JP3769276B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Pt基板上にアモルファスSRO膜(厚さ0〜10nm)をスパッタリング法によって形成し、さらにアモルファスSRO膜上にアモルファスPZT膜(厚さ0〜30nm)をスパッタリング法によって形成した。アモルファスPZT膜におけるZr/Ti比(原子数比)は40/60或いは30/70とした。続いて、RTA(rapid thermal annealing)によって600℃、30秒間の熱処理を行った。この熱処理により、アモルファスSRO膜とアモルファスPZT膜とが反応して、PSZTRの結晶膜が形成された。
半導体ウエハ上に、Tiをシード層として用い、スパッタリング法によって厚さ100nmのPt膜を形成した。続いて、Pt膜上にアモルファスSRO膜をスパッタリング法によって形成し、さらにアモルファスSRO膜上にアモルファスPZT膜をスパッタリング法によって形成した。アモルファスPZT膜のZr/Ti組成比は30/70である。続いて、RTAによって600℃、30秒間の熱処理を行った。この熱処理により、アモルファスSRO膜とアモルファスPZT膜とが反応して、PSZTRの結晶膜が形成された。次に、アモルファスPZT膜をスパッタリング法によって形成し、さらにRTAによって600℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスPZT膜を結晶化させた。続いて、同様の条件にて、アモルファスPZT膜の形成及び結晶化を行った。このようにして得られた、PSZTR膜とPZT膜のトータルの厚さは約70nmであった。
(具体例3)
具体例2と同様の方法によって、キャパシタの下部構造を形成した。アモルファスSRO膜の厚さは2.5nm、アモルファスPZT膜の厚さは10nmとした。PSZTR膜を形成する際の熱処理温度は650℃とした。アモルファスPZT膜のZr/Ti組成比は40/60とした。PSZTR膜を形成した後、厚さ30nmのアモルファスPZT膜をスパッタリング法によって形成し、さらにRTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスPZT膜を結晶化させた。続いて、同様の条件にて、アモルファスPZT膜の形成及び結晶化を行った。このようにして得られた、PSZTR膜とPZT膜のトータルの厚さは約70nmであり、PSZTR膜の平均的組成は、Pb0.8Sr0.2Zr0.32Ti0.48Ru0.2O3 である。
次に、PZT膜上に厚さ10nmのアモルファスSRO膜をスパッタリング法によって形成し、さらにアモルファスSRO膜上に厚さ50nmのPt膜をスパッタリング法によって形成した。続いて、RTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスSRO膜を結晶化させた。その後、電気炉中において、650℃で1時間、リカバリーアニールを行った。このようにして、図15に示すようなキャパシタが得られた。
半導体ウエハ上に、スパッタリング法によって厚さ100nmのPt膜を形成した。続いて、Pt膜上に厚さ10nmのアモルファスSRO膜をスパッタリング法によって形成した。さらに、RTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスSRO膜を結晶化させた。
具体例2と同様の方法によって、キャパシタの下部構造を形成した。アモルファスSRO膜の厚さは2.5nm、アモルファスPZT膜の厚さは10nmとした。PSZTR膜を形成する際の熱処理温度は650℃とした。アモルファスPZT膜のZr/Ti組成比は40/60とした。PSZTR膜を形成した後、厚さ25nmのアモルファスPZT膜をスパッタリング法によって形成し、さらにRTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスPZT膜を結晶化させた。続いて、同様の条件にて、アモルファスPZT膜の形成及び結晶化を行った。
半導体ウエハ上に、スパッタリング法によって厚さ100nmのPt膜を形成した。続いて、Pt膜上に厚さ10nmのアモルファスSRO膜をスパッタリング法によって形成した。さらに、RTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスSRO膜を結晶化させた。次に、厚さ2.5nmのTi膜及び厚さ35nmのアモルファスPZT膜を、順次スパッタリング法によって形成した。続いて、RTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスPZT膜を結晶化させた。続いて、同様の条件にて、アモルファスPZT膜の形成及び結晶化を行った。次に、厚さ10nmのアモルファスSRO膜及び厚さ50nmのPt膜を、順次スパッタリング法によって形成した。続いて、RTAによって650℃、30秒間の熱処理を行い、アモルファスSRO膜を結晶化させた。その後、電気炉中において、650℃で1時間、リカバリーアニールを行った。
3…キャパシタ 4…層間絶縁膜 5…プラグ
10…下部構造 10a…下部構造膜
11…PSZTR膜 12…導電膜(SRO膜)
13…導電膜(金属膜、金属化合物膜)
15、17…アモルファスSRO膜
20、20a、20b、20c、20d…誘電体膜(PZT膜)
25、26、27…アモルファスPZT膜
30…上部構造 30a…上部構造膜
31…PSZTR膜 32…導電膜(SRO膜)
33…導電膜(金属膜、金属化合物膜)
36、37…アモルファスSRO膜
101、105、111、115、121、125…Pt膜
102、114、122、124…PSZTR膜
103、113、123…PZT膜
104、112…SRO膜
Claims (18)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、ペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜と、前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜上に設けられ且つペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Zr、Ti及びOを含有した誘電体膜とを含むキャパシタと、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、ペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Zr、Ti及びOを含有した誘電体膜と、前記誘電体膜上に設けられ且つペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜とを含むキャパシタと、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記キャパシタは、前記誘電体膜上に設けられ且つペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜をさらに含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜は、導電体部を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜は、誘電体部を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜は、前記キャパシタの下部電極の少なくとも一部として用いられる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜は、前記キャパシタの上部電極の少なくとも一部として用いられる
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記キャパシタは導電膜をさらに含み、
前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜は、前記誘電体膜と前記導電膜との間に設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記導電膜は、Sr、Ru及びOを含有している
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記導電膜は、金属膜又は金属化合物膜で形成されている
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記金属膜は、プラチナ膜、イリジウム膜又はチタン膜で形成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 前記金属化合物膜は、イリジウム酸化物膜で形成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した膜の主配向方向は、(111)方向である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記誘電体膜の主配向方向は、(111)方向である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 半導体基板の上方に、ペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Zr、Ti及びOを含有した誘電体膜を含むキャパシタを形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記キャパシタを形成する工程は、ペロブスカイト型結晶構造を有するPb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程は、
Sr、Ru及びOを含有したアモルファス膜を形成する工程と、
前記Sr、Ru及びOを含有したアモルファス膜上に、Pb、Zr、Ti及びOを含有したアモルファス膜を形成する工程と、
前記Sr、Ru及びOを含有したアモルファス膜の少なくとも上側部分と、前記Pb、Zr、Ti及びOを含有したアモルファス膜の少なくとも下側部分とを反応させて、前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程は、
Pb、Zr、Ti及びOを含有したアモルファス膜を形成する工程と、
前記Pb、Zr、Ti及びOを含有したアモルファス膜上に、Sr、Ru及びOを含有したアモルファス膜を形成する工程と、
前記Sr、Ru及びOを含有したアモルファス膜の少なくとも下側部分と、前記Pb、Zr、Ti及びOを含有したアモルファス膜の少なくとも上側部分とを反応させて、前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程は、
Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有したアモルファス膜を形成する工程と、
前記アモルファス膜を結晶化して、前記Pb、Sr、Zr、Ti、Ru及びOを含有した結晶膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
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