JP2022114457A - キャパシタ、及びそれを含む半導体装置 - Google Patents

キャパシタ、及びそれを含む半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】キャパシタ、及びそれを含む半導体装置を提供する。【解決手段】第１電極、該第１電極上の第２電極、及び該第１電極と該第２電極との間の誘電膜、を含み、第１電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質、を含み、第１金属性物質の電気陰性度は、第１誘電性物質の電気陰性度より大きいキャパシタである。【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタ、及びそれを含む半導体装置に関する。
ペロブスカイト結晶構造の酸化物は、高い誘電率を有しており、次世代キャパシタの誘電膜に利用される物質として関心を集めている。該ペロブスカイト結晶構造を有する誘電膜が高い誘電率を維持するためには、ペロブスカイト結晶構造が安定して維持されることが要求される。誘電膜の結晶性は、キャパシタの電極から影響を受ける。
キャパシタの電極物質として、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのような貴金属（ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）や、ペロブスカイト結晶構造を有するが、金属性を有する物質などが研究されている。貴金属、またはペロブスカイト結晶構造を有するものの、金属性を有する物質によって構成される電極が、キャパシタの電極として使用される場合、誘電膜のペロブスカイト結晶構造は、安定して維持され難い。
本発明が解決しようとする課題は、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する電極を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する誘電膜を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、高い誘電率を有する誘電膜を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを含む半導体装置を提供することである。
ただし、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。
一態様において、第１電極と、前記第１電極上の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の誘電膜と、を含み、前記第１電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質と、を含み、前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より大きいキャパシタが提供されうる。
前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度よりも０．６以上も大きい。
前記第１電極は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有し、前記第１単位層は、前記第１誘電性物質を含み、前記第２単位層は、前記第１金属性物質を含み得る。
前記第１電極の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、前記第１単位層でもある。
前記第１電極は、前記第１誘電性物質と前記第１金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質を含んでもよい。
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第３誘電性物質をさらに含み、前記第３誘電性物質の誘電特性と、前記第２誘電性物質の誘電特性は、互いに異なりもする。
前記誘電膜は、交互に積層される第２誘電膜及び第３誘電膜を含む超格子構造を有し、前記第２誘電膜は、前記第２誘電性物質を含み、前記第３誘電膜は、前記第３誘電性物質を含んでもよい。
前記第２誘電性物質は、強誘電性または常誘電性を有することができる。
前記第２電極は、ペロブスカイト結晶構造、及び誘電性を有する第４誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造、及び金属性を有する第２金属性物質と、を含み、前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第４誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。
前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第４誘電性物質の電気陰性度よりも０．６以上大きい。
前記第２電極は、交互に積層される第３単位層及び第４単位層を含む超格子構造を有し、前記第３単位層は、前記第４誘電性物質を含み、前記第４単位層は、前記第２金属性物質を含んでもよい。
前記第２電極の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、前記第３単位層でもある。
