JP7123622B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態における不揮発性メモリセルである強誘電体メモリセルを有する半導体装置について図面を参照しながら説明する。まず、強誘電体メモリセルを含むシステムが形成された半導体装置である半導体チップCHPの平面レイアウト構成について、図1を用いて説明する。図1において、半導体チップCHPは、強誘電体メモリ回路C1、CPU(Central Processing Unit)回路C2、RAM(Random Access Memory)回路C3、アナログ回路C4およびI/O(Input/Output)回路C5を有する。
以下に、図2および図3を用いて、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。本実施の形態では、半導体装置の構造の一例として、強誘電体メモリ回路C1において形成される強誘電体メモリセルMC、および、CPU回路C2において形成される低耐圧MISFET1Qについて説明する。
次に、強誘電体メモリセルMCの動作例について、図4を参照して説明する。
以下に、図5~図17を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。図5~図17の各々は、強誘電体メモリセルMCが形成される領域MRと、低耐圧MISFET1Qが形成される領域LRとを示す断面図である。
図24は、本願発明者が検討した検討例の半導体装置を示しており、本実施の形態の図12に対応する製造工程中の断面図を示している。すなわち、図24は、強誘電体層FELとなるアモルファス膜に対して、結晶化用の熱処理を施し、強誘電体膜FE4が形成された状態を示している。
以下に、実施の形態1の変形例の半導体装置を、図18を用いて説明する。また、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。
以下に、実施の形態2の半導体装置を、図19を用いて説明する。また、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。図19は、実施の形態1の図12に対応する製造工程中の断面図を示している。
以下に、実施の形態3の半導体装置を、図20を用いて説明する。また、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。
以下に、実施の形態4の半導体装置を、図21を用いて説明する。また、以下の説明では、実施の形態3との相違点を主に説明する。
以下に、実施の形態5の半導体装置を、図22および図23を用いて説明する。また、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。図22は、実施の形態5の強誘電体メモリセルMCの斜視図であり、図23は、図22に示されるA-A線に沿った断面図であり、製造工程中の断面図である。
AM1~AM3 アモルファス膜
C1~C5 回路
D 拡散長
D1、D2 拡散領域
EX1、EX2 エクステンション領域
FA フィン
FE1~FE4 強誘電体膜
FEL 強誘電体層
FG 導電性膜
G1、G2 ゲート電極
GF ゲート絶縁膜
GR 粒
IF1 絶縁膜
IL1 層間絶縁膜
LR 領域
MC メモリセル
MF1、MF2 金属膜
MR 領域
PG プラグ
PR1、PR2 レジストパターン
PW1、PW2 ウェル領域
SB 半導体基板
SI シリサイド層
STI 素子分離部
SW サイドウォールスペーサ
T 温度
Claims (19)
- (a)ハフニウム、酸素および第1元素を含む第1アモルファス膜を形成する工程、
(b)前記第1アモルファス膜上に、ハフニウム、酸素または前記第1元素の何れとも異なる第2元素を含む複数の粒を形成する工程、
(c)前記複数の粒上および前記第1アモルファス膜上に、ハフニウム、酸素および前記第1元素を含む第2アモルファス膜を形成する工程、
(d)前記第2アモルファス膜上に、第1金属膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程後、熱処理を施すことで、前記第1アモルファス膜を結晶化して直方晶の第1強誘電体膜を形成し、前記第2アモルファス膜を結晶化して直方晶の第2強誘電体膜を形成する工程、
を有する、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(b)工程において、前記複数の粒は、互いに分離して形成され、
前記(e)工程において、前記複数の粒は、前記第1強誘電体膜および前記第2強誘電体膜の結晶核として機能する、半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程において、前記複数の粒は、複数のアルミニウム粒として形成され、
前記(e)工程において、前記熱処理によって、前記複数のアルミニウム粒が複数の酸化アルミニウム粒となり、前記複数の酸化アルミニウム粒が前記結晶核として機能する、半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程において、前記第1金属膜からの応力によって、前記第1強誘電体膜および前記第2強誘電体膜の各々の配向性が制御される、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(b)工程は、スパッタリング法によって行われる、半導体装置の製造方法。 - 請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程は、1℃以上、且つ、27℃以下の温度で行われる、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(b)工程は、イオン注入法によって行われる、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(b)工程において、前記第1アモルファス膜の上面に対する前記複数の粒の面密度は、5×1012/cm2~5×1014/cm2の範囲内である、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(e)工程において、前記熱処理は、マイクロ波を用いて行われ、前記マイクロ波の電場が、前記第1金属膜の上面に対して垂直な方向に振動するように行われる、半導体装置の製造方法。 - 第1強誘電体膜、および、前記第1強誘電体膜上に形成された第2強誘電体膜を含む強誘電体層を有し、
前記第1強誘電体膜および前記第2強誘電体膜は、それぞれハフニウム、酸素および第1元素を含み、
前記強誘電体層は、前記第1強誘電体膜と前記第2強誘電体膜との間に、ハフニウム、酸素または前記第1元素の何れとも異なる第2元素を含む複数の粒を更に含み、
