JP2004514288A - 高誘電率材料を含む半導体構造体 - Google Patents
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Abstract
半導体構造体(400)、および単結晶半導体基板(401)と、化学量論的単結晶高誘電率材料の1つまたはそれ以上の層(404)と、非化学量論的高誘電率材料の1つまたはそれ以上の層(405)とを含む高誘電率材料を含む半導体構造体を形成するための方法。高誘電率材料は、(Ba,Sr)TiO3のような単結晶チタン酸アルカリ土類金属を含むことができる。本発明により製造された半導体デバイスは、低い漏洩電流密度を有する。
Description
【0001】
(発明の分野)
本発明は、概して、半導体構造体およびデバイスおよびその製造方法に関し、特に、漏洩電流密度を低減するための非化学量論的高誘電率酸化物を含む、半導体構造体およびデバイス、並びに半導体構造体、デバイスおよび集積回路の製造および使用に関する。
【0002】
(発明の背景)
シリコン上での単結晶酸化物の薄膜のエピタキシャル成長は、例えば、強誘電デバイス、不揮発性高密度メモリ素子、および次世代MOSデバイスのような多数のデバイス用途の分野で非常に興味のあるものである。また、これら薄膜の製造の際には、例えば、ペロブスカイトのような単結晶酸化物を後続して成長させるために、シリコン表面上に規則正しい遷移層(ordered transition layer)またはバッファ層を確立することは非常に重要なことである。
【0003】
BaOおよびBaTiO3のようなこれら酸化物のうちのあるものは、BaSi2(立方)テンプレートを使用して、850℃を超える温度で分子線エピタキシーによりシリコン(100)上にBaの1/4単原子層を蒸着することにより、シリコン上に形成されてきた。例えば、R.マッキー(McKee) 他のAppl.Phys.Lett. 59 (7)、782〜784ページ(1991年8月12日);R.マッキー他のAppl.Phys.Lett.63(20)、2818〜2820ページ(1993年11月15日);R.マッキー他のMat.Res.Soc.Symp.Proc.、第21巻、131〜135ページ(1991年);1993年7月6日発行の「シリコン基板上にエピタキシャルに酸化物を蒸着するための方法および該方法により製造した構造体(PROCESS FOR DEPOSITING AN OXIDE EPITAXIALLY ONTO A SILICON SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS) 」という名称の米国特許第5,225,031号;および1996年1月9日発行の「基板上にエピタキシャルにアルカリ土類金属酸化物を蒸着するための方法および該方法により製造した構造体(PROCESS FOR DEPOSITING EPITAXIAL ALKALINE EARTH OXIDE ONTO A SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS」という名称の米国特許第5,482,003号を参照されたい。c(4×2)構造体を有する珪化ストロンチウム(SrSi2)インタフェース・モデルが提案された。例えば、R.マッキー他のPhys.Rev.Lett.81(14)、3014ページ(1998年10月5日)を参照されたい。しかし、この提案された構造体の原子レベルでのシミュレーションは、この構造体が高温では不安定になる可能性が高いことを示している。
【0004】
SrOバッファ層を使用して、シリコン(100)上でSrTiO3の成長が行われてきた。例えば、T.タンボ他のJpn.J.Appl.Phys.、第37巻、4454〜4459ページ(1998年)を参照されたい。しかし、SrOバッファ層は厚い(100Å)ので、トランジスタ・フィルム用としての用途は制限され、また成長を通して結晶性が維持されなかった。
【0005】
さらに、従来、SrTiO3のシリコン上での成長は、SrOまたはTiOの厚い酸化物の層(60〜120Å)を使用して行われてきた。例えば、B.K.ムーン他のJpn.J.Appl.Phys.、第33巻、1472〜1477ページ(1994年)参照。しかし、これらの厚いバッファ層のためにトランジスタへの適用が制限されている。
【0006】
CMOS用途の場合には、これらのタイプの酸化物層は、分子酸素を使用して製造され、薄く(すなわち、50Å未満)形成される。それ故、結果として得られるフィルムは、酸素の欠乏または不在による電気的漏洩が多い、漏洩し易いフィルムとなる。さらに、これらのフィルムでは、酸化物層を横切る漏洩電流の密度を低減するために、酸素内で後成長アニールを行わなければならない。
【0007】
それ故、半導体構造体上に漏洩電流密度が低い高誘電率酸化物を製造するための方法の開発が待望されている。
本発明の目的は、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属を使用して、漏洩電流密度を低減する高誘電率半導体デバイス構造体の製造方法を提供することである。
【0008】
添付の図面を参照しながら本発明について説明するが、この説明は単に例示としてのものであって、本発明を制限するものではない。図面中、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【0009】
当業者であれば、図面中の素子は、本発明を分かり易く明瞭に図示するためのもので、必ずしも正確な縮尺でないことを理解することができるだろう。例えば、本発明の実施形態を分かり易くするために、図面内のいくつかの要素は、他の要素よりも大きく表示してある。
【0010】
(図面の詳細な説明)
下記の実施例は、低い漏洩電流密度を有する上記半導体構造体を製造するための本発明の一実施形態による方法を示す。該方法は、例えば、シリコンおよび/またはゲルマニウムを含む単結晶半導体基板を供給することにより開始する。本発明の一実施形態の場合には、半導体基板は、(100)の配向を有するシリコン・ウェハである。基板は、軸上(オンアクシス)で、または軸からせいぜい約0.5度ずらして(オフアクシス)、配置され得る。半導体基板の少なくとも一部は、ベア表面(剥き出しの表面)を有するが、以下に説明するように、基板の他の部分は他の構造体を含むこともできる。本明細書においては、「ベア( 「剥き出しの」意、bare) 」という用語は、すべての酸化物、汚染物または他の異物を除去するために基板の一部の表面が清掃済みであることを意味する。周知のように、ベアシリコン(ベアシリコン)は、非常に反応し易く、天然の酸化物を容易に形成する。「ベア」という用語は、このような天然の酸化物も含む。半導体基板上に薄いシリコン酸化物を故意に成長させることもできるが、このように成長した酸化物は、本発明の方法に必要不可欠なものではない。単結晶基板上に単結晶酸化物の層をエピタキシャル成長させる目的で、下にある基板の単結晶構造を剥き出しにするために天然の酸化物の層が最初に除去される。以降のプロセスは、一般的に、分子線エピタキシー(MBE)により行われるが、以下に概説するような他のプロセスも本発明により使用することができる。天然の酸化物は、最初に、MBE装置で、ストロンチウム、バリウム、ストロンチウムとバリウムの組み合わせ、または、他のアルカリ土類金属またはアルカリ土類金属の組み合わせの薄い層を熱により蒸着することにより除去することができる。ストロンチウムを使用する場合には、ストロンチウムが天然のシリコン酸化物層と反応するように基板を約750℃に加熱する。ストロンチウムは、シリコン酸化物を還元して、シリコン酸化物を含まない表面にする働きをする。規則正しい2×1構造体である、結果として得られる表面は、ストロンチウム、酸素およびシリコンを含む。規則正しい2×1構造体は、単結晶酸化物の上に位置する層の規則正しい成長に対するテンプレートを形成する。テンプレートは、上に位置する層の結晶成長の結晶核形成を行うために必要な化学的および物理的特性を提供する。
