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公開番号2024176212
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094592
出願日2023-06-08
発明の名称半導体記憶装置及び半導体記憶装置の製造方法
出願人富士通セミコンダクターメモリソリューション株式会社
代理人個人,個人
主分類H10B 53/00 20230101AFI20241212BHJP()
要約【課題】疲労特性及びインプリント特性を向上することができる半導体記憶装置及び半導体記憶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体記憶装置は、トランジスタと、前記トランジスタに接続された強誘電体キャパシタと、を有し、前記強誘電体キャパシタは、一方が前記トランジスタに接続された第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられたPZT系の第1強誘電体膜と、前記第1電極と前記第1強誘電体膜との間に設けられたPZT系の第2強誘電体膜と、を有し、前記第2強誘電体膜は、La、Ca、Ir若しくはRu又はこれらの任意の組み合わせと、Srとを添加物として含み、前記第1強誘電体膜におけるLa、Ca、Ir、Ru及びSrの各々の濃度は、前記第2強誘電体膜におけるLa、Ca、Ir、Ru及びSrの各々の濃度よりも低い。半導体記憶装置は、例えば不揮発性メモリとして使用することができる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタと、
前記トランジスタに接続された強誘電体キャパシタと、
を有し、
前記強誘電体キャパシタは、
一方が前記トランジスタに接続された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられたＰＺＴ系の第１強誘電体膜と、
前記第１電極と前記第１強誘電体膜との間に設けられたＰＺＴ系の第２強誘電体膜と、
を有し、
前記第２強誘電体膜は、Ｌａ、Ｃａ、Ｉｒ若しくはＲｕ又はこれらの任意の組み合わせと、Ｓｒとを添加物として含み、
前記第１強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度は、前記第２強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度よりも低い半導体記憶装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第２強誘電体膜の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体記憶装置。
【請求項３】
前記第１強誘電体膜におけるＴｉ含有量に対するＺｒ含有量の比は、前記第２強誘電体膜におけるＴｉ含有量に対するＺｒ含有量の比よりも大きい請求項１又は２に記載の半導体記憶装置。
【請求項４】
前記第２電極と前記第１強誘電体膜との間に設けられたＰＺＴ系の第３強誘電体膜を有し、
前記第３強誘電体膜は、Ｌａ、Ｃａ、Ｉｒ若しくはＲｕ又はこれらの任意の組み合わせと、Ｓｒとを添加物として含み、
前記第１強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度は、前記第３強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度よりも低い請求項１又は２に記載の半導体記憶装置。
【請求項５】
前記第３強誘電体膜の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項４に記載の半導体記憶装置。
【請求項６】
前記第１強誘電体膜におけるＴｉ含有量に対するＺｒ含有量の比は、前記第２強誘電体膜におけるＴｉ含有量に対するＺｒ含有量の比よりも大きい請求項４に記載の半導体記憶装置。
【請求項７】
前記第１強誘電体膜は、Ｌａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒを含まない請求項１又は２に記載の半導体記憶装置。
【請求項８】
トランジスタを形成する工程と、
前記トランジスタに接続される強誘電体キャパシタを形成する工程と、
を有し、
前記強誘電体キャパシタを形成する工程は、
一方が前記トランジスタに接続される第１電極及び第２電極を形成する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間にＰＺＴ系の第１強誘電体膜を形成する工程と、
前記第１電極と前記第１強誘電体膜との間にＰＺＴ系の第２強誘電体膜を形成する工程と、
を有し、
前記第２強誘電体膜は、Ｌａ、Ｃａ、Ｉｒ若しくはＲｕ又はこれらの任意の組み合わせと、Ｓｒとを添加物として含み、
前記第１強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度は、前記第２強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度よりも低い半導体記憶装置の製造方法。
【請求項９】
前記強誘電体キャパシタを形成する工程において、
前記第１電極が前記トランジスタに接続され、
前記第１電極が形成された後に、前記第１電極の上に前記第２強誘電体膜がアモルファス状に形成され、
前記第２強誘電体膜がアモルファス状に形成された後に、アニールにより前記第２強誘電体膜が結晶化され、
前記第２強誘電体膜が結晶化された後に、前記第２強誘電体膜の上に前記第１強誘電体膜が形成され、
前記第１強誘電体膜が形成された後に、前記第１強誘電体膜の上に前記第２電極が形成される請求項８に記載の半導体記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
前記強誘電体キャパシタを形成する工程において、
前記第１電極が前記トランジスタに接続され、
前記第１電極が形成された後に、前記第１電極の上に前記第１強誘電体膜が形成され、
前記第１強誘電体膜が形成された後に、前記第１強誘電体膜の上に前記第２強誘電体膜がアモルファス状に形成され、
前記第２強誘電体膜が形成された後に、前記第２強誘電体膜の上に前記第２電極が形成され、
前記第２電極が形成された後に、アニールにより前記第２強誘電体膜が結晶化される請求項８に記載の半導体記憶装置の製造方法。
（【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】
本開示は、半導体記憶装置及び半導体記憶装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体記憶装置の一つとして、強誘電体キャパシタを備えた強誘電体メモリが知られている。強誘電体キャパシタの一例では、上部電極と下部電極との間に、添加物を含まないＰＺＴ膜と、Ｌａ等の添加物を含むＰＺＴ系膜とが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１０－３３５５９６号公報
特開２００７－１０３７２２号公報
特表２００８－５２２４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、強誘電体キャパシタに対して疲労特性及びインプリント特性の向上の要請が高まっている。
【０００５】
本開示の目的は、疲労特性及びインプリント特性を向上することができる半導体記憶装置及び半導体記憶装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一形態によれば、トランジスタと、前記トランジスタに接続された強誘電体キャパシタと、を有し、前記強誘電体キャパシタは、一方が前記トランジスタに接続された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられたＰＺＴ系の第１強誘電体膜と、前記第１電極と前記第１強誘電体膜との間に設けられたＰＺＴ系の第２強誘電体膜と、を有し、前記第２強誘電体膜は、Ｌａ、Ｃａ、Ｉｒ若しくはＲｕ又はこれらの任意の組み合わせと、Ｓｒとを添加物として含み、前記第１強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度は、前記第２強誘電体膜におけるＬａ、Ｃａ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＳｒの各々の濃度よりも低い半導体記憶装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、疲労特性及びインプリント特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。
第１実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
第１実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
第１実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
第２実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。
第２実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
第２実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
第３実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。
第３実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
第３実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
試料Ｎｏ．１の構成を示す断面図である。
試料Ｎｏ．２の構成を示す断面図である。
第１試験における分極特性の測定結果を示す図である。
ヒステリシスループの一例を示す図である。
第１試験における疲労特性の測定結果を示す図である。
第１試験におけるインプリント特性の測定結果を示す図である。
第１試験におけるリーク電流の測定結果を示す図である。
第２試験における分極特性の測定結果を示す図である。
第２試験における疲労特性の測定結果を示す図である。
第２試験におけるインプリント特性の測定結果を示す図である。
第３試験における分極特性の測定結果を示す図（その１）である。
第３試験における分極特性の測定結果を示す図（その２）である。
第３試験におけるインプリント特性の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、強誘電体キャパシタを備えた半導体記憶装置、すなわち強誘電体メモリに関する。図１は、第１実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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