JP2006295196A - 電子素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、容量構造が非常に小さくとも、好適な容量特性や記録特性が得られるDRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタ等の電子素子の製造方法を提供する。
【解決手段】誘電体(130)と少なくとも一つの接続電極(120、140)を有する少なくとも一つの容量(150)が形成されている電子素子、特に、DRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタの製造方法において、容量構造が非常に小さくとも、最適な容量特性を得るように容量を作成するため、該誘電体(130)または接続電極(120、140)を、過渡的な分極発生を抑制または少なくとも軽減するように形成する。
【選択図】図2
【解決手段】誘電体(130)と少なくとも一つの接続電極(120、140)を有する少なくとも一つの容量(150)が形成されている電子素子、特に、DRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタの製造方法において、容量構造が非常に小さくとも、最適な容量特性を得るように容量を作成するため、該誘電体(130)または接続電極(120、140)を、過渡的な分極発生を抑制または少なくとも軽減するように形成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、誘電体と少なくとも一つの接続電極とを有する少なくとも一つの容量が形成されている、DRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタといった電子素子の製造方法に関する。
上記電子素子の製造方法は、例えば、データメモリ類やマイクロプロセッサ類の製造といった、半導体産業において用いられることは公知である。データメモリ類では、データメモリ類のメモリセルに記録される情報は、いずれも、電荷として容量に記録される。電界効果トランジスタ類においては、例えば、電界効果トランジスタのゲート誘電体とゲート接続電極とは容量構造を形成する。
本発明は、特に、データの記録やトランジスタへの応用のため、非常に小さい容量構造であっても最適化された記録特性を備えた少なくとも一つの容量を有する電子素子の製造方法を提供するという目的に基づいている。
本発明によれば、本発明の請求項1に記載の特徴を有する方法により、本目的を達成することができる。本発明による方法の好ましい形態は、各従属請求項に提示されている。
本発明によれば、容量の形成時に、誘電体または各接続電極が、誘電体の過渡的な分極の発生を防止または少なくとも軽減するように形成される。
本発明による方法の主な効果として、過渡的な分極の発生が軽減されるため、容量構造が非常に小さくても、容量の今までの履歴(容量にそれまでに起こったこと)や容量の以前の動作(容量がそれまでに行った動作)にほとんど影響されない記録特性を得ることができる。
過渡的な分極の発生は、誘電体の過渡的な分極特性を原因として生ずるか、または、誘電体中の各水素イオンにより生ずる。特に容量構造が非常に小さい場合に、この過渡的な分極の発生の影響は大きい。
過渡的な分極の発生が起こると、容量の記録特性が、容量の履歴や容量の過去の動作に依存するようになる。つまり、例えば、現在の論理「1」の記録特性が、以前に論理「1」が記録されていたのか、論理「0」が記録されていたのかに依存するようになる。
それゆえ、本発明に基づき、誘電体および/または接続電極を形成することで、得られる容量の記録特性が、以前どのような動作が行われたかにほぼ無関係になることを保障できるという効果を奏する。
また、過渡的な分極の発生によって生ずる電荷損失も軽減することができる。これにより、電荷に関して得られる保持時間を大幅に延長することができる。
誘電体中の過渡的な分極の発生を軽減するため、本発明の特に好ましい形態においては、各電位ウェル、特に、2つの各電位ウェルが誘電体中に均等に分布することを妨げる、または少なくとも軽減させる材料を誘電体として使用している。
これは、本発明者らが、上記誘電体における、過渡的な分極の発生については、各電位ウェルがどれくらい均等に分布しているかに相当依存しており、もし各電位ウェルの分布の均等性が、所望するように影響され、乱されるなら、誘電体中の過渡的な分極発生を軽減もしくは完全に抑制することができるということを確立したからである。
上記誘電体中における各水素イオンにより生じる過渡的な分極の発生を回避するために、誘電体中に存在する各水素イオンに対するゲッタとして機能する材料を、各接続電極の材料として選択するのが好ましい。
これは、本発明者らにより、半導体技術で現在一般に行われている方法により誘電体を作成する際に、水素原子すなわち水素イオンが一様に誘電体に組み入れられるが、特に容量構造が非常に小さい場合に、水素原子すなわち水素イオンが、完成された容量の記録特性に相当な影響を及ぼすことが見出されたからである。