【0011】
本発明の他の実施形態の場合には、酸化ストロンチウム、酸化ストロンチウム・バリウム、または酸化バリウムのような酸化アルカリ土類金属を低温でMBEにより基板の表面に蒸着させ、その後で、構造体を約750℃に加熱することにより、天然のシリコン酸化物を変換させて、単結晶酸化物層の成長に対して基板表面を準備することができる。この温度において、酸化ストロンチウムと天然のシリコン酸化物との間で固体状態での反応が起こり、天然のシリコン酸化物が還元され、基板表面上に残っているストロンチウム、酸素およびシリコンを含む規則正しい2×1構造にする。
【0012】
本発明の一実施形態の場合には、基板表面から酸化シリコンを除去した後で、基板は約200〜800℃の範囲の温度に冷却され、分子線エピタキシーによりチタン酸ストロンチウム層をテンプレート層上に成長させる。MBEプロセスは、ストロンチウム源、チタン源および酸素源に曝露するためにMBE装置のシャッターを開放することにより開始される。ストロンチウムとチタンの比率は約1:1である。酸素の分圧は、最初、毎分約0.3〜0.5nmの成長速度で、化学量論的チタン酸ストロンチウムを成長させるために、最小の値に設定される。チタン酸ストロンチウムの成長が開始した後で、酸素の分圧は最初の最小の値より高い値に増大される。
【0013】
上記プロセスは、シリコン基板および分子線エピタキシー・プロセスによりの上に位置する酸化物層を含む半導体構造体を形成するためのプロセスを例証する。このプロセスは、また、化学気相成長法(CVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、マイグレーション・エンハンスド・エピタキシー(MEE)、原子層エピタキシー(ALE)、物理気相成長法(PVD)、化学溶液成長法(CSD)、パルスレーザ堆積法(PLD)等のプロセスにより行うことができる。さらに、類似のプロセスにより、チタン酸アルカリ土類金属、ジルコン酸アルカリ土類金属、ハフニウム酸アルカリ土類金属、タンタル酸アルカリ土類金属、バナジウム酸アルカリ土類金属、ルテニウム酸アルカリ土類金属、およびニオブ酸アルカリ土類金属、アルカリ土類金属スズ・ベース・ペロブスカイト(alkaline earth metal tin−based perovskites)のようなペロスカイト(proskite)酸化物、アルミン酸ランタン、酸化ランタン・スカンジウムおよび酸化ガドリニウムのような他の単結晶も成長させることができる。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態による構造体100の概略断面図である。構造体100としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイス用のゲート誘電部材のようなデバイスを使用することができる。構造体100は、単結晶半導体基板101を含む。基板101は、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、シリコン・ゲルマニウム(Si−Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウム・ガリウムヒ素(InGaAs)、インジウム・アルミニウムヒ素(InAlAs)、アルミニウム・ガリウムヒ素(AlGaAs)、およびインジウム・ガリウム燐(InGaP)のような任意の適当な単結晶半導体材料からなり得る。好適には、基板101は、単結晶シリコン・ウェハからなることが好ましい。
【0015】
単結晶酸化物層103は、基板101上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層103は、下に位置する基板および上に位置する化合物半導体材料との結晶融和性(crystalline compatibility) を考慮して選択される単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層103は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。化学量論的チタン酸アルカリ土類金属は、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1である場合に得られる。一実施形態の場合には、層103は、約2〜10単原子層(2−10 monolayers) の厚さ及び、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。
【0016】
付加的な単結晶酸化物層104が、層103上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層104は、層103との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層104は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1より大きい非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属が得られ、それは、チタン酸アルカリ土類金属層の形成中に、アルカリ土類金属およびチタンに対して異なる流量(flux rate) を確立することにより達成することができる。例えば、アルカリ土類金属に対する流量が、チタンに対する流量より大きい場合には、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1を超えた非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属が形成される。好適には、チタンに対するアルカリ土類金属の割合は、約1.8:1より小さいか、または等しいことが好ましい。一実施形態の場合には、層104は、非化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。好適には、層103および104双方の等価酸化物の厚さは、約1.5nmより薄いか、または等しいことが好ましい。
【0017】
本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層105が層104上に形成される。層105は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層105は、化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。構造体100が、高誘電率半導体デバイスに対してゲート誘電体を含んでいる場合には、当業者であれば周知の技術により層105上に導電性ゲート電極(図示せず)を形成することができる。
【0018】
図2は、本発明の他の実施形態による半導体デバイス構造体200の概略断面図である。デバイス構造体200としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイスのようなデバイスを使用することができる。構造体200は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板201を含む。
