CVD-Ta 2 O 5 容量絶縁膜形成方法

2.3.2節において、CVDによるTa2O5膜形成方法について示した。本節では、

CVD-Ta2O5膜を形成後の熱処理方法、および、評価方法について示す。

5.2.1 UV-O3処理装置

図5-3はUV-O3，UV-O2，O3処理に用いた装置の模式図である。酸素ガスをオ ゾン生成器に導入し、9体積％濃度のオゾン／酸素混合ガスが生成される。この オゾンガスを熱処理室に導入し、紫外線が照射しながら熱処理を大気圧で行っ た。紫外線は水銀ランプであり、主に185，254 nmの紫外線を発生する。Ta₂O5

膜が形成された基板は 300 ℃に加熱した。基板上の光強度は100 mW / cm²であ る。オゾンは紫外線により励起され、活性な酸素原子が発生する。この装置は

図5-2 酸素欠陥に伴うサブバンドの二次元バンド構造概念図

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UV-O2，O₃処理プロセスにも適用された。

5.2.2 Ta2O5キャパシタ製造工程

図5-4はTa2O5膜の電気的特性を評価するためのTa2O5キャパシタの製造方法 を示している。高濃度 n 型にドープされた多結晶シリコンによる下部電極をパ ターニングした後、Ta₂O5膜形成前に多結晶シリコン表面を RCA 洗浄した。洗 浄時に生成した約1 nmのケミカル酸化膜を残したまま、減圧CVD装置に基板 を導入し、Ta₂O5膜を形成した。成膜後に図5-4に示す熱処理を行った。アニー ル方法（ a ）は高濃度のO3ガス雰囲気に水銀ランプによる紫外線照射しながら 熱処理を300 ℃で行う（以後、UV-O3処理と記載する）。アニール方法（ b ）は ウィークスポット酸化結晶化熱処理（800 ℃の乾燥酸素熱処理）である。2、3章 においてウィークスポット酸化結晶化熱処理については詳細に報告しているが、

結晶化と酸化が同時に行われる処理といえる。アニール方法（ c ）はUV-O3処 理後に、更に、ウィークスポット酸化結晶化熱処理を行う二段階熱処理である

（以後、二段階熱処理（ 2-step anneal ）と記載する）。これらの熱処理以外に、

酸素雰囲気でのUV照射（ UV-O₂ ）熱処理、O₃（ オゾン ）処理等についても 比較評価を行った。Ta2O5の膜厚は7-30 nmについて評価した。膜厚は屈折率2.0 と仮定して、エリプソメトリーにより測定した。これらの熱処理後に、タングス テン電極をスパッター法により形成し、SF6ガスによるドライエッチングにより パターニングした。

図5-3 UV-オゾン処理装置の断面模式図

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5.2.3 Ta2O5膜の評価方法

① 被覆性評価、断面構造評価

Ta2O5膜のトレンチ部への被覆性、メモリ素子の断面構造は走査型電子顕

（以下、断面 SEM: Scanning Electron Microscope ）により評価。STC メモリ セルでの容量絶縁膜の被覆性は透過電子顕微鏡（以下、断面TEM：Transmission Electron Microscope ）により評価。

② 不純物分析評価

熱処理前後のTa2O5膜中の不純物（炭素、水素）分布はオージェ電子分析法 二次イオン質量分析法 ( SIMS: Secondary Ion Mass Spectroscopy )により評価。

図5-4 CVD-Ta2O5キャパシタ製造方法

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③ 電流－電圧特性評価

リーク電流は電圧ステップ0.1 VのDCステップ法（ホールド時間0.1秒）に より評価。SiO2換算膜厚Toxでの電界強度Ｅ_OXはリーク電流が10^-8 A/cm²と なる電界強度と定義した。評価に用いた容量は平面構造であり、容量の面積は 10^-4 ㎝²である。

④ 容量評価

容量メータにより100 KHzの周波数にて測定した。

⑤ 信頼性評価

DRAM 等の素子への適用の可否を判断するために、櫛形の多結晶シリコン電 極であり、ライアン幅 / ライン間隔は1.5 μｍ / 1.0 μｍ、プレート電極の面積：

0.5㎝²、25～30ヶの容量の累積不良率を評価。また、10^-6 ㎝²の微小面積のキ ャパシタは欠陥密度の影響を除き､真性の絶縁破壊特性の評価に用いた。