JP2021136451A - キャパシタ、それを含む半導体装置、及びキャパシタ製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、本発明が解決しようとする課題は、前述の開示に限定されるものではない。
前記下部電極と前記誘電膜との間に提供される界面膜をさらに含むものの、前記界面膜は、前記下部電極に含まれる金属元素を含む酸化物を含んでもよい。
前記下部電極は、1%以下の炭素不純物を含んでもよい。
前記下部電極は、1%以下の炭素不純物を含んでもよい。
ここで、発明の効果は、前記開示に限定されるものではない。
図1を参照すれば、キャパシタ1が提供されうる。キャパシタ1は、下部電極100、誘電膜200、ドーピングされたAl2O3膜300及び上部電極400を含んでもよい。下部電極100の材質は、電極としての伝導性を確保し、また、キャパシタ1の製造過程における高温工程後にも、安定したキャパシタンス性能を維持するようにも選択される。
図9は、図1のキャパシタの製造方法について説明するための断面図である。説明の簡潔さのために、図7及び図8を参照して説明されたものと実質的に同一の内容は、説明されない。
図11A及び図11Bの過程は、次の化学式によっても例示される。
[化学式1]
xMR4→xMR4−a+x*aR
[化学式2]
xMR4−a+x*aR→xMR4−a
次に、さらなるMRxソース供給が必要であるか否かということが、制御装置(図示せず)によって判断され(S130)、必要な場合、S110、S120の段階が反復されうる。
[化学式3]
yM’Cl4→yM’Cl4−b+y*bCl
[化学式4]
xMR4−a+yM’Cl4−b+y*bCl
→xMCl4−a+yM’Cl4−b+x*(4−a)R+((y*b−x*(4−a))/2)Cl2
[化学式5]
xMCl4−a+yM’Cl4−b+x*(4−a)R+((y*b−x*(4−a))/2)Cl2
→xMCl4−a+yM’Cl4−b
[化学式6]
xMCl4−a+yM’Cl4−b+zNHc
→MxM’yNz+(z*c)HCl+((x*(4−a)+y*(4−b)−z*c)/2)Cl2
11,12 半導体装置
100 下部電極
101 金属窒化膜
200 誘電膜
200a 追加酸化膜
300 ドーピングされたAl2O3膜
302 ドーピングされていないAl2O3膜
400 上部電極
500 界面膜
1100,SU 基板
1210 第1ソース/ドレイン領域
1220 第2ソース/ドレイン領域
1300 ゲート構造体
1310 ゲート電極
1320 ゲート絶縁膜
1400 層間絶縁膜
1500 コンタクト
Claims (40)
- 下部電極と、
前記下部電極上に提供される上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に提供される誘電膜と、
前記上部電極と前記誘電膜との間に提供されるドーピングされたAl2O3膜と、を含み、
前記ドーピングされたAl2O3膜は、第1ドーパントを含み、
前記第1ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する、キャパシタ。 - 前記第1ドーパントは、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されるいずれか一つである、請求項1に記載のキャパシタ。
- 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパントを50at%未満含む、請求項1または2に記載のキャパシタ。
- 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパントと異なる第2ドーパントをさらに含み、
前記第2ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のキャパシタ。 - 前記第2ドーパントは、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されるいずれか一つである、請求項4に記載のキャパシタ。
- 前記ドーピングされたAl2O3膜内において、前記第1ドーパント及び前記第2ドーパントの総含有量は、50at%未満である、請求項4に記載のキャパシタ。
- 前記下部電極と前記誘電膜は、互いに直接接する、請求項1から6のいずれか一項に記載のキャパシタ。
- 前記下部電極と前記誘電膜との間に提供される界面膜をさらに含み、
前記界面膜は、前記下部電極に含まれる金属元素を含む酸化物を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のキャパシタ。 - 前記下部電極は、MM’Nで表現される金属窒化物を含み、
前記界面膜は、MM’ONで表現される金属酸窒化物を含むが、
前記Mは、金属元素であり、前記M’は、前記Mと異なる元素であり、前記Nは、窒素であり、前記Oは、酸素である、請求項8に記載のキャパシタ。 - 前記下部電極は、1%以下の炭素不純物を含む、請求項9に記載のキャパシタ。
- 前記Mは、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つである、請求項9に記載のキャパシタ。
- 前記M’は、H、Li、Be、B、N、O、Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つである、請求項9に記載のキャパシタ。
- 前記金属窒化物のM、M’、Nの組成比をx:y:zとするとき、0<x≦2、0<y≦2、0<z≦4である、請求項9に記載のキャパシタ。