【0019】
単結晶酸化物層203は、基板201上に形成される。単結晶酸化物層203は、好適には、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層203は、例えば、チタン酸バリウム(BaXTi1−XO3)、チタン酸ストロンチウム(SrXTi1−XO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム((SrZBa1−Z)XTi1−XO3,0<x<1,0<z<1)のような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層203は、非化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。付加的な単結晶酸化物層204が、層203上に形成される。単結晶酸化物層204は、好適には、層203との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層204は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層204は、化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。この実施形態の1つの態様の場合には、層203および層204は、約1.5nm以下の結合された同等の酸化物の厚さを有する。
【0020】
この実施形態の場合には、層203および層204は、双方とも、MOSデバイスのような高誘電率半導体デバイス用のゲート誘電体を含む。導電性ゲート電極205が、当業者であれば周知の技術により、層204上に形成されて、デバイス構造体を完成し得る。次に、図2に示すような本発明のデバイス構造体を含む実質的に完全な集積回路を形成するために、標準処理技術により処理を続行することができる。
【0021】
図3は、本発明の他の実施形態による構造体300の概略断面図である。構造体300としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイス用のゲート誘電部材のような構造体を使用することができる。構造体300は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板301を含む。
【0022】
単結晶酸化物層302は、基板301上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層302は、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層302は、例えば、チタン酸バリウム(BaXTi1−XO3)、チタン酸ストロンチウム(SrXTi1−XO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム((SrZBa1−Z)XTi1−XO3,0<x<1,0<z<1)のような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。付加的な単結晶酸化物層303が層302上に形成される。単結晶酸化物層303は、好適には、層302との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層303は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。
【0023】
本発明のこの実施形態の場合には、複数の交互になった非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属の層と化学量論的チタン酸アルカリ土類金属の層とが層303上に形成される。構造として上記層の非化学量論的層および化学量論的層が交互に形成される限りは、層302、層303および付加的な層の化学量論的/非化学量論的性質は重要なものではない。すなわち、一般的に、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層を他の化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層上に形成しないことが好ましく、また、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層を他の非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層上に形成しないことが好ましい。図3に示すように、第3の単結晶酸化物層304が層303上に形成される。層304は、例えば、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。最後に、第4の単結晶酸化物層305が、層304上に形成される。層305は、例えば、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。この好ましい実施形態の場合には、層302、層303、層304および層305は、すべてMOSデバイスのような高誘電率半導体デバイス用のゲート誘電体を含む。この実施形態の1つの態様の場合には、複数の交互の各単結晶酸化物層は、約1〜2nmの厚さを有する。
【0024】
図4は、本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体400の概略断面図である。この場合、半導体デバイス構造体400は、MOSデバイスからなる。構造体400は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板401を含む。ドレーン領域402およびソース領域403は、例えば、イオン注入のような、当業者であれば周知の技術により基板401内に形成される。チャネル領域408は、ドレーン領域402およびソース領域403により、領域402と領域403との間に基板401の一部として形成される。
【0025】
単結晶酸化物層404が、チャネル領域408に隣接して基板401上に形成される。層404は、好適には、下の基板および任意の上の化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層404は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<x<1,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層404は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。
【0026】
この実施形態の場合には、第2の単結晶酸化物層405は、層404上に形成される。層405は、好適には、層404との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。図示の実施形態の場合には、層405は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層405は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する非化学量論的SrXTi1−XO3の層である。この場合、0<x<1である。
【0027】
