JPH1174478A

JPH1174478A - 誘電体膜の製造方法、半導体装置の製造方法、半導体装置及び半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JPH1174478A
Application number: JP9235569A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Mori; 義弘森; Masaya Mannou; 正也萬濃
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】均質な高誘電体膜を成膜できるようにすると
共に、均質な高誘電体膜を用いて特性が優れた半導体装
置を製造できるようにする。【解決手段】層間絶縁膜１１の上には、ポリシリコン
からなり、有底円筒形状を有する下部電極１２と、アル
コキシ系有機タンタルとアルコキシ系有機チタンとを原
料とするＭＯＣＶＤ法を用いて形成され、タンタルとチ
タンとのモル比が約９対１の五酸化タンタル及び二酸化
チタンの混合物からなり、層間絶縁膜１１の上における
下部電極１２の周辺部並びに下部電極１２における底
面、内側面及び外側面の各面上に膜厚が１０ｎｍで均一
な誘電体膜１３Ａと、窒化チタンからなり誘電体膜１３
Ａの上に形成された上部電極１４とから構成されるキャ
パシタが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容量絶縁膜に用い
る誘電体膜、該誘電体膜を用いた半導体装置とそれらの
製造方法及び該半導体装置の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体記憶素子であるＤＲＡＭ（ダイナ
ミック・ランダム・アクセス・メモリ）において、１ビ
ットの情報を記憶するセルは１つのＭＯＳトランジスタ
と１つのキャパシタとからなっている。該セルにアクセ
スするスイッチとして機能するＭＯＳトランジスタのソ
ース端子にはキャパシタが直列に接続されており、デー
タとなる電荷はキャパシタに蓄積される。

【０００３】このキャパシタは誘電体膜が上部電極と下
部電極との間に挟まれてなる構造を有するが、最低限２
０ｆＦ（フェムトファラッド）の電荷蓄積容量が必要で
ある。この誘電体膜を介して電荷が蓄積されるので、該
誘電体膜は一般に容量絶縁膜と呼ばれる。

【０００４】２５６メガビット世代以降のＤＲＡＭにお
けるセル面積は約０．５μｍ²以下になると思われる。
このような微細なセルに対して所定の容量を確保するに
は、構造上の改良に加えて、容量絶縁膜の比誘電率を大
きくすることが必須である。五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ
₅）は１０ｎｍ〜２０ｎｍにまで薄膜化しても比誘電率
が２０〜４０程度であり、次世代容量絶縁膜の本命と目
されている。この値は下部電極の材料やアニールによっ
て異なるが、従来のＳｉＯ₂やＳｉＯＮ膜と比べ約５〜
１０倍大きくできる。

【０００５】ところが、この五酸化タンタルを用いてさ
えも、２０ｆＦ以上の電荷蓄積容量を確保するには、下
部電極の形状を円筒状にして表面積をさらに増加させる
必要がある。所望の表面積を得るためには、下部電極の
側面の高さは少なくとも０．５μｍとなる。

【０００６】しかしながら、このような高さ方向の寸法
が大きいキャパシタが形成されると、キャパシタを埋め
込むための層間絶縁膜の膜厚も大きくなる。一方、ＤＲ
ＡＭの周辺回路部では、この層間絶縁膜の上にビアと呼
ばれる基板に垂直な配線が形成される。従って、このビ
アとトランジスタとを結ぶビアホールの深さは約１μｍ
と大きくなるので、ビアホールの形成と該ビアホールへ
の導体膜の充填とが困難となり、電気特性に不良が生じ
たりする。

【０００７】そこで、さらに大きな比誘電率を得ること
によってキャパシタの高さを減らすために、五酸化タン
タルにタンタル以外の金属酸化物を混合する研究がなさ
れてきている。なかでも、最も飛躍的な比誘電率の上昇
が見られるのが、五酸化タンタルに二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）や三酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を加えるこ
とである。

【０００８】Ｎａｔｕｒｅ誌第３７７号の２１５〜２１
７頁（１９９５年９月２１日発行）には、五酸化タンタ
ルの一部を二酸化チタンで置き換えることにより、比誘
電率が上昇することが報告されている。特に、五酸化タ
ンタルを二酸化チタンで８％置き換えた場合に比誘電率
が１２６という極大値を示している。この値は同じ製法
による五酸化タンタルのみの場合と比べて３．５倍に達
する。

【０００９】また、同じ研究グループから、Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ誌７０号第１１
巻１３９６〜１３９８頁（１９９７年３月１７日発行）
に五酸化タンタルの一部を三酸化アルミニウムで置き換
えることにより、比誘電率が上昇することが報告されて
いる。特に、五酸化タンタルを三酸化アルミニウムで１
０％置き換えた場合に比誘電率は４１．６７という極大
値を示している。この値は同じ製法による五酸化タンタ
ルのみの場合と比べて２５％増えている。

【００１０】タンタル、アルミニウム又はチタン等は、
半導体プロセス材料としてよく使用されており、上述し
た組成を持つ容量絶縁膜を半導体基板上に形成できれ
ば、キャパシタの高さの低減に大変有効である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の高誘電体からなる容量絶縁膜及びその製造方法は、
以下に示すような種々の問題を有している。

【００１２】まず、単一の金属、すなわち、タンタル酸
化物からなる容量絶縁膜の場合の問題について説明す
る。この場合には、タンタルの原料として通常用いられ
るペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅）中
の炭素原子が、五酸化タンタル中に残留してリーク電流
を増加させるという問題を有している。また、成膜時
に、五酸化タンタルに酸素原子が十分に供給されなかっ
た結果、五酸化タンタルの酸化反応が不十分となって絶
縁性不良となり、リーク電流が多く且つ寿命が短いとい
う問題を有している。

【００１３】さらに、下部電極にポリシリコンを用いる
場合には、成膜時において五酸化タンタル中の炭素の離
脱と酸素の補給とを行なうために、高温の酸素雰囲気中
でアニール処理を施す。このとき、酸素が下部電極であ
るポリシリコンにまで達して膜厚が厚いＳｉＯ₂膜が形
成されてしまうのを防ぐため、ポリシリコンの表面に対
して窒化処理を行なうことにより、ポリシリコンの上部
に薄いＳｉＮ膜を形成する。該ＳｉＮ膜は酸素の拡散を
抑える機能を有しているが、ＳｉＮ膜は絶縁膜であり、
五酸化タンタル膜と直列に接続されてキャパシタの容量
を下げてしまうという問題を有している。

【００１４】次に、複数の金属を含む金属酸化物からな
る容量絶縁膜の場合の問題について説明する。上述した
参考文献に示される容量絶縁膜を製造するには、二酸化
チタンや三酸化アルミニウムを五酸化タンタルに加え、
それぞれの粉末をよく混ぜ合わせ、温度１４００℃で焼
結した後、再度粉末化して高温で加圧焼結してから、所
望の厚さに研磨して形成するという方法が用いられてい
る。

【００１５】しかしながら、この方法を用いて形成され
た容量絶縁膜は理論上の理想的な密度に対し９０％の密
度しかない。これは、絶縁膜中に隙間があることを示し
ており、吸湿や耐圧不良等の問題が発生する。さらに、
この焼結という方法は、ＬＳＩの製造プロセスには全く
適合しない。

【００１６】半導体プロセスにおいて、通常の製膜方法
はスパッタ法か化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法と記
す。）である。以下に、その先行例を挙げる。

【００１７】スパッタ法で先行する技術としては、Ｊｏ
ｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ誌第１３８号第１２巻３７０１〜３７０
５頁（１９９１年１２月発行）にあるように、酸素アル
ゴン雰囲気中で、タンタルやアルミニウムをスパッタリ
ングする反応性高周波スパッタ法や所望の比率で形成し
た五酸化タンタルと三酸化アルミニウムのターゲットを
用いる高周波スパッタ法がある。しかしながら、作成さ
れた膜の比誘電率は上昇しなかった。これは、誘電体結
晶中にアルミニウム原子が取り込まれる位置が不適切で
あったと推測される。さらに、スパッタ法では、分子の
飛来方向に偏りがあり、円筒状の複雑な形状を持つ下部
電極に対して容量絶縁膜が均一に形成されないため、リ
ーク電流の増加、耐圧不良及び歩留まりの低下が生じや
すくなる。

【００１８】次に、ＣＶＤ法で先行する類似技術として
は、特開平５−２７５６４６号公報がある。この発明で
は、五酸化タンタルにハフニウム（Ｈｆ）の酸化物を加
えることにより比誘電率を上昇させている。ハフニウム
の割合が増えるに従って比誘電率は若干ではあるが単調
増加する。ハフニウム酸化物が４０％のとき、約３割の
比誘電率の上昇が得られている。製造方法は有機金属原
料を用いたＣＶＤ法であり、用いられた原料は、有機金
属がそれぞれタンタルとハフニウムとのアルコキシド
と、酸素原料としてのＯ₂ である。しかしながら、さら
に大きな比誘電率の上昇が得られるアルミニウムやチタ
ンを用いた場合の材料固有の製法に関する記述はない。
また、全原料ガスを反応室に供給する以前で混合してお
り、材料同士が容量絶縁膜形成用の基板に達する前に生
じる反応を抑制することが困難である。

【００１９】本発明は、前記従来の問題を解決し、均質
な高誘電体膜を成膜できるようにすると共に、均質な高
誘電体膜を用いて特性が優れた半導体装置を製造できる
ようにすることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、金属酸化物からなる高誘電体膜を、金属
にタンタルのみを用いて製造する際にはその原料にアミ
ノ系有機タンタルを用い、タンタルを含む複数の金属を
用いて製造する際にはその原料にアミノ系若しくはアル
コキシ系の有機タンタル及び有機チタン又は有機アルミ
ニウムを用いる構成とするものである。

【００２１】本発明に係る第１の誘電体膜の製造方法
は、アミノ系有機タンタルを含む原料ガスを該原料ガス
の分解温度以上の温度に加熱された半導体基板の主面上
で加熱分解すると共に、半導体基板の主面上に解離した
タンタルを酸素系ガスを用いて酸化することにより、主
面上にタンタル酸化物からなる誘電体膜を形成する。

【００２２】第１の誘電体膜の製造方法によると、アミ
ノ系有機タンタルを含む原料ガスを用いているため、ア
ミノ系有機タンタル中のタンタル原子と窒素原子との間
の結合が切れ、該タンタル原子が酸素系ガスにより酸化
されることによりタンタル酸化物が生成される。従来、
アルコキシ系有機タンタルを用いた場合には酸素−炭素
間結合を有しており、この酸素−炭素間結合が切れなか
った場合に、タンタル酸化膜中に炭素原子が取り込まれ
ていたが、本発明に係る製造方法においては、アミノ系
有機タンタルを原料に用いているため、タンタル−窒素
原子間結合が残ることがあっても、窒素原子が酸化され
てタンタル原子から奪われ、最終的にはＮＯ_x等の分子
となって離脱する。

【００２３】本発明に係る第２の誘電体膜の製造方法
は、有機タンタルとアミノ系有機チタンとを含む原料ガ
スを該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱された半導
体基板の主面上で加熱分解すると共に、半導体基板の主
面上に解離したタンタル及びチタンを酸素系ガスを用い
て酸化することにより、主面上にタンタル酸化物とチタ
ン酸化物とからなる誘電体膜を形成する。

【００２４】第２の誘電体膜の製造方法によると、有機
タンタルとアミノ系有機チタンとを含む原料ガスを用い
ているため、タンタルとチタンとのモル比を適当にとれ
ば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大きい高誘電体膜
が、半導体基板上に、いわゆる有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）という半導体製造プロセスに適合する方法
によって確実に形成できる。

【００２５】本発明に係る第３の誘電体膜の製造方法
は、有機タンタルとアルコキシ系有機チタンとを含む原
料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱された
半導体基板の主面上で加熱分解すると共に、半導体基板
の主面上に解離したタンタル及びチタンを酸素系ガスを
用いて酸化することにより、主面上にタンタル酸化物と
チタン酸化物とからなる誘電体膜を形成する。

【００２６】第３の誘電体膜の製造方法によると、有機
タンタルとアルコキシ系有機チタンとを含む原料ガスを
用いているため、タンタルとチタンとのモル比を適当に
とれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大きい高誘電
体膜が、半導体基板上に、有機金属気相成長法という半
導体製造プロセスに適合する方法によって確実に形成で
きる。