前記第２電極は、前記第４誘電性物質と前記第２金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。
前記第４誘電性物質は、前記第１誘電性物質と同一でもある。
前記第２金属性物質は、前記第１金属性物質と同一でもある。
前記誘電膜は、前記第１電極に対し、前記誘電膜の反対側に提供されるシード層をさらに含んでもよい。
一態様において、ゲート構造体、第１ソース／ドレイン領域、及び第２ソース／ドレイン領域を含むトランジスタと、第１電極、前記第１電極上の第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間の誘電膜を含むキャパシタと、を含み、前記第１電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質を含み、前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より大きく、前記第１ソース／ドレイン領域は、前記第１電極に電気的に連結される半導体装置が提供されうる。
前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気音声もよりも０．６以上大きい。
前記第１電極は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有し、前記第１単位層は、前記第１誘電性物質を含み、前記第２単位層は、前記第１金属性物質を含んでもよい。
前記第１電極は、前記第１誘電性物質と前記第１金属性物質との合金を含んでもよい。
前記第２電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有する第２金属性物質と、を含み、前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第２誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。
前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第２誘電性物質の電気陰性度よりも０．６以上も大きい。
前記第２電極は、交互に積層される第３単位層及び第４単位層を含む超格子構造を有し、前記第３単位層は、前記第２誘電性物質を含み、前記第４単位層は、前記第２金属性物質を含んでもよい。
前記第２電極は、前記第２誘電性物質と前記第２金属性物質との合金を含んでもよい。
前記第２誘電性物質は、前記第１誘電性物質と同一でもある。
前記第２金属性物質は、前記第１金属性物質と同一でもある。
本発明によれば、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する電極を提供することができる。
本発明によれば、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する誘電膜を提供することができる。
本発明によれば、高い誘電率を有する誘電膜を提供することができる。
本発明によれば、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを提供することができる。
本発明によれば、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを含む半導体装置を提供することができる。
ただし、前述の発明の効果は、前記開示に限定されるものではない。
例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。 例示的な実施形態による半導体装置の断面図である。 例示的な実施形態によるメモリ要素の断面図である。
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を称し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さと便宜さとのために誇張されてもいる。一方、以下で説明される実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。
以下で、「上」と記載されたところは、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものを含んでもよい。
単数の表現は、文脈上、明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
また、明細書に記載された「…部」というような用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味する。
図１は、例示的な実施形態によるキャパシタ１０の断面図である。
図１を参照すれば、キャパシタ１０が提供されうる。キャパシタ１０は、シード層ＳＬ、第１ａ電極１００、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００を含んでもよい。シード層ＳＬは、ペロブスカイト結晶構造を有する層を形成するためのシード層ＳＬでもある。シード層ＳＬは、伝導性物質を含んでもよい。例えば、シード層ＳＬは、ＴｉＯ２またはＳｒＯ２を含んでもよい。
