JP2010016127A - 強誘電体膜、強誘電体膜を有する半導体装置、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体装置71は基板55、絶縁体56、酸化タンタル膜66、強誘電体膜(STN膜)57、上部電極膜62を有している。
酸化タンタル膜66は強誘電体膜(STN膜)57を結晶化する際に下地となる。
酸化タンタル膜66は酸素を含み、格子情報が強誘電体膜(STN膜)57の結晶と近似している。
そのため、酸化タンタル膜66上にSTNを結晶化すると、酸素欠損がなく、結晶粒径が100nm以下の強誘電体膜(STN膜)57が得られる。
【選択図】 図1
Description
図2〜図5に示すスパッタリング装置101、プラズマ処理装置103、アニール装置(炉)102を用いた。最初に900℃のドライ酸化により、10nmのSiO2膜を形成し、その後、入射パワー0.6kW、圧力0.8Pa、Ar100%の条件下でタンタル膜をスパッタ形成し、入射パワー0.7kW、圧力133Pa、Kr/O2=97%/3%の条件下でプラズマ酸化によりタンタル膜の酸化処理を行い、酸化タンタル膜6nmを成膜し、さらにSTN膜を180nm形成し、STN膜の表面を倍率10万倍にて観察した。結果を図10に示す。
図2〜5に示すスパッタリング装置101、プラズマ処理装置103、アニール装置(炉)102を用いて図1に示す半導体装置71を作製し、高周波CV特性を評価した。
2 筐体
3 処理室
4 ウエハ載置台
5 電極
6 高周波電源
7 ターゲット
8 処理ガス導入口
10 被処理基板
11a、11b、11c 処理ガス供給管
12 バルブ
13 マスフローコントローラ
14 排気口
15 真空ポンプ
16 排気管
17 保護部材
18 筐体
19 フランジ
20 処理室
21 載置板
22 ヒータ
23 電源
24 処理ガス導入口
25 処理ガス供給源
26a、26b、26c 処理ガス供給管
27 石英管
28 温度コントローラ
29 排気装置
31 排気口
32 開口部
33 処理容器
34 サセプタ
35 交流電源
36 ヒータ
37 排気口
38 排気装置
39 供給口
41 処理ガス供給源
42a、42b 供給管
43 マスフローコントローラ
44 Oリング
45 誘電体窓
46 処理空間
47 アンテナ部材
48 同軸導波管
51 マイクロ波供給装置
52 搬入出口
53 シャッタ
55 基板
56 絶縁体
57 強誘電体膜(STN)
58 酸素ラジカル
62 上部電極膜
66 酸化タンタル膜
101 スパッタリング装置
102 アニール装置(炉)
103 プラズマ処理装置
Claims (53)
- 下地上に形成されたSr、Ta、及びNbを主成分とする多結晶強誘電体材料の膜を含む強誘電体膜であって結晶粒径が100nm以下であることを特徴とする強誘電体膜。
- 膜材料としてSr、Ta、及びNbを主成分とする強誘電体材料が用いられ、酸化タンタルを含む下地上に形成されたことを特徴とする強誘電体膜。
- 請求項1または2に記載の強誘電体膜において、前記下地はTa2O5であることを特徴とする強誘電体膜。
- 請求項1乃至3の一つに記載の強誘電体膜において、前記強誘電体材料は以下の組成式で表される材料であることを特徴とする強誘電体膜。
Sr2(Ta1−xNbx)2O7(0<x<1)…(式1) - 請求項1乃至4の一つに記載の強誘電体膜において、酸素ラジカルによって酸素成分が導入されていることを特徴とする強誘電体膜。
- 請求項5に記載の強誘電体膜において、希ガス元素を含有することを特徴とする強誘電体膜。
- 請求項6に記載の強誘電体膜において、前記希ガス元素は、Kr、Xeの内の少なくとも1種であることを特徴とする強誘電体膜。
- 酸化タンタルを含む基板上にSr、Ta、及びNbを主成分とする強誘電体膜を形成する膜形成工程を有することを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項8に記載の強誘電体膜の製造方法において、
前記強誘電体膜を酸素ラジカルによって酸化する酸素導入工程をさらに有し、
前記酸素導入工程の酸素ラジカルは、希ガス及び酸素を含むプラズマ処理によって生成されることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。 - 請求項9に記載の強誘電体膜の製造方法において、前記希ガスは、Kr、Xeの内の少なくとも1種からなることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項8〜10の内のいずれか一つに記載の強誘電体膜の製造方法において、前記強誘電体膜を加熱する加熱工程を備えていることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項8〜11の内のいずれか一つに記載の強誘電体膜の製造方法において、前記強誘電体膜の成膜を、塗布、スパッタリング又は有機金属化合物の気相反応によって行うことを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項12に記載の強誘電体膜の製造方法において、前記有機金属化合物の気相反応による成膜は、プラズマ中において行われることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項8〜11の内のいずれか一つに記載の強誘電体膜の製造方法において、前記強誘電体膜の成膜を有機金属化合物の液体を霧状にして基板上に導入し、反応することにより前記強誘電体膜を成膜することを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 請求項14に記載の強誘電体膜の製造方法において、前記強誘電体膜の成膜を有機金属化合物の液体を霧状にしてプラズマ中において反応し、基板上に導入することにより成膜することを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
- 酸化タンタルを含む下地膜上にSr、Ta、及びNbを主成分とする強誘電体材料からなる強誘電体膜が設けられ、さらに、その上に直接又は間接に導電性電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
- 下地膜上にSr、Ta、及びNbを主成分とする多結晶強誘電体材料からなる強誘電体膜が設けられ、さらに、その上に直接又は間接に導電性電極が設けられている半導体装置において、前記強誘電体膜の結晶粒径が100nm以下であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項16または17に記載の半導体装置において、前記下地はTa2O5を含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項16乃至18の一つに記載の半導体装置において、前記強誘電体材料は以下の組成式で表される材料であることを特徴とする半導体装置。
