JPH1064839A - Method for treating oxide - Google Patents
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- JPH1064839A JPH1064839A JP24117096A JP24117096A JPH1064839A JP H1064839 A JPH1064839 A JP H1064839A JP 24117096 A JP24117096 A JP 24117096A JP 24117096 A JP24117096 A JP 24117096A JP H1064839 A JPH1064839 A JP H1064839A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物の処理方
法に関し、例えば、半導体装置における容量素子（キャ
パシター）の誘電体膜として用いられる酸化膜の膜質の
改善に適用して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating an oxide, and is preferably applied to, for example, improving the quality of an oxide film used as a dielectric film of a capacitor in a semiconductor device. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、酸化膜は、膜中の酸素（Ｏ）原
子が欠損して空孔となり、電気的性質が空孔のない場合
と比較して劣る状態になっている場合が多い。また、成
膜時に原料に含まれる不純物が膜中に取り込まれ、電気
的性質が劣化してしまうことも多い。そこで、酸化膜の
膜質を改善して優れた電気的性質を得るために、Ｏを含
む雰囲気中で酸化膜を熱処理することにより、Ｏ原子の
欠損による空孔や膜中の不純物を除去することが広く行
われている。2. Description of the Related Art In general, an oxide film often lacks oxygen (O) atoms in the film and becomes a vacancy, and the electrical properties are often inferior to those without a vacancy. In addition, impurities contained in the raw materials at the time of film formation are often taken into the film and the electrical properties are often deteriorated. Therefore, in order to improve the film quality of the oxide film and obtain excellent electrical properties, the oxide film is heat-treated in an atmosphere containing O to remove voids due to lack of O atoms and impurities in the film. Is widely practiced.
【０００３】さて、半導体装置におけるキャパシターの
誘電体膜として用いられる酸化膜の一つにＴａ2 Ｏ5 膜
がある。従来、このＴａ2 Ｏ5 膜の膜質を改善する方法
として、Ｏ2 プラズマ処理法、紫外線を照射しながらの
オゾン（Ｏ3 ）処理法、ドライＯ2 処理法などを用いて
Ｔａ2 Ｏ5 膜を処理することにより、このＴａ2 Ｏ5膜
の表面からＯを熱拡散させ、Ｏ原子の欠損による空孔
や、成長時に原料（ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）5 ）など）から膜中に取り込まれた不純物
（炭素（Ｃ）など）を除去する方法が知られている（J.
Electrochem.Soc.,Vol.143,No.3,977(1996))。A Ta 2 O 5 film is one of oxide films used as a dielectric film of a capacitor in a semiconductor device. As a method of improving the quality of the the Ta 2 O 5 film, O 2 plasma treatment method, ultraviolet ozone while applying (O 3) treatment, the Ta 2 O 5 film by using a dry O 2 treatment Is thermally diffused from the surface of the Ta 2 O 5 film, and vacancies due to lack of O atoms and a raw material (pentaethoxy tantalum (Ta (O
A method for removing impurities (such as carbon (C)) taken into the film from C 2 H 5 ) 5 )) is known (J.
Electrochem. Soc., Vol. 143, No. 3, 977 (1996)).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｏの熱
拡散を利用する上述の従来の方法によりＴａ2 Ｏ5 膜の
膜質改善の処理を短時間で終わらせようとすると、処理
温度を例えば８００℃近くの高温にする必要がある。こ
のため、半導体装置におけるドーピング層の不純物が再
拡散してしまい、半導体装置の性能が劣化するおそれが
ある。また、金属が拡散するおそれもあるため、キャパ
シター構造にＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal)構造を用
いることができないという問題もある。However, if the process of improving the film quality of the Ta 2 O 5 film is completed in a short time by the above-mentioned conventional method utilizing the thermal diffusion of O, the processing temperature is set to, for example, 800 ° C. It needs to be near high temperature. For this reason, the impurity of the doping layer in the semiconductor device may be re-diffused, and the performance of the semiconductor device may be deteriorated. There is also a problem that a metal-insulator-metal (MIM) structure cannot be used for the capacitor structure because metal may be diffused.
【０００５】これらの問題は、処理温度を４００℃程度
の低温とすることにより解決することができるが、この
ように低温で処理を行うと、高温で処理を行う場合に比
べて酸素の拡散速度が相当遅くなることから、Ｔａ2 Ｏ
5 膜の膜質の改善を図るためには、長時間の処理時間が
必要であった。[0005] These problems can be solved by setting the processing temperature to a low temperature of about 400 ° C. However, when the processing is performed at such a low temperature, the diffusion rate of oxygen is higher than when the processing is performed at a high temperature. Is considerably slower, so Ta 2 O
A long processing time was required to improve the film quality of the five films.
【０００６】以上はＴａ2 Ｏ5 膜についてであるが、Ｔ
ａ2 Ｏ5 膜以外の各種の酸化膜に対して同様なことが言
える。The above is about the Ta 2 O 5 film.
The same can be said for various oxide films other than the a 2 O 5 film.