本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層406が層405上に形成される。層406は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<x<1,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。この実施形態の場合には、層406は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。次に、導電性ゲート電極407を当業者であれば周知の技術により層406上に形成して、MOSデバイスの構造体を完成し得る。
【0028】
図5は、本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体500の概略断面図である。半導体デバイス構造体500はMOSデバイスを備える。構造体500は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板501を含む。ドレーン領域502およびソース領域503は、例えば、イオン注入のような、当業者であれば周知の技術により基板501内に形成される。チャネル領域510は、ドレーン領域502およびソース領域503により、領域502と領域503との間に基板501の一部として形成される。
【0029】
単結晶酸化物層504が、基板501上に形成される。一実施形態の場合には、層504は、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料層505との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層504は、例えば、チタン酸アルカリ土類金属、ハフニウム酸アルカリ土類金属、またはジルコニウム酸アルカリ土類金属を含むことができる。ある例示としての実施形態の場合には、層504は、約2〜10単原子層の厚さの(Ba,Sr)TiO3の層である。化合物半導体層505は、例えば、シリコン・ゲルマニウム(Si−Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウム・ガリウムヒ素(InGaAs)、インジウム・アルミニウムヒ素(InAlAs)、アルミニウム・ガリウムヒ素(AlGaAs)、またはインジウム・ガリウム燐(InGaP)を含むことができる。
【0030】
次に、単結晶酸化物層506が、層505およびチャネル領域510上に形成される。好適には、層506は、層505との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。図示の実施形態の場合には、層506は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層506は、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。本発明のこの実施形態の場合には、第2の単結晶酸化物層507は層506上に形成される。層507は、例えば、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1より大きい非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層507は、約5単原子層の厚さの非化学量論的SrXTi1−XO3の層である。さらに、本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層508は、層507上に形成される。層508は、例えば、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層508は、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。要するに、この実施形態の1つの態様の場合には、層506、層507および層508は、約3.2電子ボルトより大きなバンドギャップを有する。次に、当業者であれば周知の技術により、導電性ゲート電極509が層508上に形成されて、MOSデバイスの構造体が完成する。
【0031】
従って、漏洩電流密度が低い高誘電率半導体デバイスの製造方法を開示した。開示したように、半導体デバイスの種々の層を、分子線エピタキシー(MBE)、化学ビーム・エピタキシー(CBE)、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE)、超高真空化学気相成長法(UHVCVD)、物理気相成長法(PVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)等を含むがこれらに限定されない種々の成長堆積方法により形成することができる。
【0032】
上記説明においては、特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。しかし、通常の当業者であれば、特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに種々の修正および変更を行うことができることを理解することができるだろう。それ故、上記説明および図面は、説明のためのものであって、本発明を制限するものではなく、上記すべての修正は、本発明の範囲内に含まれるものと見なすべきである。
【0033】
特定の実施形態を参照しながら、利点、その他の有利な点および問題の解決方法について説明してきた。しかし、上記利点、有利な点および問題の解決方法は、すべての利点、有利な点、および問題の解決方法をもたらしたり、より優れたものにすることができるすべての要素は、特許請求の範囲のどれかまたはすべての重要な、必要な、または本質的な機能または要素と見なすべきではない。本明細書においては、「備える(comprise) 」、「備えている(comprising)」という用語またはこの用語のすべての他の派生語は、非排他的な包含に及ぶものである。それ故、プロセス、方法、物品または一連の要素からなる装置は、これらの要素だけを含んでいるのではなく、明示していない他の要素、または上記プロセス、方法、物品または装置に固有な他の要素を含むことができる。さらに、「必要不可欠な」または「必要な」と特に記載していない限りは、本明細書に記載するどの要素も本発明の実行に必要不可欠なものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態により製造した半導体構造体の概略断面図。
【図2】本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
【図3】本発明の他の実施形態による構造体の概略断面図。
【図4】本発明のさらに他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
【図5】本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
(発明の分野)
本発明は、概して、半導体構造体およびデバイスおよびその製造方法に関し、特に、漏洩電流密度を低減するための非化学量論的高誘電率酸化物を含む、半導体構造体およびデバイス、並びに半導体構造体、デバイスおよび集積回路の製造および使用に関する。
【0002】
(発明の背景)
シリコン上での単結晶酸化物の薄膜のエピタキシャル成長は、例えば、強誘電デバイス、不揮発性高密度メモリ素子、および次世代MOSデバイスのような多数のデバイス用途の分野で非常に興味のあるものである。また、これら薄膜の製造の際には、例えば、ペロブスカイトのような単結晶酸化物を後続して成長させるために、シリコン表面上に規則正しい遷移層(ordered transition layer)またはバッファ層を確立することは非常に重要なことである。