【００２７】本発明に係る第４の誘電体膜の製造方法
は、有機タンタルとアミノ系有機アルミニウムとを含む
原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱され
た半導体基板の主面上で加熱分解すると共に、半導体基
板の主面上に解離したタンタル及びアルミニウムを酸素
系ガスを用いて酸化することにより、主面上にタンタル
酸化物とアルミニウム酸化物とからなる誘電体膜を形成
する。

【００２８】第４の誘電体膜の製造方法によると、有機
タンタルとアミノ系有機アルミニウムとを含む原料ガス
を用いているため、タンタルとアルミニウムとのモル比
を適当にとれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大き
い高誘電体膜が、半導体基板上に、有機金属気相成長法
という半導体製造プロセスに適合する方法によって確実
に形成できる。

【００２９】本発明に係る第５の誘電体膜の製造方法
は、有機タンタルとアルコキシ系有機アルミニウムとを
含む原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱
された半導体基板の主面上で加熱分解すると共に、半導
体基板の主面上に解離したタンタル及びアルミニウムを
酸素系ガスを用いて酸化することにより、主面上にタン
タル酸化物とアルミニウム酸化物とからなる誘電体膜を
形成する。

【００３０】第５の誘電体膜の製造方法によると、有機
タンタルとアルコキシ系有機アルミニウムとを含む原料
ガスを用いているため、タンタルとアルミニウムとのモ
ル比を適当にとれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が
大きい高誘電体膜が、半導体基板上に、有機金属気相成
長法という半導体製造プロセスに適合する方法によって
確実に形成できる。

【００３１】第１〜第５の誘電体膜の製造方法におい
て、酸素系ガスはラジカル酸素又はオゾンを含むことが
好ましい。

【００３２】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、主面に下部電極が形成された半導体基板を所定温度
に加熱する加熱工程と、有機タンタルを含む原料ガスと
有機チタンを含む原料ガスとをそれぞれキャリアガスを
用いて互いに異なる経路で半導体基板の主面の上方に供
給すると共に、酸素系ガスを半導体基板の主面の上方に
供給する原料ガス供給工程と、半導体基板の主面におい
て熱分解で解離したタンタル及びチタンが酸素系ガスに
よりそれぞれ酸化されてなる誘電体膜を半導体基板にお
ける下部電極の上に成長させることにより、下部電極の
上に誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜
形成工程とを備えている。ここで、加熱工程における所
定温度とは、有機タンタルを含む原料ガスと有機チタン
を含む原料ガスとの各分解温度以上の温度をいう。

【００３３】第１の半導体装置の製造方法によると、有
機タンタルと有機チタンとを金属原料に用い、加熱され
た半導体基板の主面上において熱分解で解離したタンタ
ル及びチタンが酸素系ガスによりそれぞれ酸化されてな
る誘電体膜を半導体基板における下部電極の上に成長さ
せることにより、下部電極の上に誘電体膜からなる容量
絶縁膜を形成するため、タンタルとチタンとのモル比を
適当にとれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大きい
高誘電体膜を容量絶縁膜として形成できる。また、有機
タンタルを含む原料ガスと有機チタンを含む原料ガスと
をキャリアガスを用いて互いに異なる経路で半導体基板
の主面の上方にそれぞれ供給すると共に、酸素系ガスを
半導体基板の主面の上方に供給するため、タンタルとチ
タンとの基が互いに異なる場合であっても、半導体基板
に達する前に相互に反応することがない。

【００３４】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、主面に下部電極が形成された半導体基板を所定温度
に加熱する加熱工程と、有機タンタルを含む原料ガスと
有機アルミニウムを含む原料ガスとをそれぞれキャリア
ガスを用いて互いに異なる経路で半導体基板の主面の上
方に供給すると共に、酸素系ガスを半導体基板の主面の
上方に供給する原料ガス供給工程と、半導体基板の主面
上において熱分解で解離したタンタル及びアルミニウム
が酸素系ガスによりそれぞれ酸化されてなる誘電体膜を
半導体基板における下部電極の上に成長させることによ
り、下部電極の上に誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成
する容量絶縁膜形成工程とを備えている。ここで、加熱
工程における所定温度とは、有機タンタルを含む原料ガ
スと有機アルミニウムを含む原料ガスとの各分解温度以
上の温度をいう。

【００３５】第２の半導体装置の製造方法によると、有
機タンタルと有機アルミニウムとを金属原料に用い、加
熱された半導体基板の主面上において熱分解で解離した
タンタル及びアルミニウムが酸素系ガスによりそれぞれ
酸化されてなる誘電体膜を半導体基板における下部電極
の上に成長させることにより、下部電極の上に誘電体膜
からなる容量絶縁膜を形成するため、タンタルとアルミ
ニウムとのモル比を適当にとれば、タンタル酸化物より
も比誘電率が大きい高誘電体膜を容量絶縁膜として形成
できる。また、有機タンタルを含む原料ガスと有機アル
ミニウムを含む原料ガスとをキャリアガスを用いて互い
に異なる経路で半導体基板の主面の上方にそれぞれ供給
すると共に、酸素系ガスを半導体基板の主面の上方に供
給するため、タンタルとアルミニウムとの基が互いに異
なる場合であっても、半導体基板に達する前に相互に反
応することがない。

【００３６】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、原料ガス供給工程は、供給した酸素系ガス及び各
原料ガスをプラズマ化することにより、酸素系ガスにお
ける酸素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原
子と酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含
むことが好ましい。

【００３７】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、主面に下部電極が形成された半導体基板を所定温度
に加熱する加熱工程と、有機金属を含む原料ガスをキャ
リアガスを用いて半導体基板の主面の上方に供給すると
共に窒素系ガスを半導体基板の主面の上方に供給する第
１の原料ガス供給工程と、半導体基板の主面上において
熱分解で解離した金属が窒素系ガスにより窒化されてな
る保護窒化膜を半導体基板における下部電極の上に成長
させる保護窒化膜成長工程と、有機金属を含む原料ガス
をキャリアガスを用いて半導体基板の主面の上方に供給
すると共に酸素系ガスを半導体基板の主面の上方に供給
する第２の原料ガス供給工程と、半導体基板の主面上に
おいて熱分解で解離した金属が酸素系ガスにより酸化さ
れてなる誘電体膜を保護窒化膜の上に成長させることに
より、保護窒化膜の上に誘電体膜からなる容量絶縁膜を
形成する容量絶縁膜形成工程とを備えている。ここで、
加熱工程における所定温度とは、有機金属を含む原料ガ
スの分解温度以上の温度をいう。

【００３８】第３の半導体装置の製造方法によると、有
機金属を含む原料ガスをキャリアガスを用いて半導体基
板の主面の上方に供給すると共に窒素系ガスを半導体基
板の主面の上方に供給することにより、容量絶縁膜を形
成する前に、半導体基板の主面上において熱分解で解離
した金属が窒素系ガスにより窒化されてなる保護窒化膜
を半導体基板における下部電極の上に成長させるため、
容量絶縁膜のアニール時に該保護窒化膜は、下部電極の
上部に該上部が酸化されてなる比誘電率が小さい絶縁膜
酸化膜が形成されることを防止する。

【００３９】第３の半導体装置の製造方法において、第
１の原料ガス供給工程は、供給した窒素系ガス及び原料
ガスをプラズマ化することにより、窒素系ガスにおける
窒素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原子と
酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含み、
第２の原料ガス供給工程は、供給した酸素系ガス及び原
料ガスをプラズマ化することにより、酸素系ガスにおけ
る酸素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原子
と酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含む
ことが好ましい。

【００４０】第１〜第３の半導体装置の製造方法におい
て、キャリアガスは水素からなることが好ましい。

【００４１】本発明に係る第１の半導体装置は、半導体
基板の上に形成され、凸部を有する下部電極と、タンタ
ル酸化物及びチタン酸化物よりなり、下部電極の上にお
ける凸部の頂部及び側部を含む全面にわたってほぼ一様
の厚さに形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に全
面にわたって形成された上部電極とを備えている。

【００４２】第１の半導体装置によると、タンタル酸化
物及びチタン酸化物よりなり、半導体基板上の凸部を有
する下部電極の上における凸部の頂部及び側部を含む全
面にわたってほぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜を
備えているため、該容量絶縁膜がタンタルとチタンとの
モル比が所定の割合を有しておればタンタル酸化物のみ
からなる容量絶縁膜に比べて比誘電率が大きいので、例
えば、凸部の高さを縮小できる。

【００４３】第１の半導体装置は、下部電極と容量絶縁
膜との間に形成された窒化チタンからなる保護窒化膜を
さらに備えていることが好ましい。

【００４４】第１の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける保護窒化膜側の領域は、容量絶縁膜における他の
領域に比べてチタンの組成が相対的に大きいことが好ま
しい。

【００４５】第１の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける上部電極側の領域は、容量絶縁膜における他の領
域に比べてチタンの組成が相対的に大きいことが好まし
い。

【００４６】本発明に係る第２の半導体装置は、半導体
基板の上に形成され、凸部を有する下部電極と、タンタ
ル酸化物及びアルミニウム酸化物よりなり、下部電極の
上における凸部の頂部及び側部を含む全面にわたってほ
ぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜の
上に全面にわたって形成された上部電極とを備えてい
る。

【００４７】第２の半導体装置によると、タンタル酸化
物及びアルミニウム酸化物よりなり、半導体基板上の凸
部を有する下部電極の上における凸部の頂部及び側部を
含む全面にわたってほぼ一様の厚さに形成された容量絶
縁膜を備えているため、該容量絶縁膜はタンタル酸化物
のみからなる容量絶縁膜に比べて比誘電率が大きいの
で、例えば、凸部の高さを縮小できる。

【００４８】第２の半導体装置は、下部電極と容量絶縁
膜との間に形成された窒化アルミニウムからなる保護窒
化膜をさらに備えていることが好ましい。

【００４９】第２の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける保護窒化膜側の領域は、容量絶縁膜における他の
領域に比べてアルミニウムの組成が相対的に大きいこと
が好ましい。

【００５０】本発明に係る第１の半導体装置の製造装置
は、反応室と、反応室に設けられ、半導体基板を保持す
ると共に保持した半導体基板を所定温度に加熱する基板
保持台と、それぞれが一の系からなる基を有し且つ互い
に異なる金属を含む複数の有機金属原料を気化させるこ
とにより複数の原料ガスを生成し、生成された複数の原
料ガスをそれぞれキャリアガスに含ませる複数の気化手
段と、キャリアガスに含まれた複数の原料ガスを混合し
て混合原料ガスを生成する混合原料ガス生成手段と、混
合原料ガス生成手段により生成された混合原料ガスをキ
ャリアガスと共に反応室における基板保持台の上方に供
給する混合原料ガス供給手段と、混合原料ガスと反応さ
せる反応性ガスを反応室における基板保持台の上方に供
給する反応性ガス供給手段と、混合原料ガス供給手段か
ら供給される混合原料ガスと反応性ガス供給手段から供
給される反応性ガスとを混合すると共に混合したガスを
半導体基板の上に放出するガス混合放出手段と、混合原
料ガスをプラズマ化することにより、該混合原料ガスに
含まれる金属原子と該金属原子が結合する原子との間又
は炭素原子と酸素原子との間の結合を選択的に解離する
プラズマ発生手段とを備えている。

【００５１】第１の半導体装置の製造装置によると、そ
れぞれが一の系からなる基を有し且つ互いに異なる金属
を含む複数の有機金属原料を気化させることにより複数
の原料ガスを生成し、生成された複数の原料ガスをそれ
ぞれキャリアガスに含ませる複数の気化手段と、キャリ
アガスに含まれた複数の原料ガスを混合して混合原料ガ
スを生成する混合原料ガス生成手段と、混合原料ガス生
成手段により生成された混合原料ガスをキャリアガスと
共に反応室における基板保持台の上方に供給する混合原
料ガス供給手段と、混合原料ガスと反応させる反応性ガ
スを反応室における基板保持台の上方に供給する反応性
ガス供給手段と、混合原料ガス供給手段からの混合原料
ガスと反応性ガス供給手段からの反応性ガスとを混合す
ると共に混合したガスを半導体基板の上に放出するガス
混合放出手段とを備えているため、例えば、一の系から
なる基を有するアミノ系有機タンタルとアミノ系有機チ
タンとを原料ガスに用いる場合には、これらの原料ガス
は混合原料ガス生成手段により混合原料ガスとされ、該
混合原料ガスは、酸素系ガスからなる反応性ガスとはガ
ス混合放出手段によって半導体基板の上で初めて混合さ
れるため、半導体基板上に到達する以前に原料ガス同士
が反応しないので、半導体基板上に成長する金属酸化膜
の膜質に悪影響を及ぼす異物が発生しない。

