JP4683224B2 - 強誘電体メモリの製造方法 - Google Patents
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Description
(a)導電層を形成する工程と、
(b)前記導電層の表面をアモルファス化する工程と、
(c)前記導電層の上方に配向制御層を形成する工程と、
(d)前記配向制御層の上方に第1電極を形成する工程と、
(e)前記第1電極の上方に強誘電体層を形成する工程と、
(f)前記強誘電体層の上方に第2電極を形成する工程と、
を含む。
前記工程(b)では、前記導電層の表面を酸化することによりアモルファス化することができる。
酸素を含有する雰囲気において加熱することにより、前記導電層の表面を酸化することができる。
窒素を含有する雰囲気において加熱することにより、前記導電層の表面を酸化することができる。
前記工程(c)の後に、前記導電層の表面を還元する工程をさらに含むことができる。
水素を含有する雰囲気において加熱することにより、前記導電層の表面を還元することができる。
前記配向制御層は、チタンの窒化物を含むことができる。
前記工程(c)は、
(c1)前記チタン層を形成する工程と、
(c2)前記チタン層を窒化する工程と、
を含むことができる。
前記工程(c2)は、窒素雰囲気で前記チタン層を加熱することにより窒化することができる。
前記工程(c1)の前に、アンモニアガスのプラズマを励起して、前記チタン層の形成領域の表面に、当該プラズマを照射することができる。
前記配向制御層は、チタンおよびアルミニウムの窒化物を含むことができる。
前記工程(c)は、
(c1)前記チタンアルミニウム層を形成する工程と、
(c2)前記チタンアルミニウム層を窒化する工程と、
を含むことができる。
前記工程(c2)は、窒素雰囲気で前記チタンアルミニウム層を加熱することにより窒化することができる。
前記工程(c1)の前に、アンモニアガスのプラズマを励起して、前記チタンアルミニウム層の形成領域の表面に、当該プラズマを照射することができる。
前記工程(c)と(d)の間に、前記配向制御層の上方にバリア層を形成する工程をさらに含むことができる。
前記バリア層は、チタンの窒化物、またはチタンおよびアルミニウムの窒化物であることができる。
導電層と、
前記導電層の上面に形成されたアモルファス層と、
前記アモルファス層の上面に形成された配向制御層と、
前記配向制御層の上方に形成された第1電極と、
前記第1電極の上方に形成された強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に形成された第2電極と、
を含む。
前記配向制御層と前記第1電極との間に形成されたバリア層をさらに含むことができる。
前記配向制御層、前記第1電極、および前記強誘電体層は、結晶質であり、
前記配向制御層の結晶は、前記第1電極および前記強誘電体層の結晶の配向と等しい配向を有することができる。
前記配向制御層、前記第1電極、および前記強誘電体層の結晶は、(111)配向を有することができる。
前記配向制御層は、チタンの窒化物、またはチタンおよびアルミニウムの窒化物であることができる。
前記配向制御層、前記バリア層、前記第1電極、および前記強誘電体層は、結晶質であり、
前記配向制御層の結晶および前記バリア層の結晶は、前記第1電極および前記強誘電体層の結晶の配向と等しい配向を有することができる。
前記配向制御層、前記バリア層、前記第1電極、および前記強誘電体層の結晶は、(111)配向を有することができる。
前記配向制御層は、チタンの窒化物であり、
前記バリア層は、チタンおよびアルミニウムの窒化物であることができる。
前記基板上に形成されたスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタ上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するコンタクトホールと、をさらに含み、
前記導電層は、前記コンタクトホールに形成され、前記スイッチングトランジスタと前記第1電極とを電気的に接続していることができる。
図1は、本実施の形態の強誘電体メモリ100を模式的に示す断面図である。図1に示すように、強誘電体メモリ100は、強誘電体キャパシタ30と、配向制御層12と、絶縁層26と、プラグ20と、第1バリア層25と、強誘電体キャパシタ30のスイッチングトランジスタ18とを含む。なお、本実施形態においては、1T/1C型のメモリセルについて説明するが、本発明が適用されるのは1T/1C型のメモリセルに限定されない。
次に、図1に示す強誘電体メモリ100の製造方法について、図面を参照して説明する。図2〜図10はそれぞれ、図1に示される強誘電体メモリ100の一製造工程を模式的に示す断面図である。
次に、実験例を用いて本実施の形態の強誘電体メモリ100について具体的に説明する。
実験例1、2では、アモルファス層24の有無がその上に成膜される金属層14a(チタン層)の結晶配向性に与える影響を調べた。
次に、実験例1と同様に基板上にタングステンからなる導電層(プラグ20)を成膜し、プラグ20の表面を酸化してアモルファス層24を形成した。その後、実験例1と同様の条件でチタン層からなる金属層14aを成膜した。得られたチタン層のXRDパターンを図13に示す。図13によれば、2θ=38.5°付近および2θ=40.5°付近にピークが観測された。2θ=38.5°付近のピークは、(001)配向を有する結晶質のチタンに由来する002ピークである。また、2θ=40.5°付近のピークは、同じくTi101ピークである。
