JP2007150178A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
強誘電体メモリとして、強誘電体キャパシタを選択用トランジスタにスタックする構造が知られている。強誘電体キャパシタと選択用トランジスタの間には、絶縁層が介在し、絶縁層のコンタクトホールに埋め込まれたプラグによって両者の電気的接続が図られている。 As a ferroelectric memory, a structure in which a ferroelectric capacitor is stacked on a selection transistor is known. An insulating layer is interposed between the ferroelectric capacitor and the selection transistor, and the two are electrically connected by a plug embedded in the contact hole of the insulating layer.
強誘電体メモリを構成する強誘電体キャパシタの強誘電特性を最大限に発揮させるためには、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向性が極めて重要である。
本発明の目的は、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向性が良好に制御された半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the crystal orientation of each layer constituting a ferroelectric capacitor is well controlled, and a method for manufacturing the same.
(1)本発明にかかる半導体装置は、
基体と、
前記基体の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するプラグと、
前記プラグの上方に設けられた第1バリア層と、
前記第1バリア層の上方に設けられた金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上方に設けられ、所定の配向を有する第2バリア層と、
前記第2バリア層の上方に設けられた第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられた強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に設けられた第2電極と、を含む。
(1) A semiconductor device according to the present invention includes:
A substrate;
An insulating layer provided above the substrate;
A plug that penetrates the insulating layer;
A first barrier layer provided above the plug;
A metal oxide layer provided above the first barrier layer;
A second barrier layer provided above the metal oxide layer and having a predetermined orientation;
A first electrode provided above the second barrier layer;
A ferroelectric layer provided above the first electrode;
And a second electrode provided above the ferroelectric layer.
本発明にかかる半導体装置は、所定の結晶配向を有する第2バリア層の上に、所望の結晶配向を有する第1電極および強誘電体層とが設けられている。そのため、ヒステリシス特性に優れた強誘電体キャパシタを有する半導体装置を提供することができる。 In the semiconductor device according to the present invention, a first electrode having a desired crystal orientation and a ferroelectric layer are provided on a second barrier layer having a predetermined crystal orientation. Therefore, a semiconductor device having a ferroelectric capacitor having excellent hysteresis characteristics can be provided.
なお、本発明において、特定のA層(以下、「A層」という。)の上方に設けられた特定のB層(以下、「B層」という。)というとき、A層の上に直接B層が設けられた場合と、A層の上に他の層を介してB層が設けられた場合とを含む意味である。 In the present invention, when a specific B layer (hereinafter referred to as “B layer”) provided above a specific A layer (hereinafter referred to as “A layer”) is referred to as “B” directly on the A layer. This includes the case where the layer is provided and the case where the B layer is provided on the A layer via another layer.
本発明にかかる半導体装置は、さらに、下記の態様をとることができる。 The semiconductor device according to the present invention can further take the following aspects.
(2)本発明にかかる半導体装置において、
前記第1バリア層は、第1TiN層と該第1TiN層上に設けられた第1TiAlN層とを含むことができる。
(2) In the semiconductor device according to the present invention,
The first barrier layer may include a first TiN layer and a first TiAlN layer provided on the first TiN layer.
(3)本発明にかかる半導体装置において、
前記金属酸化物層は、酸化アルミニウム層であることができる。
(3) In the semiconductor device according to the present invention,
The metal oxide layer may be an aluminum oxide layer.
(4)本発明にかかる半導体装置において、
前記第2バリア層は、(111)配向を有していることができる。
(4) In the semiconductor device according to the present invention,
The second barrier layer may have a (111) orientation.
(5)本発明にかかる半導体装置において、
前記第2バリア層は、第2TiN層と該第2TiN層上に設けられた第2TiAlN層とを含むことができる。
(5) In the semiconductor device according to the present invention,
The second barrier layer may include a second TiN layer and a second TiAlN layer provided on the second TiN layer.
