DE102018108206A1 - Kondensator, Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen des Kondensators und der Halbleitervorrichtung - Google Patents

Kondensator, Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen des Kondensators und der Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Ein Kondensator (CA1) weist eine erste Elektrode (E1) und eine zweite Elektrode (E2), welche voneinander beabstandet sind, eine dielektrische Schicht (DL), welche zwischen der ersten Elektrode (E1) und der zweiten Elektrode (E2) angeordnet ist, und eine Keimschicht (SL1), welche zwischen der ersten Elektrode (E1) und der dielektrischen Schicht (DL) angeordnet ist, auf. Die dielektrische Schicht (DL) weist ein dielektrisches Material auf, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat. Die Keimschicht (SL1) weist ein Keimmaterial auf, welches wenigstens eine einer Gitterkonstantenbedingung oder einer Bindungslängenbedingung erfüllt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die nichtvorläufige US-Patentanmeldung beansprucht unter 35 U.S.C. § 119 die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen mit den Nummern 10-2017-0053872 und 10-2017-0118877 , welche jeweils am 26. April 2017 und 15. September 2017 beim koreanischen Amt für gewerblichen Rechtsschutz (Korean Intellectual Property Office) eingereicht wurden und deren Offenbarung hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte beziehen sich auf einen Kondensator, eine Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen des Kondensators und der Halbleitervorrichtung. Beispielsweise bezieht sich die Offenbarung auf einen Kondensator, welcher eine dielektrische Schicht mit hohem k aufweist und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Beispielsweise bezieht sich die Offenbarung auf eine Halbleitervorrichtung, welche eine dielektrische Schicht mit hohem k aufweist und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
  • Kondensatoren, welche ausreichende Kapazitäten in beschränkten Bereichen beziehungsweise Flächen haben, wurden gefordert, als Halbleitervorrichtung in hohem Maße integriert wurden. Eine Kapazität eines Kondensators kann proportional zu einer Oberflächenfläche einer Elektrode sein, welche den Kondensator bildet, und einer dielektrischen Konstante einer dielektrischen Schicht, welche zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, welche den Kondensator bilden, und kann umgekehrt proportional zu einer Äquivalenzoxiddicke (EOT) der dielektrischen Schicht sein. Demnach kann, um eine Kapazität eines Kondensators in einer begrenzten Fläche zu erhöhen ein Kondensator, welcher eine dreidimensionale Struktur hat, gebildet werden, um eine Oberflächenfläche einer Elektrode zu erhöhen, eine Äquivalenzoxiddicke einer dielektrischen Schicht kann verringert werden, und/oder ein Material, welches eine hohe dielektrische Konstante hat, kann als die dielektrische Schicht verwendet werden.
  • KURZFASSUNG
  • Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können einen Kondensator mit verbesserter Kapazität vorsehen.
  • Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können ebenso ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators mit verbesserter Kapazität vorsehen, welcher in der Lage ist, Herstellungsprozesse zu vereinfachen.
  • Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können ferner eine Halbleitervorrichtung mit verbesserter Zuverlässigkeit aufweisen.
  • In einem Aspekt kann ein Kondensator eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche voneinander beabstandet sind, eine dielektrische Schicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und eine erste Keimschicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der dielektrischen Schicht angeordnet ist, aufweisen. Die dielektrische Schicht kann ein dielektrisches Material aufweisen, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat. Die erste Keimschicht kann ein erstes Keimmaterial aufweisen. Eine Gitterkonstante des ersten Keimmaterials kann eine Gitterfehlanpassung von 2 % oder weniger mit einer horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials haben.
  • In einem Aspekt kann ein Kondensator eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche voneinander beabstandet sind, eine dielektrische Schicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und eine Metallkeimschicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der dielektrischen Schicht angeordnet ist, aufweisen. Die dielektrische Schicht kann ein dielektrisches Material aufweisen, welches eine tetragonale Struktur hat. Die Metallkeimschicht kann ein Keimmaterial aufweisen. Eine Fehlanpassung zwischen einer Bindungslänge zwischen Metallatomen des Keimmaterials und einer Bindungslänge zwischen Sauerstoffatomen des dielektrischen Materials kann 5 % oder weniger sein.
  • In einem Aspekt kann ein Kondensator eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweisen, welche voneinander beabstandet sind, eine dielektrische Schicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und eine Keimschicht, welche zwischen der ersten Elektrode und der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Die dielektrische Schicht kann Hafniumoxid aufweisen, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat, oder Zirkonoxid, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat. Die Keimschicht kann eine Kobaltschicht, eine Nickelschicht, eine Kupferschicht oder eine CoxN-Schicht aufweisen (wobei 3,5<x<4,5).
  • In einem Aspekt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators ein nacheinander folgendes Bilden einer ersten Elektrode, einer dielektrischen Schicht und einer zweiten Elektrode auf einem Substrat und ein Bilden einer Keimschicht zwischen der ersten Elektrode und dielektrischen Schicht oder zwischen der dielektrischen Schicht und der zweiten Elektrode aufweisen. Die dielektrische Schicht kann Hafniumoxid oder Zirkonoxid aufweisen. Die Keimschicht kann ein Keimmaterial aufweisen. Eine Gitterkonstante des Keimmaterials kann eine Gitterfehlanpassung von 2 % oder weniger mit einer horizontalen Gitterkonstante einer tetragonalen Kristallstruktur eines Oxids haben, welches in der dielektrischen Schicht enthalten ist.
  • In einem Aspekt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators ein nacheinander folgendes Bilden einer ersten Elektrode, einer dielektrischen Schicht und einer zweiten Elektrode auf einem Substrat und ein Bilden einer Metallkeimschicht zwischen der ersten Elektrode und der dielektrischen Schicht oder zwischen der dielektrischen Schicht und der zweiten Elektrode aufweisen. Die dielektrische Schicht kann Hafniumoxid oder Zirkonoxid aufweisen. Die Metallkeimschicht kann ein Keimmaterial aufweisen. Eine Fehlanpassung zwischen einer Bindungslänge zwischen Metallatomen des Keimmaterials und einer Bindungslänge zwischen Sauerstoffatomen einer tetragonalen Kristallstruktur eines Oxids, welches in dielektrischen Schicht enthalten ist, kann 5 % oder weniger sein.
  • In einigen Ausführungsformen weist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Bilden einer dielektrischen Schicht, einer ersten Metallschicht und einer ersten Elektrode auf einem Substrat auf, wobei die erste Metallschicht zwischen der dielektrischen Schicht und der ersten Elektrode zwischenliegend angeordnet ist, wobei die erste Metallschicht ein erstes Metall aufweist, welches eine kubische Kristallstruktur hat, wobei die dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat.
  • Figurenliste
  • Die erfinderischen Konzepte werden offensichtlicher werden in Hinsicht auf die beigefügten Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung begleitend.
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 2A veranschaulicht eine tetragonale Kristallstruktur eines dielektrischen Materials gemäß einigen Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
    • 2B veranschaulicht eine kubische Kristallstruktur eines Keimmaterials gemäß einigen Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 7A bis 7C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 9 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 10A bis 10C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
    • 11 A ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgendiffraktionsanalyse beziehungsweise Röntgenbeugungsanalyse einer Kristallstruktur von Hafniumoxid veranschaulicht, welches auf einer allgemeinen Elektrode gebildet ist, beispielsweise einer Elektrode ohne eine Keimschicht zwischen dem Hafniumoxid und der Elektrode.
    • 11B ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse einer Kristallstruktur von Hafniumoxid veranschaulicht, welches auf einer Keimschicht gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte gebildet ist.
    • 11C ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf allgemeinen Elektroden (beispielsweise Elektroden ohne eine Keimschicht zwischen einem Hafniumoxid und den Elektroden) gebildet sind, und unterschiedliche Dicken voneinander haben.
    • 11D ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten gemäß Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte, welche unterschiedliche Dicken voneinander haben, veranschaulicht.
    • 11E ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten gemäß Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte, welche unterschiedliche Dicken voneinander haben, veranschaulicht.
    • 11F ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten, welche jeweils auf allgemeinen Elektroden (beispielsweise Elektroden ohne eine Keimschicht zwischen einem Hafniumoxid und den Elektroden) gebildet sind, bei voneinander unterschiedlichen Temperaturen veranschaulicht.
    • 11G ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf Keimschichten bei voneinander unterschiedlichen Temperaturen gebildet sind.
    • 11H ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf Keimschichten bei voneinander unterschiedlichen Temperaturen gebildet sind.
    • 12A bis 12C sind Querschnittsansichten, welche Beispiele einer Form eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
    • 13A ist eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
    • 13B ist eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Hierin nachstehend werden Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen können dieselben Elemente über die Offenbarung hinweg bezeichnen.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. 2A veranschaulicht eine tetragonale Kristallstruktur eines dielektrischen Materials gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte. 2B veranschaulicht eine kubische Kristallstruktur eines Keimmaterials gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
  • Bezug nehmend auf 1 kann ein Substrat 100 vorgesehen sein. Das Substrat 100 kann ein Halbleitersubstrat sein. Beispielsweise kann das Substrat 100 ein Siliziumsubstrat, ein Germaniumsubstrat oder ein Silizium-Germaniumsubstrat sein.
  • Ein Auswahlelement (nicht gezeigt) kann auf dem Substrat 100 vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen kann das Auswahlelement ein Transistor sein. In diesen Ausführungsformen können einige Komponenten (beispielsweise ein Sourcebereich und ein Drainbereich) des Transistors in dem Substrat 100 vorgesehen sein.
  • Eine Zwischenschichtisolierschicht 110 kann auf dem Substrat 100 vorgesehen sein. Die Zwischenschichtisolierschicht 110 kann das Auswahlelement bedecken. Beispielsweise kann die Zwischenschichtisolierschicht 110 wenigstens eines von Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid aufweisen.
