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特開2022-114457キャパシタ、及びそれを含む半導体装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022114457
(43)【公開日】2022-08-05
(54)【発明の名称】キャパシタ、及びそれを含む半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/8239 20060101AFI20220729BHJP
   H01L 27/11507 20170101ALI20220729BHJP
【FI】
H01L27/105 449
H01L27/11507
【審査請求】未請求
【請求項の数】27
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022009377
(22)【出願日】2022-01-25
(31)【優先権主張番号】10-2021-0011037
(32)【優先日】2021-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(72)【発明者】
【氏名】羅 炳勲
(72)【発明者】
【氏名】李 基榮
(72)【発明者】
【氏名】李 周浩
(72)【発明者】
【氏名】鄭 明鎬
【テーマコード(参考)】
5F083
【Fターム(参考)】
5F083FR02
5F083FZ10
5F083GA11
5F083JA02
5F083JA45
5F083JA60
5F083MA06
5F083MA19
(57)【要約】
【課題】キャパシタ、及びそれを含む半導体装置を提供する。
【解決手段】第1電極、該第1電極上の第2電極、及び該第1電極と該第2電極との間の誘電膜、を含み、第1電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質、を含み、第1金属性物質の電気陰性度は、第1誘電性物質の電気陰性度より大きいキャパシタである。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極と、
前記第1電極上の第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間の誘電膜と、を含み、
前記第1電極は、
ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質と、
ペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質と、を含み、
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より大きい、キャパシタ。
【請求項2】
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より0.6以上大きい、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項3】
前記第1電極は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有し、
前記第1単位層は、前記第1誘電性物質を含み、
前記第2単位層は、前記第1金属性物質を含む、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項4】
前記第1電極の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、前記第1単位層である、請求項3に記載のキャパシタ。
【請求項5】
前記第1電極は、前記第1誘電性物質と前記第1金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有する、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項6】
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質を含む、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項7】
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第3誘電性物質をさらに含み、
前記第3誘電性物質の誘電特性と、前記第2誘電性物質の誘電特性は、互いに異なる、請求項6に記載のキャパシタ。
【請求項8】
前記誘電膜は、交互に積層される第2誘電膜及び第3誘電膜を含む超格子構造を有し、
前記第2誘電膜は、前記第2誘電性物質を含み、
前記第3誘電膜は、前記第3誘電性物質を含む、請求項7に記載のキャパシタ。
【請求項9】
前記第2誘電性物質は、強誘電性または常誘電性を有する、請求項6に記載のキャパシタ。
【請求項10】
前記第2電極は、
ペロブスカイト結晶構造、及び誘電性を有する第4誘電性物質と、
ペロブスカイト結晶構造、及び金属性を有する第2金属性物質と、を含み、
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第4誘電性物質の電気陰性度より大きい、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項11】
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第4誘電性物質の電気陰性度より0.6以上大きい、請求項10に記載のキャパシタ。