第１ａ電極１００は、シード層ＳＬ上にも提供される。第１ａ電極１００は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第１ａ電極１００は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質を含んでもよい。該第１金属性物質の電気陰性度（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｉｔｙ）は、該第１誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。例えば、該第１金属性物質の電気陰性度は、該第１誘電性物質の電気陰性度よりも約０．６以上大きい。該第１誘電性物質は、ＡＢＯ３（Ｏ：酸素）で表され、誘電性を有することができる。例えば、該第１誘電性物質は、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３を含んでもよい。該第１金属性物質は、Ａ’Ｂ’Ｏ３（Ｏ：酸素）で表され、金属性を有することができる。例えば、該第１金属性物質は、ＢａＲｕＯ３、ＢａＭｏＯ３、ＢａＩｒＯ３、ＢａＶＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＭｏＯ３、ＳｒＩｒＯ３またはＳｒＶＯ３を含んでもよい。
第１誘電膜２００は、第１ａ電極１００上にも提供される。第１誘電膜２００は、ペロブスカイト結晶構造を有し、誘電性を有することができる。例えば、第１誘電膜２００は、高誘電特性または常誘電特性を有することができる。第１誘電膜２００が高誘電特性を有する場合、例えば、第１誘電膜２００は、ＢａＴｉＯ３、ＫＮｂＯ３、ＫＴａＯ３、ＰｂＴｉＯ３またはＰｂＺｒＯを含んでもよい。第１誘電膜２００が常誘電特性を有する場合、例えば、第１誘電膜２００は、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＨｆＯ３またはＳｒＺｒＯ３を有することができる。
第２ａ電極３００は、第１誘電膜２００上にも提供される。第２ａ電極３００は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第２ａ電極３００は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第２金属性物質を含んでもよい。該第２金属性物質の電気陰性度は、該第２誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。例えば、該第２金属性物質の電気陰性度は、該第２誘電性物質の電気陰性度よりも約０．６以上大きい。該第２誘電性物質は、ＡＢＯ３（Ｏ：酸素）で表され、誘電性を有することができる。例えば、該第２誘電性物質は、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３を含んでもよい。例えば、該第２誘電性物質は、該第１誘電性物質と実質的に同一でもある。該第２金属性物質は、Ａ’Ｂ’Ｏ３（Ｏ：酸素）で表され、金属性を有することができる。例えば、該第２金属性物質は、ＢａＲｕＯ３、ＢａＭｏＯ３、ＢａＩｒＯ３、ＢａＶＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＭｏＯ３、ＳｒＩｒＯ３またはＳｒＶＯ３を含んでもよい。例えば、該第２金属性物質は、該第１金属性物質と実質的に同一でもある。
ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電膜２００の誘電特性は、第１誘電膜２００の結晶性によっても変わる。例えば、第１誘電膜２００の結晶性が低ければ、誘電特性が劣化され、第１誘電膜２００の結晶性が高ければ、誘電特性が維持されうる。第１誘電膜２００の結晶性は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１ａ電極１００と第２ａ電極３００との結晶性から影響を受けることにもなる。例えば、第１ａ電極１００及び第２ａ電極３００の結晶性が低ければ、第１誘電膜２００の結晶性も低くなり、第１ａ電極１００及び第２ａ電極３００の結晶性が高ければ、第１誘電膜２００の結晶性も高くなりうる。従って、第１誘電膜２００の高い誘電率が安定して維持されるために、第１ａ電極１００及び第２ａ電極３００の結晶性が高いことが要求されうる。
金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質（例えば、ＳｒＲｕＯ３）は、低い電気的抵抗、及び高い仕事関数（ｗｏｒｋ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有するので、キャパシタの電極として使用されるのに適する電気的特性を有することができる。しかし、金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質は、外部環境により、ペロブスカイト結晶構造が崩壊されてしまう。例えば、金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質の高い酸化・還元反応性により、ペロブスカイト結晶構造ではなく、他の結晶構造に容易に変わりうる。