  • Ein Kontaktstecker 112 kann in der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Der Kontaktstecker 112 kann elektrisch mit dem Auswahlelement verbunden sein. Der Kontaktstecker 112 kann ein leitfähiges Material aufweisen. Beispielsweise kann der Kontaktstecker 112 wenigstens eines Halbleiters dotiert mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff (beispielsweise dotiertes Silizium, dotiertes Germanium oder dotiertes Silizium-Germanium), eines Metalls (beispielsweise Titan, Tantal oder Wolfram), eines leitfähigen Metallnitrids (beispielsweise Titannitrid oder Tantalnitrid) und/oder eine Metall-Halbleiter-Verbindung (beispielsweise ein Metallsilizid) aufweisen.
  • Ein Kondensator CA1 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Der Kondensator CA1 kann eine erste Elektrode E1, eine zweite Elektrode E2, eine dielektrische Schicht DL und eine Keimschicht SL aufweisen.
  • Die erste Elektrode E1 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 angeordnet sein. Die erste Elektrode E1 kann elektrisch mit dem Auswahlelement durch den Kontaktstecker 112 verbunden sein. Die erste Elektrode E1 kann ein leitfähiges Material aufweisen. Beispielsweise kann die erste Elektrode E1 wenigstens eines Halbleiters dotiert mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff (beispielsweise einer Störstelle), eines Metalls, eines leitfähigen Metallnitrids und/oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung aufweisen. Beispielsweise kann der Dotierstoff des Halbleiters eines oder mehrere von Bor, Phosphor, Arsen, Antimon, Gallium, Aluminium etc. sein.
  • Die zweite Elektrode E2 kann von der ersten Elektrode E1 beabstandet sein. Beispielsweise kann die zweite Elektrode E2 vertikal von der ersten Elektrode E1 beabstandet sein, wie in 1 veranschaulicht ist. Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die zweite Elektrode E2 kann ein leitfähiges Material aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Elektrode E2 wenigstens eines von einem Halbleiter, welcher mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff dotiert ist, einem Metall, einem leitfähigen Metallnitrid und/oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung aufweisen.
  • Die dielektrische Schicht DL kann zwischen der ersten Elektrode E1 und der zweiten Elektrode 2 angeordnet sein. Die dielektrische Schicht DL kann ein dielektrisches Material aufweisen, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat, wie 2A. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL Hafniumoxid (das heißt HfO2 ) aufweisen, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, oder Zirkonoxid (das heißt ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat. Zwei von Gitterkonstanten des dielektrischen Materials, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, können gleich zueinander sein. Beispielsweise kann eine tetragonale Kristallstruktur der dielektrischen Schicht DL drei Gitterkonstanten haben, und zwei der drei Gitterkonstanten können gleich sein, und eine andere Gitterkonstante kann unterschiedlich von den zwei gleichen Gitterkonstanten sein. Beispielsweise können die tetragonalen Kristallstrukturen der dielektrischen Schicht DL einfache/primitive tetragonale Kristallstrukturen sein. In der vorliegenden Offenbarung sind die zwei gleichen Gitterkonstanten a1 des dielektrischen Materials, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, als horizontale Gitterkonstanten definiert, und die andere Gitterkonstante c1 des dielektrischen Materials ist als eine vertikale Gitterkonstante definiert.
  • Das Hafniumoxid, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, kann eine höhere dielektrische Konstante haben als Hafniumoxid, welches eine monokline Kristallstruktur hat. Beispielsweise kann die dielektrische Konstante des Hafniumoxids, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, von ungefähr 40 bis ungefähr 60 reichen, und die dielektrische Konstante des Hafniumoxids, welches die monokline Kristallstruktur hat, kann ungefähr 20 sein. Ähnlich kann das Zirkonoxid, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, eine höhere dielektrische Konstante haben als Zirkonoxid, welches eine monokline Kristallstruktur hat. Beispielsweise kann die dielektrische Konstante des Zirkonoxids, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, ungefähr 40 sein, und die dielektrische Konstante des Zirkonoxids, welches die monokline Kristallstruktur hat, kann ungefähr 20 sein.
  • Einige Charakteristiken des Hafniumoxids (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, und des Zirkonoxids (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur gemäß einigen Ausführungsformen hat, sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
    t-HfO2 m-HfO2 t-ZrO2 m-ZrO2
    Kristallstruktur einfach tetragonal einfach monoklin einfach tetragonal einfach monoklin
    Gitterkonstante (Å) a1=3,58 a1=5,13 a1=3,60 a1=5,15
    b1=5,19 b1=5,20
    c1=5,20 c1=5,17
    c1=5,30 c1=5,32
    Bindungslänge (Å) zwischen Sauerstoffatomen 2,60 2,81 2,62 2,95
  • Die Keimschicht SL kann zwischen der ersten Elektrode E1 und der dielektrischen Schicht DL angeordnet sein. Die Dicke der Keimschicht SL kann von ungefähr 5 Å bis ungefähr 100 Å reichen.
  • Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung des dielektrischen Materials in tetragonalen Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann wenigstens eine der folgenden Gitterkonstantenbedingung oder der folgenden Bindungslängenbedingung erfüllen.
  • [Gitterkonstantenbedingung]
  • Die Gitterkonstante des Keimmaterials kann eine Gitterfehlanpassung von ungefähr 2 % oder weniger (beispielsweise bei Raumtemperatur) mit der horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials haben. Das Keimmaterial kann eine kubische Kristallstruktur wie 2B haben, und demnach können Gitterkonstanten a2 des Keimmaterials gleich zueinander sein. Beispielsweise kann das Keimmaterial eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur haben. In bestimmten Ausführungsformen kann das Keimmaterial eine einfache kubische Kristallstruktur oder eine körperzentrierte kubische Kristallstruktur haben. In der vorliegenden Offenbarung ist die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante des Keimmaterials und der horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials (das heißt die Gitterfehlanpassung der Gitterkonstante des Keimmaterials mit der horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials) durch die folgende Gleichung 1 definiert. L S = | a 1 − a 2 | a 1
    Figure DE102018108206A1_0001
  • In der Gleichung 1 ist „LS“ die Gitterfehlanpassung, „a1“ ist die horizontale Gitterkonstante des dielektrischen Materials, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat, und „a2“ ist die Gitterkonstante des Keimmaterials. Beispielsweise kann a1 die zwei gleichen Gitterkonstanten der tetragonalen Kristallstruktur des dielektrischen Materials sein.
  • Wenn die Gitterkonstantenbedingung erfüllt ist (beispielsweise eine Gitterfehlanpassung von 2 % oder weniger), kann die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante des Keimmaterials und der horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials, welches die tetragonale Struktur hat, kleiner sein als eine Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante des Keimmaterials und einer Gitterkonstante a1, b1 oder c1 des dielektrischen Materials, welches die monokline Kristallstruktur hat. Beispielsweise kann, wenn die Gitterkonstantenbedingung erfüllt ist, eine Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante des Keimmaterials, welches eine kubische Kristallstruktur hat, und der horizontalen Gitterkonstante einer tetragonalen Kristallstruktur des dielektrischen Materials kleiner sein als eine Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante des Keimmaterials und jeder (oder einem Durchschnitt) der Gitterkonstanten (oder horizontalen Gitterkonstanten) einer monoklinen Kristallstruktur des dielektrischen Materials.
  • [Bindungslängenbedingung]
  • Das Keimmaterial kann ein Metall sein. Eine Fehlanpassung zwischen einer Bindungslänge zwischen Metallatomen, welche in dem Keimmaterial enthalten sind, und einer Bindungslänge zwischen Sauerstoffatomen, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, kann ungefähr 5 % oder weniger (beispielsweise bei Raumtemperatur) sein. In der vorliegenden Offenbarung ist die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen, welche in dem Keimmaterial enthalten sind, und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, durch die folgende Gleichung 2 definiert. B M = | B L 1 − B L 2 | B L 1
    Figure DE102018108206A1_0002
  • In Gleichung 2 ist „BM“ die Fehlanpassung zwischen den Bindungslängen, „BL1“ ist die Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, und „BL2“ ist die Bindungslänge zwischen den Metallatomen, welche in dem Keimmaterial enthalten sind.
  • Wenn die Bindungslängenbedingung erfüllt ist (beispielsweise Bindungslängenfehlanpassung von 5 % oder weniger), kann die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen, welche in dem Keimmaterial enthalten sind, und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, kleiner sein als eine Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen, welche in dem Keimmaterial enthalten sind, und einer Bindungslänge zwischen Sauerstoffatomen, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind, welches die monokline Kristallstruktur hat.
  • Wenn die Bindungslängenbedingung erfüllt ist, können die Metallatome, welche in dem Keimmaterial enthalten sind, jeweils mit den Sauerstoffatomen interagieren, welche in dem dielektrischen Material enthalten sind. Zu dieser Zeit können die Metallatome des Keimmaterials Metallatome sein, welche an einer oberen Oberfläche der Keimschicht SL freiliegend sind. Beispielsweise können, wenn die Bindungslängenbedingung erfüllt ist, Metallatome der Keimschicht SL Anordnungen von Sauerstoffatomen der dielektrischen Schicht an der Grenzfläche zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL (beispielsweise durch eine elektrische Kraft und/oder durch eine Kombination von Atomen) beeinflussen. Beispielsweise kann das Keimmaterial das dielektrische Material in die tetragonale Kristallstruktur unter einer vorbestimmten Temperaturbedingung (beispielsweise einer Temperatur von 240 Grad Celsius oder mehr) kristallisieren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Keimmaterial die folgende leitfähige Bedingung, die folgende Austrittsarbeitsbedingung und/oder die folgende Oxidbandlückenbedingung erfüllen.
  • [Leitfähigkeitsbedingung]
  • Das Keimmaterial kann eine Leitfähigkeit haben. Beispielsweise kann das Keimmaterial, welches in der Keimschicht enthalten ist, ein Leiter sein.