【請求項12】
前記第2電極は、交互に積層される第3単位層及び第4単位層を含む超格子構造を有し、
前記第3単位層は、前記第4誘電性物質を含み、
前記第4単位層は、前記第2金属性物質を含む、請求項10に記載のキャパシタ。
【請求項13】
前記第2電極の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、前記第3単位層である、請求項12に記載のキャパシタ。
【請求項14】
前記第2電極は、前記第4誘電性物質と前記第2金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有する、請求項13に記載のキャパシタ。
【請求項15】
前記第4誘電性物質は、前記第1誘電性物質と同一である、請求項10に記載のキャパシタ。
【請求項16】
前記第2金属性物質は、前記第1金属性物質と同一である、請求項10に記載のキャパシタ。
【請求項17】
前記誘電膜は、前記第1電極に対し、前記誘電膜の反対側に提供されるシード層をさらに含む、請求項1に記載のキャパシタ。
【請求項18】
ゲート構造体、第1ソース/ドレイン領域及び第2ソース/ドレイン領域を含むトランジスタと、
第1電極、前記第1電極上の第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間の誘電膜を含むキャパシタと、を含み、
前記第1電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質を含み、
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より大きく、
前記第1ソース/ドレイン領域は、前記第1電極に電気的に連結される、半導体装置。
【請求項19】
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より0.6以上大きい、請求項18に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記第1電極は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有し、
前記第1単位層は、前記第1誘電性物質を含み、
前記第2単位層は、前記第1金属性物質を含む、請求項18に記載の半導体装置。
【請求項21】
前記第1電極は、前記第1誘電性物質と前記第1金属性物質との合金を含む、請求項18に記載の半導体装置。
【請求項22】
前記第2電極は、
ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質と、
ペロブスカイト結晶構造を有する第2金属性物質と、を含み、
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第2誘電性物質の電気陰性度より大きい、請求項18に記載の半導体装置。
【請求項23】
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第2誘電性物質の電気陰性度より0.6以上大きい、請求項22に記載の半導体装置。
【請求項24】
前記第2電極は、交互に積層される第3単位層及び第4単位層を含む超格子構造を有し、
前記第3単位層は、前記第2誘電性物質を含み、
前記第4単位層は、前記第2金属性物質を含む、請求項22に記載の半導体装置。
【請求項25】
前記第2電極は、前記第2誘電性物質と前記第2金属性物質との合金を含む、請求項22に記載の半導体装置。
【請求項26】
前記第2誘電性物質は、前記第1誘電性物質と同一である、請求項22に記載の半導体装置。
【請求項27】
前記第2金属性物質は、前記第1金属性物質と同一である、請求項22に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、キャパシタ、及びそれを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ペロブスカイト結晶構造の酸化物は、高い誘電率を有しており、次世代キャパシタの誘電膜に利用される物質として関心を集めている。該ペロブスカイト結晶構造を有する誘電膜が高い誘電率を維持するためには、ペロブスカイト結晶構造が安定して維持されることが要求される。誘電膜の結晶性は、キャパシタの電極から影響を受ける。
【0003】
キャパシタの電極物質として、Ru、Ir、Pt、Auのような貴金属(noble metal)や、ペロブスカイト結晶構造を有するが、金属性を有する物質などが研究されている。貴金属、またはペロブスカイト結晶構造を有するものの、金属性を有する物質によって構成される電極が、キャパシタの電極として使用される場合、誘電膜のペロブスカイト結晶構造は、安定して維持され難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する電極を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、また、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する誘電膜を提供することである。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、また、高い誘電率を有する誘電膜を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、また、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを提供することである。