- 前記誘電膜の厚みは、5nm未満であり、
前記ドーピングされたAl2O3膜の厚みは、2nm未満である、請求項1から13のいずれか一項に記載のキャパシタ。 - 前記上部電極は、前記ドーピングされたAl2O3膜の上面に直接接し、
前記誘電膜は、前記ドーピングされたAl2O3膜の底面に直接接する、請求項1から14のいずれか一項に記載のキャパシタ。 - 前記上部電極は、TiN、MoN、CoN、TaN、TiAlN、TaAlN、W、Ru、RuO2、SrRuO3、Ir、IrO2、Pt、PtO、SRO(SrRuO3)、BSRO((Ba,Sr)RuO3)、CRO(CaRuO3)、LSCO((La,Sr)CoO3)、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載のキャパシタ。
- 基板と、
前記基板上に提供されるゲート構造体と、
前記基板の上部に提供される第1ソース/ドレイン領域及び第2ソース/ドレイン領域と、
前記基板上に提供されるキャパシタと、を含み、
前記キャパシタは、
前記第1ソース/ドレイン領域に電気的に連結される下部電極と、
前記下部電極上に提供される上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に提供される誘電膜と、
前記上部電極と前記誘電膜との間に提供されるドーピングされたAl2O3膜と、を含み、
前記ドーピングされたAl2O3膜は、第1ドーパントを含み、
前記第1ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する半導体装置。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパントと異なる第2ドーパントをさらに含み、
前記第2ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する、請求項17に記載の半導体装置。 - 前記第1ドーパント及び前記第2ドーパントのそれぞれは、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されるいずれか一つである、請求項18に記載の半導体装置。
- 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパント及び前記第2ドーパントを50at%未満含む、請求項18に記載の半導体装置。
- 前記下部電極は、MM’Nで表現される金属窒化物を含み、
前記Mは、金属元素であり、前記M’は、前記Mと異なる元素であり、前記Nは、窒素であり、前記Oは、酸素である、請求項17から20のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記Mは、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つであり、
前記M’は、H、Li、Be、B、N、O、Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つである、請求項21に記載の半導体装置。 - 前記金属窒化物のM、M’、Nの組成比をx:y:zとするとき、0<x≦2、0<y≦2、0<z≦4である、請求項21に記載の半導体装置。
- 前記上部電極は、前記ドーピングされたAl2O3膜の上面に直接接し、
前記誘電膜は、前記ドーピングされたAl2O3膜の底面に直接接する、請求項17から23のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 下部電極を形成する段階と、
前記下部電極上に誘電膜を形成する段階と、
前記誘電膜上に、ドーピングされたAl2O3膜を形成する段階と、
前記ドーピングされたAl2O3膜上に上部電極を形成する段階と、を含み、
前記ドーピングされたAl2O3膜は、第1ドーパントを含み、
前記第1ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する、キャパシタ製造方法。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜を形成する段階は、
前記誘電膜上にAl2O3膜を形成する段階と、
前記誘電膜及び前記Al2O3膜を熱処理する段階と、を含み、
前記誘電膜は、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されたいずれか1つの酸化物を含み、
前記熱処理工程により、前記誘電膜内のCa、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択された前記いずれか一つは、前記Al2O3膜内に注入され、
前記第1ドーパントは、前記誘電膜から前記Al2O3膜内に注入されるCa、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されたいずれか一つである、請求項25に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜を形成する段階は、
前記誘電膜上に、Al元素、O元素、及び前記第1ドーパントと同一の元素をイン・サイチュ工程で蒸着する段階を含み、
前記第1ドーパントと同一の元素は、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択されたいずれか一つである、請求項25に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパントと異なる第2ドーパントをさらに含み、