  • [Oxidbandlückenbedingung]
  • Eine Bandlücke (beispielsweise eine Energiebandlücke) eines Oxids des Keimmaterials kann ungefähr 3 eV oder weniger sein.
  • [Austrittsarbeitsbedingung]
  • Eine Austrittsarbeit des Keimmaterials kann ungefähr 4,7 eV oder mehr sein.
  • Wenn das Keimmaterial die Leitfähigkeitsbedingung erfüllt, kann die Keimschicht SL als eine Elektrode in dem Kondensator CA1 wirken, welche vorteilhaft für ein Verringern oder Verhindern einer Zunahme in der Äquivalenzoxiddicke des Kondensators CA1 sein kann. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen das Keimmaterial ein Leiter sein, und die Keimschicht SL arbeitet als eine Elektrode des Kondensators CA1. Demnach kann der Kondensator CA1 eine dünne Isolierschicht haben, welche vorteilhaft ist, um eine größere Kapazität des Kondensators CA1 zu haben. Beispielsweise können die Keimschicht SL und eine Elektrode E1 oder E2, welche die Keimschicht SL kontaktiert, kollektiv als eine Elektrode des Kondensators CA1 wirken. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen eine Elektrode eine dotierte Halbleiterschicht und eine Metallschicht, welche einander berühren, aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kondensator CA1 eine Unter-Oxidschicht SOL aufweisen, welche zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL angeordnet ist, wie in 1 veranschaulicht ist. Die Dicke der Unter-Oxidschicht SOL kann von ungefähr 5 Å bis ungefähr 10 Å reichen. Ein Abschnitt der Keimschicht SL kann oxidiert werden, um die Unter-Oxidschicht SOL zu bilden. Beispielsweise kann die Unter-Oxidschicht SOL dasselbe Metall wie das Metall aufweisen, welches in der Keimschicht SL enthalten ist. Wenn das Keimmaterial die Oxidbandlückenbedingung erfüllt, kann die Unter-Oxidschicht SOL als eine Elektrode in dem Kondensator CA1 wirken, was vorteilhaft für ein Verringern oder Verhindern einer Zunahme in der Äquivalenzoxiddicke des Kondensators CA1 sein kann.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann der Kondensator CA1 die Unter-Oxidschicht SOL anders als in 1 nicht aufweisen.
  • Wenn das Keimmaterial die Austrittsarbeitsbedingung erfüllt, kann die Keimschicht SL verhindern, dass ein Kriechstrom in dem Kondensator CA1 auftritt oder kann einen Kriechstrom in dem Kondensator CA1 verringern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Keimschicht SL eine Dicke von ungefähr 3 Å bis ungefähr 50 Å haben. Wenn die Dicke der Keimschicht SL größer ist als 50 Å, kann es schwer sein, eine Größe des Kondensators zu verringern. Wenn die Dicke der Keimschicht SL weniger als 3 Å ist, kann es schwierig sein, die dielektrische Schicht DL in die tetragonale Kristallstruktur zu kristallisieren. Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte jedoch kann die Keimschicht SL die dielektrische Schicht DL in die tetragonale Kristallstruktur kristallisieren, und demnach kann die dielektrische Schicht DL eine dielektrische Hoch-k-Charakteristik haben. Beispielsweise kann die Größe des Kondensators CA1 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verringert oder minimiert werden.
  • Das Keimmaterial kann Kobalt, Nickel, Kupfer oder Kobaltnitrid aufweisen. Das Kobaltnitrid kann Co4N sein, oder kann ein Zusammensetzungsverhältnis ähnlich zu demjenigen von Co4N haben. Beispielsweise kann das Keimmaterial CoxN aufweisen, wobei 3,5<x<4,5. Jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N kann wenigstens eine der obigen Bedingungen erfüllen. Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N kann Charakteristiken haben, welche in der folgenden Tabelle 2 gezeigt sind. [Tabelle 2]
    Kobalt Nickel Kupfer Co4N
    Kristallstruktur kubisch (FCC) kubisch (FCC) kubisch (FCC) kubisch (FCC)
    Gitterkonstante (Å) a2=3,54 a2=3,52 a2=3,61 a2=3,59
    Bindungslänge (Å) zwischen Metallatomen 2,51 2,49 2,55 -
    Gitterfehlanpassung (%) mit t-HfO2 0,84 1,68 0,84 0,28
    Bindungslängenfehlanpassung (%) mit t-HfO2 3,46 4,23 1,92 -
    Gitterfehlanpassung (%) mit m-HfO2 (verglichen mit a1 von m-HfO2) 30,99 31,38 29,43 30,02
    Bindungslängenfehlanpassung (%) mit m-HfO2 11,03 11,39 9,25 -
    Gitterfehlanpassung (%) mit t-ZrO2 1,39 2,22 0,28 0,28
    Bindungslängenfehlanpassung (%) mit t-ZrO2 4,20 4,96 2,67 -
    Gitterfehlanpassung (%) mit m-ZrO2 (verglichen mit a1 von m-ZrO2) 31,26 31,65 29,71 30,29
    Bindungslängenfehlanpassung (%) mit m-ZrO2 15,25 15,59 13,56 -
  • Bezug nehmend auf die Tabelle 2 kann erkannt werden, dass jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N wenigstens eine der Gitterkonstantenbedingung oder der Bindungslängenbedingung hinsichtlich des Hafniumoxids (t-HfO2 ) erfüllt, welches die tetragonale Kristallstruktur hat. Beispielsweise erfüllen Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N die Gitterkonstantenbedingung hinsichtlich des Hafniumoxids (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat. Kobalt, Nickel und Kupfer erfüllen die Bindungslängenbedingung hinsichtlich des Hafniumoxids (t-HfO2 ), welche die tetragonale Kristallstruktur hat.
  • Die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N und der horizontalen Gitterkonstante des Hafniumoxids (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, ist kleiner als die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N und der Gitterkonstante des Hafniumoxids (m-HfO2 ), welches die monokline Kristallstruktur hat. Die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen jedes von Kobalt, Nickel und Kupfer und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen des Hafniumoxids (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, ist kleiner als die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen jedes des Kobalts, Nickels und Kupfers und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen des Hafniumsoxids (m-HfO2 ), welches die monokline Metallstruktur hat.
  • Es kann erkannt werden, dass jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N wenigstens eine der Gitterkonstantenbedingung oder der Bindungslängenbedingung hinsichtlich des Zirkonoxids (t-ZrO2 ) erfüllt, welches die tetragonale Kristallstruktur hat. Beispielsweise erfüllen Kupfer und Co4N die Gitterkonstantenbedingung hinsichtlich des Zirkonoxids (t-ZrO2 ), welche die tetragonale Kristallstruktur hat. Kobalt, Nickel und Kupfer erfüllen die Bindungslängenbedingung hinsichtlich des Zirkonoxids (t-ZrO2 ), welche die tetragonale Kristallstruktur hat.
  • Die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N und der horizontalen Gitterkonstante des Zirkonoxids (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, ist kleiner als die Gitterfehlanpassung zwischen der Gitterkonstante jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N und der Gitterkonstante des Zirkonoxids (m-ZrO2 ), welches die monokline Kristallstruktur hat. Die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen von jedem von Kobalt, Nickel und Kupfer und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen des Zirkonoxids (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, ist kleiner als die Fehlanpassung zwischen der Bindungslänge zwischen den Metallatomen jedes von Kobalt, Nickel und Kupfer und der Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen des Zirkonoxids (m-ZrO2 ), welches die monokline Kristallstruktur hat.
  • Jedes von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N kann eine Leitfähigkeit haben und kann eine Austrittsarbeit von 4,7 eV oder mehr haben. Ein Oxid von jedem von Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N kann eine Bandlücke von 3 eV oder weniger haben. Beispielsweise kann jedes des Kobalts, Nickels, Kupfers und Co4N die leitfähige Bedingung, die Oxidbandlückenbedingung und die Austrittsarbeitsbedingung erfüllen.
  • In der vorliegenden Offenbarung sind Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N als Beispiele des Keimmaterials beschrieben. Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. In bestimmten Ausführungsformen können andere Materialien, welche die obigen Bedingungen erfüllen, als das Keimmaterial verwendet werden.
  • Leitfähige Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) können auf dem Kondensator CA1 vorgesehen sein. Die leitfähigen Verbindungsleitungen können elektrisch mit der zweiten Elektrode E2 verbunden sein. Beispielsweise können die leitfähigen Verbindungsleitungen wenigstens eines Halbleiters dotiert mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff, eines Metalls, eines leitfähigen Metallnitrids und/oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung aufweisen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die dielektrische Schicht DL das Hafniumoxid der tetragonalen Struktur oder das Zirkonoxid der tetragonalen Kristallstruktur aufweisen, welches eine hohe dielektrische Konstante hat. Demnach kann eine Kapazität des Kondensators CA1 verbessert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können die Keimschicht SL und die Unter-Oxidschicht SOL, welche durch die Oxidation eines Abschnitts der Keimschicht SL gebildet wird, als eine Elektrode wirken, was vorteilhaft für ein Verringern oder Unterbinden einer Zunahme in der Äquivalentzoxiddicke des Kondensators CA1 sein kann.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die Keimschicht SL das Keimmaterial aufweisen, dessen Austrittsarbeit ungefähr 4,7 eV oder mehr ist. Beispielsweise kann die Keimschicht SL verhindern, dass ein Kriechstrom in dem Kondensator CA1 auftritt oder kann einen Kriechstrom in dem Kondensator CA1 verringern.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die dielektrische Schicht DL eine Dicke von ungefähr 35 Å bis ungefähr 85 Å haben. Wenn die Dicke der dielektrischen Schicht DL weniger als 35 Å ist, kann ein Kriechstrom durch die dielektrische Schicht DL auftreten. Wenn die Dicke der dielektrischen Schicht DL größer als 85 Å ist, kann es schwierig sein, eine Größe des Kondensators CA1 zu verringern.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsform der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Die 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen. Beispielsweise können die 3 und 4A bis 4C Ansichten sein, welche ein Verfahren zum Herstellen des Kondensators veranschaulichen, welcher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Hierin nachstehend werden dieselben Elemente oder Komponenten, wie sie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, durch dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen angezeigt werden und die Beschreibungen dafür werden ausgelassen werden oder für den Zweck der Erleichterung und Bequemlichkeit in der Erklärung kurz erwähnt werden.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4A kann eine Zwischenschichtisolierschicht 110 auf einem Substrat 100 gebildet werden. Die Zwischenschichtisolierschicht 110 kann ein Auswahlelement (nicht gezeigt), welches auf dem Substrat 100 gebildet ist, bedecken. Beispielsweise kann das Auswahlelement ein Transistor sein, wie er ähnlich unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
  • Ein Kontaktstecker 112 kann in der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet sein. Der Kontaktstecker 112 kann elektrisch mit dem Auswahlelement verbunden sein. Die Bildung des Kontaktsteckers 112 kann ein Bilden eines Kontaktlochs 110A in der Zwischenschichtisolierschicht 110, ein Bilden einer leitfähigen Schicht (nicht gezeigt), welches das Kontaktloch 110a füllt, und ein Durchführen eines Planarisierungsvorgangs auf der leitfähigen Schicht aufweisen.
