JP2010056275A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板1上に強誘電体キャパシタ37を形成する際、下部電極膜25の上に、アモルファス又は微結晶の酸化導電膜26を形成する。酸化導電膜26を熱処理により結晶化した後、強誘電体膜27の初期層27Aの形成時に酸化導電膜26を還元することにより、結晶粒が小さく且つ配向が整った第2の導電膜26Aを形成する。強誘電体膜27は、MOCVD法により形成し、その初期層27Aは第2の導電膜26Aの結晶配向に倣って成長する。これにより、強誘電体膜27の表面モフォロジが良好になる。
【選択図】図1H
Description
また、下部電極の結晶性を向上させるために、下から順にIr、IrO、Pt、PtO、Ptの積層構造を形成することも検討されている。これに関連する技術としては、例えば、特許文献2や特許文献3に開示されている。この場合、導電性プラグの酸化を防止するために、Ir膜は200nm以上にすると良い。しかしながら、Ir膜を厚く堆積させると、エッチングが困難になる。
他のキャパシタの積層構造としては、密着層上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された誘電体膜と、誘電体膜上に形成された浮遊電極と、浮遊電極上に形成され、誘電体膜とは配向方向が異なる別の誘電体膜と、別の誘電体膜上に形成された上部電極とを有するものが知れている。この場合、密着層としては、TiOx、Pt、Ti、PtOx、IrOx、ZrOx、TiN、TiAlNなどがあげられる。これに関連する技術としては、例えば、特許文献5に開示されている。
また、下部電極を構成する導電性膜の酸化を防止するために、導電性膜に貴金属膜を積層させ、貴金属膜上に強給電体膜を形成することがある。この場合の貴金属膜は少なくとも2層以上の積層構造として形成される。これに関連する技術としては、例えば、特許文献13に開示されている。
なお、下部電極のIrO2を成膜するとき、イリジウムフラックスと酸素の分圧比がQswに影響を与えることが知れている。これに関連する技術としては、例えば、特許文献22に開示されている。
この発明は、強誘電体膜の結晶の配向を均一にできる半導体装置の製造方法を提供する。
本発明の第1実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1A〜図1Lは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、スタック構造の強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置(強誘電体メモリ)である。
まず、n型又はp型のシリコン基板1(半導体基板)の表面に、トランジスタの活性領域を画定する素子分離絶縁膜2を形成する。この実施の形態では素子分離絶縁層2として、シャロートレンチアイソレーション(STI)を形成する。STIは、シリコン基板1の素子分離領域に溝を形成し、その中に酸化シリコン等の絶縁膜を埋め込むことにより形成される。なお、素子分離絶縁層2は、STIに限られず、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法で形成した絶縁膜であっても良い。
この後に、ゲート電極6A,6Bを含むシリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極6A,6Bの両側部分のみを残して絶縁性サイドウォール10を形成する。絶縁膜には、例えばCVD法により形成された酸化シリコン膜が用いられる。
さらに、ゲート電極6A,6Bを含むシリコン基板1の上側全面に金属膜をスパッタ法により形成する。金属膜は、例えば、コバルト膜等の高融点金属が好ましいが、比較的に融点が低い金属であっても良い。そして、この金属膜を加熱してシリコンと反応させることにより、ゲート電極6A,6Bの上面と、ソース/ドレイン領域11A,11Bにおけるシリコン基板1上にそれぞれにコバルトシリサイド層等の金属シリサイド層12a、12bを形成する。この熱処理によって、各ソース/ドレイン領域11A,11Bが活性化されて低抵抗化する。
ここまでの工程で、シリコン基板1の活性領域ごとに、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6A,6B、ソース/ドレイン領域11A,11B等によって構成される2つのMOSトランジスタT1,T2が形成される。
そして、第1層間絶縁膜14の表面を化学的機械研磨 (CMP:Chemical Mechanical Polishing)法で研磨して平坦化させ、シリコン基板1の表面から第1層間絶縁膜14の表面までの膜厚を所定値、例えば、約700nmに調整する。
まず、酸化防止絶縁膜13と第1層間絶縁膜14とをフォトリソグラフィ法によってパターニングして、コンタクトホール15A,15B,15Cを形成する。コンタクトホール15A〜15Cの深さはソース/ドレイン領域11A,11Bのそれぞれの高融点金属シリサイド層12a、12bに到達するまでとし、その径は例えば0.25μmにする。
第2層間絶縁膜19上に図示を省略するレジスト膜を第2層間絶縁膜19上にスピンコート法等により塗布し、フォトリソグラフィ技術によって導電性プラグ16A上と導電性プラグ16B上のそれぞれに開口部を1つずつ形成する。そして、このようなレジストパターンをマスクとして使い、第2層間絶縁膜19及び第1酸化防止膜18をドライエッチングし、コンタクトホール15A,15Bに接続されるビアホール20A,20Bを形成する。ビアホール20A,20Bには、導電性プラグ21A,21Bが埋め込まれる。導電性プラグ21A,21Bは、導電性プラグ16A、16Bと同様のプロセスで作製される密着層22AとW層22Bとから形成される。