【0003】
BaOおよびBaTiO3のようなこれら酸化物のうちのあるものは、BaSi2(立方)テンプレートを使用して、850℃を超える温度で分子線エピタキシーによりシリコン(100)上にBaの1/4単原子層を蒸着することにより、シリコン上に形成されてきた。例えば、R.マッキー(McKee) 他のAppl.Phys.Lett. 59 (7)、782〜784ページ(1991年8月12日);R.マッキー他のAppl.Phys.Lett.63(20)、2818〜2820ページ(1993年11月15日);R.マッキー他のMat.Res.Soc.Symp.Proc.、第21巻、131〜135ページ(1991年);1993年7月6日発行の「シリコン基板上にエピタキシャルに酸化物を蒸着するための方法および該方法により製造した構造体(PROCESS FOR DEPOSITING AN OXIDE EPITAXIALLY ONTO A SILICON SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS) 」という名称の米国特許第5,225,031号;および1996年1月9日発行の「基板上にエピタキシャルにアルカリ土類金属酸化物を蒸着するための方法および該方法により製造した構造体(PROCESS FOR DEPOSITING EPITAXIAL ALKALINE EARTH OXIDE ONTO A SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS」という名称の米国特許第5,482,003号を参照されたい。c(4×2)構造体を有する珪化ストロンチウム(SrSi2)インタフェース・モデルが提案された。例えば、R.マッキー他のPhys.Rev.Lett.81(14)、3014ページ(1998年10月5日)を参照されたい。しかし、この提案された構造体の原子レベルでのシミュレーションは、この構造体が高温では不安定になる可能性が高いことを示している。
【0004】
SrOバッファ層を使用して、シリコン(100)上でSrTiO3の成長が行われてきた。例えば、T.タンボ他のJpn.J.Appl.Phys.、第37巻、4454〜4459ページ(1998年)を参照されたい。しかし、SrOバッファ層は厚い(100Å)ので、トランジスタ・フィルム用としての用途は制限され、また成長を通して結晶性が維持されなかった。
【0005】
さらに、従来、SrTiO3のシリコン上での成長は、SrOまたはTiOの厚い酸化物の層(60〜120Å)を使用して行われてきた。例えば、B.K.ムーン他のJpn.J.Appl.Phys.、第33巻、1472〜1477ページ(1994年)参照。しかし、これらの厚いバッファ層のためにトランジスタへの適用が制限されている。
【0006】
CMOS用途の場合には、これらのタイプの酸化物層は、分子酸素を使用して製造され、薄く(すなわち、50Å未満)形成される。それ故、結果として得られるフィルムは、酸素の欠乏または不在による電気的漏洩が多い、漏洩し易いフィルムとなる。さらに、これらのフィルムでは、酸化物層を横切る漏洩電流の密度を低減するために、酸素内で後成長アニールを行わなければならない。
【0007】
それ故、半導体構造体上に漏洩電流密度が低い高誘電率酸化物を製造するための方法の開発が待望されている。
本発明の目的は、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属を使用して、漏洩電流密度を低減する高誘電率半導体デバイス構造体の製造方法を提供することである。
【0008】
添付の図面を参照しながら本発明について説明するが、この説明は単に例示としてのものであって、本発明を制限するものではない。図面中、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【0009】
当業者であれば、図面中の素子は、本発明を分かり易く明瞭に図示するためのもので、必ずしも正確な縮尺でないことを理解することができるだろう。例えば、本発明の実施形態を分かり易くするために、図面内のいくつかの要素は、他の要素よりも大きく表示してある。
【0010】
(図面の詳細な説明)
下記の実施例は、低い漏洩電流密度を有する上記半導体構造体を製造するための本発明の一実施形態による方法を示す。該方法は、例えば、シリコンおよび/またはゲルマニウムを含む単結晶半導体基板を供給することにより開始する。本発明の一実施形態の場合には、半導体基板は、(100)の配向を有するシリコン・ウェハである。基板は、軸上(オンアクシス)で、または軸からせいぜい約0.5度ずらして(オフアクシス)、配置され得る。半導体基板の少なくとも一部は、ベア表面(剥き出しの表面)を有するが、以下に説明するように、基板の他の部分は他の構造体を含むこともできる。本明細書においては、「ベア( 「剥き出しの」意、bare) 」という用語は、すべての酸化物、汚染物または他の異物を除去するために基板の一部の表面が清掃済みであることを意味する。周知のように、ベアシリコン(ベアシリコン)は、非常に反応し易く、天然の酸化物を容易に形成する。「ベア」という用語は、このような天然の酸化物も含む。半導体基板上に薄いシリコン酸化物を故意に成長させることもできるが、このように成長した酸化物は、本発明の方法に必要不可欠なものではない。単結晶基板上に単結晶酸化物の層をエピタキシャル成長させる目的で、下にある基板の単結晶構造を剥き出しにするために天然の酸化物の層が最初に除去される。以降のプロセスは、一般的に、分子線エピタキシー(MBE)により行われるが、以下に概説するような他のプロセスも本発明により使用することができる。天然の酸化物は、最初に、MBE装置で、ストロンチウム、バリウム、ストロンチウムとバリウムの組み合わせ、または、他のアルカリ土類金属またはアルカリ土類金属の組み合わせの薄い層を熱により蒸着することにより除去することができる。ストロンチウムを使用する場合には、ストロンチウムが天然のシリコン酸化物層と反応するように基板を約750℃に加熱する。ストロンチウムは、シリコン酸化物を還元して、シリコン酸化物を含まない表面にする働きをする。規則正しい2×1構造体である、結果として得られる表面は、ストロンチウム、酸素およびシリコンを含む。規則正しい2×1構造体は、単結晶酸化物の上に位置する層の規則正しい成長に対するテンプレートを形成する。テンプレートは、上に位置する層の結晶成長の結晶核形成を行うために必要な化学的および物理的特性を提供する。
【0011】
本発明の他の実施形態の場合には、酸化ストロンチウム、酸化ストロンチウム・バリウム、または酸化バリウムのような酸化アルカリ土類金属を低温でMBEにより基板の表面に蒸着させ、その後で、構造体を約750℃に加熱することにより、天然のシリコン酸化物を変換させて、単結晶酸化物層の成長に対して基板表面を準備することができる。この温度において、酸化ストロンチウムと天然のシリコン酸化物との間で固体状態での反応が起こり、天然のシリコン酸化物が還元され、基板表面上に残っているストロンチウム、酸素およびシリコンを含む規則正しい2×1構造にする。
【0012】
本発明の一実施形態の場合には、基板表面から酸化シリコンを除去した後で、基板は約200〜800℃の範囲の温度に冷却され、分子線エピタキシーによりチタン酸ストロンチウム層をテンプレート層上に成長させる。MBEプロセスは、ストロンチウム源、チタン源および酸素源に曝露するためにMBE装置のシャッターを開放することにより開始される。ストロンチウムとチタンの比率は約1:1である。酸素の分圧は、最初、毎分約0.3〜0.5nmの成長速度で、化学量論的チタン酸ストロンチウムを成長させるために、最小の値に設定される。チタン酸ストロンチウムの成長が開始した後で、酸素の分圧は最初の最小の値より高い値に増大される。