【０００７】したがって、この発明の目的は、低温かつ
短時間で酸化物の質の改善を図ることができる酸化物の
処理方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxide treatment method which can improve the quality of an oxide at a low temperature in a short time.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による酸化物の処理方法は、酸素を構成原
子の一つとするガスを用いて得られるイオンビームを酸
化物に照射するようにしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a method for treating an oxide according to the present invention is directed to irradiating an oxide with an ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of its constituent atoms. It is characterized by the following.
【０００９】この発明においては、酸化物中に注入され
た酸素を含む粒子（酸素を含むイオンが中性化されたも
の）を活性化させるとともに、その酸素との反応により
酸化物中の不純物を除去して酸化物の質を改善し、ま
た、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を回
復させるため、典型的には、イオンビームを酸化物に照
射した後、酸化物を熱処理する。この熱処理は、好適に
は、酸素を含むガス、例えば、Ｏ2 、Ｏ3 、紫外線照射
Ｏ3 などの雰囲気中において行われる。In the present invention, the particles containing oxygen (ionized ions containing oxygen) implanted in the oxide are activated and impurities in the oxide are removed by the reaction with the oxygen. Typically, the oxide is heat treated after the ion beam has been irradiated to improve the quality of the oxide by removal and to recover damage caused to the oxide by irradiation with the ion beam. This heat treatment is preferably performed in an atmosphere containing a gas containing oxygen, for example, O 2 , O 3 , or ultraviolet irradiation O 3 .
【００１０】この発明において、イオンビームとして
は、ガス・クラスターイオンビームやイオン注入装置に
おいて発生されるイオンビームなどが用いられる。これ
らのイオンビームを得るために用いられるガスとして
は、例えば、Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、ＣＯなどが用いられる。In the present invention, a gas cluster ion beam or an ion beam generated in an ion implantation apparatus is used as the ion beam. As a gas used to obtain these ion beams, for example, O 2 , N 2 O, CO and the like are used.
【００１１】この発明においては、例えば、基板上に成
膜された酸化物に基板に対して斜めの方向からイオンビ
ームを照射する。これは、酸化物の表面近傍だけにイオ
ンを注入したい場合に有効であり、特に、イオン注入装
置において発生されるイオンビームを用いる場合に好適
である。In the present invention, for example, an oxide film formed on a substrate is irradiated with an ion beam from an oblique direction with respect to the substrate. This is effective when ions are to be implanted only in the vicinity of the surface of the oxide, and is particularly suitable when an ion beam generated by an ion implantation apparatus is used.
【００１２】この発明においては、イオンビームの照射
により酸化物中に酸素を含むイオンを注入すると同時
に、注入された酸素を含む粒子を活性化させるととも
に、その酸素との反応により酸化物中の不純物を除去し
て酸化物の質を改善し、また、イオンビームの照射によ
り酸化物に生じた損傷を回復させるために、イオンビー
ムを酸化物に照射すると同時に、酸化物に紫外線を照射
し、熱処理する。In the present invention, ions containing oxygen are implanted into the oxide by irradiation with an ion beam, and simultaneously, the implanted particles containing oxygen are activated, and the impurities in the oxide are reacted with the oxygen. In order to improve the quality of the oxide by removing the oxide and to recover the damage caused to the oxide by the irradiation of the ion beam, the oxide beam is irradiated with the ultraviolet light at the same time as the irradiation of the oxide with the ion beam. I do.
【００１３】この発明においては、処理すべき酸化物と
しては、Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 ）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 ）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 ）などが
挙げられる。In the present invention, the oxides to be treated include Ta 2 O 5 , BST ((Ba, Sr) Ti
O 3 ), STO (SrTiO 3 ), PZT (Pb (Z
r, Ti) O 3 ), PLZT ((Pb, La) (Zr,
Ti) O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) and the like.
【００１４】この発明においては、例えば、酸化物導電
体または酸化されても導電性を有する金属からなる下部
電極上に成膜された酸化物にイオンビームを照射する。
ここで、酸化物導電体としてはＩＴＯ、ＲｕＯ2 、Ｉｒ
Ｏ2 などが挙げられ、酸化されても導電性を有する金属
としてはＲｕ、Ｉｒなどが挙げられる。In the present invention, for example, an ion beam is irradiated to an oxide film formed on a lower electrode made of an oxide conductor or a metal having conductivity even when oxidized.
Here, as the oxide conductor, ITO, RuO 2 , Ir
O 2 and the like, and as the metal having conductivity even when oxidized, Ru, Ir and the like can be mentioned.
【００１５】上述のように構成されたこの発明による酸
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いて得られるイオンビームを酸化物に照射する
ようにしていることにより、それにより酸化物中に注入
される酸素により、酸化物中の酸素原子の欠損による空
孔を埋めることができるとともに、酸化物中の不純物を
この酸素との反応により除去することができる。According to the method for treating an oxide according to the present invention having the above-described structure, the oxide is irradiated with an ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of the constituent atoms. Oxygen implanted into the oxide thereby can fill voids due to lack of oxygen atoms in the oxide and remove impurities in the oxide by reaction with the oxygen.