  • Eine erste Elektrode E1 und eine Keimschicht SL können nacheinander folgend auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet werden (S10).
  • Die erste Elektrode E1 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet werden. Die erste Elektrode E1 kann elektrisch mit dem Kontaktstecker 112 verbunden werden. Beispielsweise kann die erste Elektrode E1 unter Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungs (CVD)-Prozesses oder eines Atomlagenabscheidungs (ALD)-Prozesses gebildet werden.
  • Die Keimschicht kann auf der ersten Elektrode E1 gebildet werden. Beispielsweise kann die Keimschicht SL unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines ALD-Prozesses gebildet werden.
  • Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung eines dielektrischen Materials, welches in einer dielektrischen Schicht DL, welche in einem nachfolgenden Prozess zu bilden ist, enthalten ist, in eine tetragonale Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das eine, welches obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Beispielsweise kann das Keimmaterial wenigstens eine der vorstehenden Gitterkonstantenbedingung oder der vorstehend erwähnten Bindungslängenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial die vorstehend erwähnte leitfähige Bedingung, die vorstehend erwähnte Austrittsarbeitsbedingung und/oder die vorstehend erwähnte Oxidbandlückenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial Kobalt, Nickel, Kupfer oder Kobaltnitrid aufweisen. Das Kobaltnitrid kann Co4N sein, oder kann ein Zusammensetzungsverhältnis ähnlich zu demjenigen von Co4N haben. Beispielsweise kann das Keimmaterial CoxN aufweisen, wobei 3,5<x<4,5. Die Keimschicht SL kann gebildet sein, um eine Dicke von ungefähr 3 Å bis ungefähr 50 Å zu haben.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4B kann eine dielektrische Schicht auf der Keimschicht SL gebildet werden (S11). Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL durch einen CVD-Prozess oder einen ALD-Prozess gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann unmittelbar nach der Bildung der dielektrischen Schicht DL auf der Keimschicht SL die dielektrische Schicht DL ein amorphes dielektrisches Material aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL wenigstens teilweise eine amorphe dielektrische Schicht sein, wenn die dielektrische Schicht auf der Keimschicht SL gebildet wird. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL amorphes Hafniumoxid oder amorphes Zirkonoxid aufweisen.
  • Das amorphe dielektrische Material, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, kann durch die Keimschicht SL beeinflusst werden, und demnach kann das amorphe dielektrische Material in der tetragonalen Struktur bei einer relativ niedrigen Temperatur von beispielsweise ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 600 Grad Celsius kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius kristallisiert werden.
  • In einer bestimmten Ausführungsform kann wenigstens ein Abschnitt der dielektrischen Schicht DL in der tetragonalen Kristallstruktur während des Abscheidungsvorganges kristallisiert werden. Die dielektrische Schicht DL kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr gebildet werden oder abgeschieden werden. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 290 Grad Celsius gebildet werden oder abgeschieden werden. Unter diesen Temperaturbedingungen kann die Keimschicht SL helfen oder die Kristallisierung des dielektrischen Materials in die tetragonale Kristallstruktur herbeiführen. Unmittelbar nach der Bildung der dielektrischen Schicht DL kann die dielektrische Schicht DL das dielektrische Material, welches die tetragonale Struktur hat, und das amorphe dielektrische Material aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL gebildet sein, um eine tetragonale Kristallstruktur während des CVD-Prozesses oder des ALD-Prozesses zu haben. Beispielsweise kann die Keimschicht SL hilfreich für die dielektrische Schicht DL sein, um die tetragonale Kristallstruktur während des CVD-Prozesses oder des ALD-Prozesses zu haben und/oder unmittelbar nach dem CVD-Prozess oder dem ALD-Prozess.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Unter-Oxidschicht SOL durch den Prozess des Bildens der dielektrischen Schicht DL, wie in 4B veranschaulicht ist, gebildet werden. In dem Prozess zum Bilden der dielektrischen Schicht DL kann ein Abschnitt der Keimschicht SL oxidiert werden, um die Unter-Oxidschicht SOL zu bilden. Beispielsweise kann die Unter-Oxidschicht SOL dasselbe Metall wie das Metall aufweisen, welches in der Keimschicht SL enthalten ist. Die Dicke der Unter-Oxidschicht SOL kann von ungefähr 5 Å bis ungefähr 10 Å reichen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann die Unter-Oxidschicht SOL nicht gebildet werden, anders als in 4B. Beispielsweise kann die Keimschicht SL die dielektrische Schicht DL in bestimmten Ausführungsformen berühren.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4C kann eine zweite Elektrode E2 auf der dielektrischen Schicht DL gebildet werden (S12). Die zweite Elektrode E2 kann gebildet werden, um von der ersten Elektrode E1 mit der dielektrischen Schicht DL und der Keimschicht SL dazwischen angeordnet beabstandet zu sein. Beispielsweise kann die zweite Elektrode E2 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines ALD-Prozesses gebildet werden.
  • Der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr durchgeführt werden, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius. Wenigstens ein Abschnitt der dielektrischen Schicht DL kann während des Prozesses zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kristallisiert werden. Beispielsweise kann die Temperatur zum Bilden der zweiten Elektrode E2 hilfreich sein für die dielektrische Schicht DL, um kristallisiert zu werden. Da die Keimschicht SL, welche das Keimmaterial, welches obenstehend beschrieben ist, aufweist, benachbart zu der dielektrischen Schicht DL ist, kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden. Wenn der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 bei einer Temperatur niedriger als ungefähr 240 Grad Celsius durchgeführt wird, kann es schwierig sein, die zweite Elektrode E2 zu bilden oder die dielektrische Schicht DL zu kristallisieren. Gemäß einigen Ausführungsformen jedoch kann der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr für die dielektrische Schicht DL durchgeführt werden, um während des Bildens der zweiten Elektrode E2 kristallisiert zu werden. Beispielsweise kann der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 bei einer Temperatur von ungefähr 400 Grad Celsius oder weniger durchgeführt werden, was vorteilhaft sein kann, um einen Kriechstrom, welcher durch die dielektrische Schicht DL fließt, zu verringern oder zu verhindern.
  • Bezug nehmend auf die 1 und 3 kann ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess durchgeführt werden (S13). Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess eine weitere Kristallisation in der dielektrischen Schicht DL herbeiführen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kristallisierung des dielektrischen Materials in der tetragonalen Kristallstruktur durch den nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess vollendet werden. Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess einem Prozess zum Bilden leitfähiger Zwischenverbindungsleitungen beziehungsweise Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf dem Kondensator CA1 entsprechen und kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr durchgeführt werden, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius. Beispielsweise kann das dielektrische Material in einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden, während eine leitfähige Verbindungsleitung, welche elektrisch mit der zweiten Elektrode E2 verbunden ist, gebildet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess ein Prozess anders als ein Bilden der leitfähigen Verbindungsleitungen sein.
  • Gemäß den Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das amorphe dielektrische Material durch die Keimschicht SL beeinflusst werden, und demnach kann das amorphe dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur bei der relativ niedrigen Temperatur kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 600 Grad Celsius kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius kristallisiert werden. Die Kristallisationstemperatur des dielektrischen Materials kann der Abscheidungstemperatur des dielektrischen Materials, der Temperatur des Prozesses zum Bilden der zweiten Elektrode E2 und/oder der Temperatur des Prozesses zum Bilden der nachfolgenden leitfähigen Zwischenverbindungsleitungen (nicht gezeigt) entsprechen. Beispielsweise kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur ohne einen zusätzlichen thermischen Hochtemperaturbehandlungsprozess kristallisiert werden, was vorteilhaft in Richtung des Vereinfachens des Herstellungsprozesses des Kondensators CA1 und/oder einer Halbleitervorrichtung ist, welche den Kondensator CA1 aufweist. Wenn die dielektrische Schicht DL, die zweite Elektrode E2 und die nachfolgenden leitfähigen Verbindungsleitungen bei hohen Temperaturen gebildet werden, kann eine thermische Belastung auf die dielektrische Schicht DL ausgeübt werden. Gemäß der Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte jedoch können die dielektrische Schicht DL, die zweite Elektrode E2 und die nachfolgenden leitfähigen Verbindungsleitungen bei niedrigen Temperaturen gebildet werden, was vorteilhaft für ein Verringern, Unterbinden oder Verhindern eines Auftretens eines Kriechstroms durch die dielektrische Schicht DL durch die thermische Belastung sein kann. Zusätzlich können Prozesse zum Herstellen des Kondensators CA1 vereinfacht werden.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Hierin nachstehend werden dieselben Elemente oder Komponenten wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben durch dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen angezeigt werden und die Beschreibungen dafür werden ausgelassen werden oder kurz erwähnt werden für den Zweck der Erleichterung und der Bequemlichkeit in der Erklärung.
