本発明の具体例を以下の実施例において示
す。本実施例においては、基板としてSi基板を用い、
タンタル源としてペンタエトキシタンタルを用い、チタ
ン源としてテトライソプロポキシチタンを用いた。ま
た、TaTiO混成誘電体薄膜の形成は、図1に示す装
置を用いて実施した。EXAMPLES Specific examples of the present invention are shown in the following examples. In this embodiment, a Si substrate is used as the substrate,
Pentaethoxytantalum was used as a tantalum source, and tetraisopropoxytitanium was used as a titanium source. The formation of the TaTiO mixed dielectric thin film was performed using the apparatus shown in FIG.
【0023】真空槽1は、バルブ7を介して真空ポンプ
8により8×10―4Paに真空排気した。Si基板1
は、真空槽1内の加熱ホルダー6に設置し、400〜4
50℃に加熱した。そして、ペンタエトキシタンタル及
びテトライソプロポキシチタンは、それぞれ容器3及び
4中に入れるとともに、これら容器をオイルバス12及
び13中に入れて、それぞれ10〜140℃及び50〜
65℃に保温した。The vacuum chamber 1 was evacuated to 8 × 10 −4 Pa by a vacuum pump 8 through a valve 7. Si substrate 1
Are set on the heating holder 6 in the vacuum chamber 1 and 400 to 4
Heated to 50 ° C. Then, pentaethoxytantalum and tetraisopropoxytitanium are put in containers 3 and 4, respectively, and these containers are put in oil baths 12 and 13, respectively.
It was kept at 65 ° C.
【0024】次いで、窒素ガス源14及び15から容器
3及び4中に窒素ガスを導入し、この窒素ガスの流量を
15〜80cc/minの範囲内で変化させることによ
り、基板5へ供給するペンタエトキシタンタル及びテト
ライソプロポキシチタンの量を変化させた。次いで、酸
素ガス源10から酸素ガスを200cc/minで導入
し、石英管9にマイクロ波発生装置2から200Wのマ
イクロ波を導入することによりプラズマ化するととも
に、このプラズマ化した酸素ガスを基板5へ供給した。Next, a nitrogen gas is introduced into the containers 3 and 4 from the nitrogen gas sources 14 and 15, and the flow rate of the nitrogen gas is changed within a range of 15 to 80 cc / min to supply the pentagon to the substrate 5. The amounts of ethoxy tantalum and tetraisopropoxy titanium were varied. Next, oxygen gas is introduced at 200 cc / min from the oxygen gas source 10, and 200 W microwaves are introduced from the microwave generator 2 into the quartz tube 9, thereby turning the plasma into plasma. Supplied to
【0025】そして、基板5上で3〜6分間反応させる
ことにより、厚さ30〜60nmのTaTiO混成誘電
体薄膜を形成した。なお、反応中はバルブ7の開度を適
宜に調節して、真空槽1内の圧力が133Paとなるよ
うにした。Then, by reacting on the substrate 5 for 3 to 6 minutes, a TaTiO mixed dielectric thin film having a thickness of 30 to 60 nm was formed. During the reaction, the opening degree of the valve 7 was appropriately adjusted so that the pressure in the vacuum chamber 1 was 133 Pa.
【0026】得られたTaTiO混成誘電体薄膜のTa
及びTiの組成比はTa2O5及びTiO2それぞれの
成長速度から見積もり、流量調節バルブ17及び18に
より制御した。また、TaTiO混成誘電体薄膜上にA
l薄膜を厚さ200nmに形成してMOS構造を作製
し、リーク電流を調べた。さらに、比誘電率εrを容量
−電圧特性によって調べた。Ta of the obtained TaTiO mixed dielectric thin film
The composition ratio of Ti and Ti was estimated from the respective growth rates of Ta 2 O 5 and TiO 2 , and was controlled by the flow control valves 17 and 18. Also, A on the TaTiO mixed dielectric thin film
A thin film was formed to a thickness of 200 nm to form a MOS structure, and the leakage current was examined. Further, the relative permittivity ε r was examined by capacitance-voltage characteristics.
