半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的半导体装置的制造方法包括：在半导体基板上或在形成于半导体基板的下部电极上，形成电介质膜的工序；使金属选择性地附着在电介质膜的表面上的规定区域的工序；通过对金属实施热处理，在电介质膜的表面上的规定区域形成绝缘性的金属氧化膜的工序；以及在电介质膜的表面上的规定区域形成有金属氧化膜的状态下，在电介质膜上形成上部电极的工序。在电介质膜上形成上部电极的工序。在电介质膜上形成上部电极的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置的制造方法


[0001]本公开涉及一种半导体装置的制造方法。

技术介绍

[0002]在专利文献1、2中公开了在半导体装置的制造工序中，在成为下部电极与上部电极之间的电容绝缘膜、栅极绝缘膜的电介质膜上，通过单原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)法形成绝缘性的金属氧化膜的技术。通过绝缘性的金属氧化膜，能够降低电介质膜的泄漏电流。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2007－88301号公报
[0006]专利文献2：日本特开2012－80095号公报

技术实现思路

[0007]专利技术所要解决的问题
[0008]本公开提供了一种能够在不使电介质膜的电容等效膜厚(CET：Capacitance Equivalent Thickness)增大的情况下降低泄漏电流的技术。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]本公开的一个方案的半导体装置的制造方法包括：在半导体基板上或在形成于半导体基板的下部电极上，形成电介质膜的工序；使金属选择性地附着在电介质膜的表面上的规定区域的工序；通过对金属实施热处理，在电介质膜的表面上的规定区域形成绝缘性的金属氧化膜的工序；以及在电介质膜的表面上的规定区域形成有金属氧化膜的状态下，在电介质膜上形成上部电极的工序。
[0011]专利技术效果
[0012]根据本公开，起到能够在不使电介质膜的CET增大的情况下降低泄漏电流的效果。
附图说明
[0013]图1是表示一实施方式的半导体装置的构造的一个例子的图。
[0014]图2是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的一个例子的流程图。
[0015]图3是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的各工序中的被处理体的状态的一个例子的剖面图。
[0016]图4是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的各工序中的被处理体的状态的一个例子的剖面图。
[0017]图5是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的各工序中的被处理体的状态的一个例子的剖面图。
[0018]图6是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的各工序中的被处理体的状态的
一个例子的剖面图。
[0019]图7是用于说明一实施方式中的金属附着工序的详细情况的图。
[0020]图8是表示电介质膜的CET和泄漏电流的测定结果的一个例子的图。
[0021]图9是表示一实施方式的变形例的半导体装置的构造的一个例子的图。
具体实施方式
[0022]以下，参照附图对各种实施方式详细地进行说明。需要说明的是，公开技术不受以下实施方式的限定。
[0023]在通过ALD法在电介质膜上形成绝缘性的金属氧化膜的技术中，在不使电介质膜的CET增大的情况下降低泄漏电流这一方面有改善的余地。
[0024]因此，本公开提供一种能够在不使电介质膜的CET增大的情况下降低泄漏电流的技术。
[0025][半导体装置的构造][0026]图1是表示一实施方式的半导体装置的构造的一个例子的图。图1所示的半导体装置100为金属－绝缘体－金属(MIM：Metal
‑
Insulator
‑
Metal)构造的半导体装置。半导体装置100具有：半导体基板101、形成在半导体基板101上的下部电极203、形成在下部电极203上的电介质膜102、以及形成在电介质膜102上的上部电极103。在MIM构造的半导体装置100中，电介质膜102被用作上部电极103与下部电极203之间的电容绝缘膜。在电介质膜102的表面上的规定区域局部地形成有绝缘性的金属氧化膜104。