  • Bezug nehmend auf 5 kann eine Zwischenschichtisolierschicht 110 auf einem Substrat 100 vorgesehen sein, und ein Kontaktstecker 112 kann in der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein.
  • Ein Kondensator CA2 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Der Kondensator CA2 kann eine erste Elektrode E1, eine zweite Elektrode E2, eine dielektrische Schicht DL und eine Keimschicht SL aufweisen. Die erste Elektrode E1, die zweite Elektrode E2 und die dielektrische Schicht DL können im Wesentlichen dieselben sein wie diejenigen, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind.
  • Die Keimschicht SL kann zwischen der dielektrischen Schicht DL und der zweiten Elektrode E2 vorgesehen sein. Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung eines dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in eine tetragonale Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das Keimmaterial, welches unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Der Mechanismus, welcher die tetragonale Kristallstruktur in der dielektrischen Schicht DL herbeiführt, kann derselbe sein, wie derjenige, welcher obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Keimschicht SL in Kontakt mit der dielektrischen Schicht DL sein, wie in 5 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann die Unter-Oxidschicht, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, nicht zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL vorgesehen sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Unter-Oxidschicht zu dünn sein und demnach kann sie zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL nicht beobachtet werden.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann die Unter-Oxidschicht SOL, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL vorgesehen sein, anders als in 5.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Die 7A bis 7C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen. Beispielsweise können die 6 und 7A bis 7C Ansichten sein, welche ein Verfahren zum Herstellen des Kondensators veranschaulichen, welcher unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Hierin nachstehend werden dieselben Elemente oder Komponenten, wie sie unter Bezugnahme auf die 1 und 5 beschrieben sind, durch dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen angezeigt werden, und die Beschreibungen dafür werden ausgelassen werden oder kurz erwähnt werden für den Zweck der Erleichterung und Bequemlichkeit in der Erklärung.
  • Bezug nehmend auf die 6 und 7A können eine Zwischenschichtisolierschicht 110 und ein Kontaktstecker 112 auf einem Substrat 100 gebildet werden. Die Bildung der Zwischenschichtisolierschicht 110 und des Kontaktsteckers 112 können im Wesentlichen dieselben sein wie die einen, welche unter Bezugnahme auf 3 und 4A beschrieben sind.
  • Eine erste Elektrode E1 und eine dielektrische Schicht DL können nacheinander folgend auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet werden (S20).
  • Die erste Elektrode E1 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet werden. Die erste Elektrode E1 kann elektrisch mit dem Kontaktstecker 112 verbunden sein. Beispielsweise kann die erste Elektrode E1 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines ALD-Prozesses gebildet werden.
  • Die dielektrische Schicht DL kann auf der ersten Elektrode E1 gebildet werden. Die dielektrische Schicht DL kann ein amorphes dielektrisches Material unmittelbar nach der Bildung der dielektrischen Schicht DL aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL amorphes Hafniumoxid oder amorphes Zirkonoxid aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL durch einen CVD-Prozess oder einen ALD-Prozess gebildet werden.
  • Bezug nehmend auf die 6 und 7B kann eine Keimschicht SL auf der dielektrischen Schicht DL gebildet werden (S21). Beispielsweise kann die Keimschicht SL unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines ALD-Prozesses gebildet werden.
  • Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung eines dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in eine tetragonale Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann im Wesentlichen dasselbe sein wie dasjenige, welches obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Beispielsweise kann das Keimmaterial wenigstens eine der vorstehend erwähnten Gitterkonstantenbedingung oder der vorstehend erwähnten Bindungslängenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial die vorstehend erwähnte leitfähige Bedingung, die vorstehend erwähnte Austrittsarbeitsbedingung und/oder die vorstehend erwähnte Oxidbandlückenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial Kobalt, Nickel, Kupfer oder Co4N aufweisen. Alternativ kann das Keimmaterial Kobaltnitrid aufweisen, von welchem ein Zusammensetzungsverhältnis ähnlich zu demjenigen von Co4N ist. Beispielsweise kann das Keimmaterial CoxN aufweisen, wobei 3,5<x<4,5.
  • Anders als der Prozess, welcher unter Bezugnahme auf 4B beschrieben ist, kann die Unter-Oxidschicht zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL nicht gebildet werden. Alternativ kann eine sehr dünne Unter-Oxidschicht zwischen der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL gebildet werden, und demnach kann die Unter-Oxidschicht nicht beobachtet werden. Dies kann der Fall sein, da eine Temperatur des Prozesses zum Bilden der Keimschicht SL niedriger ist als eine Temperatur des Prozesses zum Bilden der dielektrischen Schicht DL.
  • Bezug nehmend auf die 6 und 7C kann eine zweite Elektrode E2 auf der Keimschicht SL gebildet werden (S22). Die zweite Elektrode E2 kann gebildet werden, um von der ersten Elektrode E1 mit der Keimschicht SL und der dielektrischen Schicht DL dazwischenliegend angeordnet beabstandet zu sein. Beispielsweise kann die zweite Elektrode E2 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines ALD-Prozesses gebildet werden.
  • Das amorphe dielektrische Material, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, kann durch die Keimschicht SL beeinflusst werden, und demnach kann das amorphe dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur bei einer relativ niedrigen Temperatur kristallisiert werden. Beispielsweise kann das amorphe dielektrische Material bei ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius kristallisiert werden.
  • Der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr durchgeführt werden, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius. Beispielsweise kann wenigstens ein Abschnitt der dielektrischen Schicht DL während des Prozesses zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kristallisiert werden. Da die Keimschicht SL, welche das Keimmaterial, welches obenstehend beschrieben ist, aufweist, benachbart zu der dielektrischen Schicht DL ist, kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Bezug nehmend auf die 5 und 6 kann ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess durchgeführt werden (S23). Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess eine Kristallisierung in der dielektrischen Schicht DL weiter herbeiführen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kristallisierung des dielektrischen Materials in der tetragonalen Kristallstruktur durch den nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess vollendet werden. Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess einem Prozess zum Bilden von leitfähigen Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf dem Kondensator CA2 entsprechen und kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius durchgeführt werden. Beispielsweise kann das dielektrische Material in einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden, während eine leitfähige Verbindungsleitung, welche elektrisch mit der zweiten Elektrode E2 verbunden ist, gebildet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess ein Prozess sein anders als ein Bilden der leitfähigen Verbindungsleitungen.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Kondensator gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Hierin nachstehend werden dieselben Elemente oder Komponenten wie unter Bezugnahme auf 1 und/oder 5 beschrieben durch dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen angezeigt werden, und die Beschreibungen dafür werden ausgelassen werden oder kurz für den Zweck der Erleichterung und der Bequemlichkeit in der Erklärung erwähnt werden.
  • Bezug nehmend auf 8 kann eine Zwischenschichtisolierschicht 110 auf einem Substrat 100 vorgesehen sein, und ein Kontaktstecker 112 kann in der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein.
  • Ein Kondensator CA3 kann auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Der Kondensator CA3 kann eine erste Elektrode E1, eine zweite Elektrode E2, eine dielektrische Schicht DL, eine erste Keimschicht SL1 und eine zweite Keimschicht SL2 aufweisen. Die erste Elektrode E1, die zweite Elektrode E2 und die dielektrische Schicht DL können im Wesentlichen dieselben sein wie diejenigen, welcher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind.
  • Die erste Keimschicht SL1 kann zwischen der ersten Elektrode E1 und der dielektrischen Schicht DL vorgesehen sein. Die erste Keimschicht SL1 kann im Wesentlichen dieselbe sein wie die Keimschicht SL, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
  • Die zweite Keimschicht SL2 kann zwischen der zweiten Elektrode E2 und der dielektrischen Schicht DL vorgesehen sein. Die zweite Keimschicht SL2 kann im Wesentlichen dieselbe sein wie die Keimschicht SL, welche unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kondensator CA3 eine Unter-Oxidschicht SOL aufweisen, welche zwischen der ersten Keimschicht SL1 und der dielektrischen Schicht DL angeordnet ist, wie in 8 veranschaulicht ist. Die Unter-Oxidschicht SOL kann im Wesentlichen dieselbe sein wie die Unter-Oxidschicht SOL, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann der Kondensator CA3 die Unter-Oxidschicht SOL anders als in 8 nicht aufweisen.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
  • Die 10A bis 10C sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen. Beispielsweise können die 9 und 10A bis 10C Ansichten sein, welche ein Verfahren zum Herstellen des Kondensators veranschaulichen, welcher unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist. Hierin nachstehend werden dieselben Elemente oder Komponenten, wie sie unter Bezugnahme auf die 1, 5 und 8 beschrieben sind, durch dieselben Bezugsziffern oder dieselben Bezugszeichen angezeigt werden, und die Beschreibungen dafür werden ausgelassen werden oder kurz für den Zweck der Erleichterung und Bequemlichkeit in der Erklärung erwähnt werden.
  • Bezug nehmend auf 9 und 10A können eine Zwischenschichtisolierschicht 110 und ein Kontaktstecker 112 auf einem Substrat 100 gebildet werden. Die Bildung der Zwischenschichtisolierschicht 110 und des Kontaktsteckers 112 können im Wesentlichen dieselben sein wie diejenige, welche unter Bezugnahme auf die 3 und 4A beschrieben ist.
  • Eine erste Elektrode E1 und eine erste Keimschicht SL1 können nacheinander folgend auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet werden (S30). Prozesse zum Bilden der ersten Elektrode E1 und der ersten Keimschicht SL1 können im Wesentlichen dieselben sein wie die Prozesse zum Bilden der ersten Elektrode E1 und der Keimschicht SL, welche unter Bezugnahme auf die 3 und 4a beschrieben sind. Die erste Keimschicht SL1 kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung eines dielektrischen Materials, welches in einer dielektrischen Schicht DL enthalten ist, unterstützt, um in einem nachfolgenden Prozess gebildet zu werden. Beispielsweise kann das dielektrische Material in der dielektrischen Schicht DL in einer tetragonalen Struktur durch eine Wechselwirkung mit dem Keimmaterial gebildet werden.