第2層間絶縁膜19の表面をNH3プラズマで処理することにより、表面の酸素原子にNH基を結合させる。これによって、第2層間絶縁膜19上にTi原子をさらに堆積させてもTi原子が酸素原子に捕獲されてしまうことがなくなり、第2層間絶縁膜19の表面を自在に移動できるようになる。つまり、第2層間絶縁膜19上にTi膜が所定の結晶配向、例えば、(002)配向に自己組織化できるようになり、その上面の平坦性を改善できる。
次に、下地導電膜23の上に酸素拡散バリア膜24として窒化チタンアルミニウム(TiAlN)膜を形成する。TiAlN膜は、例えば、Ti及びAlの合金化したターゲットを使った反応性スパッタにより100nmの厚さに形成する。成膜条件は、例えばArを40sccm及び窒素を10sccmの流量で供給した混合雰囲気において、253.3Paの圧力、400℃の基板温度、1.0kWのスパッタパワーに設定する。
酸化拡散バリア層24と下部電極25は、TiNの下地導電膜23の結晶方位を受け継いで(111)に優先配向する。
そのような条件で形成された酸化導電膜26は、少なくともアモルファス、微結晶のいずれかの状態、即ち、アモルファス、微結晶、又はアモルファスと微結晶が混在する状態となっている。
より詳細には、酸化導電膜26を形成したシリコン基板1をMOCVD装置のチャンバにセットする。そして、図2に示すように、チャンバ内にO2ガスをチャンバ内に、例えば、2000sccm流してから、シリコン基板1を目標温度、即ち第1強誘電体膜27のうちの初期層27A及びコア層27Bの形成温度まで昇温させる。なお、この昇温過程では、熱処理で結晶化させた酸化導電膜26のIrOxが再度酸化されることはない。
PZT膜を構成するPb,Zr,Tiは、それぞれが液体原料として予め調製されている。ここで、Pb原料としてテトラキスジメチルへプタンジオネート鉛(Pb(DMHD)2)を、Zr原料としてテトラキスジメチルへプタンジオネートジルコニウム(Zr(DMHD)4)を、Ti原料としてビスイソプロポキシビスジピバロイルメタネートチタン(Ti(O−iPr)2(DPM)2)をそれぞれ使用した。これらの原料を、それぞれ酢酸ブチルに0.2mol/L(モル/リットル)、0.1mol/L、0.1mol/Lの濃度で溶解させ、Pb,Zr,Tiの各液体原料を製造した。そして、これら原料ガスの流量は、Pbの原料ガスの流量と、Zrの原料ガスの流量と、Tiの原料ガスの流量と、酢酸ブチルの流量との総量が常に1.2mL(ミリリットル)/分になるように制御する。
また、酸化導電膜26の膜厚は、10nm〜40nmが望ましい。酸化導電膜26がそれよりも薄くなると、その後の熱処理時に下部電極膜25が酸化し易くなる。これに対して酸化導電膜26がそれよりも厚すぎると、PZTの初期層27A形成時の還元工程で酸化導電膜26を十分に還元させることができなくなる。
なお、熱処理温度が600℃より低い場合は、図2に示す昇温時に異常酸化が発生し易くなる。これに対し、熱処理温度が750℃を越えると、CMOSのトランジスタ特性が熱履歴の影響により初期状態から変化し易くなる。このため、この実施の形態では、酸化導電膜26形成後の熱処理の温度をその一例として650℃に設定する。また、このときの圧力は、常圧以下で0.1Paより高く設定した。これにより、酸化導電膜26のIrOxが均一に結晶化される。
また、それらの試料についてPZT膜の結晶方位を調べたところ、図9A、図9B、図9Cに示すように、(100)面、(101)面の配向強度が低くなる一方、(222)配向強度が高くなった。
第1強誘電体膜27の全面に、アモルファス状の第2強誘電体膜28を例えばスパッタ法により形成する。第2強誘電体膜28は、例えば膜厚が1nm〜30nm、より好ましくは20nmとする。
なお、第2上部電極30の材料として、IrO2の代わりにIr、Ru、Rh、Re、Os、Pd、これらの酸化物、SrRuO3などの導電性酸化物や、これらの積層構造を用いても良い。
まず、第2上部電極膜30上に水素バリア膜31として、Ir膜をスパッタにより、Ar雰囲気中、1Paの圧力下、1.0kWのスパッタパワーで50nm〜100nmの厚さに堆積する。なお、水素バリア膜31は、導電性向上膜としても機能する。その材料は、Irに限定されず、Ru、Rh膜及びPd膜からなる群から選択された膜を使うことも可能である。
第1のマスク材料層32は、水素バリア膜31の上に形成され、スパッタ法により成膜されたTiNからなる。第1のマスク材料層32は、TiAlNや、TaAlN、TaN膜及びこれらの積層膜でも良い。
第2のマスク材料層33は、第1のマスク材料層32の上に形成され、例えばTEOSガスを使用するCVD法で成膜された酸化シリコン膜からなる。
HBr、O2、Ar、及びC4F8の混合ガスをエッチングガスとしてプラズマエッチングを行い、ハードマスク34で覆われていない部分の第1、第2上部電極膜29,30、第1、第2強誘電体膜27,28、第2の導電膜26A及び下部電極膜25をドライエッチングする。これによって、上部電極膜29,30がパターニングされてキャパシタ用の上部電極35が形成され、同様に第2の導電膜26A及び下部電極膜25がパターニングされてキャパシタ用の下部電極36が形成される。そして、上部電極80、強誘電体膜27,28、及び下部電極73を有する強誘電体キャパシタ37が形成される。パターニングが終了したら第2のマスク材料層33をドライエッチング又はウェットエッチにより除去する。