前記強誘電体層内において、ハフニウムの比率と、前記第1元素の比率と、前記第2元素の比率との合計を100%とした時、ハフニウムの比率は30%~50%の範囲内であり、前記第1元素の比率は30%~50%の範囲内であり、前記第2元素の比率は0.5%~5.0%の範囲内である、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記複数の粒は、前記第1強誘電体膜と前記第2強誘電体膜との間に、互いに分離して形成されている、半導体装置。 - 請求項11に記載の半導体装置において、
前記第1強誘電体膜および前記第2強誘電体膜は、それぞれ直方晶の結晶である、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記複数の粒の濃度のピークは、前記第1強誘電体膜の下面に近い位置、および、前記第2強誘電体膜の上面に近い位置よりも、前記第1強誘電体膜と前記第2強誘電体膜との第1界面に近い位置において大きい、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記強誘電体層は、更に、前記第2強誘電体膜上に形成された第3強誘電体膜を含み、
前記第3強誘電体膜は、ハフニウム、酸素および前記第1元素を含み、
前記第2強誘電体膜と前記第3強誘電体膜との間にも、前記複数の粒が形成されており、
前記複数の粒の濃度のピークは、前記第1強誘電体膜の下面に近い位置、前記第2強誘電体膜の中央部に近い位置、および、前記第3強誘電体膜の上面に近い位置よりも、前記第1強誘電体膜と前記第2強誘電体膜との第1界面に近い位置、および、前記第2強誘電体膜と前記第3強誘電体膜との第2界面に近い位置において大きい、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記第1元素は、ジルコニウム、シリコン、ゲルマニウム、イットリウム、ランタンまたはイッテルビウムの何れかであり、
前記複数の粒は、それぞれ、アルミニウム、炭素、窒素、フッ素若しくはチタン、または、これらとハフニウム、酸素若しくは前記第1元素とが結合した化合物である、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記強誘電体層は、電気的に書き換え可能な強誘電体メモリセルの一部を構成している、半導体装置。 - 請求項16に記載の半導体装置において、
前記強誘電体メモリセルは、
半導体基板上に形成された前記強誘電体層と、
前記強誘電体層上に形成された第1ゲート電極と、
前記半導体基板に形成された第1ソース領域および第1ドレイン領域と、
を有する、半導体装置。 - 請求項16に記載の半導体装置において、
前記強誘電体メモリセルは、前記強誘電体層と、選択トランジスタとを有し、
前記選択トランジスタは、
半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、
前記半導体基板に形成された第2ソース領域および第2ドレイン領域と、
を有し、
前記選択トランジスタは、層間絶縁膜に覆われ、
前記強誘電体層は、前記層間絶縁膜上に形成され、
前記層間絶縁膜には、前記第2ドレイン領域と前記強誘電体層とを電気的に接続させるプラグが形成されている、半導体装置。 - 請求項16に記載の半導体装置において、
前記強誘電体メモリセルは、半導体基板上に形成され、
前記半導体基板は、前記半導体基板の一部であり、且つ、前記半導体基板の上面から選択的に突出した突出部を有し、
前記強誘電体層は、前記突出部の上面上および側面上に、第1絶縁膜を介して形成されている、半導体装置。
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DE102019104255B4 (de) * | 2018-08-29 | 2023-03-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Speicherstruktur mit FeRAM-Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sowie ein integrierter Chip mit einer ersten FeRAM-Zelle und einer zweiten FeRAM-Zelle |
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KR20210111625A (ko) * | 2020-03-03 | 2021-09-13 | 삼성전자주식회사 | 강유전 박막 구조체 및 이를 포함하는 전자 소자 |
DE102020132373A1 (de) * | 2020-05-28 | 2021-12-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Ferroelektrische speichervorrichtung und deren ausbildungsverfahren |
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US20220102558A1 (en) | 2020-09-30 | 2022-03-31 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
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KR20220164334A (ko) * | 2021-06-04 | 2022-12-13 | 삼성전자주식회사 | 박막 구조체, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자를 포함하는 반도체 장치 |
KR20220169503A (ko) * | 2021-06-18 | 2022-12-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 |
US20230068904A1 (en) * | 2021-08-25 | 2023-03-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electronic device including ferroelectric thin film structure |
