JP5608317B2 - キャパシタ用電極及びその製造方法、半導体装置 - Google Patents
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Description
C.M.Chu,et.al.,Symp.On.VLSI Tech,Dig.,2001,T4B−3 Joon Seop Sim et. al., J. Electrochem. Soci., 153(11) C777−C789 (2006)
SrRuO3膜から構成され、
第1面からその厚み方向に所定の距離だけ離れた位置から第2面側の領域中に、10atm%以下の3価の元素を含有することを特徴とするキャパシタ用電極に関する。
(a)ALD法を用いて、10atm%以下の濃度の3価の元素を含有するSrRuO3膜を形成する工程と、
(b)前記3価の元素を含有するSrRuO3膜上に、ALD法を用いて3価の元素を含有しないSrRuO3膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法に関する。
キャパシタ用電極の製造方法であって、
(1)ALD法を用いた下記(A)〜(L)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、10atm%以下の濃度の3価の元素を含有するSrRuO3膜を形成する工程と
(2)前記工程(1)の後に、ALD法を用いた下記(A)〜(H)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、3価の元素を含有しないSrRuO3膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法に関する。
(A)Ru原料ガスを供給してRu膜を成膜する工程、
(B)前記Ru原料ガスをパージする工程、
(C)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスAを供給して前記Ru膜の熱酸化処理を行う工程、
(D)前記ガスAをパージする工程、
(E)Sr原料ガスを供給してSr膜を成膜する工程、
(F)前記Sr原料ガスをパージする工程、
(G)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスBを供給して前記Sr膜の熱酸化処理を行う工程、
(H)前記ガスBをパージする工程、
(I)La原料ガスを供給してLa膜を成膜する工程、
(J)前記La原料ガスをパージする工程、
(K)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスCを供給して前記La膜の熱酸化処理を行う工程、
(L)前記ガスCをパージする工程。
本発明のキャパシタ用電極は、キャパシタ用の誘電体膜に接する第1面と、この第1面に対向する反対側の第2面とを有する。また、このキャパシタ用電極は、SrRuO3(ストロンチウム・ルテニウム・オキサイド)膜から構成されている。そして、第1面からその厚み方向に所定の距離だけ離れた位置から第2面側の領域A中に、10atm%以下の3価の元素を含有する。
図2は、600℃で10分間、熱処理を行った際の、キャパシタ用電極中のLa(3価の元素)の、キャパシタを構成する誘電体膜(SrTiO3)中への拡散の有無を表す図である。図2中の横軸は、熱処理前のキャパシタ用電極の第1面からその厚み方向に向かってLaが存在し始める位置を表し、0nmの位置は第1面を表す。
図3は、同一の膜厚を有するSrRuO3膜について、その抵抗率への、La(3価の元素)の位置の影響を表す図である。図3中の横軸はキャパシタ用電極の第1面からその厚み方向にLaが存在し始める位置を表し、0nmの位置は第1面を表す。また、図3中の縦軸は、キャパシタ用電極膜の抵抗率を表す。抵抗率は公知の手段である4端子法により測定し、縦軸の値は、横軸0nmの位置における抵抗率によって規格化して表示した。
領域A中に添加する3価の元素濃度が濃くなり過ぎると、SrRuO3膜の導電性を逆に阻害してしまう。図4は、キャパシタ用電極の抵抗率への、キャパシタ用電極中のLa(3価の元素)濃度の影響を表す図である。図4中の横軸はキャパシタ用電極中のLaの最大濃度を表し、縦軸はキャパシタ用電極の抵抗率を表す。図4より、キャパシタ用電極中のLa濃度が約5〜10atom%の時に、キャパシタ用電極の抵抗値は低い値を示すことが分かる。一方、La濃度が10%を超えると、抵抗率が上昇してしまう。
本発明のキャパシタ用電極の製造方法の一例は、以下の工程を有する。
(1)ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いた下記(A)〜(L)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、領域Aを形成する工程、
(2)工程(1)の後に、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いた下記(A)〜(H)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、領域A上に3価の元素を含有しないSrRuO3膜を形成する工程。