上記接続電極として、各水素イオンに対するゲッタとして機能する材料を選択することで、誘電体中の各水素イオンによる悪影響を顕著に減らすことができる。結果、容量の記録特性を大幅に向上させることができる。特に、容量の保持時間を顕著に長くすることができる。
上記誘電体として、少なくとも次のような成分を含む3元、4元、またはそれ以上の多元の材料系を使用することが好ましい。すなわち、本発明では、上記材料系は、導電性を有する少なくとも1つの酸化物もしくは周期表の4族の遷移金属のうち少なくとも1つの酸化物または窒化物と、周期表の3族のまたは4族の典型元素または5族の遷移元素のうちの少なくとも1つの元素とを少なくとも含むものである。
上記誘電体として、例えば、アルミニウムもしくはシリコンを混合したHf−Ti酸化物もしくはHf−Ti窒化物を使用することができ、例えば、HfxAlyTiz酸化物、HfxAlyTiz窒化物、HfxSiyTiz酸化物、または、HfxSiyTiz窒化物を使用することが好ましい。
上記誘電体として、アルミニウムもしくはシリコンを混合したZr−Ti酸化物またはZr−Ti窒化物を使用してもよく、例えば、ZrxAlyTiz酸化物、ZrxAlyTiz窒化物、ZrxSiyTiz酸化物、または、ZrxSiyTiz窒化物を使用することが好ましい。
あるいは、上記誘電体として、アルミニウムもしくはシリコンを混合したHf−Ta酸化物やHf−Ta窒化物を誘電体として使用してもよく、例えば、HfxAlyTaz酸化物、HfxAlyTaz窒化物、HfxSiyTaz酸化物、または、HfxSiyTaz窒化物を使用することができる。
さらに、上記誘電体として、アルミニウムもしくはシリコンを混合したZr−Ta酸化物またはZr−Ta窒化物を誘電体として使用してもよく、例えば、ZrxAlyTaz酸化物、ZrxAlyTaz窒化物、ZrxSiyTaz酸化物、または、ZrxSiyTaz窒化物を使用することができる。
その上、上記誘電体として、SiO2および/またはTiO2を混合したHfO2も使用することができる。例えば、HfO2に対するSiO2の混合比は、SiO2量が最大90%、好ましくは最大40%である。HfO2に対するTiO2の混合比は、TiO2量が少なくとも5%である。
また、上記誘電体として、HfTaOx、HfAlOx、TaTiOx、AlTiOx,ZrTaOx、ZrTiOx、ZrAlOx、HfZrOx、ZrSiOxのうち少なくとも一つを含む混合誘電体を使用することもできる。
本発明の方法の他の好ましい形態には、上記誘電体として、ランタノイドを混合した酸化金属が使用される。使用される上記酸化金属として、例えば、HfO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、または、Ta2O5が挙げられる。
上記電極として、例えば、ルテニウムやイリジウムなどの、周期表の8族の遷移元素を含む材料を選択するのが好ましい。上記電極の材料として、HfN、TiN、NbNまたはTaNを使用することができる。
2つの上記各接続電極を、例えば、同じ材料を使って作成してもよい。例えば、2つの上記各接続電極の両方をTaNまたはTiNから作成し、前記誘電体をHfTiOxから作成してもよい。あるいは、2つの上記各接続電極をルテニウムから作成し、上記誘電体をHfTiOxから作成してもよい。
また、2つの上記各接続電極を互いに別々の材料を使って作成することもできる。例えば、一方の接続電極をTiNまたはTaNから形成し、他方の接続電極をルテニウムから形成してもよい。上記のように上記の2つの各接続電極を互いに別々の材料からなる場合、上記誘電体は、HfTiOx、HfSiOxまたはHfO2からなるものであることが好ましい。例えば、前記容量の内部電極をTiNから作成し、上記容量の上部(外部)電極をルテニウムから作成し、HfTiO2を上記誘電体として使用してもよい。
上記容量は、シリコン基板内の凹部内に作成してもよいし、上記シリコン基板の上に作成してもよい。例えば、容量は、溝状容量として、または、層状容量として設計されていてもよい。
上記にて説明した、本発明の方法を、少なくとも1つの容量を有し最小加工寸法が60nm未満のDRAMメモリモジュール(セル)を製造するのに使用するのが好ましい。また、本発明の方法は、電界効果トランジスタのゲート誘電体を作成するのに使用することもできる。この場合、ゲート誘電体、ゲート接続電極、そして、それに関連する基板により、例えば、上記した容量を形成する。
本発明の電子素子の製造方法は、容量の形成時に、誘電体または各接続電極を、誘電体の過渡的な分極の発生を防止または少なくとも軽減するように形成する方法である。
本発明による方法の主な効果として、過渡的な分極の発生が軽減されるため、容量構造が非常に小さくても、容量の今までの履歴(容量にそれまでに起こったこと)や容量の以前の動作(容量がそれまでに行った動作)にほとんど影響されない記録特性を得ることができる。
過渡的な分極の発生は、誘電体の過渡的な分極特性を原因として生ずるか、または、誘電体中の各水素イオンにより生ずる。特に容量構造が非常に小さい場合に、この過渡的な分極の発生の影響は大きい。