【００５２】また、混合原料ガスをプラズマ化すること
により、該混合原料ガスに含まれる金属原子と該金属原
子が結合する原子との間又は炭素原子と酸素原子との間
の結合を選択的に解離するプラズマ発生手段とを備えて
いるため、金属原子と例えば酸素原子若しくは窒素原子
との間又は炭素原子と酸素原子との間の解離が促進され
るので、金属原子及び酸素原子がラジカルな状態とな
り、その結果、金属酸化膜を効率よく且つ均質に形成で
きる。

【００５３】本発明に係る第２の半導体装置の製造装置
は、反応室と、反応室に設けられ、半導体基板を保持す
ると共に保持した半導体基板を所定温度に加熱する基板
保持台と、それぞれが互いに異なる系からなる基を有し
且つ互いに異なる金属を含む複数の有機金属原料を気化
させることにより複数の原料ガスを生成し、生成された
複数の原料ガスをそれぞれキャリアガスに含ませる複数
の気化手段と、キャリアガスに含まれた複数の原料ガス
のうちの一の原料ガスと反応性ガスとを混合して主原料
ガスを生成する主原料ガス生成手段と、主原料ガス生成
手段により生成された主原料ガスをキャリアガスと共に
反応室における基板保持台の上方に供給する第１の原料
ガス供給手段と、複数の原料ガスのうちの他の原料ガス
をキャリアガスと共に反応室における基板保持台の上方
に供給する第２の原料ガス供給手段と、第１の原料ガス
供給手段から供給される主原料ガスと第２の原料ガス供
給手段から供給される他の原料ガスとを混合すると共に
混合したガスを半導体基板の上に放出するガス混合放出
手段とを備えている。

【００５４】第２の半導体装置の製造装置によると、そ
れぞれが互いに異なる系からなる基を有し且つ互いに異
なる金属を含む複数の有機金属原料を気化させることに
より複数の原料ガスを生成し、生成された複数の原料ガ
スをそれぞれキャリアガスに含ませる複数の気化手段
と、キャリアガスに含まれた複数の原料ガスのうち一の
原料ガスと反応性ガスとを混合して主原料ガスを生成す
る主原料ガス生成手段と、反応室における基板保持台の
上方に設けられ、主原料ガス生成手段からキャリアガス
と共に搬送される主原料ガスを反応室における基板保持
台の上方に供給する第１の原料ガス供給手段と、複数の
原料ガスのうちの他の原料ガスをキャリアガスと共に反
応室における基板保持台の上方に供給する第２の原料ガ
ス供給手段と、第１の原料ガス供給手段からの主原料ガ
スと第２の原料ガス供給手段からの他の原料ガスとを混
合すると共に混合したガスを半導体基板の上に放出する
ガス混合放出手段とを備えているため、例えば、互いに
異なる系からなる基を有し且つ互いに異なる複数の有機
金属としてアルコキシ系有機タンタルとアミノ系有機チ
タンとを原料ガスに用いる場合には、主原料ガス生成手
段において一の原料ガスであるアルコキシ系有機タンタ
ルと酸素系ガスからなる反応性ガスとが混合されて主原
料ガスが生成された後、第１の原料ガス供給手段によっ
て反応室の基板保持台の上方に供給される。一方、第２
の原料ガス供給手段から供給される他の原料ガスである
アミノ系有機チタンは、ガス混合放出手段によって主原
料ガスと半導体基板の上で初めて混合されるため、半導
体基板上に到達する以前に原料ガス同士が反応しないの
で、半導体基板上に成長する金属酸化膜の膜質に悪影響
を及ぼす異物が発生しない。

【００５５】第２の半導体装置の製造装置は、複数の原
料ガスをプラズマ化することにより、該複数の原料ガス
に含まれる金属原子と該金属原子が結合する原子との間
又は炭素原子と酸素原子との間の結合を選択的に解離す
るプラズマ発生手段をさらに備えている。

【００５６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）本発明に係る第１の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００５７】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係
る誘電体膜のアミノ系有機金属原料としてのペンタジメ
チルアミノタンタル（Ｔａ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₅）の構
造式を示している。図１（ａ）に示すように、タンタル
原子の５本の結合手が窒素原子とそれぞれ結合し、各窒
素原子の３本の結合手のうちタンタル原子と結合してい
ない２本の結合手はそれぞれメチル基と結合している。

【００５８】このアミノ系有機タンタルと酸素系ガスと
を用いて、所定温度に加熱された半導体基板上に五酸化
タンタルからなる高誘電体膜を形成する場合には、アミ
ノ系有機タンタルは加熱されると容易に気化するため、
窒素ガスや水素ガス等からなるキャリアガスを用いて反
応室内に設けられた半導体基板上に気化した有機タンタ
ルを搬送する。同時に、有機タンタルガスとは別の経路
で酸素系ガスを半導体基板の上方に搬送する。酸素系ガ
スとしては、酸素、オゾン又は高周波により解離したラ
ジカル酸素等を用いる。半導体基板が５００℃程度にま
で加熱されていると、基板表面で有機タンタル中のＴａ
−Ｎ結合が解離する。その後、解離したタンタル原子は
酸素原子と反応して図１（ｂ）に示すようにＴａ−Ｏ結
合をなし、多数のＴａ−Ｏ結合が互いに結合して五酸化
タンタルの結晶を生成する。

【００５９】従来のように、アルコキシ系有機タンタル
を用いると、タンタル原子を取り巻く酸素原子が有機基
と結合したＯ−Ｃ結合を有するので、このＯ−Ｃ結合の
一部が解離されずに残った場合には、五酸化タンタル膜
中に炭素原子が残留することになる。

【００６０】しかしながら、本実施形態に示すように、
アミノ系有機タンタルを用いると、Ｔａ−Ｎの結合が一
部に残留したとしても、酸素原子がタンタル原子から窒
素原子を奪ってＮＯ_x等の分子となって結晶中から離脱
する。従って、高誘電体膜中には炭素原子も窒素原子も
残らない。この窒素の酸化反応を促進するためには酸素
系ガスとしては酸素よりも酸化力の強いオゾンやラジカ
ル酸素の方が好ましい。このオゾン又はラジカル酸素
は、同時にタンタルの酸化を促進するので、形成される
誘電体膜中の酸素不足に起因する格子欠陥を抑制でき
る。

【００６１】また、アミノ系有機タンタルはアルコキシ
系有機タンタルと比べて解離しやすい。従って、半導体
基板上の膜形成に関与しない反応を防ぐために、酸素系
ガスとアミノ系有機タンタルとの混合をできる限り基板
上部に接近させると、高誘電体膜の膜質の向上させるこ
とができる。特に、オゾンやラジカル酸素は反応力が強
いので、金属原料ガスと反応性ガスとの混合は、基板の
上面近傍で行なうか又は基板自体の温度を比較的低温に
して行なうことが必須の条件となる。

【００６２】このように、本実施形態によると、ＭＯＣ
ＶＤ法における有機金属材料にアミノ系有機タンタルを
用いると、形成された誘電体膜中に炭素原子が残留しな
いため、該誘電体膜を容量絶縁膜として用いた場合に
は、リーク電流を抑制できると共に結晶性が高いので長
寿命となり、高品質なキャパシタを得ることができる。

【００６３】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６４】図２は本発明の第２の実施形態に係る半導
体装置の断面構成を示している。図２において、１１は
半導体基板（図示せず）の上に形成された酸化シリコン
からなる層間絶縁膜であり、該層間絶縁膜１１の上に
は、ポリシリコンからなり、有底円筒形状を有する下部
電極１２と、タンタルとチタンとのモル比が約９対１の
五酸化タンタル及び二酸化チタンの混合物からなり、層
間絶縁膜１１の上における下部電極１２の周辺部並びに
下部電極１２における底面、内側面及び外側面の各面上
に膜厚が１０ｎｍで均一に形成された誘電体膜１３Ａ
と、窒化チタンからなり誘電体膜１３Ａの上に形成され
た上部電極１４とから構成される半導体装置としてのキ
ャパシタが形成されている。また、層間絶縁膜１１にお
ける下部電極１２の下側には、ポリシリコン又はその一
部がタングステンに置換されてなり、半導体基板と層間
絶縁膜１１との間に設けられているＭＯＳトランジスタ
（図示せず）とを電気的に接続するビア１５が形成され
ている。

【００６５】このように、本実施形態に係る半導体装置
によると、容量絶縁膜としての誘電体膜１３Ａは下部電
極１２と上部電極１４との間に膜厚が均一となるように
形成されているため、高信頼性と高歩留まりとが期待で
きる。

【００６６】また、誘電体膜１３Ａは、比誘電率が五酸
化タンタルのみからなる場合に比べて大きいため、キャ
パシタの容量を五酸化タンタルのみからなるキャパシタ
と同等の値とするならば、有底円筒形状の下部電極１２
の高さを低減することができるので、ビアホール及びビ
ア１５を確実に形成できる。

【００６７】さらに、チタンの原料にアミノ系有機チタ
ンを用いると、誘電体膜１３Ａ中の残留炭素量が極めて
少なくなるので、リーク電流が少なくなる。

【００６８】なお、下部電極１２をポリシリコンとした
が、これに限らず、ルテニウム、二酸化ルテニウム、タ
ングステン、窒化タングステン又は白金等であってもよ
い。また、上部電極１４を窒化チタンとしたが、これに
限らず、ルテニウム、二酸化ルテニウム又は白金等であ
ってもよい。

【００６９】また、下部電極１２の表面積を増やすため
に、下部電極１２の表面に半円球状のポリシリコンを形
成した場合であっても、容量絶縁膜の膜厚の均一性は維
持される。

【００７０】以下、前記のような構成を有する半導体装
置の製造方法について図面を参照しながら説明する。ま
ず、半導体装置の製造装置の構成を説明する。

【００７１】図３は本実施形態に係る半導体装置の製造
に用いる製造装置の概略構成を示している。図３に示す
ように、半導体基板上に成膜を行なう反応室５１には、
半導体基板５２を保持し且つ該半導体基板５２を所定温
度に加熱する基板保持台５３と、該基板保持台５３の反
保持面側の中心部には保持面に対して垂直に延びる回転
軸５３ａが設けられている。反応室５１における基板保
持台５３の上方には、ガラスからなり、混合原料ガス生
成手段及び混合原料ガス供給手段としての第１のガス供
給管５４Ａが基板保持台５３の基板面に向かって延びる
ように設けられており、該第１のガス供給管５４Ａの基
板保持台５３側の端部は、基板保持台５３に近づくにつ
れて広がる円錐形状を有し、ガス混合放出手段としての
ガス混合放出部５４ａを形成している。また、第１のガ
ス供給管５４Ａには、ガラスからなり、該第１のガス供
給管５４Ａが延びる方向で且つ中心部を貫通する反応性
ガス供給手段としての第２のガス供給管５５Ａが設けら
れ、該第２のガス供給管５５Ａの基板保持台５３側の端
部はガス混合放出部５４ａで開口している。また、反応
室５１における基板保持台５３の反保持面側には排気口
５１ａが設けられている。

【００７２】本製造装置は、有機金属原料にそれぞれが
一の系からなる基を有し且つ互いに異なる金属を含む複
数の有機金属原料を用いる構成とする。

【００７３】従って、気化手段としての第１の原料容器
５７にはアルコキシ系有機金属材料であるペンタエトキ
シタンタルが格納されると共に、気化手段としての第２
の原料容器５８にはアルコキシ系有機金属材料であるテ
トライソプロポキシチタン（Ｔｉ（ＯＣ₃Ｈ₇）₄）が
格納されている。第１の原料容器５７には、高純度の水
素ガス又は窒素ガスからなるキャリアガスが供給される
第１のキャリアガス供給管５９と、気化されたペンタエ
トキシタンタルとキャリアガスとを反応室５１に搬送す
る第１の搬送管６０とが設けられている。第２の原料容
器５８には、高純度の水素ガス又は窒素ガスからなるキ
ャリアガスが供給される第２のキャリアガス供給管６１
と、気化されたテトライソプロポキシチタンとキャリア
ガスとを反応室５１に搬送する第２の搬送管６２とが設
けられている。

【００７４】反応性ガスとしての高純度酸素ガスは第３
の原料容器６３に充填されており、該第３の原料容器６
３には酸素ガスを反応室５１に搬送する第３の搬送管６
４が設けられている。

