JP2008071825A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下部電極膜を構成するPt膜23上に、La、Ca、Sr、Si及び/又はNb等が添加されたアモルファス状の不純物添加PZT膜24を形成する。次いで、不純物添加PZT膜24に対する結晶化アニールを行う。次に、不純物添加PZT膜24上にPZT膜25をMOCVD法により形成する。その後、PZT膜25上に、IrOX膜26、IrOY膜27及びIr膜28を形成する。
【選択図】図1N
Description
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1A乃至図1Qは、本発明の第1の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2A乃至図2Cは、本発明の第2の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図3A及び図3Bは、本発明の第3の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図4A乃至図4Cは、本発明の第4の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
第1の実験では、PZT膜の表面を観察した。図5A及び図5Bは、第1の実施形態に倣ってMOCVD法により形成したPZT膜の表面の走査型電子顕微鏡写真である。ここで、図5Aは、低倍率での顕微鏡写真であり、図5Bは、高倍率での顕微鏡写真である。また、図6は、不純物添加PZT膜を形成せずにIr膜を最表面とする下部電極上にMOCVD法により形成したPZT膜の表面の走査型電子顕微鏡写真である。ここで、図6に示すSEM写真の倍率は、図5Aに示すSEM写真の倍率と同等である。
第2の実験では、図6にSEM写真を示す試料と同様の方法で形成したPZT膜の配向の再現性について調査した。ここでは、PZT膜の形成を24枚のウェハに対して行った。この結果を図7A乃至図7Dに示す。ここで、図7Aの縦軸は、ウェハの中心部におけるPZT膜の(111)面への配向の積分強度を表している。図7Bの縦軸は、ウェハの周辺部におけるPZT膜の(111)面への配向の積分強度を表している。図7Cは、ウェハの中心部におけるPZT膜の(222)面への配向率を表している。図7Dは、ウェハの周辺部におけるPZT膜の(222)面への配向率を表している。なお、(222)面への配向率は、(222)面への配向の積分強度をI222、(100)面への配向の積分強度をI100、(101)面への配向の積分強度をI101としたとき、「I222/(I100+I101+I222)」で表される。
第3の実験では、不純物添加PZT膜に対するRTAの条件(雰囲気)とその上にMOCVD法により形成されるPZT膜の結晶性との関係について調査した。ここでは、不純物添加PZT膜として、第1の実施形態と同様の不純物が添加された厚さが20nmの膜(CSPLZT膜)をスパッタ法により形成した後に、表1に示す雰囲気でRTAを行った。そして、その上にMOCVD法により厚さが80nmのPZT膜を形成し、その配向を測定した。なお、条件Dでは、スパッタ法によるCSPLZT膜の形成を行わず、MOCVD法により厚さが100nmのPZT膜を形成した。
第4の実験では、第3の実験と同じ4種の条件で試料を作製し、それらにおけるPZT膜の表面の配向について調査した。この結果を図9A及び図9Bに示す。図9Aは、(222)面への配向率を示し、図9Bは、(111)面への配向のロッキング半値幅を示す。
第5の実験では、第1の実施形態に倣って形成したPZT膜の配向の再現性について調査した。ここでは、スパッタ法により厚さが20nm又は30nmの不純物添加PZT膜(CSPLZT膜)を形成した後、Ar雰囲気中で結晶化させた。そして、その上に、MOCVD法によりPZT膜を形成した。そして、その表面の配向を調査した。この結果を図10A乃至図10Cに示す。図10Aの縦軸は、PZT膜の表面の(111)面への配向の積分強度を示している。図10Bの縦軸は、(222)面への配向率を示している。図10Cの縦軸は、(111)への配向のロッキング半値幅を示している。
基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、構造がABO3型の結晶からなり、不純物が添加された不純物添加強誘電体膜と、
前記不純物添加強誘電体膜上に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成された上部電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
前記下部電極の最表面に、Pt又はPdを含む導電膜が形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記下部電極の最表面に、構造がペロブスカイト型の結晶からなる酸化物導電膜が形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記不純物は、La、Si、Sr、Ca、Ba、Na、K、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Co、Ir、Ru、Cr及び希土類元素からなる群から選択された少なくとも1種であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
前記強誘電体膜は、前記不純物添加強誘電体膜よりも厚いことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
前記不純物添加強誘電体膜の厚さは、1nm乃至50nmであることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
前記不純物添加強誘電体膜は、Sr、Ca、Nb、Ir及びLaからなる群から選択された少なくとも1種が添加されたPb(Zr,Ti)O3から構成されていることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
前記不純物の添加量は、元素毎に5mol%以下であることを特徴とする付記7に記載の半導体装置。
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、構造がABO3型の結晶からなり、不純物が添加された不純物添加強誘電体膜を形成する工程と、
前記不純物添加強誘電体膜に対してアニールを行う工程と、
前記不純物添加強誘電体膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記不純物添加強誘電体膜を500℃以下で形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
前記不純物添加強誘電体膜をスパッタ法により形成することを特徴とする付記9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
前記下部電極を形成する工程は、その最表面に、Pt又はPdを含む導電膜を形成する工程を有することを特徴とする付記9乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記下部電極を形成する工程は、その最表面に、構造がペロブスカイト型の結晶からなる酸化物導電膜を形成する工程を有することを特徴とする付記9乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記不純物として、La、Si、Sr、Ca、Ba、Na、K、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Co、Ir、Ru、Cr及び希土類元素からなる群から選択された少なくとも1種を用いることを特徴とする付記9乃至13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記強誘電体膜を、前記不純物添加強誘電体膜よりも厚くすることを特徴とする付記9乃至14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記不純物添加強誘電体膜の厚さを、1nm乃至50nmとすることを特徴とする付記9乃至15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記不純物添加強誘電体膜として、Sr、Ca、Nb、Ir及びLaからなる群から選択された少なくとも1種が添加されたPb(Zr,Ti)O3から構成された膜を形成することを特徴とする付記9乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記不純物の添加量を、元素毎に5mol%以下とすることを特徴とする付記17に記載の半導体装置の製造方法。
前記アニールを、酸化性ガスの流量が25sccm以下の条件下で行うことを特徴とする付記9乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記強誘電体膜を、MOCVD法、ゾル−ゲル法又はCSD法により形成することを特徴とする付記9乃至19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
25:PZT膜
30:下部電極
33:上部電極
34:容量絶縁膜
Claims (10)
- 基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、構造がABO3型の結晶からなり、不純物が添加された不純物添加強誘電体膜と、
前記不純物添加強誘電体膜上に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成された上部電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記下部電極の最表面に、Pt又はPdを含む導電膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記下部電極の最表面に、構造がペロブスカイト型の結晶からなる酸化物導電膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記強誘電体膜は、前記不純物添加強誘電体膜よりも厚いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記不純物添加強誘電体膜は、Sr、Ca、Nb、Ir及びLaからなる群から選択された少なくとも1種が添加されたPb(Zr,Ti)O3から構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、構造がABO3型の結晶からなり、不純物が添加された不純物添加強誘電体膜を形成する工程と、
前記不純物添加強誘電体膜に対してアニールを行う工程と、
前記不純物添加強誘電体膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記不純物添加強誘電体膜をスパッタ法により形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下部電極を形成する工程は、その最表面に、Pt又はPdを含む導電膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下部電極を形成する工程は、その最表面に、構造がペロブスカイト型の結晶からなる酸化物導電膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記不純物添加強誘電体膜として、Sr、Ca、Nb、Ir及びLaからなる群から選択された少なくとも1種が添加されたPb(Zr,Ti)O3から構成された膜を形成することを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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