実験例1において得られたチタン層を窒素雰囲気下で熱処理(RTA)することにより窒化してチタンの窒化物(TiN)からなる配向制御層12aを形成した。ここで、熱処理における温度は650[℃]であり、熱処理時間は2分間であった。次に、反応性スパッタリングによりTiAlNからなる第1バリア層25aを形成した。反応性スパッタリングは、アルゴンガスの流量を50[sccm]とし,成膜パワーを1.0[kW]とし、かつ、基板温度を400[℃]として行なった。次に、スパッタリングによりイリジウムからなる第1電極32aを成膜した。スパッタリングは、イリジウムをターゲットとして、雰囲気(アルゴン)の流量を199[sccm]、成膜パワーを1.0[kW]とし、かつ基板温度を500[℃]として行った。
実験例2において得られたチタン層を窒素雰囲気下で熱処理(RTA)することにより窒化してチタンの窒化物(TiN)からなる配向制御層12aを形成した。次に、反応性スパッタリングによりTiAlNからなる第1バリア層25aを形成した。各成膜条件は、上述した実験例3と同様である。得られたイリジウム層のXRDパターンを図17に示す。図17によれば、2θ=36.5°付近、2θ=37.5°付近、2θ=41°付近、および2θ=47°付近にピークが観測された。2θ=36.5°付近ピークは、(111)配向を有する結晶質のTiNに由来している。2θ=37.5°付近ピークは、(111)配向を有する結晶質のTiAlNに由来している。また2θ=41°付近のピークは、Ir(111)回折に、また2θ=47°付近のピークは、Ir(200)回折に由来している。
Claims (15)
- (a)導電層を形成する工程と、
(b)前記導電層の表面をアモルファス化する工程と、
(c)前記導電層の上方にチタンの窒化物を含む配向制御層を形成する工程と、
(d)前記配向制御層の上方に第1電極を形成する工程と、
(e)前記第1電極の上方に強誘電体層を形成する工程と、
(f)前記強誘電体層の上方に第2電極を形成する工程と、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項1において、
前記工程(c)は、
(c1)前記チタン層を形成する工程と、
(c2)前記チタン層を窒化する工程と、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項2において、
前記工程(c2)は、窒素雰囲気で前記チタン層を加熱することにより窒化する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項2または3において、
前記工程(c1)の前に、アンモニアガスのプラズマを励起して、前記チタン層の形成領域の表面に、当該プラズマを照射する、強誘電体メモリの製造方法。 - (a)導電層を形成する工程と、
(b)前記導電層の表面をアモルファス化する工程と、
(c)前記導電層の上方にチタンおよびアルミニウムの窒化物を含む配向制御層を形成する工程と、
(d)前記配向制御層の上方に第1電極を形成する工程と、
(e)前記第1電極の上方に強誘電体層を形成する工程と、
(f)前記強誘電体層の上方に第2電極を形成する工程と、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項5において、
前記工程(c)は、
(c1)前記チタンアルミニウム層を形成する工程と、
(c2)前記チタンアルミニウム層を窒化する工程と、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項6において、
前記工程(c2)は、窒素雰囲気で前記チタンアルミニウム層を加熱することにより窒化する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項6または7において、
前記工程(c1)の前に、アンモニアガスのプラズマを励起して、前記チタンアルミニウム層の形成領域の表面に、当該プラズマを照射する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記工程(b)では、前記導電層の表面を酸化することによりアモルファス化する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項9において、
酸素を含有する雰囲気において加熱することにより、前記導電層の表面を酸化する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項9または10において、
前記工程(c)の後に、前記導電層の表面を還元する工程をさらに含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項11において、
水素を含有する雰囲気において加熱することにより、前記導電層の表面を還元する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記工程(b)では、窒素を含有する雰囲気において加熱して、前記導電層の表面を窒化することによりアモルファス化する、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項1ないし13のいずれかにおいて、
前記工程(c)と(d)の間に、前記配向制御層の上方にバリア層を形成する工程をさらに含む、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項14において、
前記バリア層は、チタンの窒化物、またはチタンおよびアルミニウムの窒化物である、強誘電体メモリの製造方法。
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