【００１６】ここで、酸素を構成原子の一つとするガス
を用いて得られるイオンビームがガス・クラスターイオ
ンビームである場合、例えば、その加速エネルギーが数
１０ｋｅＶ程度でも、クラスターの構成イオン（monome
r)を十分に多数（例えば、１０００個程度）にすること
により、酸化物の表面との衝突後に分解した個々のイオ
ンの持つエネルギーを数１０ｅＶにすることができる。
つまり、ガス・クラスターイオンビームを用いることに
より、酸化物の表面近傍だけに、酸素を含むイオンを損
傷領域が浅く形成された状態で注入することができる
（Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(1995)）。Here, when the ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of the constituent atoms is a gas cluster ion beam, for example, even if the acceleration energy is about several tens keV, the constituent ions of the cluster (monome
By making r) sufficiently large (for example, about 1000), the energy of each ion decomposed after collision with the oxide surface can be made several tens eV.
That is, by using a gas cluster ion beam, ions containing oxygen can be implanted only in the vicinity of the oxide surface in a state where the damaged region is formed shallow (Extended Abstracts of the 1995 SSDM, 31 (1995)). )).
【００１７】また、ガス・クラスターイオンビームを照
射したときの表面近傍には、高温・高圧力層が発生して
いることが報告されており（Proc.3rd IUMRS Int.Conf.
on Adv.Mat.,Tokyo,1993,p.111) 、それによる熱処理効
果は、酸化物の質の改善に好適であると考えられる。Further, it has been reported that a high-temperature and high-pressure layer is generated near the surface when irradiated with a gas / cluster ion beam (Proc. 3rd IUMRS Int. Conf.
on Adv. Mat., Tokyo, 1993, p. 111), and the heat treatment effect thereby is considered to be suitable for improving the quality of the oxide.
【００１８】また、酸素を構成原子の一つとするガスを
用いて得られるイオンビームがイオン注入装置において
発生されたイオンビームである場合には、一般には、注
入されたイオンはその注入エネルギーに応じた投影飛程
（Ｒp ）の分散を持つ。したがって、例えばキャパシタ
ーの誘電体膜として用いられる酸化膜のような膜厚数１
０ｎｍ程度以下の薄膜にそのイオンビームを照射した場
合には、下地の下部電極にまで酸素を含むイオンが注入
されるため、この下部電極が酸化されるという弊害が生
じる。しかしながら、この下部電極を酸化物導電体また
は酸化されても導電性を有する金属により形成してその
上に酸化物を成膜し、さらに、基板に対して斜めの方向
からイオンビームを照射することにより、酸素を含むイ
オンを実効的に浅く注入することができ、そのイオンの
下部電極への到達を抑えることができ、仮にそのイオン
が下部電極にまで到達しても、下部電極の導電性を極端
に劣化させることがない。When an ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of the constituent atoms is an ion beam generated by an ion implantation apparatus, generally, the implanted ions are in accordance with the implantation energy. And the variance of the projected range (R p ). Therefore, for example, a film having a thickness of 1 such as an oxide film used as a dielectric film of a capacitor.
When a thin film having a thickness of about 0 nm or less is irradiated with the ion beam, ions containing oxygen are implanted into the underlying lower electrode, so that the lower electrode is oxidized. However, the lower electrode is formed of an oxide conductor or a metal having conductivity even if oxidized, an oxide film is formed thereon, and the substrate is irradiated with an ion beam from an oblique direction. Thereby, ions containing oxygen can be implanted effectively shallowly, and the arrival of the ions at the lower electrode can be suppressed. Even if the ions reach the lower electrode, the conductivity of the lower electrode is reduced. There is no extreme deterioration.
【００１９】また、酸素を構成原子の一つとするガスを
用いて得られるイオンビームを酸化物に照射すると同時
に、その酸化物に紫外線を照射することにより、この紫
外線照射による効果により、酸化物中に注入された酸素
を含む粒子を活性化させてこの酸化物中の酸素原子の欠
損による空孔を酸素原子により埋めることができるとと
もに、イオンビームの照射により酸化物に生じた損傷を
回復させることができる。At the same time, the oxide is irradiated with an ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of the constituent atoms, and the oxide is irradiated with ultraviolet rays. Activates the oxygen-containing particles implanted into the oxide, thereby filling the vacancies due to the lack of oxygen atoms in the oxide with oxygen atoms, and recovering the damage caused to the oxide by ion beam irradiation. Can be.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
【００２１】図１はこの発明の第１の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第１の実施形態にお
いては、Ｏ2 ガスを用いて得られるガス・クラスターイ
オンビームを用いてＴａ2 Ｏ5 膜を改質する場合につい
て説明する。なお、ガス・クラスターイオンビームにつ
いては、Extended Abstracts of the 1995 SSDM,31(199
5)や、イオンビーム応用技術（シーエムシー社刊）pp.1
48-153などに記述がある。FIG. 1 shows T according to a first embodiment of the present invention.
It indicates how to handle a 2 O 5 film. In the first embodiment, a case will be described in which a Ta 2 O 5 film is modified using a gas cluster ion beam obtained using O 2 gas. As for gas cluster ion beam, Extended Abstracts of the 1995 SSDM, 31 (199
5) and ion beam applied technology (CMC) pp.1
48-153.