強誘電体キャパシタ37及び第2層間絶縁膜19を覆う第1保護膜41としてAl2O3をスパッタ法により20nmの膜厚に形成する。又は、第1保護膜41としてMOCVD法又はALD法で2nm〜5nmのAl2O3膜を形成する。
第2保護膜42を構成するAl2O3膜は、水素や水分等の還元性物質が透過することを阻止する機能に優れている。このため、強誘電体膜27,28の強誘電体特性が還元性物質により劣化されることが防止される。
続いて、N2Oガス又はN2ガス等を用いて発生させたプラズマ雰囲気で、熱処理を行って第3層間絶縁膜43中の水分を除去する。この際、第3層間絶縁膜43の膜質が改善されて膜中に水分が入り難くなる。
まず、第3層間絶縁膜43の全面に、バリア膜として第3保護膜44を例えばスパッタ法又はCVD法により形成する。第3保護膜44としては、例えば、膜厚が20nm〜100nmのAl2O3膜が用いられる。平坦化された第3層間絶縁膜43上に第3保護膜44が形成されるため、第3保護膜44の表面は平坦になる。
pウェル3の中央の導電性プラグ16Bの上にビアホール48を形成する。ビアホール48に導電性プラグ49を形成する際には、ビアホール48の表面にTiN膜を単層で密着層として形成するのが好ましい。なお、密着層は、Ti膜をスパッタにより形成し、その上にTiN膜をMOCVD法により形成することで形成することも可能である。この場合、TiN膜から炭素除去を行うため、窒素と水素の混合ガスプラズマ中での処理が必要になるが、この実施の形態では、上部電極35上にIrからなる水素バリア膜31を形成しているので、上部電極35が還元されることはない。
第4層間絶縁膜45上に導電性プラグ47A,47B,49に対応して配線パターンを形成する。即ち、例えばスパッタ法により、膜厚が60nmのTi膜と、膜厚が30nmのTiN膜と、膜厚が360nmのAlCu合金膜と、膜厚が5nmのTi膜と、膜厚が70nmのTiN膜とを順次形成する。これにより、Ti膜、TiN膜、AlCu合金膜、Ti膜及びTiN膜からなる積層膜を形成する。
その後、図示を省略するが層間絶縁膜を形成した後、導電性プラグの形成及び下から第2〜5層目以降の配線の形成等を行う。そして、例えばTEOS酸化膜及びSiN膜からなるカバー膜を形成すると、強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリが完成する。
本発明の第2実施の形態について図10を参照して詳細に説明する。なお、第1実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体装置は、スタック構造を有する半導体記憶装置(強誘電体メモリ)である。ビアホールを利用して導電性プラグ21A,21Bを形成した際、導電性プラグ21A,21Bの表面と周囲の第2層間絶縁膜19の両方を完全に平坦にするは困難である。一般的には、導電性プラグ21A,21Bの上面の高さが第2層間絶縁膜19の上面の高さより低くなり、第2層間絶縁膜19のうち導電性プラグ21A,21Bの上にリセスが形成される。このリセスの深さは20nm〜50nmであり、典型的には約50nm程度である。このリセスは、下部電極及び強誘電体膜の配向に影響を与える。
この後、RTAで窒素の雰囲気中、650℃の基板温度で60秒の熱処理を行うと、(111)配向のTiNからなる導電性の下地膜23Aが得られる。下地膜23Aの厚さは100nm〜300nmであることが好ましく、この実施の形態では約100nmとした。なお、下地膜23Aは窒化チタン膜に限定されず、タングステン膜、シリコン膜、及び銅膜のいずれかを形成しても良い。
その後のプロセスは、第1実施の形態と同様である。即ち、酸素拡散バリア膜24、下部電極膜25及び酸化導電膜26を形成し、酸素とArガスの混合ガス雰囲気中で急速熱処理(RTA)する。その後、第1強誘電体膜27をMOCVD法で形成するときに酸化導電膜26を還元して第2の導電膜26Aを形成する。さらに、第2強誘電体膜28と上部電極膜29,30、水素バリア膜31を順番に形成してからハードマスクを使ってパターニングし、強誘電体キャパシタ37を形成する。さらに、その上に配線を形成する。
本発明の第3実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、第1及び第2実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
この実施の形態は、プレーナ構造のキャパシタを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
シリコン基板1の表面に素子分離絶縁膜2によってメモリ領域内の活性領域同士、即ちpウェル3同士を区画し、トランジスタT1,T2を形成する。さらに、各ソース/ドレイン領域11A,11Bの位置に対応して第1層間絶縁膜14に図示を省略する導電性プラグ16Aと、導電性プラグ16B,16Cを形成する。ここまでの工程の詳細は、第1実施の形態と同様である。
酸化導電膜26上に第1強誘電体膜27としてPZT膜をMOCVD法により形成する。この実施の形態では、最初にMOCVD法によって初期層27A及びコア層27Bを形成した後、スパッタ法によって表層部27Cを形成する。成膜条件は、第1実施の形態と同様である。初期層27Aの形成時に原料ガスに含まれる溶媒成分によって酸化導電膜26が還元されて第2の導電膜26Aに改質される。第2の導電膜26Aは、その下層の下部電極膜83のIr膜の配向性に合わせてIr(111)面に優先的に配向する。これにより、1強誘電体膜27のPZTは、下地となる第2の導電膜26Aの結晶配向に合わせて(111)面が優先的に配向される。