本開示の第１ａ電極１００は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第１誘電性物質より高い電気陰性度（例えば、約０．６以上大きい電気陰性度）を有する第１金属性物質と、を含んでもよい。第２ａ電極３００は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第２誘電性物質より高い電気陰性度（例えば、約０．６以上大きい電気陰性度）を有する第２金属性物質と、を含んでもよい。例えば、キャパシタ１０の厚みは５０Å以上でもある。該第１誘電性物質及び該第２誘電性物質自体は、高い結晶性を有することができる。該第１誘電性物質及び該第２誘電性物質は、それぞれＡ’Ｂ’Ｏ３で表される第１金属性物質及び第２金属性物質内のＯ－Ｂ’－Ｏ八面体結合（ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ）を強化することができる。Ｏ－Ｂ’－Ｏ八面体結合の強化により、該第１金属性物質及該第２金属性物質は、高い結晶性を有することができる。すなわち、該第１誘電性物質及び該第２誘電性物質により、該第１金属性物質及び該第２金属性物質それぞれの結晶性が向上されうる。該第１誘電性物質及び該第１金属性物質がいずれも高い結晶性を有するが、第１ａ電極１００も、高い結晶性を有することができる。該第２誘電性物質及び該第２金属性物質がいずれも高い結晶性を有するが、第２ａ電極３００も、高い結晶性を有することができる。それにより、第１誘電膜２００は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１０は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。例えば、向上されたキャパシタンス特性は、誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）、損失係数（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）及び／または漏れ電流密度（漏れ電流）を含んでもよい。例えば、例示的な実施形態において、該損失係数は、誘電膜２００の誘電定数を低減させず、２０％以上低減され、該漏れ電流密度は、＋／－１ＭＶ／ｃｍフィールドから、最小一次数及び／または最大三次数にも改善される。
図２は、例示的な実施形態によるキャパシタ１１の断面図である。説明の簡潔さのために、図１を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
図２を参照すれば、キャパシタ１１が提供されうる。キャパシタ１１は、シード層ＳＬ、第１ｂ電極１１０、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００を含んでもよい。シード層ＳＬ、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００は、図１を参照して説明されるシード層ＳＬ、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００とそれぞれ実質的に同一でもある。
第１ｂ電極１１０は、図１を参照して説明される第１誘電性物質及び第１金属性物質を含んでもよい。第１ｂ電極１１０は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有することができる。該超格子構造は、数ｎｍ厚を有する異種の膜が交互に積層された構造を称しうる。該第１単位層は、第１誘電性物質層でもある。該第２単位層は、第１金属性物質層でもある。
一例において、超格子構造の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、第１単位層でもある。例えば、該超格子構造の最下層及び最上層のそれぞれは、第１単位層でもある。言い換えれば、第２単位層は、そこにすぐ隣接した１対の第１単位層間に介在されうる。他の例において、該超格子構造の最下層及び最上層は、いずれも第２単位層でもある。
第２単位層内の酸素元素は、不安定であり、ペロブスカイト結晶構造を離脱しようとする性質を有することができる。酸素元素が離脱する場合、該ペロブスカイト結晶構造は、崩壊されうる。第１単位層は、電気的に安定した特性を有することができる。該第１単位層が該第２単位層に隣接するように配される場合、該第２単位層内の酸素元素は、電気的に安定した第１単位層内に流入され難いのである。該第２単位層内の酸素元素は、ペロブスカイト結晶構造内に留まることにもなる。
本開示の第１単位層は、第２単位層の結晶性を改善させることができる。それにより、第１ｂ電極１１０は、高い結晶性を有することができる。第１誘電膜２００は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１１は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
図３は、例示的な実施形態によるキャパシタ１２の断面図である。説明の簡潔さのために、図１を参照して説明されたところ、及び図２を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
図３を参照すれば、キャパシタ１２が提供されうる。キャパシタ１２は、シード層ＳＬ、第１ｂ電極１１０、第１誘電膜２００及び第２ｂ電極３１０を含んでもよい。シード層ＳＬ及び第１誘電膜２００は、図１を参照して説明されるシード層ＳＬ及び第１誘電膜２００とそれぞれ実質的に同一でもある。第１ｂ電極１１０は、図２を参照して説明される第１ｂ電極１１０と実質的に同一でもある。