過渡的な分極の発生が起こると、容量の記録特性が、容量の履歴や容量の過去の動作に依存するようになる。つまり、例えば、現在の論理「1」の記録特性が、以前に論理「1」が記録されていたのか、論理「0」が記録されていたのかに依存するようになる。
それゆえ、本発明に基づき、誘電体および/または接続電極を形成することで、得られる容量の記録特性が、以前どのような動作が行われたかにほぼ無関係になることを保障できるという効果を奏する。
また、本発明の方法は、過渡的な分極の発生によって生ずる電荷損失も軽減することができることにより、電荷に関して得られる保持時間を大幅に延長することができるという効果も奏する。
本発明は、一例として挙げる実施形態に基づいて以下の通り説明される。下記の各図面を添付する。
図1に示す曲線10および20は、Al2O3を誘電体として使用したDRAMメモリセルの記録特性を示す。各曲線は、異なる読取時間における読み取り誤り率(Read
Error Rate)fcを示す。Δt=0 nsは、所定の基準読取時間における読み取り誤り率をしめす。Δt(0は、基準読取時間より短い(T<0 ns)またはより長い(T>0 ns)読取時間による読み取り誤り率を示す。読み取り誤り率fcは、読取動作により長い時間を掛けると減少することがわかる。
Error Rate)fcを示す。Δt=0 nsは、所定の基準読取時間における読み取り誤り率をしめす。Δt(0は、基準読取時間より短い(T<0 ns)またはより長い(T>0 ns)読取時間による読み取り誤り率を示す。読み取り誤り率fcは、読取動作により長い時間を掛けると減少することがわかる。
曲線10は、メモリセルに論理「1」が記録されている場合のこの論理「1」の読み取りにおける読み取り誤り率を示す。ここでは、「1」の読み取りの前に論理「0」が記録されている。それゆえ、「記録の履歴」は、記録ビットの「0」から「1」に変換したとなっている(図1では、その履歴を算術記号の組み合わせである0=>1にて示す)。
曲線20は、メモリセルに論理「1」が記録されている場合のこの論理「1」の読み取りにおける読み取り誤り率を示す。ここでは、「1」の読み取りの前に同じように論理「1」が記録されている。それゆえ、「記録の履歴」は、記録ビットの変換はなかったとなっている(図1では、その履歴を算術記号の組み合わせである1=>1にて示す)。
各曲線10、20から、メモリセルの記録特性はその履歴に依存していることがわかる。すなわち、論理「0」が論理「1」の前に記録されている場合、記録特性は約5%ほど不良である。つまり、この場合、読み取り誤り率がおよそ5%ほど高くなっている。
なお、図1においては、正規化された読み取り誤り率fcが示されている。この正規化は、論理「0」の後に記録された論理「1」を読み取る場合における基準読取時間(Δt=0)に基づいている。それゆえ、正規化標準値は、fc(0=>1)に基づいている。
図2は、記録されている電荷の経時的減少を示すグラフである。酸化アルミニウム(Al2O3)や一酸化窒素の場合、電荷の保存後の0.1(10-1)秒の間に、5%未満の電荷の損失が起こる。この点を明確にするため、図2では、この値が細破線にてマークされている。
一方、酸化アルミニウムや一酸化窒素の場合と比較し、HfO2のみを材料として使用した場合の記録特性は、大幅に不良である。つまり、記録のための電荷損失が相当に高い。図2に明らかなように、上記の場合、ほんの10-4秒の経過にて、電荷損失の限界である、5%を超えてしまう。しかし、SiO2材料を30:70の割合(70%HfO2/SiO2)でHfO2に混合することにより、上記HfO2の誘電体の記録容量を大幅に向上させることができる。すなわち、SiO2が混合されたHfO2の誘電体は、5%の限界での記録時間が10-1sになるというように記録特性を向上させることができる。上記記録特性は、酸化アルミニウムまたは一酸化窒素の記録特性と同様である。
それゆえ、HfO2材料内の電位ウェル分布を乱すような他の材料(ここではSiO2)を加えることで、得られる誘電体による記録特性を大幅に向上することができる。
各図3、4は、一例として、本発明による容量作成方法の実施の形態を示す断面図である。各図3、4中、シリコン基板100には、凹部110が、例えばエッチングにより形成されているのが示されている。まず、凹部110の内面には、内部接続電極120が層状に形成されている(図3)。内部接続電極120は、好ましくはTiNよりなる。
図4に示すように、HfTiO2よりなる誘電体130を上記内部接続電極120の上に層状に堆積して形成する。そして、この誘電体130の上にルテニウムよりなる上部接続電極140を層状に形成する。
誘電体130の堆積は、例えば、ALD法、CVD法、PVD法、またはそれらを組み合わせて行う混合法により行われる。ALD法を用いる場合、圧力範囲は、100mTorrから10Torrであることが好ましく、温度は、100oCから700oCの範囲であることが好ましい。
また、堆積している間、または堆積後に、プラズマ工程および/または加熱工程を行うことにより、誘電体130の品質を向上させることができる。このような後処理を行うことにより、誘電体から不純物(混入物)を除去して、誘電体130の構造的な性質を向上することができる。