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、また、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを含む半導体装置を提供することである。
ただし、本発明が解決しようとする課題は、前述の開示に限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【0009】
一態様において、第1電極と、前記第1電極上の第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間の誘電膜と、を含み、前記第1電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質と、を含み、前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より大きいキャパシタが提供されうる。
【0010】
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度よりも0.6以上も大きい。
【0011】
前記第1電極は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有し、前記第1単位層は、前記第1誘電性物質を含み、前記第2単位層は、前記第1金属性物質を含み得る。
【0012】
前記第1電極の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、前記第1単位層でもある。
前記第1電極は、前記第1誘電性物質と前記第1金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。
【0013】
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質を含んでもよい。
前記誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有する第3誘電性物質をさらに含み、前記第3誘電性物質の誘電特性と、前記第2誘電性物質の誘電特性は、互いに異なりもする。
【0014】
前記誘電膜は、交互に積層される第2誘電膜及び第3誘電膜を含む超格子構造を有し、前記第2誘電膜は、前記第2誘電性物質を含み、前記第3誘電膜は、前記第3誘電性物質を含んでもよい。
【0015】
前記第2誘電性物質は、強誘電性または常誘電性を有することができる。
前記第2電極は、ペロブスカイト結晶構造、及び誘電性を有する第4誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造、及び金属性を有する第2金属性物質と、を含み、前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第4誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。
【0016】
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第4誘電性物質の電気陰性度よりも0.6以上大きい。
【0017】
前記第2電極は、交互に積層される第3単位層及び第4単位層を含む超格子構造を有し、前記第3単位層は、前記第4誘電性物質を含み、前記第4単位層は、前記第2金属性物質を含んでもよい。
【0018】
前記第2電極の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、前記第3単位層でもある。
前記第2電極は、前記第4誘電性物質と前記第2金属性物質との合金を含み、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。
【0019】
前記第4誘電性物質は、前記第1誘電性物質と同一でもある。
前記第2金属性物質は、前記第1金属性物質と同一でもある。
【0020】
前記誘電膜は、前記第1電極に対し、前記誘電膜の反対側に提供されるシード層をさらに含んでもよい。
【0021】
一態様において、ゲート構造体、第1ソース/ドレイン領域、及び第2ソース/ドレイン領域を含むトランジスタと、第1電極、前記第1電極上の第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間の誘電膜を含むキャパシタと、を含み、前記第1電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質を含み、前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気陰性度より大きく、前記第1ソース/ドレイン領域は、前記第1電極に電気的に連結される半導体装置が提供されうる。
【0022】
前記第1金属性物質の電気陰性度は、前記第1誘電性物質の電気音声もよりも0.6以上大きい。
【0023】
前記第1電極は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有し、前記第1単位層は、前記第1誘電性物質を含み、前記第2単位層は、前記第1金属性物質を含んでもよい。
【0024】
前記第1電極は、前記第1誘電性物質と前記第1金属性物質との合金を含んでもよい。
前記第2電極は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有する第2金属性物質と、を含み、前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第2誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。