まず、第1実施形態と同様に、第1強誘電体膜27の全面に、アモルファス状の第2強誘電体膜28を形成する。さらに第2強誘電体膜28上に、第1上部電極膜29、第2上部電極膜30、水素バリア膜31、ハードマスクとして用いる第1のマスク材料層32及び第2のマスク材料層33を順次形成する。
その後に、第2のマスク材料層33上に、上部電極形状のレジストパターン(不図示)を形成する。さらに、レジストパターンをマスクにして、第1、第2のマスク材料層32、33をエッチングする。
これにより、図13Dに示すように、上部電極膜29,30がパターニングされてキャパシタ用の上部電極85が形成される。エッチング後、第1、第2のマスク材料層32、33を除去する。
パターニングされたフォトレジストパターンをマスク(不図示)に使用して強誘電体膜27,28をエッチングによりストライプ状にパターニングする。強誘電体膜27,28は、複数の上部電極85の下を通る長方形の平面形状を有している。次いで、酸素雰囲気で例えば300℃〜400℃、30分間〜120分間、熱処理を行う。
第1保護膜30の全面にフォトレジスト膜を例えばスピンコート法によって形成する。フォトリソグラフィ法でフォトレジスト膜を所定の平面形状、即ち強誘電体キャパシタの下部電極の平面形状にパターニングする。
続いて、フォトレジスト膜をマスクにして第1保護膜41及び第2の導電膜26A、下部電極膜83及び下部電極密着膜82をエッチングして下部電極86を形成する。下部電極86の平面形状は、略長方形であり、その端部は強誘電体膜27,28からはみ出す大きさである。このようにしてパターニングされた上部電極85、強誘電体膜27,28及び下部電極86によって、強誘電体キャパシタ87が形成される。
第2保護膜42の全面に第3層間絶縁膜43として、例えばTEOSを用いるプラズマCVD法により膜厚が1400nmのシリコン酸化物を形成する。この後、例えばCMP法により、第3層間絶縁膜43の表面を平坦化する。
ビアホール91内に例えば膜厚が20nmのTi膜と、膜厚が50nmのTiN膜と順番に例えばスパッタ法により形成する。これらのTi膜及びTiN膜によって、第2コンタクトホール91に密着膜94Aが形成される。さらに、密着膜94A上にW膜94BをCVD法により成長させ、W膜94Bでビアホール91を埋める導電性プラグ95を形成する。同様にして、ビアホール92に導電性プラグ96、ビアホール93A,93Bに導電性プラグ97A,97Bを形成する。
これにより、酸化導電膜26を還元したときに微小な結晶の第2導電膜26Aが得られるようになる。従って、第1強誘電体膜27のコア層27BをMOCVD法により形成するときにPZT膜のモフォロジを改善できる。このため、プレーナ構造のキャパシタを有する半導体装置の製造方法において、第1実施の形態と同様の効果が得られる。
(付記1)基板の上方に第1の金属からなる第1の膜を形成する工程と、前記第1の膜上に、金属酸化物からなるアモルファス、微結晶のいずれかの第2の膜を形成する工程と、前記第2の膜を熱処理する工程と、前記第2の膜を熱処理した後に、第2の膜を還元する工程と、前記第2の膜上に強誘電体からなる第3の膜を形成する工程と、前記第3の膜上に第2の金属からなる第4の膜を形成する工程と、有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)付記1に記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の加熱処理は大気圧下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3)付記1又は付記2に記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の前記熱処理は、急速熱アニールであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記4)付記1乃至付記3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の前記熱処理は、酸素を含む雰囲気で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記5)付記1乃至付記4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の厚さは、10nm乃至40nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記6)付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜は、10℃乃至100℃の温度下で形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)付記1乃至付記6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜は、前記第3の原料ガスに含まれる溶媒成分により還元されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8)付記1乃至付記7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記金属酸化物は、前記第1の金属の酸化物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記9)付記1乃至付記8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第1の金属は、イリジウム、ルテニウム、ロジウム及びパラジウムのうちのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10) 