  • Eine dielektrische Schicht DL kann auf der ersten Keimschicht SL1 gebildet werden (S31). Ein Prozess zum Bilden der dielektrischen Schicht DL kann im Wesentlichen derselbe sein wie der Prozess zum Bilden der dielektrischen Schicht DL, welcher unter Bezugnahme auf die 3 und 4B beschrieben ist. Die dielektrische Schicht DL kann ein amorphes dielektrisches Material unmittelbar nach der Bildung der dielektrischen Schicht DL aufweisen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL amorphes Hafniumoxid oder amorphes Zirkonoxid aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann wenigstens ein Abschnitt der dielektrischen Schicht DL in der tetragonalen Kristallstruktur während des Abscheideprozesses kristallisiert werden. In diesem Fall kann unmittelbar nach der Bildung der dielektrischen Schicht DL die dielektrische Schicht DL sowohl das amorphe dielektrische Material als auch das dielektrische Material aufweisen, welches die tetragonale Kristallstruktur hat. Die Bildung der dielektrischen Schicht DL kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis 290 Grad Celsius durchgeführt werden.
  • Bezug nehmend auf die 9 und 10B kann die zweite Keimschicht SL2 auf der dielektrischen Schicht DL gebildet werden (S32). Ein Prozess zum Bilden der zweiten Keimschicht SL2 kann im Wesentlichen derselbe sein wie der Prozess zum Bilden der Keimschicht SL, welcher unter Bezugnahme auf die 6 und 7B beschrieben ist. Die zweite Keimschicht SL2 kann ein Keimmaterial aufweisen, welches die Kristallisierung des dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in die tetragonale Kristallstruktur unterstützt.
  • Bezug nehmend auf die 9 und 10C kann eine zweite Elektrode E2 auf der zweiten Keimschicht SL2 gebildet werden (S33). Ein Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kann im Wesentlichen derselbe sein wie der Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2, welcher unter Bezugnahme auf die 6 und 7C beschrieben ist. Wenigstens ein Abschnitt der dielektrischen Schicht DL kann durch den Prozess zum Bilden der zweiten Elektrode E2 kristallisiert werden. Da die erste und die zweite Keimschicht SL1 und SL2, welche das oben beschriebene Keimmaterial aufweisen, benachbart zu der dielektrischen Schicht DL sind, kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Bezugnehmend auf die 8 und 9 kann ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess durchgeführt werden (S34). Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess eine weitere Kristallisierung in der dielektrischen Schicht DL herbeiführen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kristallisierung des dielektrischen Materials in der tetragonalen Kristallstruktur durch den nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess vollendet werden. Beispielsweise kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess einem Prozess zum Bilden von leitfähigen Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf dem Kondensator CA3 entsprechen und kann bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius durchgeführt werden. Beispielsweise kann das dielektrische Material in einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden, während eine leitfähige Verbindungsleitung, welche mit der zweiten Elektrode E2 elektrisch verbunden ist, gebildet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der nachfolgende thermische Behandlungsprozess ein Prozess anders sein als ein Bilden der leitfähigen Verbindungsleitungen.
  • [Analyseergebnisse der Kristallstruktur von Hafniumoxid]
  • 11A ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse einer Kristallstruktur von Hafniumoxid veranschaulicht, welches auf einer allgemeinen Elektrode gebildet ist. Beispielsweise kann die allgemeine Elektrode im Wesentlichen dieselbe sein als eine der Elektroden E1 und E2, welche in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, weist aber keine Keimschicht zwischen der Elektrode und der Hafniumoxidschicht auf. Beispielsweise wurde Hafniumoxid auf Titannitrid gebildet und wurde bei einer bestimmten Temperatur thermisch behandelt (oder ausgeheilt). Danach wurde das Hafniumoxid durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. Beispielsweise veranschaulicht 11A eine Verteilung von Hafniumoxidstrukturen in einer Hafniumoxidschicht, welche auf einer Titannitridelektrode gebildet ist ohne eine Keimschicht zwischen der Hafniumoxidschicht und der Titannitridelektrode. Die Titannitridelektrode und die Hafniumoxidschicht, welche auf dem Titannitrid gebildet ist, wurde in unterschiedlichen Temperaturen thermisch behandelt (oder ausgeheilt), bevor die Hafniumoxidstrukturen gemessen werden.
  • Bezug nehmend auf 11A kann erkannt werden, dass Hafniumoxid (m-HfO2 ), welches die monokline Kristallstruktur hat, und Hafniumoxid (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, zusammen in der Hafniumoxidschicht existieren, wenn die Hafniumoxidschicht auf der allgemeinen Elektrode gebildet ist und bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 600 Grad Celsius thermisch behandelt wird (oder ausgeheilt wird).
  • 11B ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse einer Kristallstruktur einer Hafniumoxidschicht veranschaulicht, welche auf einer Keimschicht gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte gebildet ist. Beispielsweise wurde eine Hafniumoxidschicht auf CO4N gebildet und wurde bei einer bestimmten Temperatur thermisch behandelt (oder ausgeheilt). Danach wurde das Hafniumoxid durch eine Röntgenbeugungsanalyse analysiert.
  • Bezug nehmend auf 11B kann erkannt werden, dass Hafniumoxid (t-HfO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, hauptsächlich in der Hafniumoxidschicht gebildet ist, wenn die Hafniumoxidschicht auf der Keimschicht gemäß bestimmten Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte gebildet ist und bei einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 600 Grad Celsius thermisch behandelt wird (oder ausgeheilt wird).
  • [Analyseergebnisse der Kristallstruktur von Zirkonoxid gemäß der Dicke]
  • 11C ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf allgemeinen Elektroden gebildet sind und unterschiedliche Dicken voneinander haben. Beispielsweise kann jede der allgemeinen Elektroden im Wesentlichen dieselbe sein wie eine der Elektroden E1 und E2, welche in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben sind, weist jedoch keine Keimschicht zwischen der Elektrode und der Zirkonoxidschicht auf. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten, welche Dicken von 41,1 Å, 60,4 Å, 81,2 Å, 96,7 Å und 120,2 Å haben, jeweils auf Titannitridelektroden gebildet, und die Titannitridelektroden und die Zirkonoxidschichten, welche auf den Titannitridelektroden gebildet wurden, wurden bei einer bestimmten Temperatur thermisch behandelt (das heißt ausgeheilt). Danach wurden die Zirkonoxidschichten durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. In 11C zeigen Proben c1, c2, c3, c4 und c5 jeweils die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten von 41,1 Å, 60,4 Å, 81,2 Å, 96,7 Å und 120,2 Å.
  • Bezug nehmend auf 11C wurde, wenn die Dicken der Zirkonoxidschichten relativ klein waren wie die Proben c1, c2 und c3 (beispielsweise 85 Å oder weniger), das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, nicht gebildet. Wenn jedoch die Dicken der Zirkonoxidschichten relativ groß waren wie die Proben c4 und c5 (beispielsweise größer als 85 Å), wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet.
  • 11D ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten gemäß Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht, welche unterschiedliche Dicken voneinander haben. In 11D wurden Zirkonoxidschichten jeweils auf Keimschichten gebildet. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten, welche Dicken von 64,6 Å, 87,5 Å und 110,4 Å haben, jeweils auf Kobalt (Co)-Schichten gebildet und die Kobaltschichten und die Zirkonschichten, welche jeweils auf den Kobaltschichten gebildet wurden, wurden thermisch behandelt (das heißt ausgeheilt). Danach wurden die Zirkonoxidschichten auf den Kobaltschichten durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. Hier waren die Dicken jeder der Kobaltschichten ungefähr 40 Å. In 11D zeigen Proben e11, e12 und e13 die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche jeweils Dicken von 64,6 Å, 87,5 Å und 110,4 Å haben.
  • Bezug nehmend auf 11D wurde, wenn das Zirkonoxid auf der Keimschicht gebildet wurde, das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, unabhängig von der Dicke des Zirkonoxids gebildet. Beispielsweise wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, in beiden Fällen beobachtet, in welchen die Dicke des Zirkonoxids relativ klein war wie die Probe e11 (beispielsweise 85 Å oder weniger), und in welchen die Dicken der Zirkonoxidschichten relativ groß waren wie die Proben e12 und e13 (beispielsweise größer als 85 Å).
  • 11E ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten gemäß Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht, welche unterschiedliche Dicken voneinander haben. In 11E wurden Zirkonoxidschichten auf Keimschichten gebildet. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten, welche Dicken von 52,8 Å, 76,6 Å und 103,4 Å haben, jeweils auf Nickel (Ni)-Schichten gebildet, und die Nickelschichten und die Zirkonoxidschichten, welche jeweils auf den Nickelschichten gebildet wurden, wurden thermisch behandelt (das heißt ausgeheilt). Danach wurden die Zirkonoxidschichten auf den Nickelschichten durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. Hier war die Dicke jeder der Nickelschichten 40 Å. In 11E zeigen Proben e21, e22 und e23 die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche jeweils die Dicken von 52,8 Å, 76,6 Å und 103,4 Å haben.
  • Bezug nehmend auf 11E wurde, wenn das Zirkonoxid auf der Keimschicht gebildet wurde, das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, unabhängig von den Dicken des Zirkonoxids gebildet. Beispielsweise wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, in sowohl dem Fall beobachtet, in welchem die Dicken der Zirkonoxidschichten relativ klein waren wie die Proben e21 und e22, (beispielsweise 85 Å oder weniger) als auch in dem Fall, in welchem die Dicken des Zirkonoxids relativ groß waren wie die Probe e23 (beispielsweise größer als 85 Å).