【0025】
前記第2金属性物質の電気陰性度は、前記第2誘電性物質の電気陰性度よりも0.6以上も大きい。
【0026】
前記第2電極は、交互に積層される第3単位層及び第4単位層を含む超格子構造を有し、前記第3単位層は、前記第2誘電性物質を含み、前記第4単位層は、前記第2金属性物質を含んでもよい。
【0027】
前記第2電極は、前記第2誘電性物質と前記第2金属性物質との合金を含んでもよい。
前記第2誘電性物質は、前記第1誘電性物質と同一でもある。
前記第2金属性物質は、前記第1金属性物質と同一でもある。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する電極を提供することができる。
【0029】
本発明によれば、ペロブスカイト結晶構造を安定して維持する誘電膜を提供することができる。
【0030】
本発明によれば、高い誘電率を有する誘電膜を提供することができる。
本発明によれば、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを提供することができる。
【0031】
本発明によれば、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタを含む半導体装置を提供することができる。
ただし、前述の発明の効果は、前記開示に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0032】
図1】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図2】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図3】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図4】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図5】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図6】例示的な実施形態によるキャパシタの断面図である。
図7】例示的な実施形態による半導体装置の断面図である。
図8】例示的な実施形態によるメモリ要素の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を称し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さと便宜さとのために誇張されてもいる。一方、以下で説明される実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。
【0034】
以下で、「上」と記載されたところは、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものを含んでもよい。
単数の表現は、文脈上、明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
【0035】
また、明細書に記載された「…部」というような用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味する。
図1は、例示的な実施形態によるキャパシタ10の断面図である。
【0036】
図1を参照すれば、キャパシタ10が提供されうる。キャパシタ10は、シード層SL、第1a電極100、第1誘電膜200及び第2a電極300を含んでもよい。シード層SLは、ペロブスカイト結晶構造を有する層を形成するためのシード層SLでもある。シード層SLは、伝導性物質を含んでもよい。例えば、シード層SLは、TiOまたはSrOを含んでもよい。
【0037】
第1a電極100は、シード層SL上にも提供される。第1a電極100は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第1a電極100は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第1金属性物質を含んでもよい。該第1金属性物質の電気陰性度(electronegativity)は、該第1誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。例えば、該第1金属性物質の電気陰性度は、該第1誘電性物質の電気陰性度よりも約0.6以上大きい。該第1誘電性物質は、ABO(O:酸素)で表され、誘電性を有することができる。例えば、該第1誘電性物質は、BaTiOまたはSrTiOを含んでもよい。該第1金属性物質は、A’B’O(O:酸素)で表され、金属性を有することができる。例えば、該第1金属性物質は、BaRuO、BaMoO、BaIrO、BaVO、SrRuO、SrMoO、SrIrOまたはSrVOを含んでもよい。
【0038】
第1誘電膜200は、第1a電極100上にも提供される。第1誘電膜200は、ペロブスカイト結晶構造を有し、誘電性を有することができる。例えば、第1誘電膜200は、高誘電特性または常誘電特性を有することができる。第1誘電膜200が高誘電特性を有する場合、例えば、第1誘電膜200は、BaTiO、KNbO、KTaO、PbTiOまたはPbZrOを含んでもよい。第1誘電膜200が常誘電特性を有する場合、例えば、第1誘電膜200は、SrTiO、CaTiO、SrHfOまたはSrZrOを有することができる。
【0039】