第２ｂ電極３１０は、図１を参照して説明される第１誘電性物質及び第１金属性物質を含んでもよい。第２ｂ電極３１０は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有することができる。該第１単位層は、第１誘電性物質層でもある。該第２単位層は、第１金属性物質層でもある。
一例において、超格子構造の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、第１単位層でもある。例えば、該超格子構造の最下層及び最上層のそれぞれは、第１単位層でもある。言い換えれば、第２単位層は、そこにすぐ隣接した１対の第１単位層間に介在されうる。他の例において、該超格子構造の最下層及び最上層は、いずれも第２単位層でもある。
本開示の第１単位層は、第２単位層の結晶性を改善させることができる。それにより、第２ｂ電極３１０は、高い結晶性を有することができる。第１誘電膜２００は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１２は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
図４は、例示的な実施形態によるキャパシタ１３の断面図である。説明の簡潔さのために、図１を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
図４を参照すれば、キャパシタ１３が提供されうる。キャパシタ１３は、シード層ＳＬ、第１ｃ電極１２０、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００を含んでもよい。シード層ＳＬ、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００は、図１を参照して説明されるシード層ＳＬ、第１誘電膜２００及び第２ａ電極３００とそれぞれ実質的に同一でもある。
第１ｃ電極１２０は、図１を参照して説明される第１誘電性物質及び第１金属性物質を含んでもよい。第１ｃ電極１２０は、該第１誘電性物質及び該第１金属性物質の合金を含んでもよい。第１ｃ電極１２０は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第１ｃ電極１２０は、ＡｘＡ’（１－ｘ）ＢＯ３、ＡＢｙＢ’（１－ｙ）Ｏ３またはＡｘＡ’（１－ｘ）ＢｙＢ’（１－ｙ）Ｏ３によっても表される（Ｏは、酸素原子である）。
第１ｃ電極１２０内の第１誘電性物質により、第１金属性物質の結晶性が向上されうる。該第１誘電性物質及び該第１金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第１ｃ電極１２０も高い結晶性を有することができる。それにより、第１誘電膜２００は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１３は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
図５は、例示的な実施形態によるキャパシタ１４の断面図である。説明の簡潔さのために、図１を参照して説明されたところ、及び図４を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
図５を参照すれば、キャパシタ１４が提供されうる。キャパシタ１４は、シード層ＳＬ、第１ｃ電極１２０、第１誘電膜２００及び第２ｃ電極３２０を含んでもよい。シード層ＳＬ及び第１誘電膜２００は、図１を参照して説明されるシード層ＳＬ及び第１誘電膜２００とそれぞれ実質的に同一でもある。第１ｃ電極１２０は、図４を参照して説明される第１ｃ電極１２０と実質的に同一でもある。
第２ｃ電極３２０は、図１を参照して説明される第２誘電性物質及び第２金属性物質を含んでもよい。第２ｃ電極３２０は、該第２誘電性物質及び該第２金属性物質の合金を含んでもよい。第２ｃ電極３２０は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第２ｃ電極３２０は、ＡｘＡ’（１－ｘ）ＢＯ３、ＡＢｙＢ’（１－ｙ）Ｏ３またはＡｘＡ’（１－ｘ）ＢｙＢ’（１－ｙ）Ｏ３によっても表される（Ｏは、酸素原子である）。
第２ｃ電極３２０内の第２誘電性物質により、第２金属性物質の結晶性が向上されうる。該第２誘電性物質及び該第２金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第２ｃ電極３２０も、高い結晶性を有することができる。それにより、第１誘電膜２００は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１４は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
図６は、例示的な実施形態によるキャパシタ１５の断面図である。説明の簡潔さのために、図１を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
図６を参照すれば、キャパシタ１５が提供されうる。キャパシタ１５は、シード層ＳＬ、第１ａ電極１００、第２誘電膜２１０及び第２ａ電極３００を含んでもよい。シード層ＳＬ、第１ａ電極１００及び第２ａ電極３００は、図１を参照して説明されるシード層ＳＬ、第１ａ電極１００及び第２ａ電極３００とそれぞれ実質的に同一でもある。