【００７５】第１の搬送管６０は第１のバルブ６５を介
し、第２の搬送管６２は第２のバルブ６６を介してそれ
ぞれ第１のガス供給管５４Ａにおける反応室５１の外側
の端部に接続されていると共に、第３の搬送管６４は第
３のバルブ６７を介し第２のガス供給管５５Ａにおける
反応室５１の外側の端部に接続されている。

【００７６】また、原料ガスを反応室５１に供給する前
の期間において反応室５１の雰囲気を一様に保つために
必要なキャリアガスを格納する容器６８と、該容器６８
と反応室５１における第１のガス供給管５４Ａにおける
反応室５１の外側の端部とを接続する第４の搬送管６９
と、該第４の搬送管６９のガスの流通を制御する第４の
バルブ７０とを備えている。

【００７７】次に、前記のように構成された製造装置を
用いた半導体装置の製造方法を説明する。

【００７８】図３において、反応室５１における基板保
持台５３の保持面には、上面に有底円筒形状を有する多
数のＤＲＡＭ用キャパシタの下部電極が形成された半導
体基板５２が保持されており、該半導体基板５２は、原
料ガスの分解温度以上の温度である５００℃程度に加熱
され且つ成長する誘電体膜の均一性を向上させるために
回転軸５３ａを中心にして所定速度で回転している。反
応室５１内は、初期圧力として、例えば、１０^-6Ｔｏｒ
ｒ程度の真空度に保たれるよう排気口５１ａから排気さ
れている。

【００７９】アルコキシ形有機金属は、各原料容器５
７，５８を暖めると容易に気化するので、気化された原
料の流量の制御を容易とするために０．１ｍｍＨｇ程度
の分圧を持つように各原料容器５７，５８の温度をそれ
ぞれ調整する。この状態で第１のキャリアガス供給管５
９及び第２のキャリアガス供給管６１からそれぞれ圧力
が１０Ｔｏｒｒ程度のキャリアガスを第１の原料容器５
７及び第２の原料容器５８にそれぞれ供給する。

【００８０】第１の搬送管６０に設けられている第１の
バルブ６５及び第２の搬送管６２に設けられている第２
のバルブ６６を開けると、第１の原料容器５７及び第２
の原料容器５８においてそれぞれ気化された原料ガス
は、キャリアガスと共に第１の搬送管６０及び第２の搬
送管６２をそれぞれ通って第１のガス供給管５４Ａにお
いて混合原料ガスとなる。共にアルコキシ系有機金属を
用いているため、これらは分子内部の結合のイオン化率
等に大きな差異がないので、予期せぬ反応が生じること
はない。この混合原料ガスはさらにキャリアガスと共に
第１のガス供給管５４Ａを通って基板保持台５３側の端
部に設けられているガス混合放出部５４ａに搬送され、
基板保持台５３に保持されている半導体基板５２の直上
に供給される。

【００８１】一方、第３の搬送管６４に設けられている
第３のバルブ６７を開けると、酸素ガスが、第３の原料
容器６３から第３の搬送管６４及び第２のガス供給管５
５Ａを通って第１のガス供給管５４Ａのガス混合放出部
５４ａに供給され、該ガス混合放出部５４ａにおいて混
合原料ガスと混合される。

【００８２】有機金属原料であるペンタエトキシタンタ
ルとテトライソプロポキシチタンとの供給比は各原料容
器５７，５８内の分圧と各キャリアガスの流量とにより
制御できる。本実施形態においては、比誘電率を極大と
するため、生成される誘電体膜中のタンタルとチタンと
のモル比が約９対１になるように設定している。

【００８３】なお、第１のバルブ６５，第２のバルブ６
６及び第３のバルブ６７を開けるまでの期間は、容器６
８からキャリアガスだけが所定流量で流れている。この
ため、反応室５１内は１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ程度の
減圧状態に保たれている。第１のバルブ６５，第２のバ
ルブ６６及び第３のバルブ６７を開けると、各バルブ６
５，６６，６７から供給されるガスの総流量分に比例し
て容器６８からのキャリアガスが減少し、反応室５１内
の気圧やガスの総流量が変化しないように、第４のバル
ブ７０が速やかに調整される。

【００８４】本実施形態に係る半導体装置の製造方法に
よると、互いにアルコキシ系有機基を有し且つタンタル
元素とチタン元素とを含む混合原料ガスを用いたＣＶＤ
装置であるため、形成される誘電体膜を容量絶縁膜とし
て容易に且つ確実に用いることができる。すなわち、タ
ンタル酸化物とチタン酸化物とからなり、タンタル酸化
物のみからなる誘電体膜よりも比誘電率が大きい容量絶
縁膜が従来の半導体製造プロセスに確実に適合すること
になる。さらに、ＣＶＤ法を用いているため、形成され
る誘電体膜の膜厚は基板上にキャパシタの下部電極のよ
うな凹部及び凸部があっても均一となる。

【００８５】また、混合原料ガスと酸素ガスとは第１の
ガス供給管５４Ａにおける基板保持台５３側の端部に設
けられているガス混合放出部５４ａにおいて混合される
ため、半導体基板５２の直上で初めて反応が可能な状態
となる。これにより、アルコキシ系有機金属の中には酸
素と反応しやすい化合物が含まれている可能性が高く、
従って、供給管内で混合原料ガスと酸素ガスとを混合す
ると、供給管中で酸化反応が起き、該酸化反応により生
成された酸化物を核として異物となる結晶が成長し、粉
末状の異物が基板上に堆積することがなくなる。その結
果、形成される誘電体膜の膜質を高品位に保つことがで
きる。

【００８６】また、キャリアガスとして水素ガスを用い
ると、原料ガスが半導体基板５２に到達する前の反応を
抑えることができる。これは、水素ガスは窒素ガスに比
べて熱伝導率が小さいため、半導体基板５２の極近傍の
みが高温となるためである。さらに、水素ガスを用いる
と、半導体基板５２の基板温度をキャリアガスに窒素ガ
スを用いる場合よりも高くすることができ、成膜速度を
上げることが可能となる。一般に、基板温度を高くする
と反応が速くなるため、結晶成長のメカニズムが反応律
速から供給律速になる傾向があり、本実施形態のように
表面に複雑な凹部及び凸部を有する半導体基板５２の場
合には凸部の先端部に形成される膜厚が厚くなるので、
均一な膜厚を保つのが困難となる。しかしながら、水素
ガスを用いることにより、多少基板温度を上げても、原
料ガスの状態で基板における凹部の底面近傍にまで水素
ガスが確実に到達するため、原料の供給が反応速度を下
回ることがなく、反応律速が維持されるので、均一な膜
厚を得ることができる。

【００８７】また、反応性ガスとして酸素を用いたが、
オゾンを用いると有機金属の酸化がさらに促進されるた
め、解離した金属原子の酸化が極めて効率よく行なわれ
且つ浮遊する炭素原子を酸化させて二酸化炭素等の気体
として排気できるため、誘電体膜よりなる容量絶縁膜中
に残留する炭素原子を低減できると共に、酸素欠乏によ
る結晶欠陥が発生しにくくなるので、キャパシタとして
の耐圧の向上やリーク電流の低減に有効となる。

【００８８】なお、有機金属原料における有機基にアル
コキシ系の有機金属を用いたが、これに限らず、アミノ
系の有機金属であってもよい。

【００８９】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００９０】図４は本発明の第３の実施形態に係る半導
体装置の断面構成を示している。図４において、図２に
示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付す
ことにより説明を省略する。

【００９１】本実施形態に係る容量絶縁膜としての誘電
体膜１３Ｂは、タンタルとアルミニウムとのモル比が約
９対１の五酸化タンタル及び三酸化アルミニウムの混合
物からなり、層間絶縁膜１１の上における下部電極１２
の周辺部並びに下部電極１２における底面、内側面及び
外側面の各面上に膜厚が１０ｎｍで均一に形成されてい
る。

【００９２】このように、本実施形態に係る半導体装置
によると、容量絶縁膜としての誘電体膜１３Ｂは下部電
極１２と上部電極１４との間に膜厚が均一となるように
形成されているため、高信頼性と高歩留まりとが期待で
きる。

【００９３】また、誘電体膜１３Ｂは、比誘電率が五酸
化タンタルのみからなる場合に比べて大きいため、キャ
パシタの容量を五酸化タンタルのみからなるキャパシタ
と同等の値とするならば、有底円筒形状の下部電極１２
の高さを低減することができる。

【００９４】さらに、アルミニウムの原料にアミノ系有
機アルミニウムを用いると、誘電体膜１３Ｂ中の残留炭
素量が極めて少なくなるので、リーク電流が少なくな
る。

【００９５】なお、下部電極１２をポリシリコンとした
が、これに限らず、ルテニウム、二酸化ルテニウム、タ
ングステン、窒化タングステン又は白金等であってもよ
い。また、上部電極１４を窒化チタンとしたが、これに
限らず、ルテニウム、二酸化ルテニウム又は白金等であ
ってもよい。

【００９６】また、下部電極１２の表面積を増やすため
に、下部電極１２の表面に半円球状のポリシリコンを形
成した場合であっても、容量絶縁膜の膜厚の均一性は維
持される。

【００９７】以下、前記のような構成を有する半導体装
置の製造方法について説明する。

【００９８】本実施形態に係る半導体装置の製造には図
３に示す製造装置と同一の製造装置を用いる。従って、
気化手段としての第２の原料容器５８にはトリイソプロ
ポキシアルミニウム（Ａｌ（ＯＣ₃Ｈ₇）₃）が格納さ
れている以外は第２の実施形態と同様の手順で製造する
ことができる。

【００９９】本実施形態に係る半導体装置の製造方法に
よると、互いにアルコキシ系有機基を有し且つタンタル
元素とアルミニウム元素とを含む混合原料ガスを用いた
ＣＶＤ装置であるため、形成される誘電体膜を容量絶縁
膜に容易に用いることができる。すなわち、タンタル酸
化物とアルミニウム酸化物とからなり、タンタル酸化物
のみからなる誘電体膜よりも比誘電率が大きい容量絶縁
膜が従来の半導体製造プロセスに確実に適合することに
なる。さらに、ＣＶＤ法を用いているため、形成される
誘電体膜の膜厚は基板上に有底円筒形状のような凹部及
び凸部があっても均一となる。

【０１００】また、混合原料ガスと酸素ガスとは第１の
ガス供給管５４Ａにおける基板保持台５３側の端部に設
けられているガス混合放出部５４ａにおいて混合される
ため、半導体基板５２の直上で初めて反応が可能な状態
となる。これにより、粉末状の異物が基板上に堆積する
ことがなくなるので、形成される誘電体膜の膜質を高品
位に保つことができる。

【０１０１】また、第２の実施形態と同様に、キャリア
ガスには水素を用い、且つ、反応性ガスにはオゾンを用
いることが好ましい。

【０１０２】なお、有機金属原料における有機基にアル
コキシ系の有機金属を用いたが、これに限らず、アミノ
系の有機金属であってもよい。

【０１０３】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１０４】図５は本発明の第４の実施形態に係る半導
体装置の製造装置の概略構成を示し、図５において、図
３に示す構成部材と同一の構成要素には同一の符号を付
すことにより説明を省略する。

【０１０５】本実施形態に係る製造装置には、第１のガ
ス供給管５４Ａにおける基板保持台５３側の端部を挟む
ように設けられ、混合原料ガスを構成する金属原子と酸
素原子との間、金属原子と窒素原子との間又は炭素原子
と酸素原子との間の結合を選択的にプラズマ化するプラ
ズマ発生装置を備えている。ここで、混合原料ガスは、
それぞれが一の系からなる基を有し且つ互いに異なる金
属を含む複数の有機金属を原料とする。

【０１０６】以下、前記のように構成された製造装置を
用いた半導体装置の成膜方法を説明する。

【０１０７】第２の実施形態との差異のみを説明する
と、図５に示すように、反応室５１における基板保持台
５３の保持面には、例えばポリシリコン等の半導体又は
ルテニウム若しくは酸化ルテニウム等の導体からなり、
上面に有底円筒形上の多数のＤＲＡＭ用キャパシタの下
部電極が形成された半導体基板５２が保持されている。
該半導体基板５２は、原料ガスの分解温度程度の温度で
ある４５０℃程度に加熱され且つ成長する誘電体膜の均
一性を向上させるために回転軸５３ａを中心にして所定
速度で回転している。第２の実施系に比べて基板温度を
低く設定しているのは、有機金属からなる混合原料ガス
がプラズマ発生装置７１から放射される高周波によって
基板到達直前に十分に解離できているためである。

