JP5265848B2 - 半導体メモリ素子のキャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Ta2O5を誘電体層13として使用するために、Ta2O5を下部電極12上に形成すると、これを非晶質状態から結晶化するための熱処理が必須的に実施されることになる。しかし、熱処理温度が摂氏約700℃と非常に高いために、下部電極12の特性が変わるという問題点がある。例えば、SiO2/Ruの下部構造を使用した場合には、図2の相変移図に示したように、特に、SiO2/Ruの境界面で温度上昇による固溶構造が変形されて、結果的に、スタック構造自体が変形されるという問題点がある。また、SiO2/Ruのアドヒージョン問題が発生して、製造工程においてエッチング液として使用されるHF、NH4FおよびDI(DeIonized solution:脱イオン水)を含むLAL溶液が下部電極に侵入するという問題点がある。
そして、導電性プラグ11であるTiNを下部構造体として使用する場合、高温熱処理工程時、Ruの下部電極12を通じて酸素ラジカルがTiN層に拡散反応してTiO2およびN2を生成させる。この場合、コンタクト抵抗が非常に大きくなり、N2の発生によってスタック構造が変形されるという問題点がある。
本発明において、前記V酸化物は、V2O5であり、前記Nb酸化物は、Nb2O5であることを特徴とする。
本発明において、前記誘電体層は、Ta酸化物を含むことを特徴とする。
本発明において、前記Ta酸化物は、Ta2O5であることを特徴とする。
本発明において、前記(b)工程は、前記バッファ層をエッチングして前記下部構造体の表面を露出させて前記スペーサを形成させる工程と、前記スペーサを完全に導電性物質で充填させて前記下部電極を形成する工程と、前記下部電極の表面をエッチングして平坦化する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明において、前記バッファ層のエッチングによって、前記バッファ層は、その断面において、上部側が下部側より薄いテーパ状にしたことを特徴とする。
本発明において、前記下部電極は、Ruから形成することを特徴とする。
本発明において、前記誘電体層は、Ta酸化物を含むことを特徴とする。
本発明において、前記バッファ層は、前記下部電極の側面に形成されたことを特徴とする。
本発明において、前記下部構造体は、半導体基板、前記半導体基板に導電性不純物がドーピングされて形成された第1不純物領域および第2不純物領域、前記第1不純物領域と第2不純物領域との間に形成されたゲート構造体、および前記第2不純物領域と前記下部電極とを電気的に連結する導電性プラグを備えることを特徴とする。
本発明において、前記下部電極は、Ruを含むことを特徴とする。
図3は、本発明による3次元半導体キャパシタを示す図面である。図3に示したように、導電性プラグ21上には、酸化防止膜28が形成されている。導電性プラグ21および酸化防止膜28上には、下部電極22が形成されており、下部電極22の側表面には、バッファ層23が形成されている。そして、バッファ層23を取り囲んで誘電体層24および上部電極25が順次に形成されている。上部電極25の側部には、選択的にAl2O3層26をさらに形成させ得る。
以下、図面を参照して、本発明による3次元半導体キャパシタの製造方法についてさらに詳細に説明する。本発明の実施形態による3次元構造の半導体キャパシタの下部構造体は、米国特許第6,337,216号明細書および第6,605,835号明細書に開示された一般的な半導体製造工程技術を利用できる。図4Aないし図4Kは、本発明による3次元半導体キャパシタの製造方法によって3次元半導体キャパシタが製造される様子を示す図面である。ここで、説明のために各層の厚さおよび幅は、誇張して示した。
すなわち、図4Hおよび図4Iに示したように、上部電極25上に水素障壁層26を形成する。例えば、ALD工程またはCVD工程によってAl2O3の水素障壁層26を形成することができる。
21a,21b 絶縁層
22 下部電極
23 バッファ層
24 誘電体層
25 上部電極
26 水素障壁層
27 エッチング防止層
28 酸化防止層
Claims (6)
- 半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法において、
(a)下部構造体上に絶縁層を形成し、前記絶縁層にトレンチを形成して前記トレンチ内にV族酸化物を蒸着してバッファ層を形成する工程と、
(b)前記バッファ層をエッチングしてスペーサを形成させた後、前記スペーサ内に導電性物質を塗布して、Ru、Pt、IrまたはPdである下部電極を形成させる工程であって、誘電物質からなる前記バッファ層をエッチングして前記下部構造体の表面を露出させて前記スペーサを形成させると共に、前記スペーサは、前記下部電極の下端と上端との間で前記上端へ向けて厚さが順次薄くなるようにテーパ形状とされ、前記V族酸化物は前記誘電体層と接して形成される、工程と、
(c)前記絶縁層を除去し、前記バッファ層上に誘電体層および白金を含む上部電極を順次に形成させる工程と、を含み、
V酸化物およびNb酸化物のうち少なくとも何れか一つを含む前記バッファ層と前記バッファ層上に形成されたTa2O5からなる誘電体層とを備え、前記誘電体層を形成後、Ta2O5よりも低い再結晶化温度で前記熱処理を行う、
ことを特徴とする半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法。 - 前記V酸化物は、V2O5であり、前記Nb酸化物は、Nb2O5である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法。 - 前記(b)工程は、
前記スペーサを完全に導電性物質で充填させて前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の表面をエッチングして平坦化する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法。 - 半導体メモリ素子のキャパシタにおいて、
下部構造体上に形成された、Ru、Pt、IrまたはPdである下部電極と、
前記下部電極の表面に形成され、かつ、V族酸化物を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された白金を含む上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、V酸化物およびNb酸化物のうち少なくとも何れか一つを含み、前記誘電体層はTa2O5からなり、
誘電物質からなる前記バッファ層は、前記下部電極の下端と上端との間で前記上端へ向けて厚さが順次薄くなるようにテーパ形状とされ、前記V族酸化物は前記誘電体層と接して形成される
ことを特徴とする半導体メモリ素子のキャパシタ。 - 前記バッファ層は、前記下部電極の側面に形成された
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体メモリ素子のキャパシタ。 - 前記下部構造体は、
半導体基板、前記半導体基板に導電性不純物がドーピングされて形成された第1不純物領域および第2不純物領域、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に形成されたゲート構造体、および前記第2不純物領域と前記下部電極とを電気的に連結する導電性プラグを備える
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体メモリ素子のキャパシタ。
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