【0013】
上記プロセスは、シリコン基板および分子線エピタキシー・プロセスによりの上に位置する酸化物層を含む半導体構造体を形成するためのプロセスを例証する。このプロセスは、また、化学気相成長法(CVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、マイグレーション・エンハンスド・エピタキシー(MEE)、原子層エピタキシー(ALE)、物理気相成長法(PVD)、化学溶液成長法(CSD)、パルスレーザ堆積法(PLD)等のプロセスにより行うことができる。さらに、類似のプロセスにより、チタン酸アルカリ土類金属、ジルコン酸アルカリ土類金属、ハフニウム酸アルカリ土類金属、タンタル酸アルカリ土類金属、バナジウム酸アルカリ土類金属、ルテニウム酸アルカリ土類金属、およびニオブ酸アルカリ土類金属、アルカリ土類金属スズ・ベース・ペロブスカイト(alkaline earth metal tin−based perovskites)のようなペロスカイト(proskite)酸化物、アルミン酸ランタン、酸化ランタン・スカンジウムおよび酸化ガドリニウムのような他の単結晶も成長させることができる。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態による構造体100の概略断面図である。構造体100としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイス用のゲート誘電部材のようなデバイスを使用することができる。構造体100は、単結晶半導体基板101を含む。基板101は、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、シリコン・ゲルマニウム(Si−Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウム・ガリウムヒ素(InGaAs)、インジウム・アルミニウムヒ素(InAlAs)、アルミニウム・ガリウムヒ素(AlGaAs)、およびインジウム・ガリウム燐(InGaP)のような任意の適当な単結晶半導体材料からなり得る。好適には、基板101は、単結晶シリコン・ウェハからなることが好ましい。
【0015】
単結晶酸化物層103は、基板101上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層103は、下に位置する基板および上に位置する化合物半導体材料との結晶融和性(crystalline compatibility) を考慮して選択される単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層103は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。化学量論的チタン酸アルカリ土類金属は、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1である場合に得られる。一実施形態の場合には、層103は、約2〜10単原子層(2−10 monolayers) の厚さ及び、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。
【0016】
付加的な単結晶酸化物層104が、層103上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層104は、層103との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層104は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1より大きい非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属が得られ、それは、チタン酸アルカリ土類金属層の形成中に、アルカリ土類金属およびチタンに対して異なる流量(flux rate) を確立することにより達成することができる。例えば、アルカリ土類金属に対する流量が、チタンに対する流量より大きい場合には、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1を超えた非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属が形成される。好適には、チタンに対するアルカリ土類金属の割合は、約1.8:1より小さいか、または等しいことが好ましい。一実施形態の場合には、層104は、非化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。好適には、層103および104双方の等価酸化物の厚さは、約1.5nmより薄いか、または等しいことが好ましい。
【0017】
本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層105が層104上に形成される。層105は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層105は、化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。構造体100が、高誘電率半導体デバイスに対してゲート誘電体を含んでいる場合には、当業者であれば周知の技術により層105上に導電性ゲート電極(図示せず)を形成することができる。
【0018】
図2は、本発明の他の実施形態による半導体デバイス構造体200の概略断面図である。デバイス構造体200としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイスのようなデバイスを使用することができる。構造体200は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板201を含む。
【0019】
単結晶酸化物層203は、基板201上に形成される。単結晶酸化物層203は、好適には、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層203は、例えば、チタン酸バリウム(BaXTi1−XO3)、チタン酸ストロンチウム(SrXTi1−XO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム((SrZBa1−Z)XTi1−XO3,0<x<1,0<z<1)のような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層203は、非化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。付加的な単結晶酸化物層204が、層203上に形成される。単結晶酸化物層204は、好適には、層203との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層204は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層204は、化学量論的SrTiO3の層であり、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有することができる。この実施形態の1つの態様の場合には、層203および層204は、約1.5nm以下の結合された同等の酸化物の厚さを有する。