【0027】これら測定した比誘電率εr及びリーク電
流の大きさを、Ta及びTiの組成比をパラメータとし
て図2にグラフとして示した。なお、図2におけるリー
ク電流は単位膜厚当たりの電圧値が0.25MV/cm
となるような大きさの電圧を印加することにより実施し
た。図2から明らかなように、本発明の製造方法にした
がって製造したTaTiO混成誘電体薄膜は、その組成
全域に亘って35〜55の高い比誘電率εrを示すとと
もに、1A/cm2以下の低いリーク電流値であること
が分かる。そして、Taを10〜20原子%含むことに
より、リーク電流は約0.1A/cm2以下と極めて低
くなることが分かる。FIG. 2 is a graph showing the relative permittivity ε r and the magnitude of the leak current measured using the composition ratio of Ta and Ti as parameters. The leak current in FIG. 2 has a voltage value per unit film thickness of 0.25 MV / cm.
This was performed by applying a voltage having a magnitude such that As apparent from FIG. 2, the TaTiO mixed dielectric thin film manufactured according to the manufacturing method of the present invention has a high relative dielectric constant ε r of 35 to 55 over the entire composition range thereof and has a dielectric constant of 1 A / cm 2 or less. It can be seen that the leakage current value is low. Further, it can be seen that when Ta is contained in an amount of 10 to 20 atomic%, the leak current is extremely low at about 0.1 A / cm 2 or less.
【0028】図3は、厚さ42〜58nmのTaTiO
混成誘電体薄膜を用いた上記MOS構造において、ゲー
ト電圧値を変化させた場合のリーク電流値変化を示した
ものである。図3から明らかなように、本発明の製造方
法により作製したTaTiO混成誘電体薄膜は、印加し
たゲート電圧のほぼ全域においてTa2O5よりも、約
1桁低いリーク電圧値を示す。FIG. 3 shows a TaTiO layer having a thickness of 42 to 58 nm.
In the MOS structure using the hybrid dielectric thin film, a change in a leakage current value when a gate voltage value is changed is shown. As is clear from FIG. 3, the TaTiO mixed dielectric thin film manufactured by the manufacturing method of the present invention shows a leak voltage value that is approximately one digit lower than that of Ta 2 O 5 over almost the entire range of the applied gate voltage.
【0029】したがって、図2及び3から明らかなよう
に、本発明の製造方法にしたがって作製したTaTiO
混成誘電体薄膜は、Ta2O5よりも高い比誘電率εr
を有するとともに、約1桁低いリーク電流値を有するこ
とが分かる。このため、上記TaTiO混成誘電体薄膜
をMOSデバイスのゲート絶縁膜として用いることによ
り、リーク電流値を低く維持したままでデバイスの微細
化を達成することができる。Therefore, as is apparent from FIGS. 2 and 3, TaTiO manufactured according to the manufacturing method of the present invention is used.
The hybrid dielectric thin film has a higher relative dielectric constant ε r than Ta 2 O 5.
It can be seen that the leakage current value is lower by about one digit. Therefore, by using the TaTiO mixed dielectric thin film as a gate insulating film of a MOS device, miniaturization of the device can be achieved while maintaining a low leak current value.
【0030】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and the present invention is not limited thereto. All modifications and changes are possible.
【0031】例えば、上記においては、基板を加熱する
ことによってTaTiO混成誘電体薄膜を形成している
が、基板加熱の代わりに基板上にプラズマを導入して、
タンタルアルコレートなどを分解するとともにプラズマ
励起された酸素と反応させることによって、形成するこ
ともできる。For example, in the above, the TaTiO mixed dielectric thin film is formed by heating the substrate, but instead of heating the substrate, plasma is introduced onto the substrate,
It can also be formed by decomposing tantalum alcoholate and reacting with oxygen excited by plasma.