Sr2(Ta1−xNbx)2O7(0<x<1)…(式1) - 請求項16乃至19の一つに記載の半導体装置において、前記強誘電体膜は、酸素ラジカルによって酸素成分が導入されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項20に記載の半導体装置において、前記強誘電体膜は、希ガス元素を含有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項21に記載の半導体装置において、前記希ガス元素は、Kr、Xeの内の少なくとも1種であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項16〜22の内のいずれか一つに記載の半導体装置において、前記導電性電極部分をゲートとし、前記強誘電体膜をゲート絶縁膜の一部とした電界効果型トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項23に記載の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜はさらに前記下地膜と半導体基板との間に設けられた絶縁物膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項16〜24の内のいずれか一つに記載の半導体装置において、Si基板と、前記Si基板上に形成された絶縁物膜とを有し、前記下地膜は前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項24または25に記載の半導体装置において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜を含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項24〜26の内のいずれか一つに記載の半導体装置において、前記絶縁膜は窒化シリコン膜を含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項16〜25の内のいずれか一つに記載の半導体装置において、シリコン基板上に形成された窒化シリコン膜とその上に形成されたシリコン酸化膜とを含む絶縁膜を有し、前記下地膜は前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項16〜28の内のいずれか一つに記載の半導体装置において、強誘電体メモリに用いられることを特徴とする半導体装置。
- 酸化タンタルを含む下地膜上にSr、Ta、及びNbを主成分とする強誘電体膜を形成する膜形成工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30に記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜を酸素ラジカルによって酸化する酸素導入工程および前記強誘電体膜をアニールする熱処理工程をさらに有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30または31に記載の半導体装置の製造方法において、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と前記絶縁膜上に前記下地膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜32の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程は、前記半導体基板表面を窒化して窒化膜を形成する工程および酸化膜を形成する工程の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜33の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、前記下地膜を形成する工程は、タンタルを酸化雰囲気中でスパッタ形成する工程、酸化タンタルを不活性ガス雰囲気中でスパッタ形成する工程、酸化タンタルを酸化雰囲気中でスパッタ形成する工程、酸化タンタルをゾル−ゲル法により形成する工程、タンタル膜を酸素ラジカルで酸化する工程、および酸化タンタル膜を酸素ラジカルで酸化する工程の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜34の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜を形成する膜形成工程は、前記強誘電体膜をゾル−ゲル法により形成する工程、前記強誘電体膜をスパッタリング形成する工程、および前記強誘電体膜を有機金属化合物の気相反応によって形成する工程の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜35の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、前記下地膜を形成する工程および前記強誘電体膜を形成する膜形成工程の一方または両方は、前工程から半導体装置を外気に曝すことなく行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30に記載の半導体装置の製造方法において、前記下地はTa2O5であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項35に記載の半導体装置の製造方法において、前記膜形成工程では、処理室の少なくともターゲット周辺の内側表面がターゲットと同様の構成材質で形成されている処理室内において、前記ターゲットに対しプラズマ中のイオンを衝突させ、当該衝突によって発生したターゲット原子を下地に堆積させることによって、前記強誘電体膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項35に記載の半導体装置の製造方法において、酸素ラジカルによって酸素成分が導入されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項39に記載の半導体装置の製造方法において、前記酸素導入工程の酸素ラジカルは、希ガス及び酸素を含むプラズマ処理によって生成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項40に記載の半導体装置の製造方法において、前記希ガスは、Kr、Xeの内の少なくとも1種からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項35に記載の半導体装置の製造方法において、前記有機金属化合物の気相反応による成膜は、プラズマ中において行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜42の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において
前記強誘電体膜の成膜をプラズマ中における有機金属化合物の気相反応によって行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項30〜42に記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜を有機金属化合物の液体を霧状にして基板上に導入し、反応することにより成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項44に記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜の成膜を有機金属化合物の液体を霧状にしてプラズマ中において反応し、基板上に導入することにより成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項30〜42の内のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、Si基板の表面上にSiN層を形成する工程と、前記SiN層上に酸化雰囲気で酸化タンタルを含む下地を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 酸化タンタルを含む下地と、前記下地上に設けられ、Sr、Ta、及びNbを主成分とする強誘電体材料からなる強誘電体膜とを有することを特徴とする強誘電体デバイス。