【００２２】すなわち、この第１の実施形態において
は、図１に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられたウェーハステ
ージ１上に、Ｔａ2 Ｏ5 膜２を成膜したシリコン（Ｓ
ｉ）ウェーハ３を載せる。Ｔａ2Ｏ5 膜２の膜厚は例え
ば１０ｎｍである。ウェーハステージ１はヒータ１ａを
内蔵しており、このヒータ１ａにより加熱することがで
きるようになっている。ここでは、ウェーハステージ１
を例えば４００℃に加熱しておく。また、処理室内は所
定の圧力に減圧されている。That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, Ta 2 O 5 is placed on a wafer stage 1 provided in a processing chamber (not shown) of a gas cluster ion beam apparatus. Silicon (S
i) The wafer 3 is placed. The thickness of the Ta 2 O 5 film 2 is, for example, 10 nm. The wafer stage 1 has a built-in heater 1a and can be heated by the heater 1a. Here, the wafer stage 1
Is heated to, for example, 400 ° C. The pressure in the processing chamber is reduced to a predetermined pressure.
【００２３】次に、ガス・クラスターイオンビーム発生
装置４により、例えばＯ2 ガスを用いてＯ2 クラスター
イオンビーム５を発生させ、このＯ2 クラスターイオン
ビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜
２に照射する。ここで、このガス・クラスターイオンビ
ーム発生装置４は、図示は省略するが、ノズル（例え
ば、Ｌａｖａｌノズル）、イオン化機構、電圧による加
速機構、質量フィルターなどを内蔵している。また、Ｏ
2 クラスターイオンビーム５のＯ2 クラスターイオンの
サイズ（集合したイオンの数）は質量フィルターによる
選別により、最小３００程度、平均で２０００程度とす
ることができる。また、ドーズ量は例えば５×１０15ｉ
ｏｎｓ／ｃｍ2 、Ｏ2 クラスターイオンのエネルギーは
例えば７ｋｅＶとする。Next, the gas cluster ion beam generator 4, for example by using an O 2 gas to generate O 2 cluster ion beam 5, was deposited with the O 2 cluster ion beam 5 on the Si wafer 3 Irradiate the Ta 2 O 5 film 2. Although not shown, the gas cluster ion beam generator 4 has a built-in nozzle (for example, a Laval nozzle), an ionization mechanism, a voltage acceleration mechanism, and a mass filter. Also, O
The size of the O 2 cluster ions (the number of aggregated ions) of the two- cluster ion beam 5 can be set to about 300 at the minimum and about 2000 on average by selection by the mass filter. The dose is, for example, 5 × 10 15 i
ons / cm 2 , the energy of O 2 cluster ions is, for example, 7 keV.
【００２４】次に、上述のようにしてＯ2 クラスターイ
オンビーム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ
３を、図示省略した熱処理装置において、例えばＯ2 ガ
ス雰囲気中で熱処理する。この熱処理の条件の一例を挙
げると、Ｏ2 ガス流量３ＳＬＭ、圧力１．０１３３×１
０5 Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）、熱処理温度４００℃、熱
処理時間１０分である。この熱処理によって、Ｏ2 クラ
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子が活性化されてＯ原子の欠損に
よる空孔が埋められるとともに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜
時に原料から膜中に取り込まれたＣなどの不純物がＯと
化合してガスとなって蒸発することにより除去される。
また、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の照射によりＴａ
2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。Next, the Si wafer 3 irradiated with the O 2 cluster ion beam 5 on the Ta 2 O 5 film 2 as described above is heat-treated in, for example, an O 2 gas atmosphere in a heat treatment apparatus not shown. As an example of the conditions of this heat treatment, an O 2 gas flow rate of 3 SLM and a pressure of 1.0133 × 1
0 5 Pa (760 Torr), heat treatment temperature 400 ° C., heat treatment time 10 minutes. By this heat treatment, the O-containing particles injected into the Ta 2 O 5 film 2 by the irradiation of the O 2 cluster ion beam 5 are activated to fill the vacancies due to the deficiency of the O atoms and to form the Ta 2 O 5 film. At the time of film formation 2, impurities such as C taken into the film from the raw material are removed by combining with O to form a gas and evaporate.
The irradiation of the O 2 cluster ion beam 5 allows the Ta
The damage caused to the 2 O 5 film 2 is recovered.
【００２５】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、Ｏ2 クラスターイオンビーム５を４００℃でＴａ2
Ｏ5 膜２に照射した後、Ｏ2 ガス雰囲気中において４０
０℃で熱処理を行っていることにより、低温かつ短時間
でＴａ2 Ｏ5 膜２中のＯ原子の欠損による空孔やＣなど
の不純物を除去することができ、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜質
の大幅な改善を図ることができる。これによって、低リ
ーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得るこ
とができる。As described above, according to the first embodiment, the O 2 cluster ion beam 5 is irradiated with Ta 2 at 400 ° C.
After irradiating the O 5 film 2, the O 2 gas atmosphere 40
By being subjected to heat treatment at 0 ° C., it is possible to remove impurities such vacancies and C by loss of low temperature and O atoms in a short time the Ta 2 O 5 film 2, of the Ta 2 O 5 film 2 The film quality can be greatly improved. As a result, a high-performance Ta 2 O 5 film 2 having a low leakage current and a high dielectric constant can be obtained.