付記1乃至付記9に記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜を熱処理する雰囲気内の酸素の含有量は0.1流量%以上100流量%以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11)付記1乃至付記10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の熱処理温度は600℃以上、750℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)付記1乃至付記11のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第2の膜の熱処理は前記大気圧以下で1Pa以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記13)付記1乃至付記12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第1の膜の形成後であって前記第2の膜を形成する前に、不活性ガス雰囲気で前記第1の膜を熱処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記14)付記13に記載の半導体装置の製造方法において、前記第1の膜を600℃以上、且つ750℃以下の温度で熱処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記15)付記1乃至付記14のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第3の膜の初期層を気相成長する期間に前記第2の膜を還元することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記16)付記15に記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜の形成は、前記初期層上に成膜レート及び膜厚が前記初期層に比べて高いコア層をCVD法により形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17)付記15又は付記16に記載の半導体装置の製造方法において、前記初期層は、2.5nm〜10nmの膜厚に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記18)付記1乃至付記17のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜は、前記第2の膜の結晶配向と同じ結晶配向の膜を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記19)付記1乃至付記18のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記強誘電体膜は、形成雰囲気中に導入する酸素ガスの比率を変化させながら形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記20)付記1乃至付記18のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、前記第3の膜は、ペロブスカイト構造又はビスマス層状構造を有する強誘電体材料からなる膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
25 下部電極膜(第1の膜)
26 酸化導電膜(第2の膜)
26A 第2の導電膜
27 第1強誘電体膜(第3の膜)
27A 初期層
27B コア層
29 上部電極膜(第4の膜)
37 強誘電体キャパシタ
Claims (9)
- 基板の上方に第1の金属からなる第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に、金属酸化物からなるアモルファス、微結晶のいずれかの第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜を熱処理する工程と、
前記第2の膜を熱処理した後に、第2の膜を還元する工程と、
前記第2の膜上に強誘電体からなる第3の膜を形成する工程と、
前記第3の膜上に第2の金属からなる第4の膜を形成する工程と、