(6)本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
(a)基体の上方に絶縁層を形成する工程と、
(b)前記絶縁層を貫通するプラグを形成する工程と、
(c)前記プラグの上に第1バリア層を形成する工程と、
(d)前記第1バリア層の上に金属酸化物層を形成する工程と、
(e)アンモニアガスのプラズマを励起して、前記金属酸化物層の表面に該プラズマを照射する工程と、
(f)少なくとも前記金属酸化物層の上方に所定の配向を有する第2バリア層を形成する工程と、
(g)前記第2バリア層の上方に第1電極、強誘電体層および上部電極を順次積層する工程と、を含む。
(6) A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
(A) forming an insulating layer above the substrate;
(B) forming a plug that penetrates the insulating layer;
(C) forming a first barrier layer on the plug;
(D) forming a metal oxide layer on the first barrier layer;
(E) exciting a plasma of ammonia gas to irradiate the surface of the metal oxide layer with the plasma;
(F) forming a second barrier layer having a predetermined orientation at least above the metal oxide layer;
(G) sequentially stacking a first electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode above the second barrier layer.
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、工程(e)の処理を終えた後に金属酸化物層の上に第2バリア層を形成することで、所定の配向性を有するバリア層を形成することができる。第2バリア層の結晶配向性は、第1電極に反映され、ひいては、第1電極の上方に形成される強誘電体層に反映されることとなる。そのため、強誘電体層に求められる配向(構成原子の規則的な配置)と合致する配向性を有する第2バリア層を形成することで、強誘電体層の配向性を向上させることができる。その結果、ヒステリシス特性の優れた強誘電体キャパシタを含む半導体装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a barrier layer having a predetermined orientation is formed by forming a second barrier layer on the metal oxide layer after finishing the process (e). can do. The crystal orientation of the second barrier layer is reflected on the first electrode, and consequently on the ferroelectric layer formed above the first electrode. Therefore, the orientation of the ferroelectric layer can be improved by forming the second barrier layer having an orientation that matches the orientation required for the ferroelectric layer (regular arrangement of constituent atoms). As a result, a semiconductor device including a ferroelectric capacitor having excellent hysteresis characteristics can be manufactured.
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、さらに、下記の態様をとることができる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can further take the following aspects.
(7)本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程と前記(c)工程との間に、アンモニアガスのプラズマを励起して、少なくとも前記絶縁層の表面に該プラズマを照射する工程を含むことができる。
(7) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the invention,
Between the step (b) and the step (c), a step of exciting a plasma of ammonia gas and irradiating at least the surface of the insulating layer may be included.
(8)本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記第1バリア層は、TiAlN層を含み、
前記(c)工程で形成される前記金属酸化物層は、前記TiAlN層を酸化させることにより形成することができる。
(8) In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
The first barrier layer includes a TiAlN layer,
The metal oxide layer formed in the step (c) can be formed by oxidizing the TiAlN layer.
以下、本発明の実施の形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1.第1の実施の形態
1.1.半導体装置
まず、本実施の形態にかかる半導体装置について、図1を参照しつつ説明する。図1は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。
1. 1. First embodiment 1.1. Semiconductor Device First, a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、基体10と、絶縁層12と、コンタクトホール20と、コンタクト部30と、強誘電体キャパシタ100と、を含む。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes a