誘電体130を堆積する堆積処理に使用される代表的なガスとしては、例えば、窒素および/または酸素および/またはNH3および/またはNOおよび/またはN2Oおよび/またはアルゴンおよび/または水素のガスであり、400度から1100度の範囲の温度で使用される。誘電体130の堆積に使用されるプラズマは、非接触型(つまり、間接的:ウェハーに電圧を印加しない)または、接触型(ウェハーに電圧を印加する)であってもよい。
各図3、4に示す実施の形態では、ルテニウム(Ru)の外部電極用の端子である上部接続電極140は、誘電体130における、堆積による形成の際に、上記誘電体130に蓄積された各水素イオンに対するゲッタとして機能する。これにより、各水素イオンによる過渡的な分極の発生を最小化し、得られる容量150における、電荷の保持時間を増加させることができる。
上記HfTiO2からなる誘電体130中のTiO2の機能は、誘電体130中の電位ウェル分布を乱して、誘電体により生ずる過渡的な分極の発生を軽減することである。
本願明細書では、本願の優先権主張の基礎となるドイツ特許出願(出願番号:10 2005 018 029.9、ドイツ国出願日:2005年04月14日)の記載内容の全てを引用して、統合されるものである。
本発明の電子素子の製造方法は、容量構造が非常に小さくとも、好適な容量特性や記録特性が得られるDRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタ等の電子素子を製造できるので、半導体の製造分野に好適に利用できる。
10 測定値の曲線
20 測定値の曲線
30 測定値の曲線
100 シリコン基板
110 凹部
120 内部接続電極
130 誘電体
140 外部接続電極
150 容量
20 測定値の曲線
30 測定値の曲線
100 シリコン基板
110 凹部
120 内部接続電極
130 誘電体
140 外部接続電極
150 容量
Claims (29)
- 誘電体(130)と、少なくとも一つの接続電極(120、140)とを有する少なくとも一つの容量(150)が形成されている、DRAM半導体メモリまたは電界効果トランジスタといった電子素子の製造方法において、
該誘電体(130)または接続電極(120、140)を、過渡的な分極の発生を防止または少なくとも軽減するように形成することを特徴とする電子素子の製造方法。 - 前記誘電体内に対し、各電位ウェル、特に2つの各電位ウェルが誘電体中に均等に分布することを妨げる、または少なくとも軽減させる材料を添加することを特徴とする請求項1に記載の電子素子の製造方法。
- 前記少なくとも1つの接続電極(140)のために、前記誘電体(130)の各水素イオンに対するゲッタとして機能する材料を選択することを特徴とする請求項1または2に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、3元、4元、またはそれ以上の多元の材料系を使用し、
該材料系は、少なくとも、
導電性を有する少なくとも1つの酸化物もしくは周期表の4族の遷移金属のうち少なくとも1つの酸化物または窒化物と、
周期表の3族または4族の典型元素、または5族の遷移元素のうちの少なくとも1つの元素と、を含むことを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。 - 前記誘電体として、アルミニウムもしくはシリコンを混合したHf−Ti酸化物、Hf−Ti窒化物、Zr−Ti酸化物、または、Zr−Ti窒化物を使用することを特徴とする請求項4に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、HfxAlyTiz酸化物、HfxAlyTiz窒化物、HfxSiyTiz酸化物、HfxSiyTiz窒化物、ZrxAlyTiz酸化物、ZrxAlyTiz窒化物、ZrxSiyTiz酸化物、または、ZrxSiyTiz窒化物を使用することを特徴とする請求項5に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、アルミニウムもしくはシリコンを混合したHf−Ta酸化物、Hf−Ta窒化物、Zr−Ta酸化物、または、Zr−Ta窒化物を使用することを特徴とする請求項4に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、HfxAlyTaz酸化物、HfxAlyTaz窒化物、HfxSiyTaz酸化物、HfxSiyTaz窒化物、ZrxAlyTaz酸化物、ZrxAlyTaz窒化物、ZrxSiyTaz酸化物、または、ZrxSiyTaz窒化物を使用することを特徴とする請求項7に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体としてHfO2を使用し、
各電位ウェルの均一な分布を乱す材料として、SiO2またはTiO2をHfO2に添加することを特徴とする請求項4に記載の電子素子の製造方法。 - 前記誘電体として、SiO2およびTiO2の少なくとも一方が添加されたHfO2を使用することを特徴とする請求項9に記載の電子素子の製造方法。