【0032】また、上記製造方法は、ハフニウム源及び
ジルコニウム源などを適宜に選択することにより、ハフ
ニウムやジルコニウムなどの金属を含有してなる誘電体
薄膜を形成することができる。これによって、さらなる
高誘電率かつ高印加電圧耐性の誘電体薄膜を提供するこ
とができる。In the above manufacturing method, a dielectric thin film containing a metal such as hafnium or zirconium can be formed by appropriately selecting a hafnium source and a zirconium source. As a result, a dielectric thin film having a higher dielectric constant and a higher applied voltage resistance can be provided.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、MOSデバイスにおいてSiO2に代えて実
用化されつつあるTa2O5よりも、比誘電率εrが高
く、高印加電圧耐性によってリーク電流の低いTa
1−XTiXO混成誘電体薄膜(0<X<1)を作製す
ることができる。したがって、この薄膜をゲート絶縁膜
に用いることにより、次世代デバイスの要求に答えてデ
バイスを微細化した場合においても、リーク電流を効果
的に防止することができる。さらには、上記薄膜の高誘
電率に起因して電荷を大容量で蓄積することができるた
め、デバイスの微細化により上記薄膜からなるゲート絶
縁膜を薄化した場合においてもゲート電極間に比較的大
きな電流を流すことができる。As described in the foregoing, according to the production method of the present invention, than Ta 2 O 5 which is being put to practical use in place of the SiO 2 in the MOS devices, high dielectric constant epsilon r, high applied Ta with low leakage current due to voltage tolerance
1-X Ti X O hybrid dielectric thin film (0 <X <1) can be produced. Therefore, by using this thin film as the gate insulating film, it is possible to effectively prevent the leakage current even when the device is miniaturized in response to the demand for the next-generation device. Further, since the electric charge can be accumulated in a large capacity due to the high dielectric constant of the thin film, even if the gate insulating film made of the thin film is thinned by miniaturization of the device, the space between the gate electrodes is relatively small. A large current can flow.
【図1】 本発明の製造方法において用いることのでき
る薄膜製造装置の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a thin film manufacturing apparatus that can be used in the manufacturing method of the present invention.
【図2】 本発明の製造方法によって得られたTa
1−XTiXO混成誘電体薄膜(0<X<1)の比誘電
率εr及びリーク電流値を示すグラフである。FIG. 2 shows Ta obtained by the production method of the present invention.
1-X Ti X O hybrid dielectric thin film is a graph showing the relative dielectric constant epsilon r and the leak current value (0 <X <1).
【図3】 本発明の製造方法によって得られたTa
1−XTiXO混成誘電体薄膜(0<X<1)における
リーク電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。FIG. 3 shows Ta obtained by the production method of the present invention.
4 is a graph showing the gate voltage dependence of the leakage current in a 1-X Ti X O hybrid dielectric thin film (0 <X <1).
1 真空槽 2 マイクロ波発生装置 3、4 容器 5 基板 6 加熱ホルダー 7 バルブ 8 真空ポンプ 9 石英管 10 酸素ガス源 11、14、15 窒素ガス源 12、13 オイルバス 16 ヒータ 17、18 流量調節バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum tank 2 Microwave generator 3, 4 Container 5 Substrate 6 Heating holder 7 Valve 8 Vacuum pump 9 Quartz tube 10 Oxygen gas source 11, 14, 15 Nitrogen gas source 12, 13 Oil bath 16 Heater 17, 18 Flow control valve
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01B 3/12 304 H01B 3/12 304 312 312 H01L 29/78 H01L 29/78 301G 301F (72)発明者 池田 浩也 愛知県名古屋市天白区植田山1−1312 E ASTHILLS 103 Fターム(参考) 4G048 AA03 AB01 AC02 AD02 AE08 4K030 AA11 AA24 BA17 BA18 BA42 FA10 JA10 LA01 LA15 5F040 DA00 DA19 ED03 FC00 5F058 BA20 BC03 BD05 BF06 BF08 BF27 BF29 BJ01 5G303 AA07 AB01 AB06 AB20 BA03 CA01 CB33 CB35 DA01 DA06Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01B 3/12 304 H01B 3/12 304 312 312 H01L 29/78 H01L 29/78 301G 301F (72) Inventor Hiroya Ikeda Aichi 1-1312 Uedayama, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Japan AB01 AB06 AB20 BA03 CA01 CB33 CB35 DA01 DA06
Claims (11)
タル源、チタン源、及びマイクロ波励起された酸素ガス
を供給し、前記基板上にTa1−XTiXO混成誘電体
膜(0<X<1)を形成することを特徴とする、Ta
1−XTiXO混成誘電体薄膜の製造方法。1. A tantalum source, a titanium source, and a microwave-excited oxygen gas are supplied to a substrate heated to a predetermined temperature, and a Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric film ( 0 <X <1), wherein Ta
1-X Ti X O hybrid method for manufacturing a dielectric thin film.
であり、このタンタルアルコレートを気化させることに
よって前記基板上に供給するようにしたことを特徴とす
る、請求項1に記載のTa1−XTiXO混成誘電体薄
膜の製造方法。2. The Ta 1-X Ti according to claim 1, wherein the tantalum source is tantalum alcoholate, and the tantalum alcoholate is supplied onto the substrate by vaporizing the tantalum alcoholate. A method for producing an XO mixed dielectric thin film.