第２誘電膜２１０は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有することができる。該第１単位層及び該第２単位層は、互いに異なる誘電特性を有することができる。例えば、第１単位層は、ペロブスカイト結晶構造を有する高誘電物質を含んでもよい。例えば、第２単位層は、ペロブスカイト結晶構造を有する常誘電物質を含んでもよい。
第１ａ電極１００内の第１誘電性物質により、第１金属性物質の結晶性が向上されうる。該第１誘電性物質及び該第１金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第１ａ電極１００も、高い結晶性を有することができる。第２ａ電極３００内の第２誘電性物質により、該第２金属性物質の結晶性が向上されうる。該第２誘電性物質及び該第２金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第２ａ電極３００も、高い結晶性を有することができる。それにより、第２誘電膜２１０は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ１５は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
図７は、例示的な実施形態による半導体装置の断面図である。説明の簡潔さのために、図１ないし図６を参照して説明されたところと実質的に同一内容は、説明されない。
図７を参照すれば、基板１０００、ゲート電極ＧＥ、ゲート絶縁膜ＧＩ、層間絶縁膜２０００、コンタクトＣＴ及びキャパシタＣＥを含む半導体装置２０が提供されうる。基板１０００は、半導体基板を含んでもよい。例えば、基板１０００は、シリコン基板、ゲルマニウム基板またはシリコン・ゲルマニウム基板を含んでもよい。
基板１０００上部に、第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１及び第２ソース／ドレイン領域ＳＤ２が提供されうる。第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１及び第２ソース／ドレイン領域ＳＤ２は、基板１０００の上面に平行な方向に沿い、互いに離隔されてもいる。第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１及び第２ソース／ドレイン領域ＳＤ２は、基板１０００に不純物が注入されても形成される。
ゲート電極ＧＥは、基板１０００上にも提供される。ゲート電極ＧＥは、第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１と第２ソース／ドレイン領域ＳＤ２との間にも提供される。ゲート電極ＧＥは、伝導性物質を含んでもよい。例えば、ゲート電極ＧＥは、金属またはポリシリコンを含んでもよい。
ゲート絶縁膜ＧＩは、ゲート電極ＧＥと基板１０００との間にも提供される。ゲート絶縁膜ＧＩは、ゲート電極ＧＥと基板１０００との間にも配される。ゲート絶縁膜ＧＩは、絶縁物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜ＧＩは、Ｓｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、Ａｌ酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）または高誘電物質（例えば、ＨｆＯ２）を含んでもよい。
層間絶縁膜２０００は、基板１０００上にも提供される。層間絶縁膜２０００は、ゲート電極ＧＥとゲート絶縁膜ＧＩとを覆うことができる。層間絶縁膜２０００は、絶縁物質を含んでもよい。例えば、層間絶縁膜２０００は、Ｓｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、Ａｌ酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）または高誘電物質（例えば、ＨｆＯ２）を含んでもよい。
層間絶縁膜２０００上にキャパシタＣＥが提供されうる。キャパシタＣＥは、図１ないし図６を参照して説明されるキャパシタ１０，１１，１２，１３，１４，１５のうちいずれか一つを含んでもよい。ただし、キャパシタＣＥの形状は、図１ないし図６に図示されたところに限定されるものではない。キャパシタＣＥの形状は、図１ないし図６に開示された技術的思想を含む範囲において、必要に応じて選択されうる。コンタクトＣＴは、キャパシタＣＥと第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１との間に提供され、層間絶縁膜２０００を貫通することができる。コンタクトＣＴは、キャパシタＣＥと第１ソース／ドレイン領域ＳＤ１とを電気的に連結することができる。
本開示のキャパシタＣＥは、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、高い結晶性を有する電極を含んでもよい。それにより、キャパシタＣＥの誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。キャパシタＣＥは、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。結果として、本開示は、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタＣＥを含む半導体装置２０を提供することができる。