【０１０８】また、反応室５１に混合原料ガス及び酸素
ガスを供給するまでの期間は、容器６８からキャリアガ
スだけを所定流量で流通させているため、反応室５１内
は１Ｔｏｒｒ程度の減圧状態に保たれている。第２の実
施形態に比べて、圧力を小さくしているのは、高周波が
照射されて生成されたラジカル原子やラジカル分子が基
板到達前に互いに衝突することにより、予期せぬ化合物
が生成されるのを防ぐためである。

【０１０９】有機金属原料として、例えば、共にアルコ
キシ系のペンタエトキシタンタルとテトライソプロポキ
シチタンとを用いる。

【０１１０】このように、本実施形態によると、第１の
ガス供給管５４Ａにおける基板保持台５３側の端部を挟
むように設けられたプラズマ発生装置７１により放射さ
れる高周波によって、第１のガス供給管５４Ａを通る混
合原料ガスは、ガス中のＣ−Ｏ結合、Ｔａ−Ｏ結合又は
Ｔｉ−Ｏ結合をプラズマ状態にされて選択的に解離され
且つ第２のガス供給管５５Ａを通る酸素ガスがラジカル
な状態となるため、混合原料ガスの酸化反応が速やかに
行なわれるので、炭素残留や酸素欠乏による結晶欠陥が
低減する。その結果、半導体基板５２における凹凸形状
を有する下部電極上に、膜厚が均一であって、高耐圧及
び低リーク特性を有し且つ高誘電率を有する容量絶縁膜
が形成される。

【０１１１】また、混合原料ガスと酸素ガスとは第１の
ガス供給管５４Ａにおける基板保持台５３側の端部に設
けられているガス混合放出部５４ａにおいて混合される
ため、異物となる酸化物の結晶の発生を抑制できる。す
なわち、プラズマ発生装置７１が放射する高周波により
生成されたラジカルな金属原料とラジカルな酸素は反応
性が高いために供給管中でこれらを混合すると酸化反応
が起きてしまい、生成した酸化物を核とする結晶が基板
上に堆積するのを防ぐことができる。

【０１１２】なお、有機金属原料における有機基にアル
コキシ系の有機金属を用いたが、これに限らず、アミノ
系の有機金属であってもよい。

【０１１３】（第５の実施形態）以下、本発明の第５の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１１４】図６は本発明の第５の実施形態に係る半導
体装置の製造装置の概略構成を示している。図６におい
て、図３に示す構成部材と同一の構成要素には同一の符
号を付すことにより説明を省略する。

【０１１５】本製造装置は、有機金属原料としてアルコ
キシ系有機タンタル及びアミノ系有機チタンのように、
それぞれが互いに異なる系からなる基を有し且つ互いに
異なる金属を含む複数の有機金属原料を用いる構成とす
る。従って、本装置は、反応室５１における基板保持台
５３の上方には、主原料ガス生成手段及び第１の原料ガ
ス供給手段としての第１のガス供給管５４Ｂが基板保持
台５３の基板面に向かって延びるように設けられてお
り、該第１のガス供給管５４Ｂの基板保持台５３側の端
部は、基板保持台５３に近づくにつれて広がる円錐形状
を有し、ガス混合放出手段としてのガス混合放出部５４
ａを形成している。また、第１のガス供給管５４Ｂに
は、ガラスからなり、該第１のガス供給管５４Ｂが延び
る方向で且つ中心部を貫通する第２の原料ガス供給手段
としての第２のガス供給管５５Ｂが設けられ、該第２の
ガス供給管５５Ｂの基板保持台５３側の端部はガス混合
放出部５４ａで開口している。

【０１１６】また、気化手段として保温されている第１
の原料容器５７にはアルコキシ系有機金属材料としてペ
ンタエトキシタンタルが格納されると共に、気化手段と
して保温されている第２の原料容器５８にはテトラジメ
チルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₄）が格納
されている。反応性ガスとしての高純度酸素ガスは第３
の原料容器６３に充填されている。第２の実施形態との
差異は、第３の原料容器６３が第３の搬送管６４及び第
３のバルブ６７を介して、第１のガス供給管５４Ｂにお
ける反応室５１の外側の端部と接続される一方、第２の
原料容器５８が第２の搬送管６２及び第２のバルブ６６
を介して、第２のガス供給管５５Ｂにおける反応室５１
の外側の端部と接続されている点である。

【０１１７】また、本実施形態の特徴として、有機金属
が気化する程度の比較的低温下ではペンタエトキシタン
タルと酸素とは反応しないので、これらのガスは第１の
ガス供給管５４Ｂ内で主原料ガスとして混合される。一
方、アルコキシ系有機タンタルとは異なるアミノ系のテ
トラジメチルアミノチタンは第２のガス供給管５５Ｂを
通って第１のガス供給管５４Ｂにおける基板保持台５３
側の端部に設けられているガス混合放出部５４ａにおい
て主原料ガスと混合される。これにより、アルコキシ系
有機金属とアミノ系有機金属とは、有機基が異なり、分
子内部の結合のイオン化率等に違いがあるため予期せぬ
反応が生じる可能性があり、組成等の制御が不能に陥る
ことを未然に防ぐことができる。

【０１１８】また、ペンタエトキシタンタルとテトラジ
メチルアミノチタンとの供給比は各原料容器５７，５８
内におけるそれぞれの分圧と、各原料容器５７，５８内
に供給されるキャリアガスの流量でそれぞれ制御でき
る。本実施形態においては、形成される誘電体膜の比誘
電率を極大にするため、該誘電体膜中のタンタルとチタ
ンとのモル比が約９対１になるように調整してある。

【０１１９】このように、互いに異なる有機基を有し且
つタンタル元素とチタン元素とを含む原料ガスを用いた
場合であっても、形成される誘電体膜を容量絶縁膜に用
いることができる。すなわち、タンタル酸化物とチタン
酸化物とからなり、タンタル酸化物のみからなる誘電体
膜よりも比誘電率が大きい容量絶縁膜が従来の半導体製
造プロセスに確実に適合することになる。さらに、ＣＶ
Ｄ法を用いているため、形成される誘電体膜の膜厚は基
板上にキャパシタの下部電極のような凹部及び凸部があ
っても均一となる。

【０１２０】さらに、有機金属原料にテトラジメチルア
ミノチタンを用いているため、チタン原子に炭素原子が
直接結合していないので、チタン原子に付随した炭素原
子が形成される誘電体膜中に混入することがない。ま
た、テトラジメチルアミノチタンの解離後に結合手が余
った窒素原子が存在するため、該窒素原子がペンタエト
キシタンタル解離後のエチル基やエトキシ基と結合する
ので、タンタル原子に炭素原子が結合したまま膜中に取
り込まれることが抑制され、その結果、炭素原子による
リーク電流を低減できる。

【０１２１】また、キャリアガスには水素を用いると、
原料ガスが半導体基板５２に到達する前の反応を抑える
ことができる。

【０１２２】また、反応性ガスとして酸素を用いたが、
酸素の代わりに、オゾンを用いると、有機金属の酸化が
さらに促進される。

【０１２３】なお、タンタルの原料にアルコキシ系有機
タンタルを用い、チタンの原料にアミノ系有機チタンを
用いたが、アミノ系有機タンタルとアルコキシ系有機チ
タンとであってもよい。

【０１２４】（第６の実施形態）以下、本発明の第６の
実施形態に係る半導体装置の成膜方法を説明する。第５
の実施形態と同様に、本製造方法は、それぞれが互いに
異なる系からなる基を有し且つ互いに異なる金属を含む
複数の有機金属原料を用いる構成とする。具体的には、
有機金属原料にアルコキシ系有機タンタル及びアミノ系
有機アルミニウムを用いる。

【０１２５】高誘電体膜の生成には、第５の実施形態に
おける図６に示す製造装置を用い、第２の原料容器５８
にトリメチルアミンアラン（ＡｌＨ₃・Ｎ（Ｃ
Ｈ₃）₃）を格納しておけばよい。また、形成される誘
電体膜の比誘電率を極大にするため、該誘電体膜中のタ
ンタルとアルミニウムとのモル比が約９対１になるよう
に、第１のバルブ６５及び第２のバルブ６６の開度並び
に各原料容器５７，５８に供給されるキャリアガスの流
量を調整している。

【０１２６】また、図６に示す製造装置において、ペン
タエトキシタンタルとトリメチルアミンアランとが反応
室５１における基板保持台５３の直上で初めて混合され
るため、有機金属における有機基が互いに異なるため、
分子内部の結合のイオン化率等に違いがあり、且つ、ト
リメチルアミンアランが錯体結合を有するために解離し
やすくとも、酸化物の結晶からなる異物が生成されにく
いので、生成される誘電体膜の膜質を高品位に保つこと
ができる。

【０１２７】また、トリメチルアミンアランは、アルミ
ニウム原子に炭素原子が直接結合していないため、第５
の実施形態と同様に、リーク電流を低減できる効果を有
する。

【０１２８】なお、タンタルの原料にアルコキシ系有機
タンタルを用い、アルミニウムの原料にアミノ系有機ア
ルミニウムを用いたが、アミノ系有機タンタルとアルコ
キシ系有機アルミニウムとであってもよい。

【０１２９】（第７の実施形態）以下、本発明の第７の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１３０】図７は本発明の第７の実施形態に係る半導
体装置の製造装置の概略構成を示している。図７におい
て、図６に示す構成部材と同一の構成要素には同一の符
号を付すことにより説明を省略する。

【０１３１】図７に示すように、本実施形態に係る製造
装置は、第５の実施形態と同様に有機金属原料に、それ
ぞれが互いに異なる系からなる基を有し且つ互いに異な
る金属を含む複数の有機金属原料を用いる構成としてい
る。

【０１３２】さらに、第１のガス供給管５４Ｂにおける
基板保持台５３側の端部を挟むように設けられ、それぞ
れが互いに異なる系からなる基を有し且つ互いに異なる
金属を含む複数の原料ガスを構成する金属原子と酸素原
子との間、金属原子と窒素原子との間又は炭素原子と酸
素原子との間の結合を選択的にプラズマ化するプラズマ
発生装置を備えている。

【０１３３】本実施形態によると、第５の実施形態と同
様の効果が得られる上に、第１のガス供給管５４Ｂにお
ける基板保持台５３側の端部を挟むように設けられたプ
ラズマ発生装置７１が放射する高周波によって、第１の
ガス供給管５４Ｂを通る主原料ガスは、ガス中のＣ−Ｏ
結合又はＴａ−Ｏ結合をプラズマ状態にされて選択的に
解離され且つ酸素ガスがラジカルな状態となり、また、
第２のガス供給管５５Ｂを通る原料ガスはＴｉ−Ｎ結合
をプラズマ状態にされて選択的に解離されるため、原料
ガスの酸化反応が速やかに行なわれるので、炭素残留や
酸素欠乏による結晶欠陥が低減する。その結果、半導体
基板５２における凹凸形状を有する下部電極上に、膜厚
が均一であって、高耐圧及び低リーク特性を有し且つ高
誘電率を有する容量絶縁膜が形成される。

【０１３４】なお、タンタルの原料にアルコキシ系有機
タンタルを用い、アルミニウムの原料にアミノ系有機ア
ルミニウムを用いたが、アミノ系有機タンタルとアルコ
キシ系有機アルミニウムとであってもよい。

【０１３５】（第８の実施形態）以下、本発明の第８の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１３６】図８は本発明の第８の実施形態に係る半導
体装置の断面構成を示し、図８において、図２に示した
構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことに
より説明を省略する。

【０１３７】本実施形態の特徴として、ポリシリコンか
らなり、有底円筒形状の下部電極１２と、タンタルとチ
タンとのモル比が約９対１で五酸化タンタル及び二酸化
チタンの混合物からなる誘電体膜１３Ａとの間に、窒化
チタンからなり、厚さが２ｎｍ程度の保護窒化膜１６Ａ
を備えている。

【０１３８】このように、ポリシリコンからなる下部電
極１２と誘電体膜１３Ａとの間に全面にわたって保護窒
化膜１６Ａを備えているため、誘電体膜１３Ａに対して
アニールを施す際に、下部電極を構成するポリシリコン
に酸素原子が拡散することを防止でき、且つ、従来から
用いられている絶縁性のシリコン窒化膜とは異なり導電
性を有するため、キャパシタの容量が低下することがな
い。このため、所望の電気特性を有するキャパシタを得
ることができる。