[0027][半导体装置的制造方法][0028]图2是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的一个例子的流程图。图3～图6是表示一实施方式的半导体装置的制造方法的各工序中的被处理体的状态的一个例子的剖面图。
[0029]首先，提供形成有下部电极203的半导体基板101(步骤S101)。半导体基板101例如为硅基板等。下部电极203例如为氮化钛(TiN)。
[0030]接着，在下部电极203上形成电介质膜102(步骤S102，参照图3)。电介质膜102例如包含氧化铪(HfO2)或氧化锆(ZrO2)。
[0031]接着，使金属104a选择性地附着在电介质膜102的表面上的规定区域(步骤S103，金属附着工序，参照图4)。金属104a例如包含铝(Al)或五价过渡金属。五价过渡金属例如包含铌(Nb)或钽(Ta)。
[0032]在此，参照图7，对步骤S103的金属附着工序的详细情况进行说明。图7是用于说明一实施方式中的金属附着工序的详细情况的图。电介质膜102包含作为结晶化的部分的晶体部分C和作为未结晶化的部分的无定形物质部α。在作为晶体部分C的边界面的晶界形成有集约着多个氧缺陷Vo的集合体。晶界的一部分在电介质膜102的表面上露出。在金属附着工序中，如图7所示，使金属104a选择性地附着在包含在电介质膜102的表面上露出的晶界的周缘的区域(以下称为“晶界周缘区域”)。在金属附着工序中，通过进行镀敷处理(例如电镀处理)，使金属104a选择性地附着在电介质膜102的表面上的晶界周缘区域，该镀敷处理是使用了经由存在于电介质膜102中的晶界进行传导的电子的处理。即，在存在于电介质膜102中的晶界处，通过氧缺陷Vo的集合体形成使电子从下部电极203向电介质膜102的表面
传导的路径。在金属附着工序中，通过利用在该路径中传导并供给至电介质膜102的表面上的晶界的电子使电解液中的金属离子还原，从而使金属104a选择性地附着在电介质膜102的表面上的晶界周缘区域。
[0033]接着，通过对金属104a实施热处理，在电介质膜102的表面上的规定区域(就是说晶界周缘区域)形成绝缘性的金属氧化膜104(步骤S104，参照图5)。金属氧化膜104例如为氧化铝(Al2O3)、氧化铌(Nb2O5)或氧化钽(Ta2O5)。从使金属氧化膜104适当地生长的观点考虑，优选的是，步骤S104的工序在例如300℃以下的温度下进行。
[0034]在步骤S104的工序中，例如，在电介质膜102为氧化铪(HfO2)且金属氧化膜104为氧化铌(Nb2O5)的情况下，进行下述化学反应式(1)、(2)所示的化学反应。
[0035][化学式1][0036][0037][化学式2][0038][0039]根据化学反应式(1)的化学反应，氧化铌(Nb2O5)的两个Nb原子进入氧化铪(HfO2)的晶体中的Hf原子的位点，且氧化铌的四个O原子进入氧化铪的晶体中的O原子的位点。此外，根据化学反应式(1)的化学反应，剩余两个电子和一个O原子。
[0040]根据化学反应式(2)的化学反应，剩余的两个电子和一个O原子进入氧化铪(电介质膜102)的表面上的晶界处的氧缺陷Vo。由此，在氧化铪(HfO2)的表面附近作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置的制造方法，包括：在半导体基板上或在形成于半导体基板的下部电极上，形成电介质膜的工序；使金属选择性地附着在所述电介质膜的表面上的规定区域的工序；通过对所述金属实施热处理，在所述电介质膜的表面上的规定区域形成绝缘性的金属氧化膜的工序；以及在所述电介质膜的表面上的规定区域形成有所述金属氧化膜的状态下，在所述电介质膜上形成上部电极的工序。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，在使所述金属附着的工序中，使金属选择性地附着在包含在所述电介质膜的表面上露出的晶界的周缘的区域。3.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，在使所述金属附着的工序中，通过进行镀敷处理，使金属选择性地附着在包含在所述电介质膜的表面上露出的晶界的周缘的区域，所述镀敷处理是使用了经由存在于所述电介质膜中的晶界进行传导的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山浩二，田村知大，菲利普，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：