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公開番号2024151890
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-25
出願番号2023065681
出願日2023-04-13
発明の名称半導体装置およびその製造方法
出願人ルネサスエレクトロニクス株式会社
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H10B 51/30 20230101AFI20241018BHJP()
要約【課題】半導体装置の性能を向上させる。
【解決手段】半導体基板SUB上には、ゲート絶縁膜GIが形成されている。ゲート絶縁膜GI上には、ゲート電極GEが形成されている。ゲート絶縁膜GIとゲート電極GEとの間には、強誘電体膜FEおよび金属膜MFが形成されている。金属膜MFの厚さは、強誘電体膜FEの厚さよりも薄い。金属膜MFは、アモルファスである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に形成された強誘電体膜および第１金属膜と、
を備え、
前記第１金属膜の厚さは、前記強誘電体膜の厚さよりも薄く、
前記第１金属膜は、アモルファスである、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜の厚さは、１ｎｍ以上且つ４ｎｍ以下である、半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜の厚さは、２ｎｍ以下である、半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜は、アモルファスの窒化チタンからなる、半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記強誘電体膜は、ハフニウム、酸素およびジルコニウムを含む、半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜は、複数のアモルファス膜を含む積層膜であり、
前記複数のアモルファス膜の各々の厚さは、２ｎｍ以下である、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜は、前記強誘電体膜と前記ゲート電極との間に形成されている、半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜と前記強誘電体膜との間に形成された第２金属膜を更に備え、
前記第２金属膜の厚さは、前記強誘電体膜の厚さよりも薄く、
前記第２金属膜は、アモルファスである、半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属膜は、前記ゲート絶縁膜と前記強誘電体膜との間に形成されている、半導体装置。
【請求項１０】
（ａ）半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記ゲート絶縁膜上に、第１アモルファス膜を形成する工程、
（ｃ）前記ゲート絶縁膜上に、第１金属膜を形成する工程、
（ｄ）前記（ｂ）工程および前記（ｃ）工程の後に、前記第１金属膜が前記第１アモルファス膜に接している状態で熱処理を行うことで、前記第１アモルファス膜を結晶化して直方晶の強誘電体膜を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後に、前記強誘電体膜上および前記第１金属膜上に、ゲート電極用の導電性膜を形成する工程、
を備え、
前記第１金属膜の厚さは、前記第１アモルファス膜の厚さよりも薄く、
前記（ｄ）工程時に、前記第１金属膜は、アモルファスである、半導体装置の製造方法。
（【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】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、強誘電体膜を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、低電圧で動作する半導体記憶素子として、強誘電体膜を用いた強誘電体メモリセルが開発されている。強誘電体メモリセルは、強誘電体膜の分極の方向を制御することで、情報の書込み状態および消去状態を変化させる不揮発性メモリセルである。
【０００３】
特許文献１には、強誘電体膜と、強誘電体膜上に形成された金属膜とを備えた強誘電体メモリセルが開示されている。金属膜は、窒化チタンなどからなり、１０ｎｍ以上の厚さを有する。アモルファス状態の強誘電体膜に金属膜が接している状態で熱処理を行うことで、結晶化された強誘電体膜が得られる。この際、金属膜からの応力によって、強誘電体膜の結晶の配向性を揃えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－２２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱力学的には、強誘電体相を得るために、大きな応力が必要であることが知られている。強誘電体膜上に形成される金属膜としては、窒化チタン膜またはタングステン膜などが使用されている。一般的には、このような金属膜は、１０ｎｍ程度の厚さを有し、結晶化されている。これまで、金属膜の性質と応力との関係については、十分に明らかにされていない。
【０００６】
本願の主な目的は、強誘電体膜に大きな応力を与えられる金属膜を提供することで、強誘電体メモリセルの性能を向上させ、半導体装置の性能を向上させることにある。その他の目的および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
一実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に形成された強誘電体膜および第１金属膜と、を備える。前記第１金属膜の厚さは、前記強誘電体膜の厚さよりも薄く、前記第１金属膜は、アモルファスである。
【０００９】
一実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、（ｂ）前記ゲート絶縁膜上に、第１アモルファス膜を形成する工程、（ｃ）前記ゲート絶縁膜上に、第１金属膜を形成する工程、（ｄ）前記（ｂ）工程および前記（ｃ）工程の後に、前記第１金属膜が前記第１アモルファス膜に接している状態で熱処理を行うことで、前記第１アモルファス膜を結晶化して直方晶の強誘電体膜を形成する工程、（ｅ）前記（ｄ）工程の後に、前記強誘電体膜上および前記第１金属膜上に、ゲート電極用の導電性膜を形成する工程、を備える。前記第１金属膜の厚さは、前記強誘電体膜の厚さよりも薄く、前記（ｄ）工程時に、前記第１金属膜は、アモルファスである。
【発明の効果】
【００１０】
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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