【０１３９】以下、前記のような構成を有する半導体装
置の製造方法について図面を参照しながら説明する。ま
ず、半導体装置の製造装置の構成を説明する。

【０１４０】図９は本実施形態に係る半導体装置の製造
に用いる製造装置の概略構成を示している。図９におい
て、図３に示した構成部材と同一の構成部材には同一の
符号を付すことにより説明を省略する。

【０１４１】本実施形態に係る製造装置には、窒素系ガ
スとしてアンモニアが格納された第４の原料容器７２
が、第５の搬送管７３及び第５のバルブ７４を介して第
２のガス供給管５５Ａにおける反応室５１の外側の端部
に接続されている。

【０１４２】ここで、第１の原料容器にはペンタジメチ
ルアミノタンタルが格納され、第２の原料容器にはテト
ラジメチルアミノチタンが格納されている。有機タンタ
ル及び有機チタン共にアルコキシ系であってもよいが、
生成される五酸化タンタル中に炭素原子が取り込まれる
のを防ぐためにアミノ系の方が好ましい。

【０１４３】前記のように構成された製造装置を用いた
半導体装置の成膜方法を説明すると、まず、第１のバル
ブ６５、第２のバルブ６６、第３のバルブ６７及び第５
のバルブ７４のいずれかが開くまでは、容器６８に格納
されている水素ガスからなるキャリアガスが反応室５１
内の圧力が１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ程度の減圧状態と
なるように所定流量で流通している。

【０１４４】次に、基板保持台５３上に保持され、ＤＲ
ＡＭ用の円筒有底形状の下部電極が多数形成された半導
体基板は、あらかじめ、テトラジメチルアミノチタン及
びアンモニアが共に分解する温度に加熱されている。半
導体基板５２の直上に第２のバルブ６６及び第５のバル
ブ７４を開いて、反応室５１にテトラジメチルアミノチ
タン及びアンモニアを供給する。このとき、第４のバル
ブ７０は、反応室内の気圧やガスの総流量が変化しない
ようにバルブ開度が速やかに調整される。また、テトラ
ジメチルアミノチタン及びアンモニアの流量は、マスフ
ローコントローラやテトラジメチルアミノチタンの分圧
とキャリアガスとの流量等で調整され、テトラジメチル
アミノチタンは第１のガス供給管５４Ａを通り、且つ、
アンモニアは第２のガス供給管５５Ａを通って、第１の
ガス供給管５４Ａにおけるガス混合放出部５４ａにおい
てこれらのガスが混合された後、混合されたガスが半導
体基板５２の直上に供給される。加熱された半導体基板
５２にこれらの混合ガスが接触して解離及び反応が起こ
り、半導体基板５２における下部電極上に窒化チタンか
らなる保護窒化膜が形成される。本成膜法はＣＶＤ法を
用いているため、保護窒化膜は、凹部及び凸部を有する
複雑な形状の下部電極に対しても均一に形成される。

【０１４５】次に、第５のバルブ７４を閉じた後、必要
に応じて半導体基板５２の温度を再設定した後、第１の
バルブ６５、第２のバルブ６６及び第３のバルブ６７を
開ける。この後、第１のガス供給管５４Ａ内で２つの有
機金属原料ガスは混合されるが、混合された各原料ガス
は同一のアミノ系の有機金属のため、分子内部の結合の
イオン化率等に大きな違いもなく、予期せぬ反応が生じ
ることはない。２つの有機金属原料ガスの供給比は各原
料容器５７，５８内における分圧や各原料容器５７，５
８に供給されるキャリアガスの各流量でそれぞれ制御す
る。本実施形態においては、比誘電率を極大にするた
め、生成される誘電体膜中のタンタルとチタンとのモル
比が約９対１になるように調整してある。第１のバルブ
６５、第２のバルブ６６及び第３のバルブ６７が開く
と、これらのバルブを通るガスの流量分だけ容器６８か
らのキャリアガスが減少して、反応室５１内の気圧やガ
スの総流量が変化しないように、第４のバルブ７０が速
やかに調整される。

【０１４６】なお、反応性ガスとして酸素を用いたが、
酸素の代わりに、オゾンを用いると、有機金属の酸化が
さらに促進される。従って、解離した金属原子の酸化が
極めて効率よく行なわれ、且つ、浮遊する炭素原子を酸
化させて二酸化炭素等の気体として排気できる。このた
め、容量絶縁膜中の炭素残留や酸素欠乏による結晶欠陥
が発生しにくくなるので、キャパシタとしての耐圧が向
上し且つリーク電流が低減する。また、炭素残留や酸素
欠乏による結晶欠陥が発生しにくくなるため、成膜後の
高温下での酸素アニールの加熱温度又は酸素供給量を緩
和できるようになり、その結果、窒化チタンからなる保
護窒化膜の膜厚を極薄化できる。

【０１４７】また、図８に示すように、誘電体膜１３Ａ
として五酸化タンタルに二酸化チタンを添加したため、
下部電極１２の上面にはアミノ系有機チタンを用いて成
膜できる窒化チタンからなる保護窒化膜１６Ａが適して
いる。

【０１４８】一方、二酸化チタンではなく三酸化アルミ
ニウムを添加する場合には、同等の窒化膜として窒化ア
ルミニウムを形成すればよく、ｎ型又はｐ型にすれば抵
抗が小さくのでさらによい。

【０１４９】（第８の実施形態の第１変形例）以下、本
発明の第８の実施形態の第１変形例について図面を参照
しながら説明する。

【０１５０】図１０は第８の実施形態の第１変形例に係
る半導体装置の断面構成を示し、図１０において、図８
に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付
すことにより説明を省略する。

【０１５１】本変形例に係る誘電体膜１３Ｃは、チタン
の組成が下部電極１２側の領域と他の領域とで異なるよ
うに形成されている。すなわち、下部電極１２側の領
域、特に誘電体膜１３Ｃと保護窒化膜１６Ａとの界面に
おいては、該誘電体膜１３Ｃはほぼ二酸化チタンからな
り、誘電体膜１３Ｃにおける他の領域においては、比誘
電率の極大値が得られるタンタルとチタンとのモル比が
約９対１である五酸化タンタルと二酸化チタンとの混合
物からなる。その結果、該誘電体膜１３Ｃにおける下部
電極１２側の領域が二酸化チタンからなるため、窒化チ
タンからなる保護窒化膜１６Ａが二酸化チタンと接する
ことになるので、その後のアニール処理においてもポリ
シリコンからなる下部電極１２に酸素が一層拡散しにく
くなり、該下部電極１２が一層安定となる。

【０１５２】さらに、上部電極１４も窒化チタンからな
るため、誘電体膜１３Ｃが上部電極１４との界面におい
てほぼ二酸化チタンからなるようにチタンの組成を設定
しておけば、上部電極が熱的に安定となる。

【０１５３】なお、本実施形態に係る半導体装置におけ
る誘電体膜１３Ｃのチタンの組成は、図９に示す第８の
実施形態に係る製造装置を用いれば確実に得ることがで
きる。すなわち、誘電体膜１３Ｃの成膜開始直後と成膜
完了直前に第１の原料容器５７から供給されるアミノ系
有機タンタルの割合をアミノ系有機チタンの割合よりも
小さくするだけでよい。

【０１５４】（第８の実施形態の第２変形例）以下、本
発明の第８の実施形態の第２変形例について図面を参照
しながら説明する。

【０１５５】図１１は第８の実施形態の第２変形例に係
る半導体装置の断面構成を示している。図１１におい
て、図１０に示した構成部材と同一の構成部材には同一
の符号を付すことにより説明を省略する。本変形例に係
る下部電極１２上に全面にわたって形成されている保護
窒化膜１６Ｂは窒化アルミニウムからなると共に、誘電
体膜１３Ｄは、比誘電率の極大値が得られるタンタルと
アルミニウムとのモル比が約９対１である五酸化タンタ
ルと三酸化アルミニウムとの混合物からなる。

【０１５６】該誘電体膜１３Ｄを得るには、図９に示す
第８の実施形態に係る半導体装置の製造装置において、
アミノ系有機チタンの代わりにアミノ系有機アルミニウ
ムを用いればよい。

【０１５７】このように、ポリシリコンからなる下部電
極１２と誘電体膜１３Ｄとの間に全面にわたって保護窒
化膜１６Ｂを備えているため、誘電体膜１３Ａに対して
アニールを施す際に、下部電極を構成するポリシリコン
に酸素が拡散することを防止でき、且つ、従来から用い
られている絶縁性を有するシリコン窒化膜とは異なり導
電性を有するため、キャパシタの容量が低下することが
ない。このため、所望の電気特性を有するキャパシタを
得ることができる。

【０１５８】なお、上部電極１４にはルテニウム、二酸
化ルテニウム及び白金等を用いてもよい。また、キャパ
シタの表面積を増やすために下部電極１２の上面に半円
球のポリシリコンを形成した場合でも、容量絶縁膜の膜
厚の均一性は維持される。

【０１５９】（第８の実施形態の第３変形例）以下、本
発明の第８の実施形態の第３変形例について図面を参照
しながら説明する。

【０１６０】図１２は第８の実施形態の第３変形例に係
る半導体装置の断面構成を示している。図１２におい
て、図１１に示した構成部材と同一の構成部材には同一
の符号を付すことにより説明を省略する。

【０１６１】本変形例に係る誘電体膜１３Ｅは、アルミ
ニウムの組成が下部電極１２側の領域と他の領域とで異
なるように形成されている。すなわち、下部電極１２側
の領域、特に誘電体膜１３Ｅと保護窒化膜１６Ｂとの界
面においては、該誘電体膜１３Ｅはほぼ三酸化アルミニ
ウムからなり、誘電体膜１３Ｅにおける他の領域におい
ては、比誘電率の極大値が得られるタンタルとアルミニ
ウムとのモル比が約９対１である五酸化タンタルと三酸
化アルミニウムとの混合物からなる。その結果、該誘電
体膜１３Ｅにおける下部電極１２側の領域が三酸化アル
ミニウムからなるため、窒化アルミニウムからなる保護
窒化膜１６Ｂが三酸化アルミニウムと接することになる
ので、その後のアニール処理においてもポリシリコンか
らなる下部電極１２に酸素が一層拡散しにくくなり、該
下部電極１２が一層安定となる。

【０１６２】なお、本実施形態に係る半導体装置におけ
る誘電体膜１３Ｅのアルミニウムの組成は、図９に示す
第８の実施形態に係る製造装置を用いれば確実に得るこ
とができる。すなわち、誘電体膜１３Ｅの成膜開始直後
に第１の原料容器５７から供給されるアミノ系有機タン
タルの割合をアミノ系有機アルミニウムの割合よりも小
さくするだけでよい。

【０１６３】なお、各実施形態に係る半導体装置におい
て、五酸化タンタルに二酸化チタンと三酸化アルミニウ
ムとを共に添加してもよい。

【０１６４】また、各実施形態における半導体装置の製
造装置は、すべて枚葉式としたが、これに限らず、多数
枚を一括処理するバッチ処理方式であってもよく、製造
装置におけるガス供給管の吹き出し口の形状変更や半導
体基板の加熱方式の変更により対応できることは言うま
でもない。

【０１６５】

【発明の効果】本発明に係る第１の誘電体膜の製造方法
によると、アミノ系有機タンタルを原料に用いているた
め、生成されるタンタル酸化膜中に炭素原子が取り込ま
れにくくなるので、該誘電体膜を容量絶縁膜に用いた場
合には炭素原子によるリーク電流の発生を抑制できる。
また、タンタル−窒素原子間結合が残ることがあって
も、窒素原子が酸化されてタンタル原子から奪われ、最
終的にＮＯ_x等の分子となって離脱するので、窒素原子
も残留しないので、均質な誘電体膜を生成することがで
きる。

【０１６６】本発明に係る第２又は第３の誘電体膜の製
造方法によると、有機タンタルと有機チタンとを含む原
料ガスを用いているため、タンタルとチタンとのモル比
を適当にとれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大き
い高誘電体膜が、半導体基板上に、いわゆる有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）という半導体製造プロセスに
適合する方法によって確実に形成できる。従って、チタ
ン酸化物が適当に添加され、タンタル酸化物よりも比誘
電率が大きい高誘電体膜を半導体製造プロセスを用いて
確実に得られるため、タンタル酸化物のみからなる容量
絶縁膜と同量の容量とする場合には、キャパシタの寸
法、特に高さ方向の寸法を低減できるので、ビアの形成
が容易且つ確実になり、その結果、回路の高集積化を図
ることができる。