第2a電極300は、第1誘電膜200上にも提供される。第2a電極300は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第2a電極300は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質、及びペロブスカイト結晶構造を有する第2金属性物質を含んでもよい。該第2金属性物質の電気陰性度は、該第2誘電性物質の電気陰性度よりも大きい。例えば、該第2金属性物質の電気陰性度は、該第2誘電性物質の電気陰性度よりも約0.6以上大きい。該第2誘電性物質は、ABO(O:酸素)で表され、誘電性を有することができる。例えば、該第2誘電性物質は、BaTiOまたはSrTiOを含んでもよい。例えば、該第2誘電性物質は、該第1誘電性物質と実質的に同一でもある。該第2金属性物質は、A’B’O3(O:酸素)で表され、金属性を有することができる。例えば、該第2金属性物質は、BaRuO、BaMoO、BaIrO、BaVO、SrRuO3、SrMoO、SrIrOまたはSrVOを含んでもよい。例えば、該第2金属性物質は、該第1金属性物質と実質的に同一でもある。
【0040】
ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電膜200の誘電特性は、第1誘電膜200の結晶性によっても変わる。例えば、第1誘電膜200の結晶性が低ければ、誘電特性が劣化され、第1誘電膜200の結晶性が高ければ、誘電特性が維持されうる。第1誘電膜200の結晶性は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1a電極100と第2a電極300との結晶性から影響を受けることにもなる。例えば、第1a電極100及び第2a電極300の結晶性が低ければ、第1誘電膜200の結晶性も低くなり、第1a電極100及び第2a電極300の結晶性が高ければ、第1誘電膜200の結晶性も高くなりうる。従って、第1誘電膜200の高い誘電率が安定して維持されるために、第1a電極100及び第2a電極300の結晶性が高いことが要求されうる。
【0041】
金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質(例えば、SrRuO)は、低い電気的抵抗、及び高い仕事関数(work-function)を有するので、キャパシタの電極として使用されるのに適する電気的特性を有することができる。しかし、金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質は、外部環境により、ペロブスカイト結晶構造が崩壊されてしまう。例えば、金属性を有するペロブスカイト結晶構造の物質の高い酸化・還元反応性により、ペロブスカイト結晶構造ではなく、他の結晶構造に容易に変わりうる。
【0042】
本開示の第1a電極100は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第1誘電性物質より高い電気陰性度(例えば、約0.6以上大きい電気陰性度)を有する第1金属性物質と、を含んでもよい。第2a電極300は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第2誘電性物質より高い電気陰性度(例えば、約0.6以上大きい電気陰性度)を有する第2金属性物質と、を含んでもよい。例えば、キャパシタ10の厚みは50Å以上でもある。該第1誘電性物質及び該第2誘電性物質自体は、高い結晶性を有することができる。該第1誘電性物質及び該第2誘電性物質は、それぞれA’B’Oで表される第1金属性物質及び第2金属性物質内のO-B’-O八面体結合(octahedral bonding)を強化することができる。O-B’-O八面体結合の強化により、該第1金属性物質及該第2金属性物質は、高い結晶性を有することができる。すなわち、該第1誘電性物質及び該第2誘電性物質により、該第1金属性物質及び該第2金属性物質それぞれの結晶性が向上されうる。該第1誘電性物質及び該第1金属性物質がいずれも高い結晶性を有するが、第1a電極100も、高い結晶性を有することができる。該第2誘電性物質及び該第2金属性物質がいずれも高い結晶性を有するが、第2a電極300も、高い結晶性を有することができる。それにより、第1誘電膜200は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ10は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。例えば、向上されたキャパシタンス特性は、誘電定数(dielectric constant)、損失係数(dissipation factor)及び/または漏れ電流密度(漏れ電流)を含んでもよい。例えば、例示的な実施形態において、該損失係数は、誘電膜200の誘電定数を低減させず、20%以上低減され、該漏れ電流密度は、+/-1MV/cmフィールドから、最小一次数及び/または最大三次数にも改善される。
【0043】
図2は、例示的な実施形態によるキャパシタ11の断面図である。説明の簡潔さのために、図1を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0044】
図2を参照すれば、キャパシタ11が提供されうる。キャパシタ11は、シード層SL、第1b電極110、第1誘電膜200及び第2a電極300を含んでもよい。シード層SL、第1誘電膜200及び第2a電極300は、図1を参照して説明されるシード層SL、第1誘電膜200及び第2a電極300とそれぞれ実質的に同一でもある。