【００２６】図２はこの発明の第２の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第２の実施形態にお
いては、Ｒｕ下部電極上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜をＯ
+ イオンの斜めイオン注入により改質する場合について
説明する。FIG. 2 shows T according to a second embodiment of the present invention.
It indicates how to handle a 2 O 5 film. In the second embodiment, the Ta 2 O 5 film formed on the Ru lower electrode is
The case of reforming by oblique ion implantation of + ions will be described.
【００２７】すなわち、この第２の実施形態において
は、図２に示すように、ガス・クラスターイオンビーム
装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その中心軸
の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｒｕ膜か
らなるＲｕ下部電極６およびＴａ2 Ｏ5 膜２を順次形成
したＳｉウェーハ３を載せる。Ｒｕ下部電極６を構成す
るＲｕ膜の膜厚は例えば２００ｎｍである。また、Ｔａ
2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。処理室内が
所定の圧力に減圧されていることは、第１の実施形態と
同様である。That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the gas cluster ion beam apparatus is provided in a processing chamber (not shown) and is rotatable around its central axis. On a wafer stage 1, a Si wafer 3 on which a Ru lower electrode 6 made of a Ru film and a Ta 2 O 5 film 2 are sequentially formed is placed. The thickness of the Ru film constituting the Ru lower electrode 6 is, for example, 200 nm. Also, Ta
The thickness of the 2 O 5 film 2 is, for example, 10 nm. The pressure in the processing chamber is reduced to a predetermined pressure as in the first embodiment.
【００２８】次に、ウェーハステージ１を例えば３０ｒ
ｐｍで回転させながら、Ｓｉウェーハ１上のＲｕ下部電
極６上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２に、Ｏ+ イオンビー
ム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射す
る。この場合、このＯ+ イオンビーム７とＳｉウェーハ
１に立てた法線とのなす角度θは例えば４５°とする。
このＯ+ イオンビーム７の発生には例えばＯ2 ガスを用
い、加速エネルギーは例えば１０ｋｅＶ、ドーズ量は例
えば５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 である。Next, the wafer stage 1 is moved to, for example, 30 r.
While rotating at pm, the Ta 2 O 5 film 2 formed on the Ru lower electrode 6 on the Si wafer 1 is irradiated with the O + ion beam 7 to the Si wafer 1 from an oblique direction. In this case, the angle θ between the O + ion beam 7 and the normal line on the Si wafer 1 is, for example, 45 °.
For example, O 2 gas is used to generate the O + ion beam 7, the acceleration energy is, for example, 10 keV, and the dose is, for example, 5 × 10 15 ions / cm 2 .
【００２９】ここで、計算によると、１０ｋｅＶのＯ+
イオンをＴａ2 Ｏ5 膜に膜面に対して垂直な方向から注
入したときの注入されたＯ+ イオンのピーク位置は、表
面から深さ１１ｎｍの近傍にあるが、ここでは、Ｓｉウ
ェーハ１に対して斜めの方向からＯ+ イオンビーム７を
照射しているため、Ｏ+ イオンのピーク位置はＴａ2Ｏ
5 膜２の表面から深さ約８ｎｍの近傍にあり、Ｔａ2 Ｏ
5 膜２内にとどまっている。しかしながら、この条件で
の投影飛程Ｒp の分散の程度（ΔＲp ）は８ｎｍ程度で
あるため、一部のＯ+ イオンは、下地のＲｕ下部電極６
にまで侵入していると考えられる。ところが、Ｒｕは、
仮に酸化されても、この酸化により生成されるＲｕＯ2
は良好な導電性を有するため、Ｏ+ イオンがＲｕ下部電
極６にまで侵入しても問題は生じない。Here, according to the calculation, O + of 10 keV
When the ions are implanted into the Ta 2 O 5 film in a direction perpendicular to the film surface, the peak position of the implanted O + ions is in the vicinity of a depth of 11 nm from the surface. Since the O + ion beam 7 is irradiated from an oblique direction, the peak position of the O + ion is Ta 2 O
5 Ta 2 O is located at a depth of about 8 nm from the surface of the film 2.
5 Remains in membrane 2. However, the degree of dispersion (ΔR p ) of the projection range R p under this condition is about 8 nm, so that some O + ions are not transferred to the underlying Ru lower electrode 6.
It is thought that it has invaded. However, Ru
Even if it is oxidized, RuO 2 produced by this oxidation
Has good conductivity, so that no problem occurs even if O + ions penetrate into the Ru lower electrode 6.
【００３０】次に、上述のようにしてＯ+ イオンビーム
７をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射したＳｉウェーハ３を、図示
省略した熱処理装置において、酸素ガス雰囲気中で熱処
理する。この熱処理の条件は、例えば、第１の実施形態
と同様とする。この熱処理によって、Ｏ+ イオンビーム
７の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に注入されたＯ原子が
活性化されてＯ原子の欠損による空孔が埋められるとと
もに、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の成膜時に原料から膜中に取り込
まれたＣなどの不純物がＯと化合してガスとなって蒸発
することにより除去される。また、Ｏ+ イオンビーム７
の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２に生じた損傷が回復する。Next, the Si wafer 3 irradiated with the O + ion beam 7 on the Ta 2 O 5 film 2 as described above is heat-treated in an oxygen gas atmosphere in a heat treatment apparatus (not shown). The conditions of this heat treatment are, for example, the same as in the first embodiment. By this heat treatment, the O atoms implanted into the Ta 2 O 5 film 2 by the irradiation of the O + ion beam 7 are activated to fill the vacancies due to the deficiency of the O atoms and to form the Ta 2 O 5 film 2. At the time of film formation, impurities such as C taken into the film from the raw material are removed by combining with O to form a gas and evaporate. Also, an O + ion beam 7
Damage caused on the Ta 2 O 5 film 2 is recovered.