前記第2ドーパントと同一の元素を含む酸化物は、Al2O3より高い誘電率を有する、請求項25に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜を形成する段階は、
前記誘電膜に追加酸化膜を形成する段階と、
前記追加酸化膜上にAl2O3膜を形成する段階と、
前記誘電膜、前記追加酸化膜及び前記Al2O3膜を熱処理する段階と、を含むが、
前記誘電膜及び前記追加酸化膜は、それぞれCa、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択された互いに異なる2つの元素を含む酸化物を含み、
前記熱処理工程により、前記誘電膜及び前記追加酸化膜内のCa、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択された前記2つの元素は、前記Al2O3膜内に注入され、
前記第1ドーパント及び前記第2ドーパントは、それぞれ前記Al2O3膜内に注入されるCa、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Hf、Zr、Nb、Ta、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Yb及びLuのうちから選択された前記2つの元素である、請求項28に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記ドーピングされたAl2O3膜は、前記第1ドーパント及び前記第2ドーパントを50at%未満含む、請求項28または29に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記下部電極を形成する段階は、
反応チャンバ内に基板を配置し、前記反応チャンバに、金属有機リガンドを含む第1ソースを供給する段階と、
前記第1ソースのうち、前記基板上に吸着されていない有機リガンドを除去する一次パージング段階と、
前記反応チャンバに、ハロゲン化合物を含む第2ソースを供給する段階と、
前記第2ソースと反応していない有機リガンドを除去する二次パージング段階と、
前記反応チャンバに窒化剤を供給する段階と、を含む、請求項25から30のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記金属有機リガンドは、金属元素M、有機リガンドRからなるMRxであり、xは、0<x≦6の範囲である、請求項31に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記Mは、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つである、請求項32に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記Rは、C1−C10アルキル基、C2−C10アルケニル基、カルボニル基(C=O)、ハライド、C6−C10アリール基、C6−C10シクロアルキル基、C6−C10シクロアルケニル基、(C=O)R(Rは、水素またはC1−C10アルキル基である)、C1−C10アルコキシ基、C1−C10アミジネート、C1−C10アルキルアミド、C1−C10アルキルイミド、−N(Q)(Q’)(Q及びQ’は、互いに独立して、C1−C10アルキル基または水素である)、Q(C=O)CN(Qは、水素またはC1−C10アルキル基である)またはC1−C10β−ジケトネートのうち少なくとも1つのリガンドを含む、請求項32に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記ハロゲン化合物は、ハロゲン元素Aを含むM’Ay(yは、0より大きい実数である)で表現され、
前記M’は、H、Li、Be、B、N、O、Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa及びUのうちから選択されるいずれか一つである、請求項31から34のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。 - 前記Aは、F、Cl、Br、Iのうち少なくとも一つを含み、yは、0<y≦6の範囲である、請求項35に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記第1ソースを供給する段階、前記第2ソースを供給する段階、及び前記窒化剤を供給する段階は、AlD(atomic layer deposition)工程を使用する、請求項31から36のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記窒化剤は、NH3、N2H2、N3HまたはN2H4のうち少なくとも一つを含む、請求項31から37のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記ハロゲン化合物において、反応副産物として残ったハロゲン元素を除去するための熱処理段階をさらに含む、請求項31から38のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。
- 前記下部電極は、1%以下の炭素不純物を含む、請求項31から39のいずれか一項に記載のキャパシタ製造方法。
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