基体10は、半導体基板(たとえばシリコン基板)である。基体10には、複数のトランジスタ(図示しない)が形成されている。トランジスタは、ソース領域又はドレイン領域となる不純物領域と、ゲート絶縁層と、ゲート電極と、を含む。各トランジスタの間には素子分離領域(図示しない)が形成され、トランジスタ間の電気的絶縁が図られている。本実施の形態に係る半導体装置は、たとえば1T1C型のスタック構造を有する。
The
絶縁層12は、基体10上に形成されている。絶縁層12は、たとえば酸化シリコン層(SiO2層)、窒化シリコン層(SiN層)および窒化酸化シリコン層(SiON層)の少なくともいずれか1層から形成され、単一層であってもよいし、複数層であってもよい。
The insulating
コンタクトホール20は、絶縁層12を貫通している。コンタクトホール20の内部には、電気的導電性を有するコンタクト部30が形成されている。
The
コンタクト部30は、基体10の面に垂直方向に延出して形成され、絶縁層12を貫通している。コンタクト部30の一方の端部には、基体10のトランジスタ(ソース領域およびドレイン領域のいずれか一方)が電気的に接続され、他方の端部には強誘電体キャパシタ100が電気的に接続されている。すなわち、コンタクト部30は、トランジスタおよび強誘電体キャパシタ100を電気的に接続する。
The
コンタクト部30は、絶縁層12に設けられたコンタクトホール20と、コンタクトホール20内に設けられたプラグ34とを含む。また、本実施の形態にかかる半導体装置においては、コンタクト部30は、コンタクトホール20の内面(底面および側面)に沿って形成されたバリア層32をさらに含む。バリア層32は、たとえば、窒化チタンアルミニウム層(TiAlN層)および窒化チタン層(TiN層)のいずれか少なくとも1層から構成されていることができる。バリア層32が設けられていることにより、プラグ34の拡散防止および酸化防止が可能になり、コンタクト部30の低抵抗化を図ることができる。
The
強誘電体キャパシタ100は、少なくともコンタクト部30の上であって、コンタクト部30を含む領域に形成されている。すなわち、基体10の面から垂直方向の平面視において、強誘電体キャパシタ100の平面領域は、プラグ34およびその周辺領域(絶縁層12)を含む。
The
強誘電体キャパシタ100は、コンタクト部30の上方およびコンタクト部30の周囲の絶縁層12の上に設けられた第1バリア層42、金属酸化物層44および第2バリア層46を介して形成されている。つまり、下部電極40と、コンタクト部30および絶縁層12との間には、第1バリア層42、金属酸化物層44および第2バリア層46の積層体が設けられている。
The
第1バリア層42としては、窒化チタン層(TiN層)及び当該窒化チタン層(TiN層)の上に設けられた窒化チタンアルミニウム層(TiAlN層)から構成される。窒化チタン層(TiN層)または窒化チタンアルミニウム層(TiAlN層)のいずれか少なくとも1層から構成されていてもよい。また、第2バリア層46として、第1バリア層42と同様の構成、同様の材質を用いることができる。第2バリア層46は、所定の配向を有しており、第2バリア層46として、たとえば、(111)配向を有するTiN層を用いることができる。ここで、所定の配向とは、強誘電体層に求められている配向(強誘電体層の構成原子の規則的な配列)と合致することができる配向のことをいう。
The
また、第1バリア層42および第2バリア層46は、面内で部分的に配向性が異なる層である。具体的には、絶縁層12の上(上方)に位置する第1部分42a、46aと、コンタクト部30の上(上方)に位置する第2部分42b、46bとで異なっている。第1部分42a、46aと第2部分42b、46bとの差について、第1バリア層42および第2バリア層46がTiN層である場合を例として説明する。TiN層である場合の所定の配向とは、(111)配向であるが、それぞれの層において、(111)配向の割合が異なる。第1部分42a、46aは、第2部分42b、46bと比して(111)配向の割合が高い。さらに、第2部分46bは、第2部分42bと比して(111)配向の割合が高い部分である。
The
金属酸化物層44としては、たとえば、酸化アルミニウム層、酸化ゲルマニウム層、酸化ガリウム層、酸化インジウム層などを用いることができる。特に好ましくは、酸化アルミニウム層である。金属酸化物層44は、その全体が同一の材質で構成されていなくてもよい。2バリア層46と接する面(金属酸化物層44の上面)に金属酸化物が存在している層であればよい。たとえば、TiAlN層に表面酸化を施して、その表面に薄膜の酸化アルミニウム層が形成された層であってもよい。
As the
強誘電体キャパシタ100は、下部電極(第1電極)42、強誘電体層50、上部電極(第2電極)46が順に積層して形成されている。下部電極40は、コンタクト部30の上方、具体的には、第2バリア層46の上に形成されている。下部電極40は、コンタクト部30に電気的に接続されている。詳しくは、強誘電体キャパシタ100の下部電極40は、トランジスタのソース領域又はドレイン領域のいずれかに電気的に接続されている。本実施の形態に係る半導体装置では、強誘電体キャパシタ100の下部電極40がトランジスタを介してビット線に電気的に接続され、強誘電体キャパシタ100の上部電極60がプレート線に電気的に接続され、トランジスタのゲート電極がワード線に電気的に接続されている。
The
下部電極40および上部電極60は、たとえばPt、Ir、Ir酸化物(IrOx)、Ru、Ru酸化物(RuOx)、SrRu複合酸化物(SrRuOx)などから形成される。下部電極40および上部電極60のそれぞれは、単一層から形成されていてもよいし、複数層から形成されていてもよい。
The
強誘電体層50は、Pb、Zr、Tiを構成元素として含む酸化物からなるPZT系強誘電体を用いて形成されていてもよい。あるいは、TiサイトにNbをドーピングしたPb(Zr、Ti、Nb)O3(PZTN系)を適用してもよい。あるいは、強誘電体層50はこれらの材料に限定されるものではなく、たとえばSBT系、BST系、BIT系、BLT系のいずれを適用してもよい。
The
本実施の形態にかかる半導体装置によれば、下部電極40が所定の配向を有する第2バリア層46の上に形成されている。そのため、所望の配向の下部電極40ひいては強誘電体層50を設けることができる。その結果、ヒステリシス特性に優れた強誘電体キャパシタを有し、微細化が実現された半導体装置を提供することができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
1.2.半導体装置の製造方法
次に、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、図2ないし図10を参照しつつ説明する。図2ないし図10は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.2. Semiconductor Device Manufacturing Method Next, a semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 10 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.