【0045】
第1b電極110は、図1を参照して説明される第1誘電性物質及び第1金属性物質を含んでもよい。第1b電極110は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有することができる。該超格子構造は、数nm厚を有する異種の膜が交互に積層された構造を称しうる。該第1単位層は、第1誘電性物質層でもある。該第2単位層は、第1金属性物質層でもある。
【0046】
一例において、超格子構造の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、第1単位層でもある。例えば、該超格子構造の最下層及び最上層のそれぞれは、第1単位層でもある。言い換えれば、第2単位層は、そこにすぐ隣接した1対の第1単位層間に介在されうる。他の例において、該超格子構造の最下層及び最上層は、いずれも第2単位層でもある。
【0047】
第2単位層内の酸素元素は、不安定であり、ペロブスカイト結晶構造を離脱しようとする性質を有することができる。酸素元素が離脱する場合、該ペロブスカイト結晶構造は、崩壊されうる。第1単位層は、電気的に安定した特性を有することができる。該第1単位層が該第2単位層に隣接するように配される場合、該第2単位層内の酸素元素は、電気的に安定した第1単位層内に流入され難いのである。該第2単位層内の酸素元素は、ペロブスカイト結晶構造内に留まることにもなる。
【0048】
本開示の第1単位層は、第2単位層の結晶性を改善させることができる。それにより、第1b電極110は、高い結晶性を有することができる。第1誘電膜200は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ11は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
【0049】
図3は、例示的な実施形態によるキャパシタ12の断面図である。説明の簡潔さのために、図1を参照して説明されたところ、及び図2を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0050】
図3を参照すれば、キャパシタ12が提供されうる。キャパシタ12は、シード層SL、第1b電極110、第1誘電膜200及び第2b電極310を含んでもよい。シード層SL及び第1誘電膜200は、図1を参照して説明されるシード層SL及び第1誘電膜200とそれぞれ実質的に同一でもある。第1b電極110は、図2を参照して説明される第1b電極110と実質的に同一でもある。
【0051】
第2b電極310は、図1を参照して説明される第1誘電性物質及び第1金属性物質を含んでもよい。第2b電極310は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有することができる。該第1単位層は、第1誘電性物質層でもある。該第2単位層は、第1金属性物質層でもある。
【0052】
一例において、超格子構造の最下層及び最上層のうち少なくとも1層は、第1単位層でもある。例えば、該超格子構造の最下層及び最上層のそれぞれは、第1単位層でもある。言い換えれば、第2単位層は、そこにすぐ隣接した1対の第1単位層間に介在されうる。他の例において、該超格子構造の最下層及び最上層は、いずれも第2単位層でもある。
【0053】
本開示の第1単位層は、第2単位層の結晶性を改善させることができる。それにより、第2b電極310は、高い結晶性を有することができる。第1誘電膜200は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ12は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
【0054】
図4は、例示的な実施形態によるキャパシタ13の断面図である。説明の簡潔さのために、図1を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0055】
図4を参照すれば、キャパシタ13が提供されうる。キャパシタ13は、シード層SL、第1c電極120、第1誘電膜200及び第2a電極300を含んでもよい。シード層SL、第1誘電膜200及び第2a電極300は、図1を参照して説明されるシード層SL、第1誘電膜200及び第2a電極300とそれぞれ実質的に同一でもある。
【0056】
第1c電極120は、図1を参照して説明される第1誘電性物質及び第1金属性物質を含んでもよい。第1c電極120は、該第1誘電性物質及び該第1金属性物質の合金を含んでもよい。第1c電極120は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第1c電極120は、AA’(1-x)BO、ABB’(1-y)またはAA’(1-x)B’(1-y)によっても表される(Oは、酸素原子である)。
【0057】
第1c電極120内の第1誘電性物質により、第1金属性物質の結晶性が向上されうる。該第1誘電性物質及び該第1金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第1c電極120も高い結晶性を有することができる。それにより、第1誘電膜200は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ13は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
【0058】