- 請求項47に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記強誘電体膜の結晶粒径が100nm以下であることを特徴とする強誘電体デバイス。
- 請求項47に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記下地はTa2O5であることを特徴とする強誘電体デバイス。
- 請求項47に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記強誘電体材料は以下の組成式で表される材料であることを特徴とする強誘電体デバイス。
Sr2(Ta1−xNbx)2O7(0<x<1)…(式1) - 請求項47に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記強誘電体膜は、酸素ラジカルによって酸素成分が導入されていることを特徴とする強誘電体デバイス。
- 請求項51に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記強誘電体膜は、希ガス元素を含有することを特徴とする強誘電体デバイス。
- 請求項51に記載の強誘電体デバイスにおいて、前記希ガス元素は、Kr、Xeの内の少なくとも1種であることを特徴とする強誘電体デバイス。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102218414A (zh) * | 2010-01-28 | 2011-10-19 | 优志旺电机株式会社 | 光处理装置及光处理方法 |
US9779797B2 (en) | 2014-03-17 | 2017-10-03 | Toshiba Memory Corporation | Non-volatile memory device |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10120494A (ja) * | 1996-10-22 | 1998-05-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 強誘電体薄膜の製造方法 |
WO2001024265A1 (fr) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Rohm, Co., Ltd. | Memoire non volatile |
JP2001110997A (ja) * | 1999-10-05 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
JP2002076290A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-15 | Toshiba Corp | 半導体メモリ装置 |
JP2002083937A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜、半導体装置及びこれらの製造方法 |
JP2002324902A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Ltd | 半導体装置、及び半導体装置の製造方法 |
JP2004363492A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2006032602A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング装置および方法 |
JP2006261159A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Tohoku Univ | 強誘電体膜、金属酸化物、半導体装置、及びそれらの製造方法 |
-
2008
- 2008-07-02 JP JP2008173864A patent/JP2010016127A/ja active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10120494A (ja) * | 1996-10-22 | 1998-05-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 強誘電体薄膜の製造方法 |
WO2001024265A1 (fr) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Rohm, Co., Ltd. | Memoire non volatile |
JP2001110997A (ja) * | 1999-10-05 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
JP2002076290A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-15 | Toshiba Corp | 半導体メモリ装置 |
JP2002083937A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜、半導体装置及びこれらの製造方法 |
JP2002324902A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Ltd | 半導体装置、及び半導体装置の製造方法 |
JP2004363492A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2006032602A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング装置および方法 |
JP2006261159A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Tohoku Univ | 強誘電体膜、金属酸化物、半導体装置、及びそれらの製造方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102218414A (zh) * | 2010-01-28 | 2011-10-19 | 优志旺电机株式会社 | 光处理装置及光处理方法 |
TWI480681B (zh) * | 2010-01-28 | 2015-04-11 | Ushio Electric Inc | Light processing device and light processing method |
US9779797B2 (en) | 2014-03-17 | 2017-10-03 | Toshiba Memory Corporation | Non-volatile memory device |
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