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜の加熱処理は大気圧下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜の前記熱処理は、急速熱アニールであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜の前記熱処理は、酸素を含む雰囲気で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1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜の厚さは、10nm乃至40nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜は、10℃乃至100℃の温度下で形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の膜は、前記第3の原料ガスに含まれる溶媒成分により還元されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属酸化物は、前記第1の金属の酸化物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の金属は、イリジウム、ルテニウム、ロジウム及びパラジウムのうちのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019125754A (ja) * | 2018-01-19 | 2019-07-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013082995A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-05-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法、半導体装置および基板処理装置 |
JP6074985B2 (ja) | 2012-09-28 | 2017-02-08 | ソニー株式会社 | 半導体装置、固体撮像装置、および半導体装置の製造方法 |
JP6492681B2 (ja) | 2015-01-20 | 2019-04-03 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
US9799603B2 (en) * | 2016-01-27 | 2017-10-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device structure and method for forming the same |
US10475738B2 (en) * | 2016-12-27 | 2019-11-12 | United Microelectronics Corp. | Multi-threshold voltage semiconductor device |
US11121139B2 (en) * | 2017-11-16 | 2021-09-14 | International Business Machines Corporation | Hafnium oxide and zirconium oxide based ferroelectric devices with textured iridium bottom electrodes |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002064186A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2005108876A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2008091482A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3412051B2 (ja) | 1993-05-14 | 2003-06-03 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | キャパシタ |
JPH0922892A (ja) | 1995-07-04 | 1997-01-21 | Hitachi Ltd | 化合物半導体装置の製造方法 |
JP3929513B2 (ja) | 1995-07-07 | 2007-06-13 | ローム株式会社 | 誘電体キャパシタおよびその製造方法 |
JP3389845B2 (ja) | 1997-11-07 | 2003-03-24 | 株式会社日立製作所 | 誘電体メモリ |
US6350643B1 (en) * | 1997-12-18 | 2002-02-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Reduced degradation of metal oxide ceramic due to diffusion of a mobile specie therefrom |
JP3641142B2 (ja) | 1997-12-24 | 2005-04-20 | 株式会社東芝 | 強誘電体メモリ |
JP2000091539A (ja) | 1998-07-16 | 2000-03-31 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
US6509601B1 (en) | 1998-07-31 | 2003-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor memory device having capacitor protection layer and method for manufacturing the same |
JP2000091551A (ja) | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
JP3159255B2 (ja) | 1998-09-16 | 2001-04-23 | 日本電気株式会社 | 強誘電体容量で用いる電極のスパッタ成長方法 |