図８は、例示的な実施形態によるメモリ要素の断面図である。説明の簡潔さのために、図１ないし図６を参照して説明されたところと実質的に同一内容は、説明されない。
図８を参照すれば、メモリ要素２１が提供されうる。メモリ要素２１は、抵抗変化メモリ（ＲＲＡＭ：ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）において、情報を保存する要素でもある。メモリ要素２１は、基板１０００、下部電極ＬＥ、抵抗変化膜ＲＣ及び上部電極ＵＥを含んでもよい。下部電極ＬＥ、抵抗変化膜ＲＣ及び上部電極ＵＥは、情報を保存するメモリ要素でもある。基板１０００は、図７を参照して説明された基板１０００と実質的に同一でもある。一実施形態において、基板１０００に、配線、受動素子及び／または能動素子が提供されうる。下部電極ＬＥは、前述の第１ａ電極１００、第１ｂ電極１１０または第１ｃ電極１２０と実質的に同一でもある。上部電極ＵＥは、前述の第２ａ電極３００、第２ｂ電極３１０または第２ｃ電極３２０と実質的に同一でもある。
抵抗変化膜ＲＣは、下部電極ＬＥ上にも提供される。抵抗変化膜ＲＣは、抵抗変化物質を含んでもよい。該抵抗変化物質は、印加される電圧により、その抵抗が変わる物質を称しうる。例えば、抵抗変化膜ＲＣは、ペロブスカイト結晶構造を有する絶縁膜でもある。例えば、抵抗変化膜ＲＣは、ＰｂＺｒＴｉＯ３、ＰｒＣａＭｎＯ３、またはカルシウムがドーピングされた（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３を含んでもよい。
ペロブスカイト結晶構造を有する抵抗変化膜ＲＣの抵抗変化特性は、抵抗変化膜ＲＣの結晶性によっても変わる。例えば、抵抗変化膜ＲＣの結晶性が低ければ、抵抗変化特性が劣化され、抵抗変化膜ＲＣの結晶性が高ければ、抵抗変化特性が維持されうる。抵抗変化膜ＲＣの結晶性は、ペロブスカイト結晶構造を有する下部電極ＬＥと、上部電極ＵＥとの結晶性から影響を受けうる。従って、抵抗変化膜ＲＣの抵抗変化特性が安定して維持されるために、下部電極ＬＥ及び上部電極ＵＥの結晶性が高いことが要求されるのである。
本開示の下部電極ＬＥ（すなわち、第１ａ電極１００、第１ｂ電極１１０または第１ｃ電極１２０）は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第１誘電性物質より高い電気陰性度（例えば、約０．６以上大きい電気陰性度）を有する第１金属性物質と、を含んでもよい。該第１誘電性物質及び該第１金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、下部電極ＬＥも、高い結晶性を有することができる。上部電極ＵＥ（すなわち、第２ａ電極３００、第２ｂ電極３１０または第２ｃ電極３２０）は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第２誘電性物質より高い電気陰性度（例えば、約０．６以上大きい電気陰性度）を有する第２金属性物質と、を含んでもよい。該第２誘電性物質及び該第２金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、上部電極ＵＥも、高い結晶性を有することができる。それにより、抵抗変化膜ＲＣは、高い結晶性を有することができる。
本開示は、高い結晶性を有する抵抗変化膜ＲＣを含むメモリ要素２１を提供することができる。
本開示の技術的思想の実施形態に係わる以上の説明は、本開示の技術的思想を説明するための例示を提供する。従って、本開示の技術的思想は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想内において、当業者により、前述の実施形態を組み合わせて実施するというようなさまざまな多くの修正及び変更が可能であるということは、明白である。
１０，１１，１２，１３，１４，１５ キャパシタ
２０ 半導体装置
２１ メモリ要素
１００ 第１ａ電極
１１０ 第１ｂ電極
１２０ 第１ｃ電極
２００ 第１誘電膜
２１０ 第２誘電膜
３００ 第２ａ電極
３１０ 第２ｂ電極
３２０ 第２ｃ電極
１０００ 基板
２０００ 層間絶縁膜
ＳＬ シード層

Claims (27)

  1. 第１電極と、
    前記第１電極上の第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間の誘電膜と、を含み、
    前記第１電極は、
    ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質と、
    ペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質と、を含み、
    前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より大きい、キャパシタ。
  2. 前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より０．６以上大きい、請求項１に記載のキャパシタ。
  3. 前記第１電極は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有し、
    前記第１単位層は、前記第１誘電性物質を含み、
    前記第２単位層は、前記第１金属性物質を含む、請求項１に記載のキャパシタ。
  4. 前記第１電極の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、前記第１単位層である、請求項３に記載のキャパシタ。