(1)まず、図2に示すように、基体10上に絶縁層12を形成する。絶縁層12は、基体10における複数のトランジスタが形成された面上に形成する。絶縁層12は、CVD法などの公知技術を適用して形成することができる。
(1) First, as shown in FIG. 2, the insulating
(2)次に、図3に示すように、絶縁層12を貫通するコンタクトホール20を形成する。その場合、フォトリソグラフィ技術を適用してもよい。詳しくは、絶縁層12の一部を開口するようにレジスト層(図示しない)を形成し、該レジスト層からの開口部をエッチングすることによって、絶縁層12を貫通するコンタクトホール20を形成する。コンタクトホール20からは基体10が露出している。
(2) Next, as shown in FIG. 3, a
(3)次に、コンタクトホール20にコンタクト部30(図1参照)を形成する。コンタクト部30の形成では、まず、図4に示すように、コンタクトホール20の内面に沿ってバリア層(他のバリア層)31を形成する。バリア層31は、スパッタリング等によって成膜することができる。バリア層31は、コンタクトホール20の側面(絶縁層12の端面)およびコンタクトホール20の底面(基体10の上面)に形成し、コンタクトホール20の内面に形成する部分と連続して絶縁層12の上面にも形成する。ただし、バリア層31は、コンタクトホール20を埋めないように形成する。
(3) Next, a contact portion 30 (see FIG. 1) is formed in the
(4)次に、図5に示すように、コンタクトホール20の内部および絶縁層12上に第1の導電層33を形成する。第1の導電層33は、コンタクトホール20の内部(詳しくはバリア層31で囲まれた内側)を埋め込むように形成する。バリア層31を形成する場合には、バリア層31上に第1の導電層33を形成する。第1の導電層33は、たとえば、CVD法により成膜することができる。
(4) Next, as shown in FIG. 5, a first
(5)次に、図6に示すように、第1の導電層33を研磨する。本実施の形態では、第1の導電層33の一部およびバリア層31の一部を研磨および除去する。すなわち、第1の導電層33(およびバリア層31)をストッパとなる絶縁層12が露出するまで研磨する。研磨工程では、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishment)法による工程を適用することができる。以上の工程により、コンタクト部30を形成することができる。
(5) Next, as shown in FIG. 6, the first
ついで、アンモニアガスのプラズマを励起して、絶縁層12およびプラグ34の露出面ンに、該プラズマを照射する(以下、「アンモニアプラズマ処理」ともいう。)。このアンモニアプラズマ処理により、絶縁層12の表面が−NHで終端され、後述する工程でバリア層41を成膜する際に、バリア層41を構成する原子が絶縁層12の表面上でマイグレーションしやすくなる。その結果、バリア層41の構成原子がその自己配向性に起因して、規則的な配列になるように促進され、結晶配向性に優れたバリア層41を成膜することができるのである。
Next, the plasma of ammonia gas is excited, and the exposed surface of the insulating
(6)次に、図7に示すように、絶縁層12およびコンタクト部30(プラグ34およびバリア層32)の上面にバリア層41を形成する。バリア層41は、後述する工程でパターニングされ、第1バリア層42(図1参照)となる。バリア層41としては、プラグ34の酸化防止の役割と後述する下部電極との密着性を高めることができる材質を用いる。以下に、バリア層41として、(111)配向を有するTiN層及び(111)配向を有するTiAlN層を形成する場合について具体的に説明する。まず、絶縁層12およびコンタクト部30の露出面上にTi層を形成する。このTi層は、自己配向性((100)配向しやすい性質)を有する材質であるが、上記工程(5)のアンモニアプラズマ処理により、さらに(100)配向割合が大きい層を形成することができる。ついで、窒素雰囲気で熱処理を施し、Ti層を窒化することができ、TiN層を形成することができる。これにより、(111)配向を有するTiN層を形成することができる。その後、TiN層上に、(111)配向を有するTiAlN層を形成する。TiAlN層は、たとえば、スパッタリング法により形成することができる。必要に応じ、この段階でCMP研磨を実施して表面を平坦化しても良い。なお、Ti層の(100)配向と、TiN層の(111)配向とでは、構成原子の配列の規則性が同一である。また、工程(5)のアンモニアプラズマ処理は、酸化物に対して効果を発揮する処理である。そのため、絶縁層12上に位置している第1部分41aと、コンタクト部30上に位置する第2部分41bとで、(111)配向割合の異なるバリア層41が形成される。第2部分41bは、第1部分41aと比して(111)配向の割合が低い部分である。