【0020】
この実施形態の場合には、層203および層204は、双方とも、MOSデバイスのような高誘電率半導体デバイス用のゲート誘電体を含む。導電性ゲート電極205が、当業者であれば周知の技術により、層204上に形成されて、デバイス構造体を完成し得る。次に、図2に示すような本発明のデバイス構造体を含む実質的に完全な集積回路を形成するために、標準処理技術により処理を続行することができる。
【0021】
図3は、本発明の他の実施形態による構造体300の概略断面図である。構造体300としては、例えば、MOSデバイスまたは任意の高誘電率デバイス用のゲート誘電部材のような構造体を使用することができる。構造体300は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板301を含む。
【0022】
単結晶酸化物層302は、基板301上に形成される。一実施形態の場合には、単結晶酸化物層302は、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層302は、例えば、チタン酸バリウム(BaXTi1−XO3)、チタン酸ストロンチウム(SrXTi1−XO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム((SrZBa1−Z)XTi1−XO3,0<x<1,0<z<1)のような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。付加的な単結晶酸化物層303が層302上に形成される。単結晶酸化物層303は、好適には、層302との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層303は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。
【0023】
本発明のこの実施形態の場合には、複数の交互になった非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属の層と化学量論的チタン酸アルカリ土類金属の層とが層303上に形成される。構造として上記層の非化学量論的層および化学量論的層が交互に形成される限りは、層302、層303および付加的な層の化学量論的/非化学量論的性質は重要なものではない。すなわち、一般的に、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層を他の化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層上に形成しないことが好ましく、また、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層を他の非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属層上に形成しないことが好ましい。図3に示すように、第3の単結晶酸化物層304が層303上に形成される。層304は、例えば、非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。最後に、第4の単結晶酸化物層305が、層304上に形成される。層305は、例えば、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。この好ましい実施形態の場合には、層302、層303、層304および層305は、すべてMOSデバイスのような高誘電率半導体デバイス用のゲート誘電体を含む。この実施形態の1つの態様の場合には、複数の交互の各単結晶酸化物層は、約1〜2nmの厚さを有する。
【0024】
図4は、本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体400の概略断面図である。この場合、半導体デバイス構造体400は、MOSデバイスからなる。構造体400は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板401を含む。ドレーン領域402およびソース領域403は、例えば、イオン注入のような、当業者であれば周知の技術により基板401内に形成される。チャネル領域408は、ドレーン領域402およびソース領域403により、領域402と領域403との間に基板401の一部として形成される。
【0025】
単結晶酸化物層404が、チャネル領域408に隣接して基板401上に形成される。層404は、好適には、下の基板および任意の上の化合物半導体材料との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。この実施形態の場合には、層404は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<x<1,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層404は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。
【0026】
この実施形態の場合には、第2の単結晶酸化物層405は、層404上に形成される。層405は、好適には、層404との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。図示の実施形態の場合には、層405は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層405は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する非化学量論的SrXTi1−XO3の層である。この場合、0<x<1である。
【0027】
本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層406が層405上に形成される。層406は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸バリウム・ストロンチウム(SrZBa1−ZTiO3,0<x<1,0<z<1)のような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。この実施形態の場合には、層406は、約2〜10単原子層の厚さ、好適には、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。次に、導電性ゲート電極407を当業者であれば周知の技術により層406上に形成して、MOSデバイスの構造体を完成し得る。
【0028】
図5は、本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体500の概略断面図である。半導体デバイス構造体500はMOSデバイスを備える。構造体500は、好適には、単結晶シリコン・ウェハであることが好ましい単結晶半導体基板501を含む。ドレーン領域502およびソース領域503は、例えば、イオン注入のような、当業者であれば周知の技術により基板501内に形成される。チャネル領域510は、ドレーン領域502およびソース領域503により、領域502と領域503との間に基板501の一部として形成される。
【0029】