【０１６７】さらに、有機タンタルにアミノ系を用いれ
ば、酸素−炭素間結合の形で残留する炭素原子が低減す
るので、該誘電体膜を容量絶縁膜に用いた場合には炭素
原子によるリーク電流の発生を抑制できる。

【０１６８】本発明に係る第４又は第５の誘電体膜の製
造方法によると、有機タンタルと有機アルミニウムとを
含む原料ガスを用いているため、タンタルとアルミニウ
ムとのモル比を適当にとれば、タンタル酸化物よりも比
誘電率が大きい高誘電体膜が、半導体基板上に、いわゆ
る有機金属気相成長法という半導体製造プロセスに適合
する方法によって確実に形成できる。従って、アルミニ
ウム酸化物が適当に添加され、タンタル酸化物よりも比
誘電率が大きい高誘電体膜を半導体製造プロセスを用い
て確実に得られるため、タンタル酸化物のみからなる容
量絶縁膜と同量の容量とする場合には、キャパシタの寸
法、特に高さ方向の寸法を低減できるので、回路の集積
化が容易となる。

【０１６９】さらに、有機タンタルにアミノ系を用いれ
ば、酸素−炭素間結合の形で残留する炭素原子が低減す
るので、該誘電体膜を容量絶縁膜に用いた場合には炭素
原子によるリーク電流の発生を抑制できる。

【０１７０】第１〜第５の誘電体膜の製造方法におい
て、酸素系ガスがラジカル酸素又はオゾンを含むと、ラ
ジカル酸素又はオゾンは酸素よりも酸化力が強いため、
アミノ系有機金属の場合には窒素−金属原子結合の解離
が促進されると共に、金属原子の酸化が促進される。従
って、酸素不足に起因する格子欠陥が抑制されるため、
均質な誘電体膜を生成できるので、該誘電体膜を半導体
装置に用いた場合には、該半導体装置が長寿命となる。

【０１７１】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
によると、熱分解で解離したタンタル及びチタンが酸素
系ガスによりそれぞれ酸化されてなる誘電体膜を半導体
基板における下部電極の上に成長させることにより、下
部電極の上に誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成するた
め、化合物の組成を精度よく調節できる有機金属気相成
長法を用いており、タンタルとチタンとのモル比を適当
な値に設定すれば、タンタル酸化物よりも比誘電率が大
きい高誘電体膜を容量絶縁膜として確実に形成できる。

【０１７２】また、有機タンタルを含む原料ガスと有機
チタンを含む原料ガスとをキャリアガスを用いて互いに
異なる経路で半導体基板の主面の上方にそれぞれ供給す
ると共に、酸素系ガスを半導体基板の主面の上方に供給
するため、タンタルとチタンとの基が互いに異なる場合
であっても、半導体基板に達する前に相互に反応するこ
とがない。従って、タンタル酸化物とチタン酸化物との
所望の混合比が確実に得られるので、電気特性の優れた
半導体装置を得ることができる。

【０１７３】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
によると、熱分解で解離したタンタル及びアルミニウム
が酸素系ガスによりそれぞれ酸化されてなる誘電体膜を
半導体基板における下部電極の上に成長させることによ
り、下部電極の上に誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成
するため、化合物の組成を精度よく調節できる有機金属
気相成長法を用いており、タンタルとアルミニウムとの
モル比を適当な値に設定すれば、タンタル酸化物よりも
比誘電率が大きい高誘電体膜を容量絶縁膜として確実に
形成できる。

【０１７４】また、有機タンタルを含む原料ガスと有機
アルミニウムを含む原料ガスとをキャリアガスを用いて
互いに異なる経路で半導体基板の主面の上方にそれぞれ
供給すると共に、酸素系ガスを半導体基板の主面の上方
に供給するため、タンタルとアルミニウムとの基が互い
に異なる場合であっても、半導体基板に達する前に相互
に反応することがない。従って、タンタル酸化物とアル
ミニウム酸化物との所望の混合比が確実に得られるの
で、電気特性の優れた半導体装置を得ることができる。

【０１７５】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、原料ガス供給工程が、供給した酸素系ガス及び各
原料ガスをプラズマ化することにより、酸素系ガスにお
ける酸素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原
子と酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含
むと、有機金属中の炭素−酸素間結合の解離が促進さ
れ、且つ、酸素系ガスがラジカルな状態となるため、金
属酸化物の反応が促進される。従って、生成される誘電
体膜に残留する炭素原子が一層低減してリーク電流がさ
らに抑制されると共に、該誘電体膜に発生する酸素不足
に起因した格子欠陥が抑制されるので、容量絶縁膜とし
ての電気特性がさらに向上する。

【０１７６】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
によると、有機金属を含む原料ガスをキャリアガスを用
いて半導体基板の主面の上方に供給すると共に窒素系ガ
スを半導体基板の主面の上方に供給することにより、容
量絶縁膜を形成する前に、半導体基板の主面上において
熱分解で解離した金属が窒素系ガスにより窒化されてな
る保護窒化膜を半導体基板における下部電極の上に成長
させるため、容量絶縁膜のアニール時に該保護窒化膜
は、下部電極の上部に該上部が酸化されてなる比誘電率
が小さい絶縁膜酸化膜が形成されることを防止する。そ
の結果、下部電極の電気特性の劣化を抑止でき、且つ、
保護窒化膜は導電性を有するので容量が低下することが
ない。

【０１７７】第３の半導体装置の製造方法において、第
１の原料ガス供給工程が、供給した窒素系ガス及び原料
ガスをプラズマ化することにより、窒素系ガスにおける
窒素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原子と
酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含み、
第２の原料ガス供給工程が、供給した酸素系ガス及び原
料ガスをプラズマ化することにより、酸素系ガスにおけ
る酸素原子同士の結合及び原料ガスに含まれる炭素原子
と酸素原子との間の結合をそれぞれ解離する工程を含む
と、第１の原料ガス供給工程においては、生成される保
護窒化膜の結晶がさらに均質化されると共に、第２の原
料ガス供給工程においては、生成される誘電体膜の結晶
がさらに均質化されるため、容量絶縁膜としての電気特
性がさらに向上する。

【０１７８】か生成される窒化膜及び酸化膜の成長が均
質に行なえるため、保護窒化膜と誘電体膜との結晶が一
層均質となる。

【０１７９】第１〜第３の半導体装置の製造方法におい
て、キャリアガスが水素からなると、水素ガスは熱伝導
率が小さいため、半導体基板の極近傍のみが高温とな
り、原料ガスが半導体基板に到達する前の反応を抑える
ことができる。その結果、半導体基板に結晶化した酸化
物が堆積しなくなるため、生成される薄膜の膜質を向上
させることができる。また、原料ガスの状態のまま基板
における凹部の底面近傍にまで確実に到達するため、原
料の供給が反応速度を下回ることがなく、反応律速が維
持されるので、半導体基板自体の温度を窒素ガスを用い
る場合よりも高くすることができる。このため、成膜速
度を上げつつ、均一な膜厚を得ることができる。

【０１８０】本発明に係る第１の半導体装置によると、
下部電極の上における凸部の頂部及び側部を含む全面に
わたってほぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜を備
え、該容量絶縁膜がタンタルとチタンとのモル比が所定
比を有しておればタンタル酸化物のみからなる容量絶縁
膜に比べて比誘電率が大きいため、例えば、凸部の高さ
を縮小できる。従って、タンタル酸化物のみからなる容
量絶縁膜と同量の容量とする場合には、キャパシタの寸
法、特に高さ方向の寸法を低減できるので、ビアの形成
が容易且つ確実になり、その結果、回路の高集積化が容
易となる。

【０１８１】第１の半導体装置は、下部電極と容量絶縁
膜との間に形成された窒化チタンからなる保護窒化膜を
さらに備えていると、容量絶縁膜のアニール処理時に該
保護窒化膜が、下部電極の上部に該上部が酸化されてな
る比誘電率が小さい絶縁膜酸化膜が形成されることを防
止する。従って、下部電極の電気特性の劣化が抑止さ
れ、且つ、該保護窒化膜は導電性を有するので容量が低
下することがない。

【０１８２】第１の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける保護窒化膜側の領域は、容量絶縁膜における他の
領域に比べてチタンの組成が相対的に大きいと、容量絶
縁膜と保護窒化膜との界面において、容量絶縁膜におけ
る二酸化チタンと保護窒化膜における窒化チタンとが接
することになるので、容量絶縁膜のアニール処理時にお
ける下部電極の酸化が一層抑えられる。

【０１８３】第１の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける上部電極側の領域は、容量絶縁膜における他の領
域に比べてチタンの組成が相対的に大きいと、上部電極
が窒化チタンからなる場合には、容量絶縁膜と上部電極
との界面において、容量絶縁膜における二酸化チタンと
上部電極における窒化チタンとが接することになるの
で、容量絶縁膜のアニール処理時において上部電極の劣
化が抑えられる。

【０１８４】本発明に係る第２の半導体装置によると、
下部電極の上における凸部の頂部及び側部を含む全面に
わたってほぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜を備
え、該容量絶縁膜がタンタルとアルミニウムとのモル比
が所定比を有しておればタンタル酸化物のみからなる容
量絶縁膜に比べて比誘電率が大きいため、例えば、凸部
の高さを縮小できる。従って、タンタル酸化物のみから
なる容量絶縁膜と同量の容量とする場合には、キャパシ
タの寸法、特に高さ方向の寸法を低減できるので、ビア
の形成が容易且つ確実になり、その結果、回路の高集積
化が容易となる。

【０１８５】第２の半導体装置は、下部電極と容量絶縁
膜との間に形成された窒化アルミニウムからなる保護窒
化膜をさらに備えていると、容量絶縁膜のアニール処理
時に該保護窒化膜が、下部電極の上部に該上部が酸化さ
れてなる比誘電率が小さい絶縁膜酸化膜が形成されるこ
とを防止する。従って、下部電極の電気特性の劣化が抑
止され、且つ、該保護窒化膜は導電性を有するので容量
が低下することがない。

【０１８６】第２の半導体装置において、容量絶縁膜に
おける保護窒化膜側の領域は、容量絶縁膜における他の
領域に比べてアルミニウムの組成が相対的に大きいと、
容量絶縁膜と保護窒化膜との界面において、容量絶縁膜
における三酸化アルミニウムと保護窒化膜における窒化
アルミニウムとが接することになるので、容量絶縁膜の
アニール処理時における下部電極の酸化が一層抑えられ
る。

【０１８７】本発明に係る第１の半導体装置の製造装置
によると、例えば、それぞれが一の系からなる基を有す
るアミノ系有機タンタルとアミノ系有機チタンとを原料
ガスに用いる場合には、これらの原料ガスは混合原料ガ
ス生成手段により混合原料ガスとされ、該混合原料ガス
は、酸素系ガスからなる反応性ガスとガス混合放出手段
により半導体基板の上で初めて混合されるため、半導体
基板上に到達する以前に原料ガス同士が反応しないの
で、半導体基板上に成長する誘電体膜の膜質に悪影響を
及ぼす異物が発生しない。このため、所望の組成比を有
する誘電体膜を確実に且つ高品位に得ることができる。

【０１８８】また、混合原料ガスをプラズマ化すること
により、該混合原料ガスに含まれる金属原子と該金属原
子が結合する原子との間又は炭素原子と酸素原子との間
の結合を選択的に解離するプラズマ発生手段とを備えて
いるため、金属原子と例えば酸素原子若しくは窒素原子
との間又は炭素原子と酸素原子との間の解離が促進され
るので、金属原子及び酸素原子がラジカルな状態とな
り、その結果、金属酸化膜を効率よく且つ均質に形成で
きる。その結果、製造される半導体装置の特性が向上し
且つ長寿命となる。

【０１８９】本発明に係る第２の半導体装置の製造装置
によると、例えば、それぞれが互いに異なる系からなる
基を有し且つ互いに異なる金属を含む複数の有機金属と
してアルコキシ系有機タンタルとアミノ系有機チタンと
を原料ガスに用いる場合には、主原料ガス生成手段にお
いて一の原料ガスであるアルコキシ系有機タンタルと酸
素系ガスからなる反応性ガスとが混合されて主原料ガス
が生成された後、第１の原料ガス供給手段によって反応
室における基板保持台の上方に供給される。一方、第２
の原料ガス供給手段から供給される他の原料ガスである
アミノ系有機チタンは、ガス混合放出手段によって主原
料ガスと半導体基板の上で初めて混合されるため、半導
体基板上に到達する以前に原料ガス同士が反応しないの
で、半導体基板上に成長する金属酸化膜の膜質に悪影響
を及ぼす異物が発生しない。従って、所望の組成比を有
する誘電体膜を確実に得ることができる。