【００３１】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、Ｓｉウェーハ３上のＲｕ下部電極６上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２にＯ+ イオンビーム７を照射した後、４
００℃で熱処理を行っていることにより、第１の実施形
態と同様に、低温かつ短時間でＴａ2 Ｏ5 膜２の膜質の
大幅な改善を図ることができ、これによって低リーク電
流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ5 膜２を得ることがで
きる。また、この第２の実施形態によれば、Ｏ+ イオン
ビーム７をＳｉウェーハ１に対して斜めの方向から照射
しているので、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の下地のＲｕ下部電極６
へのＯ+ イオンの侵入を抑えることができ、また、一部
のＯ+ イオンがＲｕ下部電極６に侵入して酸化されても
十分に導電性が保持されるので、問題は生じない。As described above, according to the second embodiment, after the Ta 2 O 5 film 2 formed on the Ru lower electrode 6 on the Si wafer 3 is irradiated with the O + ion beam 7, 4
By performing the heat treatment at 00 ° C., the film quality of the Ta 2 O 5 film 2 can be significantly improved at a low temperature and in a short time as in the first embodiment. A Ta 2 O 5 film 2 having a high dielectric constant can be obtained. According to the second embodiment, since the O + ion beam 7 is irradiated to the Si wafer 1 from an oblique direction, the Ru lower electrode 6 underlying the Ta 2 O 5 film 2 is used.
Intrusion of O + ions into the lower electrode 6 can be suppressed, and even if some O + ions enter the Ru lower electrode 6 and are oxidized, sufficient conductivity is maintained, so that no problem occurs.
【００３２】図３はこの発明の第３の実施形態によるＴ
ａ2 Ｏ5 膜の処理方法を示す。この第３の実施形態にお
いては、Ｏ2 クラスターイオンビームの照射と紫外線の
照射による熱処理とを同時に行うことによりＴａ2 Ｏ5
膜を改質する場合について説明する。FIG. 3 shows T according to a third embodiment of the present invention.
It indicates how to handle a 2 O 5 film. In the third embodiment, Ta 2 O 5 is obtained by simultaneously performing the irradiation of the O 2 cluster ion beam and the heat treatment by the irradiation of the ultraviolet rays.
The case where the film is modified will be described.
【００３３】すなわち、この第３の実施形態において
は、図３に示すように、まず、ガス・クラスターイオン
ビーム装置の処理室（図示せず）内に設けられた、その
中心軸の周りに回転可能なウェーハステージ１上に、Ｔ
ａ2 Ｏ5 膜２を成膜したＳｉウェーハ３を載せる。ここ
で、Ｔａ2 Ｏ5 膜２の膜厚は例えば１０ｎｍである。ウ
ェーハステージ１はヒータ１ａを内蔵しており、このヒ
ータ１ａにより加熱することができるようになってい
る。ここでは、ウェーハステージ１を例えば４００℃に
加熱しておく。また、処理室内は所定の圧力に減圧され
ている。That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 3, first, a rotation is made around a central axis provided in a processing chamber (not shown) of a gas cluster ion beam apparatus. On a possible wafer stage 1, T
The Si wafer 3 on which the a 2 O 5 film 2 is formed is mounted. Here, the thickness of the Ta 2 O 5 film 2 is, for example, 10 nm. The wafer stage 1 has a built-in heater 1a and can be heated by the heater 1a. Here, the wafer stage 1 is heated to, for example, 400 ° C. The pressure in the processing chamber is reduced to a predetermined pressure.
【００３４】次に、ウェーハステージ１を例えば１０ｒ
ｐｍで回転させながら、ガス・クラスターイオンビーム
発生装置４によりＯ2 ガスを用いて発生させたＯ2 クラ
スターイオンビーム５をＳｉウェーハ３上に成膜された
Ｔａ2 Ｏ5 膜２に照射する。このＯ2 クラスターイオン
ビーム５におけるＯ2 クラスターイオンのサイズ、ドー
ズ量、加速エネルギーなどは、第１の実施形態と同様で
ある。Next, the wafer stage 1 is set to, for example, 10 r.
While rotating at pm, the Ta 2 O 5 film 2 formed on the Si wafer 3 is irradiated with the O 2 cluster ion beam 5 generated by the gas / cluster ion beam generator 4 using O 2 gas. The size, dose, acceleration energy, and the like of the O 2 cluster ions in the O 2 cluster ion beam 5 are the same as in the first embodiment.