トキシタンタル、ペンタメトキシタンタル、ペンタプロ
ポキシタンタル及びペンタブトキシタンタルから選ばれ
る少なくとも1種であることを特徴とする、請求項2に
記載のTa1−X TiXO混成誘電体薄膜の製造方法。3. The tantalum alcoholate according to claim 1, wherein
Toxitantalum, Pentamethoxytantalum, Pentapro
Selected from Poxytantalum and Pentaboxytantalum
3. The method according to claim 2, wherein the at least one kind is
Ta described1-X TiXA method for producing an O-hybrid dielectric thin film.
り、このチタンアルコレートを気化させることによって
前記基板上に供給するようにしたことを特徴とする、請
求項1又は2に記載のTa1−XTiXO混成誘電体薄
膜の製造方法。4. The Ta 1-1 according to claim 1, wherein the titanium source is titanium alcoholate, and the titanium alcoholate is supplied onto the substrate by vaporizing the titanium alcoholate. A method for producing an X Ti X O hybrid dielectric thin film.
プロポキシチタン、テトラメトキシチタン、テトラプロ
ポキシチタン及びテトラブトキシチタンから選ばれる少
なくとも1種であることを特徴とする、請求項4に記載
のTa1−XTiXO混成誘電体薄膜の製造方法。Wherein said titanium alcoholate, characterized in that at least one selected tetraisopropoxytitanium, tetramethoxy titanium, tetrapropoxytitanium and tetrabutoxytitanium, according to claim 4 Ta 1- A method for producing an X Ti X O hybrid dielectric thin film.
ことを特徴とする、請求項2〜5のいずれか一に記載の
Ta1−XTiXO混成誘電体薄膜の製造方法。6. characterized by heating the substrate to 200 to 800 ° C., the manufacturing method of the Ta 1-X Ti X O hybrid dielectric thin film according to any one of claims 2-5.
で製造されたことを特徴とする、MOSデバイスのゲー
ト絶縁膜用Ta1−XTiXO混成誘電体薄膜。7. A Ta 1-X Ti X O mixed dielectric thin film for a gate insulating film of a MOS device, which is manufactured by the method according to claim 1.
で製造されたTa1−X TiXO混成誘電体薄膜をゲー
ト絶縁膜として用いたことを特徴とする、MOSデバイ
ス。8. The method according to claim 1, wherein:
Ta manufactured by1-X TiXO mixed dielectric thin film
MOS device characterized in that it is used as a gate insulating film.
Su.
35〜55であり、前記厚さにおいてMOS構造を構成
した場合のリーク電流が1A/cm2以下であることを
特徴とする、Ta1−XTiXO混成誘電体薄膜。9. A Ta 1 having a relative permittivity of 35 to 55 at a thickness of 30 to 60 nm and a leak current of 1 A / cm 2 or less when a MOS structure is formed at the thickness. -X Ti X O hybrid dielectric thin film.
が35〜55であり、前記厚さにおいてMOS構造を構
成した場合のリーク電流が1A/cm2以下であること
を特徴とする、MOSデバイスのゲート絶縁膜用Ta
1−XTiXO混成誘電体薄膜。10. A MOS device having a relative dielectric constant of 35 to 55 at a thickness of 30 to 60 nm and a leakage current of 1 A / cm 2 or less when a MOS structure is formed at the thickness. Ta for gate insulating film
1-X Ti X O hybrid dielectric thin film.
が35〜55であり、前記厚さにおいてMOS構造を構
成した場合のリーク電流が1A/cm2以下であるTa
1−XTiXO混成誘電体薄膜をゲート絶縁膜として具
えることを特徴とする、MOSデバイス。11. Ta having a relative dielectric constant of 35 to 55 at a thickness of 30 to 60 nm and a leakage current of 1 A / cm 2 or less when a MOS structure is formed at the thickness.