(6) Next, as shown in FIG. 7, the
(7)次に、図8に示すように、バリア層41の上に、金属酸化物層43を形成する。金属酸化物層43は後述する工程でパターニングされて、金属酸化物層44(図1参照)となる。本実施の形態では、金属酸化物層43として、最表面のみが酸化アルミニウム層である金属酸化物層43を形成する場合を例として説明する。金属酸化物層43の形成は、TiAlN層に表面酸化処理を施すことで形成することができる。これにより、表面には酸化アルミニウム層を有する金属酸化物層43を形成することができる。このようにして形成されるTiAlN層は、下方に位置するバリア層41の結晶配向性が反映された結晶配向性を有する層となる。また、金属酸化物層43としては、TiAlN層に代えて、TiGeN層、TiGaN層およびTiInN層などを形成した後、表面酸化処理を施すことで、それぞれの最表面に酸化ゲルマニウム層、酸化ガリウム層および酸化インジウム層を有する層を形成することができる。
(7) Next, as shown in FIG. 8, a
ついで、金属酸化物層43の表面にアンモニアプラズマを照射する。アンモニアプラズマ処理は、工程(5)と同様にして行うことができる。これにより、後の工程で金属酸化物層43の上に形成される層の配向性を制御することができる。この工程のアンモニアプラズマ処理は、コンタクト部30上の結晶配向性を改善するために行われる。
Next, the surface of the
(8)次に、図9に示すように、金属酸化物層43の上にバリア層45を形成する。バリア層45は、後述する工程でパターニングされ第2バリア層46(図1参照)となる。バリア層45には、前述したバリア層41と同様の材質を形成することができる。また、その形成方法についても、バリア層41と同様に行うことができる。バリア層45は、絶縁層12の上方に位置し、(111)配向を有する第1部分45aと、コンタクト部30の上方に位置し、(111)配向の程度が低い第2部分45bとを有する。また、バリア層45の第2部分45bは、工程(7)のアンモニアプラズマ処理の効果によりバリア層41の第2部分41bと比して(111)配向の割合が大きい。
(8) Next, as shown in FIG. 9, a
(9)次に、図10に示すように、バリア層45の上であって、コンタクト部30を含む領域の上に、強誘電体キャパシタ100を形成する。具体的には、下部電極(第1電極)40、強誘電体層50、上部電極(第2電極)60を順に積層して積層体101を形成し、積層体101を所定形状にパターニングする。
(9) Next, as shown in FIG. 10, the
下部電極40の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法などを適用することができる。強誘電体層50の形成方法としては、溶液塗布法(ゾル・ゲル法、MOD(Metal Organic Decomposition)法などを含む)、スパッタ法、CVD法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを適用することができる。なお、上部電極60は下部電極40と同様の方法を適用して形成することができる。ついで、積層体101の上に、たとえば、レジスト層R1を形成する。レジスト層R1は、フォトリソグラフィ技術を適用して形成することができる。
As a method for forming the
(10)次に、図1に示すように、積層体101のうちレジスト層R1に覆われない部分を除去する。積層体101の除去は、公知のエッチング技術を適用して行うことができる。また、この工程で、第1バリア層42、金属酸化物層44および第2バリア層46が形成される。積層体101をパターニングして強誘電体キャパシタ100を形成した後、強誘電体層50の安定化(たとえばエッチングダメージ回復)のため酸素雰囲気下でアニール処理を行う。
(10) Next, as shown in FIG. 1, the portion of the laminate 101 that is not covered with the resist layer R1 is removed. The stack 101 can be removed by applying a known etching technique. In this step, the
以上の工程により、本実施の形態にかかる半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured.