(A)Ru原料ガスを供給してRu膜を成膜する工程、
(B)Ru原料ガスをパージする工程、
(C)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスAを供給してRu膜の熱酸化処理を行う工程、
(D)ガスAをパージする工程、
(E)Sr原料ガスを供給してSr膜を成膜する工程、
(F)Sr原料ガスをパージする工程、
(G)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスBを供給してSr膜の熱酸化処理を行う工程、
(H)ガスBをパージする工程、
(I)3価の元素を含む原料ガスを供給して3価の元素を含む膜を成膜する工程、
(J)3価の元素を含む原料ガスをパージする工程、
(K)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスCを供給して、3価の元素を含む膜に熱酸化処理を行う工程、
(L)ガスCをパージする工程。
本発明の製造方法は、図6(A)に示されるように、(A)〜(D)の工程を1サイクルとして実施することによりRuOx膜が成膜される。図6(B)に示されるように、(E)〜(H)の工程を1サイクルとして実施することによりSrO膜を成膜すると共に、(A)〜(D)の工程に引き続いて(E)〜(H)の工程を行うことにより、RuOx膜上に形成されたSrO膜の熱拡散によりSrRuO3膜が成膜される。また、図6(C)に示されるように、(I)〜(L)の工程を1サイクルとして実施することによりLaO膜を成膜すると共に、(A)〜(H)の工程に引き続いて(I)〜(L)の工程を行うことにより、SrRuO3膜上に形成されたLaO膜の熱拡散によりLaを含有するSrRuO3膜を成膜する。
2,4−(dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)Ru
Ru(C7H11)(C7H9)
Ru(C11H19O2)3[Ru(thd)3]
Ru(C5H5)2[Ru(Cp)2]
Ru(C2H5C5H4)2[Ru(EtCp)2]
Ru3(CO)12
Sr原料ガスとしては、下記ガスからなる群から選択された少なくとも一種のガスを使用できる。
Sr(METHD)2
Sr(C5iPr3H2)2
Sr(CP*)2(DEM:Bis(pentamethylcyclopentadienyl)Strontium)
1,2−Dimethoxythane adduct。
La(THD)3 (Tris(2,2,6,6−tetramethyl−3,5−heptadionato)−lanthanum))
La(iPrCp)3 (Tris(iso−propylcyclopentadienyl)−lanthanum)
La(sBuCp)3 Tris(sec−butylcyclopentadienyl)−lanthanum
La(EDMDD)3 Tris(6−ethyl−2,2−dimethyl−3,5−decanedionato)−lanthanum。
3価の元素としてLaを使用する場合の具体的な製造方法について、以下に説明する。
工程(1):
(A)温度を300℃に加熱した基板上に、Ru原料ガスを20ms未満から1sまでの範囲の時間、供給してRu膜を成膜する。
(B)Ru原料ガスをパージする。
(C)温度を300℃に保持した状態で、1ccあたり100gのO2又はO3を含有するガスAを2秒間供給し、Ru膜の熱酸化処理を行う。
(D)ガスAをパージする。
(E)温度を300℃に保持した状態で、Sr原料ガスを20ms未満から1sまでの範囲の時間、供給してSr膜を成膜する。
(F)Sr原料ガスをパージする。
(G)温度を300℃に保持した状態で、1ccあたり100gのO2又はO3を含有するガスBを2秒間供給し、Sr膜の熱酸化処理を行う。
(H)ガスBをパージする。
(I)温度を300℃に保持した状態で、La原料ガスを20ms未満から1sまでの範囲の時間、供給してLa膜を成膜する。
(J)La原料ガスをパージする。
(K)温度を300℃に保持した状態で、1ccあたり100gのO2又はO3を含有するガスCを2秒間供給し、La膜の熱酸化処理を行う。
(L)ガスCをパージする。
(A)温度を300℃に加熱した基板上に、Ru原料ガスを20ms未満から1sまでの範囲の時間、供給してRu膜を成膜する。
(B)Ru原料ガスをパージする。
(C)温度を300℃に保持した状態で、1ccあたり100gのO2又はO3を含有するガスAを2秒間供給し、Ru膜の熱酸化処理を行う。
(D)ガスAをパージする。
(E)温度を300℃に保持した状態で、Sr原料ガスを20ms未満から1sまでの範囲の時間、供給してSr膜を成膜する。
(F)Sr原料ガスをパージする。
(G)温度を300℃に保持した状態で、1ccあたり100gのO2又はO3を含有するガスBを2秒間供給し、Sr膜の熱酸化処理を行う。
(H)ガスBをパージする。
本発明のキャパシタは、2つのキャパシタ用電極と、この2つのキャパシタ用電極間に、2つのキャパシタ用電極の第1面に接するように設けられた誘電体膜と、を備える。すなわち、第一のキャパシタ用電極、第一のキャパシタ用電極の第1面に接するように設けられた誘電体膜、誘電体膜上に第1面が接するように設けられた第二のキャパシタ用電極、をこの順に備える。