- 前記HfO2へのSiO2およびTiO2の少なくとも一方の混合比は、SiO2量が最大90%、好ましくは最大40%であり、TiO2量を少なくとも5%とすることを特徴とする請求項10に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、HfTaOx、HfAlOx、TaTiOx、AlTiOx,ZrTaOx、ZrTiOx、ZrAlOx、HfZrOx、ZrSiOx、および、ZrTiOxのうち少なくとも一つを含む混合誘電体を使用することを特徴とする請求項4に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、ZrTiOxを含む、または、ZrTiOxからなる誘電体を使用することを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体として、酸化金属を使用し、ランタノイドが該酸化金属に添加されていることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記酸化金属として、HfO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、または、Ta2O5を使用することを特徴とする請求項14に記載の電子素子の製造方法。
- 前記少なくとも1つの接続電極が、周期表の8族の遷移元素を含む材料から作成されていることを特徴とする請求項1ないし15の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記少なくとも1つの接続電極が、HfN、TiN、ルテニウム、イリジウム、NbN、または、TaNを含む材料から作成されることを特徴とする請求項1ないし16の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極が、同じ材料から作成されていることを特徴とする請求項1ないし17の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極をTaNから作成し、前記誘電体をHfTiOxから作成することを特徴とする請求項18に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極をTiNから作成し、前記誘電体をHfTiOxから作成することを特徴とする請求項18に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極をルテニウムまたはイリジウムから作成し、前記誘電体をHfTiOxから作成することを特徴とする請求項18に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極(120、140)を互いに別の材料から作成することを特徴とする請求項1ないし17の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極の一方の接続電極(120)をTiNから形成し、2つの前記各接続電極の他方の接続電極(140)をルテニウムまたはイリジウムから形成し、前記誘電体は、HfTiOx、HfSiOxまたはHfO2からなることを特徴とする請求項22に記載の電子素子の製造方法。
- 2つの前記各接続電極の一方の接続電極をTaNから形成し、2つの前記各接続電極の他方の接続電極をルテニウムまたはイリジウムから形成し、前記誘電体は、HfTiOxからなることを特徴とする請求項22に記載の電子素子の製造方法。
- 前記容量(150)の一方の接続電極(120)をTiNから作成し、前記容量(150)の他方の接続電極(140)をルテニウムまたはイリジウムから作成し、前記誘電体(130)としてHfTiO2を使用することを特徴とする請求項1ないし24の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記容量(150)は、シリコン基板(100)内に導入された凹部(110)内、または、シリコン基板の上に作成されていることを特徴とする請求項1ないし25の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記容量は、溝状容量として、または、層状容量として形成されることを特徴とする請求項26に記載の電子素子の製造方法。
- 少なくとも1つの容量を有し、最小加工寸法が60nm未満のDRAMメモリセルを作成することを特徴とする請求項1ないし27の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
- 前記誘電体が、ゲート誘電体を形成し、前記接続電極がゲート接続を形成している電界効果トランジスタを作成することを特徴とする請求項1ないし28の何れか1項に記載の電子素子の製造方法。
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Cited By (1)
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