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法では、コンタクト部30の上方に金属酸化物層43を形成した後にアンモニアプラズマ処理が行われている。そのため、コンタクト部30の上であっても所望の配向割合が向上した第1バリア層42を形成することができる。下部電極40および強誘電体層50は、第1バリア層42の配向を反映して形成されるため、本実施の形態のように、第1バリア層42の配向性を面内で全体的に向上させることができることで、所望の配向を有する強誘電体層50を形成することができる。その結果、ヒステリシス特性が良好である強誘電体キャパシタ100を形成できることとなり、特性および微細化が向上した半導体装置の製造方法を提供することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the ammonia plasma treatment is performed after the
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and results). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10…基体、 12…絶縁層、 20…コンタクトホール、 30…コンタクト部、 31、32、41、45…バリア層、 33…第1の導電層、 34…プラグ、 40…下部電極、 42…第1バリア層、 43…金属酸化物層、 44…金属酸化物層(酸化アルミニウム層)、 46…第2バリア層、 50…強誘電体層、 60…上部電極、 100…強誘電体キャパシタ、 101…積層体
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基体の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するプラグと、
前記プラグの上方に設けられた第1バリア層と、
前記第1バリア層の上方に設けられた金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上方に設けられ、所定の配向を有する第2バリア層と、
前記第2バリア層の上方に設けられた第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられた強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に設けられた第2電極と、を含む、半導体装置。 A substrate;
An insulating layer provided above the substrate;
A plug that penetrates the insulating layer;
A first barrier layer provided above the plug;
A metal oxide layer provided above the first barrier layer;
A second barrier layer provided above the metal oxide layer and having a predetermined orientation;
A first electrode provided above the second barrier layer;
A ferroelectric layer provided above the first electrode;
And a second electrode provided above the ferroelectric layer.
前記第1バリア層は、第1TiN層と該第1TiN層上に設けられた第1TiAlN層とを含む、半導体装置。 In claim 1,
The first barrier layer includes a first TiN layer and a first TiAlN layer provided on the first TiN layer.
前記金属酸化物層は、酸化アルミニウム層である、半導体装置。 In claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the metal oxide layer is an aluminum oxide layer.
前記第2バリア層は、(111)配向を有している、半導体装置。 In any of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein the second barrier layer has a (111) orientation.
前記第2バリア層は、第2TiN層と該第2TiN層上に設けられた第2TiAlN層とを含む、半導体装置。 In any of claims 1 to 4,
The second barrier layer includes a second TiN layer and a second TiAlN layer provided on the second TiN layer.
(b)前記絶縁層を貫通するプラグを形成する工程と、
(c)前記プラグの上に第1バリア層を形成する工程と、
(d)前記第1バリア層の上に金属酸化物層を形成する工程と、
(e)アンモニアガスのプラズマを励起して、前記金属酸化物層の表面に該プラズマを照射する工程と、
(f)少なくとも前記金属酸化物層の上方に所定の配向を有する第2バリア層を形成する工程と、
(g)前記第2バリア層の上方に第1電極、強誘電体層および上部電極を順次積層する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 (A) forming an insulating layer above the substrate;
(B) forming a plug that penetrates the insulating layer;
(C) forming a first barrier layer on the plug;
(D) forming a metal oxide layer on the first barrier layer;
(E) exciting a plasma of ammonia gas to irradiate the surface of the metal oxide layer with the plasma;
(F) forming a second barrier layer having a predetermined orientation at least above the metal oxide layer;
(G) a step of sequentially stacking a first electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode above the second barrier layer.
前記(b)工程と前記(c)工程との間に、アンモニアガスのプラズマを励起して、少なくとも前記絶縁層の表面に該プラズマを照射する工程を含む、半導体装置の製造方法。 In claim 6,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of exciting ammonia gas plasma and irradiating at least the surface of the insulating layer between the step (b) and the step (c).
前記第1バリア層は、TiAlN層を含み、
前記(c)工程で形成される前記金属酸化物層は、前記TiAlN層を酸化させることにより形成する、半導体装置の製造方法。 In claim 6 or 7,
The first barrier layer includes a TiAlN layer,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal oxide layer formed in the step (c) is formed by oxidizing the TiAlN layer.
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