【００３５】このようにしてＯ2 クラスターイオンビー
ム５をＴａ2 Ｏ5 膜２に照射すると同時に、紫外線ラン
プ８により発生させた紫外線９をこのＴａ2 Ｏ5 膜２に
照射する。この紫外線９の強度は、Ｓｉウェーハ３上
で、例えば、波長１８５ｎｍの光の強度は５ｍＷ／ｃｍ
2 、波長２５４ｎｍの光の強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 と
する。また、これらのＯ2 クラスターイオンビーム５の
照射および紫外線９の照射は例えば１５分間行う。[0035] simultaneously irradiated is irradiated with O 2 cluster ion beam 5 in this way in the Ta 2 O 5 film 2, ultraviolet rays 9 which is generated by an ultraviolet lamp 8 in this the Ta 2 O 5 film 2. The intensity of the ultraviolet rays 9 is, for example, 5 mW / cm on the Si wafer 3.
2. The intensity of light having a wavelength of 254 nm is 100 mW / cm 2 . The irradiation of the O 2 cluster ion beam 5 and the irradiation of the ultraviolet light 9 are performed for, for example, 15 minutes.
【００３６】ここで、Ｔａ2 Ｏ5 膜は、波長２５０ｎｍ
以下の光に対する光吸収係数が５×１０5 ｃｍ-1程度で
あることから、膜厚が１０ｎｍのＴａ2 Ｏ5 膜２では、
その下層まで紫外線９が到達している。Here, the Ta 2 O 5 film has a wavelength of 250 nm.
Since the light absorption coefficient for the following light is about 5 × 10 5 cm −1 , in the Ta 2 O 5 film 2 having a thickness of 10 nm,
The ultraviolet rays 9 reach the lower layer.
【００３７】この第３の実施形態においては、Ｏ2 クラ
スターイオンビーム５の照射によりＴａ2 Ｏ5 膜２中に
注入されたＯを含む粒子はこのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射さ
れた紫外線９を吸収して活性化され、このＴａ2 Ｏ5 膜
２中のＯ原子の欠損による空孔が埋められるとともに、
成膜時にこのＴａ2 Ｏ5 膜２中に取り込まれたＣなどの
不純物が除去される。In the third embodiment, the O-containing particles injected into the Ta 2 O 5 film 2 by the irradiation of the O 2 cluster ion beam 5 emit the ultraviolet rays 9 irradiated to the Ta 2 O 5 film 2. Are activated by absorbing the vacancies, and the vacancies due to the lack of O atoms in the Ta 2 O 5 film 2 are filled, and
At the time of film formation, impurities such as C taken into the Ta 2 O 5 film 2 are removed.
【００３８】以上のように、この第３の実施形態によれ
ば、Ｓｉウェーハ２上に成膜されたＴａ2 Ｏ5 膜２にＯ
2 クラスターイオンビーム５を４００℃で照射すると同
時に紫外線９をそのＴａ2 Ｏ5 膜２に照射していること
により、第１の実施形態と同様に、低温かつ短時間でＴ
ａ2 Ｏ5 膜２の膜質の大幅な改善を図ることができ、こ
れによって低リーク電流、高誘電率の高性能のＴａ2 Ｏ
5 膜２を得ることができる。As described above, according to the third embodiment, the Ta 2 O 5 film 2 formed on the Si wafer 2
By irradiating the Ta 2 O 5 film 2 with ultraviolet rays 9 at the same time as irradiating the two cluster ion beam 5 at 400 ° C., the T 2 O 5 film is irradiated at a low temperature and in a short time as in the first embodiment.
The film quality of the a 2 O 5 film 2 can be greatly improved, and as a result, high-performance Ta 2 O having a low leakage current and a high dielectric constant can be obtained.
5 Film 2 can be obtained.
【００３９】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.
【００４０】例えば、上述の第１、第２および第３の実
施形態はあくまでも例に過ぎず、処理すべき酸化膜の種
類、膜厚、処理温度、使用するガス種、加速エネルギ
ー、ドーズ量、紫外線の強度などは、この発明の主旨を
逸脱しない範囲で、必要に応じて変更することが可能で
ある。For example, the first, second and third embodiments are merely examples, and the type of oxide film to be processed, the film thickness, the processing temperature, the type of gas to be used, the acceleration energy, the dose, The intensity of the ultraviolet light and the like can be changed as needed without departing from the gist of the present invention.
【００４１】例えば、第１および第３の実施形態におい
て、Ｏ2 クラスターイオンビーム５の代わりに、イオン
注入装置において発生されるイオンビーム、例えばＯ+
イオンビームを用いてもよい。For example, in the first and third embodiments, instead of the O 2 cluster ion beam 5, an ion beam generated in an ion implanter, for example, O +
An ion beam may be used.