図5は、例示的な実施形態によるキャパシタ14の断面図である。説明の簡潔さのために、図1を参照して説明されたところ、及び図4を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0059】
図5を参照すれば、キャパシタ14が提供されうる。キャパシタ14は、シード層SL、第1c電極120、第1誘電膜200及び第2c電極320を含んでもよい。シード層SL及び第1誘電膜200は、図1を参照して説明されるシード層SL及び第1誘電膜200とそれぞれ実質的に同一でもある。第1c電極120は、図4を参照して説明される第1c電極120と実質的に同一でもある。
【0060】
第2c電極320は、図1を参照して説明される第2誘電性物質及び第2金属性物質を含んでもよい。第2c電極320は、該第2誘電性物質及び該第2金属性物質の合金を含んでもよい。第2c電極320は、ペロブスカイト結晶構造を有することができる。第2c電極320は、AA’(1-x)BO、ABB’(1-y)またはAA’(1-x)B’(1-y)によっても表される(Oは、酸素原子である)。
【0061】
第2c電極320内の第2誘電性物質により、第2金属性物質の結晶性が向上されうる。該第2誘電性物質及び該第2金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第2c電極320も、高い結晶性を有することができる。それにより、第1誘電膜200は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ14は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
【0062】
図6は、例示的な実施形態によるキャパシタ15の断面図である。説明の簡潔さのために、図1を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0063】
図6を参照すれば、キャパシタ15が提供されうる。キャパシタ15は、シード層SL、第1a電極100、第2誘電膜210及び第2a電極300を含んでもよい。シード層SL、第1a電極100及び第2a電極300は、図1を参照して説明されるシード層SL、第1a電極100及び第2a電極300とそれぞれ実質的に同一でもある。
【0064】
第2誘電膜210は、交互に積層される第1単位層及び第2単位層を含む超格子構造を有することができる。該第1単位層及び該第2単位層は、互いに異なる誘電特性を有することができる。例えば、第1単位層は、ペロブスカイト結晶構造を有する高誘電物質を含んでもよい。例えば、第2単位層は、ペロブスカイト結晶構造を有する常誘電物質を含んでもよい。
【0065】
第1a電極100内の第1誘電性物質により、第1金属性物質の結晶性が向上されうる。該第1誘電性物質及び該第1金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第1a電極100も、高い結晶性を有することができる。第2a電極300内の第2誘電性物質により、該第2金属性物質の結晶性が向上されうる。該第2誘電性物質及び該第2金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、第2a電極300も、高い結晶性を有することができる。それにより、第2誘電膜210は、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。本開示のキャパシタ15は、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。
【0066】
図7は、例示的な実施形態による半導体装置の断面図である。説明の簡潔さのために、図1ないし図6を参照して説明されたところと実質的に同一内容は、説明されない。
【0067】
図7を参照すれば、基板1000、ゲート電極GE、ゲート絶縁膜GI、層間絶縁膜2000、コンタクトCT及びキャパシタCEを含む半導体装置20が提供されうる。基板1000は、半導体基板を含んでもよい。例えば、基板1000は、シリコン基板、ゲルマニウム基板またはシリコン・ゲルマニウム基板を含んでもよい。
【0068】
基板1000上部に、第1ソース/ドレイン領域SD1及び第2ソース/ドレイン領域SD2が提供されうる。第1ソース/ドレイン領域SD1及び第2ソース/ドレイン領域SD2は、基板1000の上面に平行な方向に沿い、互いに離隔されてもいる。第1ソース/ドレイン領域SD1及び第2ソース/ドレイン領域SD2は、基板1000に不純物が注入されても形成される。
【0069】
ゲート電極GEは、基板1000上にも提供される。ゲート電極GEは、第1ソース/ドレイン領域SD1と第2ソース/ドレイン領域SD2との間にも提供される。ゲート電極GEは、伝導性物質を含んでもよい。例えば、ゲート電極GEは、金属またはポリシリコンを含んでもよい。
【0070】
ゲート絶縁膜GIは、ゲート電極GEと基板1000との間にも提供される。ゲート絶縁膜GIは、ゲート電極GEと基板1000との間にも配される。ゲート絶縁膜GIは、絶縁物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜GIは、Si酸化物(例えば、SiO)、Al酸化物(例えば、Al)または高誘電物質(例えば、HfO)を含んでもよい。
【0071】
層間絶縁膜2000は、基板1000上にも提供される。層間絶縁膜2000は、ゲート電極GEとゲート絶縁膜GIとを覆うことができる。層間絶縁膜2000は、絶縁物質を含んでもよい。例えば、層間絶縁膜2000は、Si酸化物(例えば、SiO)、Al酸化物(例えば、Al)または高誘電物質(例えば、HfO)を含んでもよい。