  5. 前記第１電極は、前記第１誘電性物質と前記第１金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有する、請求項１に記載のキャパシタ。
  6. 前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質を含む、請求項１に記載のキャパシタ。
  7. 前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第３誘電性物質をさらに含み、
    前記第３誘電性物質の誘電特性と、前記第２誘電性物質の誘電特性は、互いに異なる、請求項６に記載のキャパシタ。
  8. 前記誘電膜は、交互に積層される第２誘電膜及び第３誘電膜を含む超格子構造を有し、
    前記第２誘電膜は、前記第２誘電性物質を含み、
    前記第３誘電膜は、前記第３誘電性物質を含む、請求項７に記載のキャパシタ。
  9. 前記第２誘電性物質は、強誘電性または常誘電性を有する、請求項６に記載のキャパシタ。
  10. 前記第２電極は、
    ペロブスカイト結晶構造、及び誘電性を有する第４誘電性物質と、
    ペロブスカイト結晶構造、及び金属性を有する第２金属性物質と、を含み、
    前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第４誘電性物質の電気陰性度より大きい、請求項１に記載のキャパシタ。
  11. 前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第４誘電性物質の電気陰性度より０．６以上大きい、請求項１０に記載のキャパシタ。
  12. 前記第２電極は、交互に積層される第３単位層及び第４単位層を含む超格子構造を有し、
    前記第３単位層は、前記第４誘電性物質を含み、
    前記第４単位層は、前記第２金属性物質を含む、請求項１０に記載のキャパシタ。
  13. 前記第２電極の最下層及び最上層のうち少なくとも１層は、前記第３単位層である、請求項１２に記載のキャパシタ。
  14. 前記第２電極は、前記第４誘電性物質と前記第２金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有する、請求項１３に記載のキャパシタ。
  15. 前記第４誘電性物質は、前記第１誘電性物質と同一である、請求項１０に記載のキャパシタ。
  16. 前記第２金属性物質は、前記第１金属性物質と同一である、請求項１０に記載のキャパシタ。
  17. 前記誘電膜は、前記第１電極に対し、前記誘電膜の反対側に提供されるシード層をさらに含む、請求項１に記載のキャパシタ。
  18. ゲート構造体、第１ソース／ドレイン領域及び第２ソース／ドレイン領域を含むトランジスタと、
    第１電極、前記第１電極上の第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間の誘電膜を含むキャパシタと、を含み、
    前記第１電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第１誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第１金属性物質を含み、
    前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より大きく、
    前記第１ソース／ドレイン領域は、前記第１電極に電気的に連結される、半導体装置。
  19. 前記第１金属性物質の電気陰性度は、前記第１誘電性物質の電気陰性度より０．６以上大きい、請求項１８に記載の半導体装置。
  20. 前記第１電極は、交互に積層される第１単位層及び第２単位層を含む超格子構造を有し、
    前記第１単位層は、前記第１誘電性物質を含み、
    前記第２単位層は、前記第１金属性物質を含む、請求項１８に記載の半導体装置。
  21. 前記第１電極は、前記第１誘電性物質と前記第１金属性物質との合金を含む、請求項１８に記載の半導体装置。
  22. 前記第２電極は、
    ペロブスカイト結晶構造を有する第２誘電性物質と、
    ペロブスカイト結晶構造を有する第２金属性物質と、を含み、
    前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第２誘電性物質の電気陰性度より大きい、請求項１８に記載の半導体装置。
  23. 前記第２金属性物質の電気陰性度は、前記第２誘電性物質の電気陰性度より０．６以上大きい、請求項２２に記載の半導体装置。
  24. 前記第２電極は、交互に積層される第３単位層及び第４単位層を含む超格子構造を有し、
    前記第３単位層は、前記第２誘電性物質を含み、
    前記第４単位層は、前記第２金属性物質を含む、請求項２２に記載の半導体装置。
  25. 前記第２電極は、前記第２誘電性物質と前記第２金属性物質との合金を含む、請求項２２に記載の半導体装置。
  26. 前記第２誘電性物質は、前記第１誘電性物質と同一である、請求項２２に記載の半導体装置。
  27. 前記第２金属性物質は、前記第１金属性物質と同一である、請求項２２に記載の半導体装置。
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