【００４２】また、第２の実施形態において、Ｏ+ イオ
ンビーム７の代わりに、例えばＯ2クラスターイオンビ
ームを用いてもよい。また、Ｏ+ イオンビーム７の照射
後に行う熱処理の温度は、５００℃程度以下であればＲ
ｕ下部電極６の劣化を生じないので、この範囲内で第２
の実施形態と異なる温度としてもよい。さらに、第１の
実施形態と同様に、Ｏ+ イオンビーム７の照射時にウェ
ーハステージ１を例えば４００℃程度に加熱しておくよ
うにしてもよい。In the second embodiment, for example, an O 2 cluster ion beam may be used instead of the O + ion beam 7. If the temperature of the heat treatment performed after the irradiation of the O + ion beam 7 is about 500 ° C. or less, R
Since the lower electrode 6 does not deteriorate, the second
The temperature may be different from the embodiment. Further, similarly to the first embodiment, the wafer stage 1 may be heated to, for example, about 400 ° C. during the irradiation of the O + ion beam 7.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、この発明による酸
化物の処理方法によれば、酸素を構成原子の一つとする
ガスを用いたイオンビームを酸化物に照射するようにし
ていることにより、低温かつ短時間で酸化物の質の改善
を図ることができる。As described above, according to the method for treating an oxide according to the present invention, the oxide is irradiated with the ion beam using the gas containing oxygen as one of the constituent atoms. The quality of the oxide can be improved at a low temperature in a short time.
【図１】この発明の第１の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of processing a Ta 2 O 5 film according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の第２の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for processing a Ta 2 O 5 film according to a second embodiment of the present invention.
【図３】この発明の第３の実施形態によるＴａ2 Ｏ5 膜
の処理方法を説明するための略線図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of processing a Ta 2 O 5 film according to a third embodiment of the present invention.
１・・・ウェーハステージ、２・・・Ｔａ2 Ｏ5 膜、３
・・・Ｓｉウェーハ、４・・・ガス・クラスターイオン
ビーム発生装置、５・・・Ｏ2 クラスターイオンビー
ム、６・・・Ｒｕ下部電極、７・・・Ｏ+ イオンビー
ム、８・・・紫外線ランプ、９・・・紫外線1 ... wafer stage, 2 ... Ta 2 O 5 film, 3
... Si wafer, 4 ... gas cluster ion beam generator, 5 ... O 2 cluster ion beam, 6 ... Ru lower electrode, 7 ... O + ion beam, 8 ... UV Lamp, 9 ... UV light
Claims (8)
て得られるイオンビームを酸化物に照射するようにした
ことを特徴とする酸化物の処理方法。1. A method for treating an oxide, wherein the oxide is irradiated with an ion beam obtained by using a gas containing oxygen as one of its constituent atoms.
オンビームであることを特徴とする請求項１記載の酸化
物の処理方法。2. The method according to claim 1, wherein the ion beam is a gas cluster ion beam.
いて発生されるイオンビームであることを特徴とする請
求項１記載の酸化物の処理方法。3. The method according to claim 1, wherein the ion beam is an ion beam generated in an ion implantation apparatus.
た後、上記酸化物を熱処理するようにしたことを特徴と
する請求項１記載の酸化物の処理方法。4. The method for treating an oxide according to claim 1, wherein the oxide is heat-treated after irradiating the oxide with the ion beam.
板に対して斜めの方向から上記イオンビームを照射する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の酸化物の処
理方法。5. The method for treating an oxide according to claim 1, wherein the oxide film formed on the substrate is irradiated with the ion beam from a direction oblique to the substrate.
ると同時に、上記酸化物に紫外線を照射するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の酸化物の処理方法。6. The method for treating an oxide according to claim 1, wherein the oxide is irradiated with ultraviolet rays simultaneously with irradiating the oxide with the ion beam.
Ｏ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴまたはＳＢＴであることを特徴と
する請求項１記載の酸化物の処理方法。7. The oxide is Ta 2 O 5 , BST, ST
The method for treating an oxide according to claim 1, wherein the oxide is O, PZT, PLZT, or SBT.
を有する金属からなる下部電極上に成膜された上記酸化
物に上記イオンビームを照射するようにしたことを特徴
とする請求項１記載の酸化物の処理方法。8. The method according to claim 1, wherein the oxide film formed on the lower electrode made of an oxide conductor or a metal having conductivity even when oxidized is irradiated with the ion beam. A method for treating an oxide as described in the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24117096A JPH1064839A (en) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | Method for treating oxide |
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|---|---|
| JPH1064839A true JPH1064839A (en) | 1998-03-06 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000032516A1 (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-08 | Rohm Co., Ltd. | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| WO2008018419A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Yoshimi Shioya | Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method |
| JP2010070788A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing method |
| JP2012508923A (en) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | Touch screen and manufacturing method thereof |
| JP2012204591A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Film formation method and non-volatile storage device |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP24117096A patent/JPH1064839A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000032516A1 (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-08 | Rohm Co., Ltd. | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| EP1153888A1 (en) * | 1998-11-27 | 2001-11-14 | Rohm Co., Ltd. | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| US6730522B1 (en) | 1998-11-27 | 2004-05-04 | Rohm Co., Ltd. | Method of forming solid of a ferroelectric or high dielectric material and method of manufacturing semiconductor device employing the same |
| EP1153888A4 (en) * | 1998-11-27 | 2006-03-29 | Rohm Co Ltd | Method of producing inorganic compound solid substance and method of manufacturing semiconductor device |
| WO2008018419A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Yoshimi Shioya | Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method |
| JP2010070788A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing method |
| JP2012508923A (en) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | Touch screen and manufacturing method thereof |
| JP2012204591A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Film formation method and non-volatile storage device |
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