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公開番号2024067682
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022177935
出願日2022-11-07
発明の名称半導体装置の製造方法および半導体装置
出願人東京エレクトロン株式会社
代理人個人
主分類H10B 12/00 20230101AFI20240510BHJP()
要約【課題】酸化物系高誘電率膜を用いたキャパシタの低CET化を実現することができる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板上にTi含有膜からなる下部電極を形成する工程と、下部電極の上にニオブ酸化膜を形成する工程と、ニオブ酸化膜の上に酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、酸化物系高誘電率膜の上に上部電極を形成する工程と、アニールを行う工程とを有し、酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、上部電極を形成する工程と、アニールを行う工程とを経ることにより、ニオブ酸化膜を、Nb₂O₅よりも酸化数の小さいニオブ酸化物を主体とする低酸化数ニオブ酸化膜に改質する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上にＴｉ含有膜からなる下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上にニオブ酸化膜を形成する工程と、
前記ニオブ酸化膜の上に酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、
前記酸化物系高誘電率膜の上に上部電極を形成する工程と、
アニールを行う工程と、
を有し、
前記酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、前記上部電極を形成する工程と、前記アニールを行う工程とを経ることにより、前記ニオブ酸化膜を、Ｎｂ
２
Ｏ
５
よりも酸化数の小さいニオブ酸化物を主体とする低酸化数ニオブ酸化膜に改質する、半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記下部電極を構成する前記Ｔｉ含有膜は、ＴｉＮ膜である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化物系高誘電率膜は、ＺｒＯ
２
膜およびＨｆＯ
２
膜のいずれかである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化物系高誘電率膜は、原料ガスと酸化剤とを用いたＡＬＤまたはＣＶＤにより形成される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記酸化剤はＯ
３
ガスである、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記低酸化数ニオブ酸化膜の膜厚は、０．３～５ｎｍである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記アニールは、還元雰囲気で行われる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体装置はＤＲＡＭのキャパシタである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成されたＴｉ含有膜からなる下部電極と、
容量膜である酸化物系高誘電率膜と、
前記下部電極と前記酸化物系高誘電率膜との間に設けられた、Ｎｂ
２
Ｏ
５
よりも酸化数の小さいニオブ酸化物を主体とする低酸化数ニオブ酸化膜と、
前記酸化物系高誘電率膜の上に形成された上部電極と、
を有する、半導体装置。
【請求項１０】
前記下部電極を構成する前記Ｔｉ含有膜は、ＴｉＮ膜である、請求項９に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等に用いられるキャパシタとしては、基板上に下部電極、誘電体膜、上部電極をその順で形成したものが用いられており、特許文献１には誘電体膜として酸化ジルコニウム等の酸化物系高誘電率膜を用いたキャパシタが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、タンタルオキサイドまたはニオブオキサイドを含む第１の誘電体膜と、下部電極と第１の誘電体膜との間に設けられた第２の誘電体膜と、第１の誘電体膜と上部電極との間に第３の誘電体膜とを有するものが記載されている。また、第２の誘電体膜と第３の誘電体膜としてジルコニウムオキサイド等を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００１－１５２３３９号公報
特開２００４－２６６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、酸化物系高誘電率膜を用いたキャパシタの低ＣＥＴ（ＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＴｈｉｃｋｎｅｓｓ；容量換算膜厚）化を実現することができる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、基板上にＴｉ含有膜からなる下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上にニオブ酸化膜を形成する工程と、前記ニオブ酸化膜の上に酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、前記酸化物系高誘電率膜の上に上部電極を形成する工程と、前記酸化物系高誘電率膜を形成後にアニールを行う工程と、を有し、前記酸化物系高誘電率膜を形成する工程と、前記上部電極を形成する工程と、前記アニールを行う工程を経ることにより、前記ニオブ酸化膜を、Ｎｂ
２
Ｏ
５
よりも酸化数の小さいニオブ酸化物を主体とする低酸化数ニオブ酸化膜に改質する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、酸化物系高誘電率膜を用いたキャパシタの低ＣＥＴ化を実現することができる半導体装置の製造方法および半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャーである。
一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
実施形態の方法で得られたサンプル１と比較であるサンプル２のＣＥＴとリーク電流の結果を示す図である。
ＮｂＯｘ膜の膜厚とＣＥＴおよびリーク電流との関係を示す図である。
実施形態の方法で得られたサンプル１１～１４と比較であるサンプル１５のＣＥＴとリーク電流の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
図１は一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート、図２はその工程断面図である。
【００１０】
本実施形態では、まず、基板１０１上にＴｉ含有膜からなる下部電極１０２を形成する（ステップＳＴ１、図２（ａ））。基板１０１は特に限定されないが、半導体基板、例えばＳｉ基板が例示される。Ｔｉ含有膜からなる下部電極１０２はＴｉＮ膜であってよい。下部電極１０２としては、ＴｉＮ膜の他に、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＭｅＮ（Ｍｅ：遷移金属）膜を用いることもできる。Ｔｉ含有膜からなる下部電極１０２は、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ（スパッタリング）により形成することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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