4.3.1 評価用キャパシタ形成方法
Ta2O5膜はULVAC 社製ME58-0144スパッター装置にて Taターゲット（純度
99.99 %）を Ar / O2（10 ％）混合ガスによる反応性スパッター法により形成し
た。Ar / O2混合ガスの全圧は0.67 Pa（5×10-3 torr）、RFパワーは300 Wで行っ た。成長速度は1.0 nm / 分であった。図4-1記載のように、以下の4種のプレー ナ構造(a)～(d)のキャパシタを0.03 Ωcm以下のシリコン基板上に形成した。上部 電極としてはリンドープ多結晶シリコン、もしくは、タングステンが用いられた。
キャパシタ構造（ a ）：シリコンとTa2O5の耐熱評価用 多結晶シリコン/Ta2O5/SiO2/多結晶シリコン
キャパシタ構造（ b ）：SIS構造
多結晶シリコン/SiO2/Ta2O5/SiO2 /多結晶シリコン
多結晶シリコン/Si3N4/Ta2O5/SiO2/多結晶シリコン キャパシタ構造（ c ）：MIS構造
タングステン/Ta2O5/SiO2/多結晶シリコン キャパシタ構造（ d ）：MIM構造
タングステン/Ta2O5/タングステン
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Ta2O5膜の下層のSiO2膜はTa2O5膜のスパッターによる成長前に多結晶シリコ ンがAr / O2プラズマに晒されて成長する〔1〕、〔3〕。SiO2膜の膜厚は約2 nmと 見積もれる。構造( a )、( b )、( c )において、多結晶シリコン下層電極上にTa2O5
膜を形成した後に、2，3 章で述べたウィークスポット酸化結晶化工程（乾燥酸 素熱処理、800 ℃、30 分間）を行った〔3〕。このウィークスポット酸化結晶化 工程の後、構造( a )では、上部電極となる多結晶シリコンを625 ℃で成膜した。
成膜中にリンをドープすることにより、抵抗率は0,1 Ω以下となる。構造( a )の
図4-1 評価に用いたキャパシタの断面構造模式図
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キャパシタを 625 ℃以上の耐熱性評価に用いた。構造( b )では、Ta2O5膜上に3 nmのSi3N4膜、あるいは、4 nmのSiO2膜を形成した後、多結晶シリコン上部電 極を形成した。多結晶シリコンはSiH4を用いた減圧 CVD法により 625 ℃で形 成した後、875 ℃でリン拡散を行った。従来のDRAMプロセスで使用されてい る標準的工程を用いた。構造( c )では、多結晶シリコン下部電極上にTa2O5を形 成した後、タングステン電極をスパッター法により形成した。それぞれの下部電 極となる多結晶シリコンは、成膜後に高濃度の燐がドープされている。構造( d ) では、タングステン電極上にTa2O5膜を形成した後、上部電極となるタングステ ンをスパッターにより形成した。
4.3.2 熱的安定性、信頼性、膜厚評価方法
1）熱安定性評価
それぞれのキャパシタ構造を作成した後、窒素雰囲気において30分間の
熱処理を600，800，1000 ℃で行った後、絶縁耐圧を評価することで、Ta2O5膜
と電極との熱安定性を評価した。Ta2O5膜と電極の反応を最も容易に評価する方 法は、熱処理後のキャパシタのリーク電流の増加を評価することである。また、
化学反応の有無は光電子分光法によって解析できる。リーク電流の測定は真空 中で測定可能なプローバにより、 0.1 V/秒のランプ速度によるランプ測定方法 により行った。容量は100 KHzの容量メータにより蓄積領域において測定した。
2）信頼性評価
TDDB測定は構造( b )、構造( c )については櫛形多結晶シリコン下部電極上の キャパシタについて行った。また。構造( d )では、平面型キャパシタについて行 った。TDDB測定では。一定電圧を印加し、リーク電流が閾値を超えて増大した 時点を絶縁破壊と判定し、絶縁破壊寿命としている。
3）膜厚評価
本研究では、極薄のTa2O5、Si3N4、SiO2が研究対象であり、それぞれの膜厚を 正確に測定することは難しいが、それぞれの成膜プロセスにダミーウエハを用 いて、エリプソメトリーにより、相対的な膜厚を評価するとともに、絶対膜厚を 断面TEMにより評価した。
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4.4 低消費電力高集積DRAMに適用可能な Ta2O5膜を有するキャパシタの