  • [Analyseergebnisse der Kristallstruktur von Zirkonoxid gemäß einer Temperaturbedingung]
  • 11F ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf allgemeinen Elektroden bei unterschiedlichen Temperaturen voneinander gebildet sind. Beispielsweise kann jede der allgemeinen Elektroden im Wesentlichen dieselbe sein wie eine der Elektroden E1 und E2, welche in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, weist jedoch keine Keimschicht zwischen der Elektrode und dem Zirkonoxid auf. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten auf Titannitridelektroden bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet (abgeschieden), und sie wurden durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. Hier war die Dicke jeder der Zirkonoxidschichten 58 Å und die Keimschicht wurde nicht gebildet. In 11F zeigen Proben c11, c12 und c13 die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche jeweils bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet wurden.
  • Bezug nehmend auf 11F wurde, wenn die Zirkonoxidschichten bei relativ niedrigen Temperaturen (beispielsweise 290 °C oder weniger) wie die Proben C11 und C12 gebildet wurden, das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, in den Zirkonoxidschichten nicht gebildet. Wenn jedoch die Zirkonoxidschicht bei einer relativ hohen Temperatur (beispielsweise größer als 290 °C) wie die Probe c13 gebildet wurde, wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet.
  • 11G ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf Keimschichten bei unterschiedlichen Temperaturen voneinander gebildet wurden. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten auf Kobalt(Co)-Schichten jeweils bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet (abgeschieden) und sie wurden durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. In Proben e31, e32 und e33 war die Dicke jeder der Kobaltschichten 40 Å. Die Proben e31, e32 und e33 zeigen die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche jeweils auf den Kobaltschichten von 40 Å bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet wurden. In Proben e41, e42 und e43 war die Dicke jeder der Kobaltschichten 20 Å. Die Proben e41, e42 und e43 zeigen die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche jeweils auf den Kobaltschichten von 20 Å bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet wurden. Hier waren Dicken der Zirkonoxidschichten der Proben e31, e32, e33, e41, e42 und e43 jeweils 61 Å, 61 Å, 68 Å, 58 Å, 62 Å und 64 Å.
  • Bezug nehmend auf 11G wurde das Zirkonoixid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet, wenn die Zirkonoxidschichten bei relativ niedrigen Temperaturen (beispielsweise 290 °C oder weniger) wie die Proben e31, e32, e41 und e42 gebildet wurden. Das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, wurde gebildet, wenn die Zirkonoxidschichten bei relativ hohen Temperaturen (beispielsweise größer als 290 °C) wie die Proben e33 und e43 gebildet wurden. Beispielsweise wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet, auch wenn die Keimschichten (das heißt die Kobaltschichten) relativ dünn waren wie die Proben e41, e42 und e43.
  • 11H ist ein Graph, welcher Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Kristallstrukturen von Zirkonoxidschichten veranschaulicht, welche jeweils auf Keimschichten bei unterschiedlichen Temperatur voneinander gebildet wurden. Beispielsweise wurden Zirkonoxidschichten auf Nickel (Ni)-Schichten jeweils bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet (abgeschieden) und sie wurden durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert. In Proben e51, e52 und e53 war die Dicke jeder der Nickelschichten 40 Å. Die Proben e51, e52 und e53 zeigen die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche auf den Nickelschichten von 40 Å jeweils bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet wurden. In Proben e61, e62 und e63 war die Dicke jeder der Nickelschichten 20 Å. Die Proben e61, e62 und e63 zeigen die Analyseergebnisse der Zirkonoxidschichten, welche auf den Nickelschichten von 20 Å jeweils bei 250 °C, 275 °C und 300 °C gebildet wurden. Hier waren Dicken der Zirkonoxidschichten der Proben e51, e52, e53, e61, e62 und e63 jeweils 57 Å, 60 Å, 63 Å, 55 Å, 57 Å und 63 Å.
  • Bezug nehmend auf 11H wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet, wenn die Zirkonoxidschichten bei relativ niedrigen Temperaturen (beispielsweise 290 °C oder geringer) gebildet wurden wie die Proben e51, e52, e61 und e62. Das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welche die tetragonale Kristallstruktur hat, wurde gebildet, wenn die Zirkonoxidschichten bei relativ hohen Temperaturen (beispielsweise größer als 290 °C) gebildet wurden, wie die Proben e53 und e63. Ferner wurde das Zirkonoxid (t-ZrO2 ), welches die tetragonale Kristallstruktur hat, gebildet, auch wenn die Keimschichten (das heißt die Nickelschichten) relativ dünn waren wie die Proben e61, e62 und e63.
  • Die 12A und 12C sind Querschnittsansichten, welche Beispiele einer Form eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen. Kondensatoren können im Wesentlichen dieselben sein wie diejenigen, welche unter Bezugnahme auf 1, 5 und/oder 8 beschrieben sind mit Ausnahme ihrer Formen.
  • Bezug nehmend auf die 12A bis 12C kann eine Zwischenschichtisolierschicht 110 auf einem Substrat 100 vorgesehen sein. Die Zwischenschichtisolierschicht 110 kann Auswahlelemente (nicht gezeigt), welche auf dem Substrat 100 vorgesehen sind, bedecken.
  • Kontaktstecker 112 können in der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Die Kontaktstecker 112 können jeweils elektrisch mit den Auswahlelementen verbunden sein.
  • Kondensatoren CA3 können auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 vorgesehen sein. Die Kondensatoren CA3 können elektrisch jeweils mit den Kontaktsteckern 112 verbunden sein. Die Kondensatoren CA3, welche unter Bezugnahme auf 8 beschrieben sind, sind in den 12A bis 12C veranschaulicht. Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. In bestimmten Ausführungsformen kann jeder der Kondensatoren CA3 durch den Kondensator CA1 ersetzt werden, welcher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, oder den Kondensator CA2, welcher unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Jeder der Kondensatoren CA3 kann die erste Elektrode E1, die zweite Elektrode E2, die dielektrische Schicht DL, die erste Keimschicht SL1, die zweite Keimschicht SL2 und die Unter-Oxidschicht SOL aufweisen. Die ersten Elektroden E1 können jeweils in den Kondensatoren CA3 vorgesehen sein und können voneinander beabstandet sein. Andererseits können die zweite Elektrode E2, die dielektrische Schicht DL, die erste Keimschicht SL1, die zweite Keimschicht SL2 und die Unter-Oxidschicht SOL durch die mehreren Kondensatoren CA3 gemeinsam verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann jede der ersten Elektroden E1 eine Säulenform haben, wie in 12A veranschaulicht ist. Die erste Keimschicht SL1, die Unter-Oxidschicht SOL, die dielektrische Schicht DL, die zweite Keimschicht SL2 und die zweite Elektrode E2 können winkelgetreu Seitenwände und obere Oberflächen der ersten Elektroden E1 und eine obere Oberfläche der Zwischenschichtisolierschicht 110 bedecken.
  • In bestimmten Ausführungsformen können die ersten Elektroden E1 in einer oberen Isolierschicht 120 vorgesehen sein, welche auf der Zwischenschichtisolierschicht 110 gebildet ist, wie in 12B veranschaulicht ist. Jede der ersten Elektroden E1 kann eine hohle zylindrische Form haben, welche ein verschlossenes Bodenende hat, und äußere Seitenwände der ersten Elektroden E1 können in Kontakt mit der oberen Isolierschicht 120 sein. Die erste Keimschicht SL1, die Unter-Oxidschicht SOL, die dielektrische Schicht DL, die zweite Keimschicht SL2 und die zweite Elektrode E2 können winkelgetreu innere Oberflächen der ersten Elektroden E1 und eine obere Oberfläche der oberen Isolierschicht 120 bedecken.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann jede der ersten Elektroden E1 eine hohle zylindrische Form haben, welche ein geschlossenes Bodenende hat, wie in 12C veranschaulicht ist. Die erste Keimschicht SL1, die Unter-Oxidschicht SOL, die dielektrische Schicht DL, die zweite Keimschicht SL2 und die zweite Elektrode E2 können winkelgetreu innere Oberflächen und äußere Seitenwände der ersten Elektroden E1 und die obere Oberfläche der Zwischenschichtisolierschicht 110 bedecken.
  • 13A ist eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Hierin nachstehend werden die Beschreibungen der gleichen technischen Merkmale wie in den obigen Ausführungsformen ausgelassen werden oder kurz erwähnt werden zum Zweck der Erleichterung und Bequemlichkeit in der Erklärung.
  • Bezug nehmend auf 13A kann eine Halbleitervorrichtung 1 ein Substrat 100, eine dielektrische Schicht DL, eine Keimschicht SL und eine Gateelektrodenschicht EL aufweisen. Das Substrat 100 kann ein Halbleitersubstrat sein. Beispielsweise kann das Substrat 100 ein Siliziumsubstrat, ein Germaniumsubstrat oder ein Silizium-Germaniumsubstrat sein. Alternativ kann das Substrat 100 ein Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrat sein. Das Substrat 100, kann Source-/Drainbereiche SDR und einen Kanalbereich haben. Die Source-/Drainbereiche SDR des Substrats 100 können Bereiche sein, welche mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff dotiert sind. Die dielektrische Schicht DL, die Keimschicht SL und die Gateelektrodenschicht EL können die Source-/Drainbereiche SDR des Substrats 100 freilegen. Ein Abschnitt des Substrats 100, welcher unter der Gateelektrodenschicht EL vorgesehen ist, kann als der Kanalbereich wirken. Der Kanalbereich des Substrats 100 kann zwischen den Source-/Drainbereichen SDR vorgesehen sein.
  • Die dielektrische Schicht DL kann auf dem Substrat 100 gebildet sein. Die dielektrische Schicht DR kann Zirkonoxid und/oder Hafniumoxid aufweisen. Die dielektrische Schicht DL kann eine Dicke von ungefähr 35 Å bis ungefähr 85 Å haben. Die dielektrische Schicht DL kann auf dem Substrat 100 in einem amorphen Zustand abgeschieden werden. Die dielektrische Schicht DL kann durch beispielsweise einen CVD-Prozess oder einen ALD-Prozess gebildet werden. Die dielektrische Schicht DL kann als eine Gateisolierschicht wirken.