2 第1面
3 キャパシタ用電極
4 誘電体膜
5 厚み方向
6 領域A
12 ワード線(ゲート電極)
14 ビットコンタクトプラグ
15 ビット線
17 キャパシタ用コンタクトプラグ
20 ソース/ドレイン領域
21 素子分離領域
22 誘電体膜
23 上部電極
24 下部電極
25 ビット線
26 キャパシタ用コンタクトプラグ
27 層間絶縁膜
28 ゲート電極
29 ビットコンタクトプラグ
Claims (12)
- 互いに対向する第1面及び第2面を有するキャパシタ用電極を備えたキャパシタであって、
前記第1面は誘電体膜に接し、
前記キャパシタ用電極はSrRuO3膜から構成され、第1面からその厚み方向に所定の距離だけ離れた位置から第2面側の領域中に、10atm%以下の3価の元素を含有することを特徴とするキャパシタ。 - 前記3価の元素がLaであることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ。
- 前記所定の距離が0.5〜2nmの範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャパシタ。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載のキャパシタを備えた半導体装置であって、
前記キャパシタは、
キャパシタ用電極を2つと、
2つの前記キャパシタ用電極間に、各キャパシタ用電極の前記第1面に接するように設けられた誘電体膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記誘電体膜の比誘電率が40以上であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記誘電体膜は、SrTiO3、TiO2、La2O3、Y2O3、HfO2、ZrO2及び(Ba,Sr)TiO3からなる群から選択された少なくとも一種の酸化物を含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。
- 前記キャパシタに保持されている電荷の状態によってデータの記億を行うことを特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載の半導体装置。
- 下記工程(a)および(b)によりキャパシタ用電極を形成する工程と、
(a)ALD法を用いて、10atm%以下の濃度の3価の元素を含有するSrRuO3膜を形成する工程と、
(b)前記3価の元素を含有するSrRuO3膜上に、ALD法を用いて3価の元素を含有しないSrRuO3膜を形成する工程と、
前記SrRuO 3 膜に接するように、キャパシタ用電極中の3価の元素を含有しない誘電体膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするキャパシタの製造方法。 - 前記(a)工程の3価の元素がLaであることを特徴とする請求項8に記載のキャパシタの製造方法。
- 前記(b)工程で形成する3価の元素を含有しないSrRuO3膜の膜厚が0.5〜2nmであることを特徴とする請求項8又は9に記載のキャパシタの製造方法。
- キャパシタの製造方法であって、
下記工程(1)および(2)によりキャパシタ用電極を形成する工程と、
(1)ALD法を用いた下記(A)〜(L)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、10atm%以下の濃度の3価の元素を含有するSrRuO3膜を形成する工程と
(2)前記工程(1)の後に、ALD法を用いた下記(A)〜(H)の一連の工程を複数回、繰り返すことにより、3価の元素を含有しないSrRuO3膜を形成する工程と、
前記SrRuO 3 膜に接するように、キャパシタ用電極中の3価の元素を含有しない誘電体膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするキャパシタの製造方法。
(A)Ru原料ガスを供給してRu膜を成膜する工程、
(B)前記Ru原料ガスをパージする工程、
(C)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスAを供給して前記Ru膜の熱酸化処理を行う工程、
(D)前記ガスAをパージする工程、
(E)Sr原料ガスを供給してSr膜を成膜する工程、
(F)前記Sr原料ガスをパージする工程、
(G)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスBを供給して前記Sr膜の熱酸化処理を行う工程、
(H)前記ガスBをパージする工程、
(I)La原料ガスを供給してLa膜を成膜する工程、
(J)前記La原料ガスをパージする工程、
(K)O2ガス及びO3ガスのうち少なくとも一方からなるガスCを供給して前記La膜の熱酸化処理を行う工程、
(L)前記ガスCをパージする工程。 - 前記工程(2)で形成する3価の元素を含有しないSrRuO3膜の膜厚が0.5〜2nmであることを特徴とする請求項11に記載のキャパシタの製造方法。
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