【０１９０】第２の半導体装置の製造装置は、複数の原
料ガスをプラズマ化することにより、該複数の原料ガス
に含まれる金属原子と該金属原子が結合する原子との間
又は炭素原子と酸素原子との間の結合を選択的に解離す
るプラズマ発生手段をさらに備えていると、金属原子と
酸素原子若しくは窒素原子との間又は炭素原子と酸素原
子との間の解離が促進されるため、金属原子及び酸素原
子がラジカルな状態となるので、金属酸化膜を効率よく
且つ均質に形成できるようになり、従って、製造される
半導体装置の特性が向上し且つ長寿命となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る誘電体
膜のアミノ系有機金属原料としてのペンタジメチルアミ
ノタンタルを示す構造式である。（ｂ）は本発明の第１
の実施形態に係る誘電体膜の中間生成物を示す構造式で
ある。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製
造に用いる製造装置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。

【図５】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製
造に用いる製造装置を示す概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製
造に用いる製造装置を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製
造に用いる製造装置を示す概略構成図である。

【図８】本発明の第８の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。

【図９】本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製
造に用いる製造装置を示す概略構成図である。

【図１０】本発明の第８の実施形態の第１変形例に係る
半導体装置を示す構成断面図である。

【図１１】本発明の第８の実施形態の第２変形例に係る
半導体装置を示す構成断面図である。

【図１２】本発明の第８の実施形態の第３変形例に係る
半導体装置を示す構成断面図である。

【符号の説明】

１１層間絶縁膜１２下部電極１３Ａ誘電体膜１３Ｂ誘電体膜１３Ｃ誘電体膜１３Ｄ誘電体膜１３Ｅ誘電体膜１４上部電極１５ビア１６Ａ保護窒化膜（窒化チタン）１６Ｂ保護窒化膜（窒化アルミニウム）５１反応室５１ａ排気口５２半導体基板５３基板保持台５３ａ回転軸５４Ａ第１のガス供給管（混合原料ガス生成手段、混
合原料ガス供給手段）５４Ｂ第１のガス供給管（主原料ガス生成手段、第１
の原料ガス供給手段）５４ａガス混合放出部（ガス混合放出手段）５５Ａ第２のガス供給管（反応性ガス混合手段）５５Ｂ第２のガス供給管（第２の原料ガス供給手段）５７第１の原料容器（気化手段）５８第２の原料容器（気化手段）５９第１のキャリアガス供給管６０第１の搬送管６１第２のキャリアガス供給管６２第２の搬送管６３第３の原料容器６４第３の搬送管６５第１のバルブ６６第２のバルブ６７第３のバルブ６８容器６９第４の搬送管７０第４のバルブ７１プラズマ発生装置７２第４の原料容器７３第５の搬送管７４第５のバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アミノ系有機タンタルを含む原料ガスを
該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱された半導体基
板の主面上で加熱分解すると共に、前記半導体基板の主
面上に解離したタンタルを酸素系ガスを用いて酸化する
ことにより、前記主面上にタンタル酸化物からなる誘電
体膜を形成することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項２】有機タンタルとアミノ系有機チタンとを
含む原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度に加熱
された半導体基板の主面上で加熱分解すると共に、前記
半導体基板の主面上に解離したタンタル及びチタンを酸
素系ガスを用いて酸化することにより、前記主面上にタ
ンタル酸化物とチタン酸化物とからなる誘電体膜を形成
することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項３】有機タンタルとアルコキシ系有機チタン
とを含む原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度に
加熱された半導体基板の主面上で加熱分解すると共に、
前記半導体基板の主面上に解離したタンタル及びチタン
を酸素系ガスを用いて酸化することにより、前記主面上
にタンタル酸化物とチタン酸化物とからなる誘電体膜を
形成することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項４】有機タンタルとアミノ系有機アルミニウ
ムとを含む原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の温度
に加熱された半導体基板の主面上で加熱分解すると共
に、前記半導体基板の主面上に解離したタンタル及びア
ルミニウムを酸素系ガスを用いて酸化することにより、
前記主面上にタンタル酸化物とアルミニウム酸化物とか
らなる誘電体膜を形成することを特徴とする誘電体膜の
製造方法。
【請求項５】有機タンタルとアルコキシ系有機アルミ
ニウムとを含む原料ガスを該原料ガスの分解温度以上の
温度に加熱された半導体基板の主面上で加熱分解すると
共に、前記半導体基板の主面上に解離したタンタル及び
アルミニウムを酸素系ガスを用いて酸化することによ
り、前記主面上にタンタル酸化物とアルミニウム酸化物
とからなる誘電体膜を形成することを特徴とする誘電体
膜の製造方法。
【請求項６】前記酸素系ガスはラジカル酸素又はオゾ
ンを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載の誘電体膜の製造方法。
【請求項７】主面に下部電極が形成された半導体基板
を所定温度に加熱する加熱工程と、有機タンタルを含む原料ガスと有機チタンを含む原料ガ
スとをそれぞれキャリアガスを用いて互いに異なる経路
で前記半導体基板の主面の上方に供給すると共に、酸素
系ガスを前記半導体基板の主面の上方に供給する原料ガ
ス供給工程と、前記半導体基板の主面上において熱分解で解離したタン
タル及びチタンが前記酸素系ガスによりそれぞれ酸化さ
れてなる誘電体膜を前記半導体基板における前記下部電
極の上に成長させることにより、前記下部電極の上に前
記誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形
成工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項８】主面に下部電極が形成された半導体基板
を所定温度に加熱する加熱工程と、有機タンタルを含む原料ガスと有機アルミニウムを含む
原料ガスとをそれぞれキャリアガスを用いて互いに異な
る経路で前記半導体基板の主面の上方に供給すると共
に、酸素系ガスを前記半導体基板の主面の上方に供給す
る原料ガス供給工程と、前記半導体基板の主面上において熱分解で解離したタン
タル及びアルミニウムが前記酸素系ガスによりそれぞれ
酸化されてなる誘電体膜を前記半導体基板における前記
下部電極の上に成長させることにより、前記下部電極の
上に前記誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する容量絶
縁膜形成工程とを備えていることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項９】前記原料ガス供給工程は、供給した前記
酸素系ガス及び各原料ガスをプラズマ化することによ
り、酸素系ガスにおける酸素原子同士の結合及び前記各
原料ガスに含まれる炭素原子と酸素原子との間の結合を
それぞれ解離する工程を含むことを特徴とする請求項７
又は８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】主面に下部電極が形成された半導体基
板を所定温度に加熱する加熱工程と、有機金属を含む原料ガスをキャリアガスを用いて前記半
導体基板の主面の上方に供給すると共に窒素系ガスを前
記半導体基板の主面の上方に供給する第１の原料ガス供
給工程と、前記半導体基板の主面上において熱分解で解離した金属
が前記窒素系ガスにより窒化されてなる保護窒化膜を前
記半導体基板における前記下部電極の上に成長させる保
護窒化膜成長工程と、有機金属を含む原料ガスをキャリアガスを用いて前記半
導体基板の主面の上方に供給すると共に酸素系ガスを前
記半導体基板の主面の上方に供給する第２の原料ガス供
給工程と、前記半導体基板の主面上において熱分解で解離した金属
が前記酸素系ガスにより酸化されてなる誘電体膜を前記
保護窒化膜の上に成長させることにより、前記保護窒化
膜の上に前記誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する容
量絶縁膜形成工程とを備えていることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項１１】前記第１の原料ガス供給工程は、供給
した前記窒素系ガス及び原料ガスをプラズマ化すること
により、前記窒素系ガスにおける窒素原子同士の結合及
び前記原料ガスに含まれる炭素原子と酸素原子との間の
結合をそれぞれ解離する工程を含み、前記第２の原料ガス供給工程は、供給した前記酸素系ガ
ス及び原料ガスをプラズマ化することにより、前記酸素
系ガスにおける酸素原子同士の結合及び前記原料ガスに
含まれる炭素原子と酸素原子との間の結合をそれぞれ解
離する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記キャリアガスは水素からなること
を特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１３】半導体基板の上に形成され、凸部を有
する下部電極と、タンタル酸化物及びチタン酸化物よりなり、前記下部電
極の上における前記凸部の頂部及び側部を含む全面にわ
たってほぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜の上に全面にわたって形成された上部電
極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】前記下部電極と前記容量絶縁膜との間
に形成された窒化チタンからなる保護窒化膜をさらに備
えていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装
置。
【請求項１５】前記容量絶縁膜における前記保護窒化
膜側の領域は、前記容量絶縁膜における他の領域に比べ
てチタンの組成が相対的に大きいことを特徴とする請求
項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】前記容量絶縁膜における前記上部電極
側の領域は、前記容量絶縁膜における他の領域に比べて
チタンの組成が相対的に大きいことを特徴とする請求項
１３に記載の半導体装置。
【請求項１７】半導体基板の上に形成され、凸部を有
する下部電極と、タンタル酸化物及びアルミニウム酸化物よりなり、前記
下部電極の上における前記凸部の頂部及び側部を含む全
面にわたってほぼ一様の厚さに形成された容量絶縁膜
と、前記容量絶縁膜の上に全面にわたって形成された上部電
極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】前記下部電極と前記容量絶縁膜との間
に形成された窒化アルミニウムからなる保護窒化膜をさ
らに備えていることを特徴とする請求項１７に記載の半
導体装置。
【請求項１９】前記容量絶縁膜における前記保護窒化
膜側の領域は、前記容量絶縁膜における他の領域に比べ
てアルミニウムの組成が相対的に大きいことを特徴とす
る請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】反応室と、前記反応室に設けられ、半導体基板を保持すると共に保
持した半導体基板を所定温度に加熱する基板保持台と、それぞれが一の系からなる基を有し且つ互いに異なる金
属を含む複数の有機金属原料を気化させることにより複
数の原料ガスを生成し、生成された複数の原料ガスをそ
れぞれキャリアガスに含ませる複数の気化手段と、前記キャリアガスに含まれた前記複数の原料ガスを混合
して混合原料ガスを生成する混合原料ガス生成手段と、前記混合原料ガス生成手段により生成された混合原料ガ
スを前記キャリアガスと共に前記反応室における前記基
板保持台の上方に供給する混合原料ガス供給手段と、前記混合原料ガスと反応させる反応性ガスを前記反応室
における前記基板保持台の上方に供給する反応性ガス供
給手段と、前記混合原料ガス供給手段から供給される混合原料ガス
と前記反応性ガス供給手段から供給される反応性ガスと
を混合すると共に混合したガスを前記半導体基板の上に
放出するガス混合放出手段と、前記混合原料ガスをプラズマ化することにより、該混合
原料ガスに含まれる金属原子と該金属原子が結合する原
子との間又は炭素原子と酸素原子との間の結合を選択的
に解離するプラズマ発生手段とを備えていることを特徴
とする半導体装置の製造装置。
【請求項２１】反応室と、前記反応室に設けられ、半導体基板を保持すると共に保
持した半導体基板を所定温度に加熱する基板保持台と、それぞれが互いに異なる系からなる基を有し且つ互いに
異なる金属を含む複数の有機金属原料を気化させること
により複数の原料ガスを生成し、生成された複数の原料
ガスをそれぞれキャリアガスに含ませる複数の気化手段
と、前記キャリアガスに含まれた前記複数の原料ガスのうち
の一の原料ガスと反応性ガスとを混合して主原料ガスを
生成する主原料ガス生成手段と、前記主原料ガス生成手段により生成された主原料ガスを
前記キャリアガスと共に前記反応室における前記基板保
持台の上方に供給する第１の原料ガス供給手段と、前記複数の原料ガスのうちの他の原料ガスを前記キャリ
アガスと共に前記反応室における前記基板保持台の上方
に供給する第２の原料ガス供給手段と、前記第１の原料ガス供給手段から供給される主原料ガス
と前記第２の原料ガス供給手段から供給される他の原料
ガスとを混合すると共に混合したガスを前記半導体基板
の上に放出するガス混合放出手段とを備えていることを
特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２２】前記複数の原料ガスをプラズマ化する
ことにより、該複数の原料ガスに含まれる金属原子と該
金属原子が結合する原子との間又は炭素原子と酸素原子
との間の結合を選択的に解離するプラズマ発生手段をさ
らに備えていることを特徴とする請求項２１に記載の半
導体装置の製造装置。