Characterized in that it comprises the 1-X Ti X O hybrid dielectric thin film as a gate insulating film, MOS devices.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000169219A JP2001351915A (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000169219A JP2001351915A (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001351915A true JP2001351915A (en) | 2001-12-21 |
Family
ID=18672107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000169219A Pending JP2001351915A (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001351915A (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7132621B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-07 | Dana Corporation | Plasma catalyst |
| US7189940B2 (en) | 2002-12-04 | 2007-03-13 | Btu International Inc. | Plasma-assisted melting |
| US7432470B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-07 | Btu International, Inc. | Surface cleaning and sterilization |
| US7445817B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-11-04 | Btu International Inc. | Plasma-assisted formation of carbon structures |
| US7465362B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-12-16 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted nitrogen surface-treatment |
| US7494904B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-02-24 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted doping |
| US7497922B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted gas production |
| US7498066B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International Inc. | Plasma-assisted enhanced coating |
| US7560657B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-07-14 | Btu International Inc. | Plasma-assisted processing in a manufacturing line |
| US7638727B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-12-29 | Btu International Inc. | Plasma-assisted heat treatment |
-
2000
- 2000-06-06 JP JP2000169219A patent/JP2001351915A/en active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7445817B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-11-04 | Btu International Inc. | Plasma-assisted formation of carbon structures |
| US7498066B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International Inc. | Plasma-assisted enhanced coating |
| US7214280B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-05-08 | Btu International Inc. | Plasma-assisted decrystallization |
| US7227097B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-06-05 | Btu International, Inc. | Plasma generation and processing with multiple radiation sources |
| US7309843B2 (en) | 2002-05-08 | 2007-12-18 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted joining |
| US7432470B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-07 | Btu International, Inc. | Surface cleaning and sterilization |
| US7638727B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-12-29 | Btu International Inc. | Plasma-assisted heat treatment |
| US7494904B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-02-24 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted doping |
| US7132621B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-07 | Dana Corporation | Plasma catalyst |
| US7497922B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-03-03 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted gas production |
| US7465362B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-12-16 | Btu International, Inc. | Plasma-assisted nitrogen surface-treatment |
| US7560657B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-07-14 | Btu International Inc. | Plasma-assisted processing in a manufacturing line |
| US7592564B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-09-22 | Btu International Inc. | Plasma generation and processing with multiple radiation sources |
| US7608798B2 (en) | 2002-05-08 | 2009-10-27 | Btu International Inc. | Plasma catalyst |
| US7189940B2 (en) | 2002-12-04 | 2007-03-13 | Btu International Inc. | Plasma-assisted melting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR960004462B1 (en) | Process for producing memory capacitor in semiconductor device | |
| TW477027B (en) | A method and apparatus for integrating a metal nitride film in a semiconductor device | |
| US20050051828A1 (en) | Methods of forming metal thin films, lanthanum oxide films, and high dielectric films for semiconductor devices using atomic layer deposition | |
| US20050077519A1 (en) | Lanthanide oxide/zirconium oxide atomic layer deposited nanolaminate gate dielectrics | |
| US7772132B2 (en) | Method for forming tetragonal zirconium oxide layer and method for fabricating capacitor having the same | |
| EP1391429A1 (en) | Bismuth titanium silicon oxide, bismuth titanium silicon oxide thin film, and method for forming the thin film | |
| WO2001049896A1 (en) | Methods of forming a high k dielectric layer and a capacitor | |
| JPH05267567A (en) | Semiconductor film formation method | |
| WO2007058120A1 (en) | Process for producing semiconductor device and substrate treatment apparatus | |
| KR20080005656A (en) | Metal oxide formation method and apparatus for performing the same | |
| JP2005159271A (en) | Capacitor and manufacturing method thereof | |
| US6235649B1 (en) | Method of forming high dielectric constant thin film and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2001351915A (en) | Method of manufacturing Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film and Ta1-XTiXO hybrid dielectric thin film | |
| US7499259B2 (en) | Capacitor with hafnium, lanthanum and oxygen mixed dielectric and method for fabricating the same | |
| CN100514606C (en) | Method for fabricating capacitor in semiconductor device | |
| CN100547795C (en) | Capacitor with nanocomposite dielectric layer and method of making same | |
| KR20020042228A (en) | Formation system and method for Sr-Ta-O thin films | |
| JP2003133310A (en) | Method of forming ferroelectric PZT coating | |
| US6640403B2 (en) | Method for forming a dielectric-constant-enchanced capacitor | |
| US8586430B2 (en) | Method of forming dielectric film and capacitor manufacturing method using the same | |
| US20040175905A1 (en) | Method of forming thin film using atomic layer deposition | |
| TW507299B (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| WO2006085427A1 (en) | Method for manufacturing capacitor, method for manufacturing semiconductor device and apparatus for manufacturing semiconductor device | |
| KR100631950B1 (en) | Capacitor Formation Method of Semiconductor Device | |
| JPH05275646A (en) | High dielectric constant material and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040520 |
|
| A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20041116 |