JP2023044480A (ja) * | 2021-09-17 | 2023-03-30 | キオクシア株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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CN117098401A (zh) * | 2022-05-09 | 2023-11-21 | 华为技术有限公司 | 铁电存储器及其形成方法、电子设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004259986A (ja) | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Sharp Corp | メモリ膜およびメモリ素子 |
JP2009212448A (ja) | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
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JP2002170938A (ja) * | 2000-04-28 | 2002-06-14 | Sharp Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2004027877A1 (ja) | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | 抵抗変化機能体およびその製造方法 |
JP4775849B2 (ja) * | 2006-01-13 | 2011-09-21 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体素子及びそれを用いた半導体記憶装置、及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法 |
JP5040231B2 (ja) * | 2006-09-21 | 2012-10-03 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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JP5458761B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2014-04-02 | 株式会社リコー | 画像形成装置、印刷システム、印刷方法、プログラム、記録媒体 |
US9443736B2 (en) * | 2012-05-25 | 2016-09-13 | Entegris, Inc. | Silylene compositions and methods of use thereof |
JP2014053571A (ja) * | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Toshiba Corp | 強誘電体メモリ及びその製造方法 |
JP2014053568A (ja) * | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Toshiba Corp | 強誘電体メモリ及びその製造方法 |
US9053802B2 (en) * | 2013-06-04 | 2015-06-09 | Namlab Ggmbh | Ferroelectric memory cell for an integrated circuit |
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US20150179657A1 (en) * | 2013-12-24 | 2015-06-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device |
US9269785B2 (en) * | 2014-01-27 | 2016-02-23 | Globalfoundries Inc. | Semiconductor device with ferroelectric hafnium oxide and method for forming semiconductor device |
US10242989B2 (en) * | 2014-05-20 | 2019-03-26 | Micron Technology, Inc. | Polar, chiral, and non-centro-symmetric ferroelectric materials, memory cells including such materials, and related devices and methods |
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US10153155B2 (en) * | 2015-10-09 | 2018-12-11 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Doped ferroelectric hafnium oxide film devices |
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CN106684090B (zh) * | 2017-01-26 | 2018-10-02 | 合肥兆芯电子有限公司 | 三维非易失性存储器结构及其制造方法 |
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KR20180097378A (ko) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 강유전성 메모리 장치 및 그 제조 방법 |
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TWI815891B (zh) * | 2018-06-21 | 2023-09-21 | 美商應用材料股份有限公司 | 薄膜及沉積薄膜的方法 |
US10790149B2 (en) * | 2018-07-26 | 2020-09-29 | Tokyo Electron Limited | Method of forming crystallographically stabilized ferroelectric hafnium zirconium based films for semiconductor devices |
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Non-Patent Citations (1)
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大橋裕二,『斜方晶系』をやめて『直方晶系』を使おう,日本結晶学会誌,2015年,57巻,131-133頁 |
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