US6376090B1 (en) | 1998-09-25 | 2002-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing a substrate with an oxide ferroelectric thin film formed thereon and a substrate with an oxide ferroelectric thin film formed thereon |
JP2000164818A (ja) | 1998-09-25 | 2000-06-16 | Sharp Corp | 酸化物強誘電体薄膜被覆基板の製造方法及び酸化物強誘電体薄膜被覆基板 |
US6388285B1 (en) | 1999-06-04 | 2002-05-14 | International Business Machines Corporation | Feram cell with internal oxygen source and method of oxygen release |
JP3950290B2 (ja) | 1999-09-10 | 2007-07-25 | 三星電子株式会社 | キャパシタ保護膜を含む半導体メモリ素子及びその製造方法 |
US7022530B2 (en) | 2001-04-03 | 2006-04-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP3496017B2 (ja) | 2001-04-03 | 2004-02-09 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
US6781179B2 (en) | 2001-05-30 | 2004-08-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having a capacitor comprising an electrode with an iridium oxide film as an oxygen barrier film |
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JP4428500B2 (ja) | 2001-07-13 | 2010-03-10 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 容量素子及びその製造方法 |
JP3654352B2 (ja) | 2001-08-20 | 2005-06-02 | 富士通株式会社 | キャパシタを有する半導体装置の製造方法 |
JP2003068991A (ja) | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2003209179A (ja) | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Fujitsu Ltd | 容量素子及びその製造方法 |
JP3956134B2 (ja) | 2002-01-29 | 2007-08-08 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体素子の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
US20030143853A1 (en) | 2002-01-31 | 2003-07-31 | Celii Francis G. | FeRAM capacitor stack etch |
JP2004095638A (ja) | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Fujitsu Ltd | 薄膜デカップリングキャパシタとその製造方法 |
JP4421814B2 (ja) | 2002-10-30 | 2010-02-24 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 容量素子の製造方法 |
JP4316358B2 (ja) | 2003-11-27 | 2009-08-19 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
JP4392336B2 (ja) * | 2004-03-25 | 2009-12-24 | パナソニック株式会社 | 強誘電体容量素子の製造方法 |
-
2008
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-
2009
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002064186A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2005108876A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2008091482A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019125754A (ja) * | 2018-01-19 | 2019-07-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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