JPWO2008114423A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる強誘電体キャパシタでは、印加電圧の極性を反転すれば自発分極の極性も反転する。そこで、この自発分極を検出することにより、書き込まれた情報を読み出すことが出来る。FeRAMはフラッシュメモリに比べ低電圧で動作し、低電力で高速の情報の書き込みが可能である。
前記組成パラメータx1,x2,y1およびy2の間には、関係y2/y1>x2/x1が成立し、前記第2の層には、前記金属層との界面に、さらに酸素濃度の高い界面層が形成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
12 配向性御膜
13 導電性酸素バリア膜
14 下部電極
15 強誘電体膜
16 第1導電性酸化物膜
17 第2導電性酸化物膜
17A 化学量論組成表面層
18 金属膜
61 基板
61A 素子領域
61I 素子分離構造
61a〜61f 拡散領域
62A,62B ゲート絶縁膜
63A,63B ゲート電極
64A,64B ゲートシリサイド層
65,67 SiON膜
66,68,81,83 層間絶縁膜
66A,66B,66C,68A,68C,83A,83B,83C ビアホール
67A〜67C,69A,69C,84A〜84C ビアプラグ
67a,67b,67c,69a,69c,84a,84b,84c 密着膜
78 ハードマスク膜
78A,78B ハードマスクパターン
79,80 Al2O3水素バリア膜
85A,85B,85C 配線パタ―ン
図3Aは、本発明の第1の実施形態による強誘電体キャパシタ10の構成を示す図である。
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を、図12A〜12Vを参照しながら説明する。
[第3の実施形態]
図13は、本発明の第3の実施形態による強誘電体メモリの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第4の実施形態]
図15は、本発明の第4の実施形態による強誘電体メモリの構成を示す。
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を、図11A〜11Vを参照しながら説明する。
[第3の実施形態]
図12は、本発明の第3の実施形態による強誘電体メモリの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第4の実施形態]
図14は、本発明の第4の実施形態による強誘電体メモリの構成を示す。
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に形成された強誘電体キャパシタとよりなる半導体装置において、
前記強誘電体キャパシタは、下部電極と、前記下部電極上に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成された上部電極とよりなり、
前記上部電極は、化学量論組成が組成パラメータx1を使って化学式AOx1で表され実際の組成が組成パラメータx2を使って化学式AOx2で表される酸化物よりなる第1の層と、前記第1の層上に形成され、化学量論組成が組成パラメータy1を使って化学式BOy1で表され実際の組成が組成パラメータy2を使って化学式BOy2で表される酸化物よりなる第2の層と、前記第2の層上に形成された金属層と、よりなり、
前記第2の層は、前記第1の層よりも酸化の割合が高く、
前記組成パラメータx1,x2,y1およびy2の間には、関係
y2/y1>x2/x1
が成立し、
前記第2の層には、前記金属層との界面に、さらに酸化の割合の高い、化学量論組成の界面層が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の層は、前記第2の層を構成する金属元素と同じ金属元素により構成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1および第2の層は、酸化イリジウムであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第1の層を構成する金属元素と前記第2の層を構成する金属元素とは異なっていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記強誘電体膜と前記第1の膜との界面が平坦であることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
- 前記第1の層はPbを含み、前記第2の層は実質的にPbを含まないことを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
- 前記強誘電体キャパシタを覆う絶縁膜と、該絶縁膜上方に形成された配線構造とを有し、前記金属層が前記配線構造中の配線パターンと、コンタクトホールを介して接続されることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
- 強誘電体キャパシタを形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記強誘電体キャパシタを形成する工程は、
下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に強誘電体膜を堆積する工程と、
前記強誘電体膜上に第1の導電性酸化膜を堆積する工程と、
前記第1の導電性酸化膜を酸化性雰囲気中で結晶化する工程と、
前記結晶化工程の後、前記第1の導電性酸化膜上に第2の導電性酸化膜を微結晶状態で堆積する工程と、
前記第2の導電性酸化膜の表面を、酸化性雰囲気で結晶化する工程と、
第2の導電性酸化膜の結晶化工程の後、前記第2の導電性酸化膜上に金属膜を堆積する工程と、
よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の導電性酸化膜の結晶化工程と前記第2の導電性酸化膜の結晶化工程とは、それぞれの酸化性雰囲気中における酸化性ガスの割合を、30%以下とした急速熱処理工程により実行されることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
- 前記急速熱処理工程は、前記酸化性雰囲気中における酸化性ガスの割合を、0.1%以上、30%以下として実行されることを特徴とする請求項8または9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記急速熱処理工程は、前記酸化性雰囲気中における酸化性ガスの割合を、1%以上、20%以下として実行されることを特徴とする請求項8または9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の導電性酸化膜の結晶化工程は、650℃以上、750℃以下の温度で実行されることを特徴とする請求項8〜11のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の導電性酸化膜の結晶化工程は、650℃以上、750℃以下の温度で実行されることを特徴とする請求項8〜12のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の導電性酸化膜の堆積工程は、150℃以上、350℃以下の温度でスパッタ法により実行され、前記第1の導電性酸化膜は結晶状態で形成されることを特徴とする請求項8〜13のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の導電性酸化膜の堆積工程は、10℃以上で50℃以下の温度でスパッタ法により実行され、前記第1の導電性酸化膜はアモルファス状態で形成されることを特徴とする請求項8〜13のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の導電性酸化膜の堆積工程は、50℃以上で80℃以下の温度でスパッタ法により実行され、前記第2の導電性酸化膜はアモルファス状態で形成されることを特徴とする請求項8〜15のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1および第2の導電性酸化膜は、酸化イリジウム膜であることを特徴とする請求項8〜16のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の導電性酸化膜を形成する工程は、前記第2の導電性酸化膜が100〜150nmの膜厚を有するように実行されることを特徴とする請求項8〜17のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の導電性酸化膜を形成する工程は、前記第1の導電性酸化膜が20〜75nmの膜厚を有するように実行されることを特徴とする請求項8〜18のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の導電性酸化膜の堆積工程を、前記第2の導電性酸化膜の堆積工程におけるよりも、不活性ガス流量に対する酸化ガス流量の割合が小さい条件下において実行し、前記第2の導電性酸化膜において、前記第1の導電性酸化膜よりも酸化の割合を高くすることを特徴とする請求項8〜19のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
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