【0072】
層間絶縁膜2000上にキャパシタCEが提供されうる。キャパシタCEは、図1ないし図6を参照して説明されるキャパシタ10,11,12,13,14,15のうちいずれか一つを含んでもよい。ただし、キャパシタCEの形状は、図1ないし図6に図示されたところに限定されるものではない。キャパシタCEの形状は、図1ないし図6に開示された技術的思想を含む範囲において、必要に応じて選択されうる。コンタクトCTは、キャパシタCEと第1ソース/ドレイン領域SD1との間に提供され、層間絶縁膜2000を貫通することができる。コンタクトCTは、キャパシタCEと第1ソース/ドレイン領域SD1とを電気的に連結することができる。
【0073】
本開示のキャパシタCEは、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、高い結晶性を有する電極を含んでもよい。それにより、キャパシタCEの誘電膜は、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、高い結晶性、及び高い誘電率を有することができる。キャパシタCEは、向上されたキャパシタンス特性を有することができる。結果として、本開示は、向上されたキャパシタンス特性を有するキャパシタCEを含む半導体装置20を提供することができる。
【0074】
図8は、例示的な実施形態によるメモリ要素の断面図である。説明の簡潔さのために、図1ないし図6を参照して説明されたところと実質的に同一内容は、説明されない。
【0075】
図8を参照すれば、メモリ要素21が提供されうる。メモリ要素21は、抵抗変化メモリ(RRAM:resistive random access memory)において、情報を保存する要素でもある。メモリ要素21は、基板1000、下部電極LE、抵抗変化膜RC及び上部電極UEを含んでもよい。下部電極LE、抵抗変化膜RC及び上部電極UEは、情報を保存するメモリ要素でもある。基板1000は、図7を参照して説明された基板1000と実質的に同一でもある。一実施形態において、基板1000に、配線、受動素子及び/または能動素子が提供されうる。下部電極LEは、前述の第1a電極100、第1b電極110または第1c電極120と実質的に同一でもある。上部電極UEは、前述の第2a電極300、第2b電極310または第2c電極320と実質的に同一でもある。
【0076】
抵抗変化膜RCは、下部電極LE上にも提供される。抵抗変化膜RCは、抵抗変化物質を含んでもよい。該抵抗変化物質は、印加される電圧により、その抵抗が変わる物質を称しうる。例えば、抵抗変化膜RCは、ペロブスカイト結晶構造を有する絶縁膜でもある。例えば、抵抗変化膜RCは、PbZrTiO、PrCaMnO、またはカルシウムがドーピングされた(Ba,Sr)TiOを含んでもよい。
【0077】
ペロブスカイト結晶構造を有する抵抗変化膜RCの抵抗変化特性は、抵抗変化膜RCの結晶性によっても変わる。例えば、抵抗変化膜RCの結晶性が低ければ、抵抗変化特性が劣化され、抵抗変化膜RCの結晶性が高ければ、抵抗変化特性が維持されうる。抵抗変化膜RCの結晶性は、ペロブスカイト結晶構造を有する下部電極LEと、上部電極UEとの結晶性から影響を受けうる。従って、抵抗変化膜RCの抵抗変化特性が安定して維持されるために、下部電極LE及び上部電極UEの結晶性が高いことが要求されるのである。
【0078】
本開示の下部電極LE(すなわち、第1a電極100、第1b電極110または第1c電極120)は、ペロブスカイト結晶構造を有する第1誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第1誘電性物質より高い電気陰性度(例えば、約0.6以上大きい電気陰性度)を有する第1金属性物質と、を含んでもよい。該第1誘電性物質及び該第1金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、下部電極LEも、高い結晶性を有することができる。上部電極UE(すなわち、第2a電極300、第2b電極310または第2c電極320)は、ペロブスカイト結晶構造を有する第2誘電性物質と、ペロブスカイト結晶構造を有するものの、第2誘電性物質より高い電気陰性度(例えば、約0.6以上大きい電気陰性度)を有する第2金属性物質と、を含んでもよい。該第2誘電性物質及び該第2金属性物質がいずれも高い結晶性を有するため、上部電極UEも、高い結晶性を有することができる。それにより、抵抗変化膜RCは、高い結晶性を有することができる。
【0079】
本開示は、高い結晶性を有する抵抗変化膜RCを含むメモリ要素21を提供することができる。
【0080】
本開示の技術的思想の実施形態に係わる以上の説明は、本開示の技術的思想を説明するための例示を提供する。従って、本開示の技術的思想は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想内において、当業者により、前述の実施形態を組み合わせて実施するというようなさまざまな多くの修正及び変更が可能であるということは、明白である。
【符号の説明】
【0081】
10,11,12,13,14,15 キャパシタ
20 半導体装置
21 メモリ要素
100 第1a電極
110 第1b電極
120 第1c電極
200 第1誘電膜
210 第2誘電膜
300 第2a電極
310 第2b電極
320 第2c電極
1000 基板
2000 層間絶縁膜
SL シード層
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8