  • Die Keimschicht SL kann auf der dielektrischen Schicht DL gebildet sein. Beispielsweise kann die Keimschicht SL durch einen CVD-Prozess oder einen ALD-Prozess gebildet werden. Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches eine Kristallisierung eines dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in einer tetragonalen Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann im Wesentlichen dasselbe sein wie dasjenige, welches unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Beispielsweise kann das Keimmaterial wenigstens eine der vorstehend erwähnten Gitterkonstantenbedingung oder der vorstehend erwähnten Bindungslängenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial die vorstehend erwähnte leitfähige Bedingung, die vorstehend erwähnte Austrittsarbeitsbedingung und/oder die vorstehend erwähnte Oxidbandlückenbedingung erfüllen. Beispielsweise kann das Keimmaterial Kobalt, Nickel, Kupfer und Co4N aufweisen.
  • Die Gateelektrodenschicht EL kann auf der Keimschicht SL gebildet sein. Beispielsweise kann die Gateelektrodenschicht EL durch einen CVD-Prozess oder einen ALD-Prozess gebildet werden. Die Gateelektrodenschicht EL kann ein leitfähiges Material aufweisen. Beispielsweise kann die Gateelektrodenschicht EL wenigstens eines eines Halbleitermaterials aufweisen, welches mit Dotierstoffen oder einem Dotierstoff dotiert ist, eines Metalls, eines leitfähigen Metallnitrids und/oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung. Der Prozess zum Bilden der Gateelektrodenschicht EL kann bei ungefähr 240 Grad Celsius durchgeführt werden oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius. Das amorphe dielektrische Material, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, kann durch die Keimschicht SL unter der Temperaturbedingung beeinflusst werden, und beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL während dem Prozess zum Bilden der Gateelektrodenschicht EL kristallisiert werden. Da die Keimschicht SL benachbart zu der dielektrischen Schicht DL ist, kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Danach kann ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess durchgeführt werden. Die Kristallisierung des dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in die tetragonale Kristallstruktur kann durch den nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess vollendet werden. Der nachfolgende thermische Behandlungsprozess kann beispielsweise einem Prozess zum Bilden leitfähiger Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf der Gateelektrodenschicht EL entsprechen und kann bei ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius durchgeführt werden.
  • 13B ist eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsform der erfinderischen Konzepte veranschaulicht. Hierin nachstehend werden die Beschreibungen derselben technischen Merkmale wie in den obigen Ausführungsformen ausgelassen werden oder kurz erwähnt werden zum Zweck der Erleichterung und der Bequemlichkeit in der Erklärung.
  • Bezug nehmend auf 13B kann eine Halbleitervorrichtung 2 ein Substrat 100, eine dielektrische Schicht DL, eine Keimschicht SL und eine Gatelektrodenschicht EL aufweisen. Die dielektrische Schicht DL, die Keimschicht SL und die Gateelektrodenschicht EL der 13B können im Wesentlichen jeweils dieselben sein wie die dielektrische Schicht DL, die Keimschicht SL und die Gatelektrodenschicht EL der 13A. Die Gateelektrodenschicht EL der 13B kann in dem Substrat 100 vergraben sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann ein Graben 101 in dem Substrat 100 gebildet sein. Die dielektrische Schicht DL kann winkelgetreu auf einer inneren Oberfläche des Grabens 101 gebildet sein. Die dielektrische Schicht DL kann im Wesentlichen dasselbe Material aufweisen wie die dielektrische Schicht DL, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die dielektrische Schicht DL kann auf dem Substrat 100 in einem amorphen Zustand abgeschieden werden. Beispielsweise kann wenigstens ein Abschnitt des dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in einem amorphen Zustand sein, unmittelbar nachdem die dielektrische Schicht DL auf dem Substrat 100 abgeschieden wird. In bestimmten Ausführungsformen kann das dielektrische Material, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, im Wesentlichen im amorphen Zustand sein, wenn das dielektrische Material auf dem Substrat 100 abgeschieden wird. Die Keimschicht SL kann auf der dielektrischen Schicht DL gebildet werden. Die Keimschicht SL kann ein Keimmaterial aufweisen, welches eine Kristallisierung des dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in eine tetragonale Kristallstruktur unterstützt. Das Keimmaterial kann im Wesentlichen dasselbe sein wie das Keimmaterial, welches unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die Gateelektrodenschicht EL kann auf der Keimschicht SL gebildet werden, um den Graben 101 zu füllen. Der Prozess zum Bilden der Gateelektrodenschicht EL kann bei ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von ungefähr 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius durchgeführt werden. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht DL in der tetragonalen Kristallstruktur während des Vorgangs zum Bilden der Gateelektrodenschicht EL kristallisiert werden. Source-/Drainbereiche SDR können in dem Substrat 100 an beiden Seiten der Gateelektrodenschicht EL vorgesehen sein.
  • Danach kann ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess durchgeführt werden. Die Kristallisation des dielektrischen Materials, welches in der dielektrischen Schicht DL enthalten ist, in die tetragonale Kristallstruktur kann durch den nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess vollendet werden. Der nachfolgende thermische Behandlungsprozess kann beispielsweise einem Prozess zum Bilden leitfähiger Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf der Gateelektrodenschicht EL entsprechen und kann bei ungefähr 240 Grad Celsius oder mehr, beispielsweise einer Temperatur von 240 Grad Celsius bis ungefähr 400 Grad Celsius durchgeführt werden. Der nachfolgende thermische Behandlungsprozess kann ein Prozess ein, welcher eine leitfähige Verbindungsleitung bildet, welche elektrisch mit der Gateelektrodenschicht EL verbunden ist, oder kann ein Prozess anders als ein Bilden einer leitfähigen Verbindungsleitung sein. Eine Temperatur zwischen 240 Grad Celsius und 400 Grad Celsius kann in einem nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess ausgeübt werden, wodurch eine tetragonale Kristallstruktur in der dielektrischen Schicht DL herbeigeführt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die dielektrische Schicht das Hafniumoxid der tetragonalen Kristallstruktur oder das Zirkonoxid der tetragonalen Kristallstruktur aufweisen, welches eine hohe dielektrische Konstante hat. Demnach kann die Kapazität des Kondensators verbessert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur ohne einen zusätzlichen thermischen Hochtemperaturbehandlungsprozess kristallisiert werden. Demnach kann der Prozess zum Herstellen des Kondensators vereinfacht werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das dielektrische Material in der tetragonalen Kristallstruktur unter einer Niedertemperaturbedingung kristallisiert werden. Demnach können die Prozesse zum Herstellen des Kondensators vereinfacht werden und ein Kriechstrom, welcher durch die dielektrische Schicht fließt, kann verringert oder verhindert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die dielektrische Schicht eine relative dünne Dicke haben, und die Größe des Kondensators kann verringert oder minimiert werden, während eine geeignete Kapazität für den Kondensator und/oder die Halbleitervorrichtung aufrechterhalten wird, um korrekt zu arbeiten.
  • Während die erfinderischen Konzepte unter Bezugnahmen auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen getätigt werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der erfinderischen Konzepte abzuweichen. Demnach sollte es verstanden werden, dass die obigen Ausführungsformen nicht beschränkend, sondern veranschaulichend sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Kondensator (CA1, CA2, CA3), der Folgendes aufweist: eine erste Elektrode (E1) und eine zweite Elektrode (E2), welche voneinander beabstandet sind; eine dielektrische Schicht (DL), welche zwischen der ersten Elektrode (E1) und der zweiten Elektrode (E2) angeordnet ist; und eine erste Keimschicht (SL1), welche zwischen der ersten Elektrode (E1) und der dielektrischen Schicht (DL) angeordnet ist, wobei die dielektrische Schicht (DL) ein dielektrisches Material aufweist, welches eine tetragonale Kristallstruktur hat, wobei die erste Keimschicht (SL1) ein erstes Keimmaterial aufweist, und wobei eine Gitterkonstante des ersten Keimmaterials eine Gitterfehlanpassung von 2 % oder weniger mit einer horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials hat.
  2. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei das erste Keimmaterial einen Leiter aufweist.
  3. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei eine Bandlücke eines Oxids des ersten Keimmaterials 3eV oder weniger ist.
  4. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei eine Austrittsarbeit des ersten Keimmaterials 4,7eV oder mehr ist.
  5. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei das erste Keimmaterial eine kubische Kristallstruktur hat.
  6. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei das erste Keimmaterial Kobalt, Nickel, Kupfer oder CoxN aufweist (wobei 3,5<x<4,5).
  7. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht (DL) Hafniumoxid aufweist, welches die tetragonale Kristallstruktur hat, oder Zirkonoxid, welches die tetragonale Kristallstruktur hat.
  8. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine zweite Keimschicht (SL2), welche zwischen der zweiten Elektrode (E2) und der dielektrischen Schicht (DL) angeordnet ist, wobei die zweite Keimschicht (SL2) ein zweites Keimmaterial aufweist, und wobei eine Gitterkonstante des zweiten Keimmaterials eine Gitterfehlanpassung von 2 % oder weniger mit der horizontalen Gitterkonstante des dielektrischen Materials (DL) hat.
  9. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Unter-Oxidschicht (SOL), welche zwischen der dielektrischen Schicht (DL) und der ersten Keimschicht (SL1) angeordnet ist, wobei die Unter-Oxidschicht dasselbe Material aufweist wie ein Metall, welches in der ersten Keimschicht (SL1) enthalten ist.
  10. Kondensator (CA1, CA2, CA3) nach Anspruch 9, wobei eine Dicke der Unter-Oxidschicht in einem Bereich von 5 Å bis 10 Å ist.
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