単結晶酸化物層504が、基板501上に形成される。一実施形態の場合には、層504は、下にある基板および上に重なる化合物半導体材料層505との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料である。この実施形態の場合には、層504は、例えば、チタン酸アルカリ土類金属、ハフニウム酸アルカリ土類金属、またはジルコニウム酸アルカリ土類金属を含むことができる。ある例示としての実施形態の場合には、層504は、約2〜10単原子層の厚さの(Ba,Sr)TiO3の層である。化合物半導体層505は、例えば、シリコン・ゲルマニウム(Si−Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウム・ガリウムヒ素(InGaAs)、インジウム・アルミニウムヒ素(InAlAs)、アルミニウム・ガリウムヒ素(AlGaAs)、またはインジウム・ガリウム燐(InGaP)を含むことができる。
【0030】
次に、単結晶酸化物層506が、層505およびチャネル領域510上に形成される。好適には、層506は、層505との結晶融和性を考慮して選択された単結晶酸化物材料であることが好ましい。図示の実施形態の場合には、層506は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、またはチタン酸バリウム・ストロンチウムのような化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層506は、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。本発明のこの実施形態の場合には、第2の単結晶酸化物層507は層506上に形成される。層507は、例えば、チタンに対するアルカリ土類金属の割合が1:1より大きい非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層507は、約5単原子層の厚さの非化学量論的SrXTi1−XO3の層である。さらに、本発明のこの実施形態の場合には、第3の単結晶酸化物層508は、層507上に形成される。層508は、例えば、化学量論的チタン酸アルカリ土類金属からなり得る。一実施形態の場合には、層508は、約5単原子層の厚さを有する化学量論的SrTiO3の層である。要するに、この実施形態の1つの態様の場合には、層506、層507および層508は、約3.2電子ボルトより大きなバンドギャップを有する。次に、当業者であれば周知の技術により、導電性ゲート電極509が層508上に形成されて、MOSデバイスの構造体が完成する。
【0031】
従って、漏洩電流密度が低い高誘電率半導体デバイスの製造方法を開示した。開示したように、半導体デバイスの種々の層を、分子線エピタキシー(MBE)、化学ビーム・エピタキシー(CBE)、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE)、超高真空化学気相成長法(UHVCVD)、物理気相成長法(PVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)等を含むがこれらに限定されない種々の成長堆積方法により形成することができる。
【0032】
上記説明においては、特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。しかし、通常の当業者であれば、特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに種々の修正および変更を行うことができることを理解することができるだろう。それ故、上記説明および図面は、説明のためのものであって、本発明を制限するものではなく、上記すべての修正は、本発明の範囲内に含まれるものと見なすべきである。
【0033】
特定の実施形態を参照しながら、利点、その他の有利な点および問題の解決方法について説明してきた。しかし、上記利点、有利な点および問題の解決方法は、すべての利点、有利な点、および問題の解決方法をもたらしたり、より優れたものにすることができるすべての要素は、特許請求の範囲のどれかまたはすべての重要な、必要な、または本質的な機能または要素と見なすべきではない。本明細書においては、「備える(comprise) 」、「備えている(comprising)」という用語またはこの用語のすべての他の派生語は、非排他的な包含に及ぶものである。それ故、プロセス、方法、物品または一連の要素からなる装置は、これらの要素だけを含んでいるのではなく、明示していない他の要素、または上記プロセス、方法、物品または装置に固有な他の要素を含むことができる。さらに、「必要不可欠な」または「必要な」と特に記載していない限りは、本明細書に記載するどの要素も本発明の実行に必要不可欠なものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態により製造した半導体構造体の概略断面図。
【図2】本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
【図3】本発明の他の実施形態による構造体の概略断面図。
【図4】本発明のさらに他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
【図5】本発明の他の実施形態により製造した半導体デバイス構造体の概略断面図。
Claims (6)
- 表面を有する単結晶半導体基板と、
前記表面の上に位置する化学量論的単結晶チタン酸アルカリ土類金属の第1の層と、
前記表面の上に位置する非化学量論的単結晶チタン酸アルカリ土類金属の第2の層とを備える高誘電率デバイス構造体。 - 単結晶半導体基板と、
前記基板上に位置する、複数の交互になった化学量論的単結晶チタン酸アルカリ土類金属の層と非化学量論的単結晶チタン酸アルカリ土類金属の層とを備える高誘電率デバイス構造体。 - 単結晶半導体基板と、
離間されたソース領域およびドレーン領域であって、前記基板内に形成されており、かつ該ソース領域とドレーン領域との間にチャネル領域を形成する、ソース領域およびドレーン領域と、
前記チャネル領域の上に位置する非化学量論的単結晶(Ba,Sr)TiO3の第1の層と、
前記第1の層および前記チャネル領域の上に位置する導電性ゲート電極とを備える半導体デバイス構造体。 - 単結晶半導体基板と、
前記基板内に少なくともその一部が形成されている半導体デバイスと、
前記半導体デバイスの上に位置する、約3.2電子ボルトより大きなバンドギャップを有する(Ba,Sr)TiO3の単結晶層とを備える半導体デバイス構造体。 - 高誘電率デバイス構造体を製造するための方法であって、
単結晶半導体基板を供給するステップと、
前記基板の上に単結晶チタン酸アルカリ土類金属の第1の層を成長させるステップと、
前記第1の層の上に単結晶チタン酸アルカリ土類金属の第2の層を成長させるステップとを備え、前記第1の層および前記第2の層のうちの一方が非化学量論的チタン酸アルカリ土類金属を含む、方法。 - 半導体デバイスを製造するための方法であって、
シリコンを含み、かつ表面を有する単結晶基板を供給するステップと、
前記表面上において、離間されたソース領域とドレーン領域とを形成するために、不純物のドーパント・イオンをイオン注入するステップと、
前記表面上において、(Ba,Sr)TiO3を含む単結晶層を分子線ビームでエピタキシャル成長させるステップであって、前記層は、3.2電子ボルトより大きなバンドギャップを有するサブレイヤを備える、ステップと、
前記層の上に位置し、かつ前記ソース領域と前記ドレーン領域との間に位置する導電性電極を形成するステップとを備える方法。
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