特開 2024-44492 半導体装置

(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】P2024044492

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H10B 12/00 20230101AFI20240326BHJP

   H01L 21/8234 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

H01L27/108 671A

H01L27/108 621C

H01L27/108 681A

H01L27/06 102A

H01L27/088 C

H01L27/088 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022150044

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 大地

(72)【発明者】

【氏名】池野 大輔

(72)【発明者】

【氏名】坂田 敦子

【テーマコード（参考）】

5F048

5F083

【Ｆターム（参考）】

5F048AA01

5F048AA07

5F048AB01

5F048AC10

5F048BB01

5F048BB09

5F048BB12

5F048BC03

5F048BC15

5F048BD07

5F048BF07

5F048BF16

5F083AD02

5F083AD03

5F083AD06

5F083AD24

5F083GA09

5F083GA25

5F083GA27

5F083JA38

5F083JA39

5F083JA40

5F083JA43

5F083JA44

5F083JA60

5F083KA01

5F083KA05

5F083KA19

(57)【要約】

【課題】 縦型トランジスタの特性を向上させることが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 実施形態に係る半導体装置は、酸化物半導体で形成された半導体層１０と、下部分と、上部分と、下部分と上部分との間に位置する中間部分とを含み、半導体層の側面を囲むゲート絶縁層２０と、ゲート絶縁層の中間部分を囲むゲート電極３０と、半導体層の下面に接続された第１の酸化物導電体部分４１を含む下部電極４０と、半導体層の上面に接続された上部電極５０とを備え、ゲート電極は、所定の金属元素を含有する金属部分３０ｂと、金属部分とゲート絶縁層との間に設けられ且つ所定の金属元素及び窒素を含有する第１の窒素含有部分３０ａとを含み、第１の酸化物導電体部分は、少なくとも第１の酸化物導電体部分とゲート絶縁層との界面の近傍に、窒素を含有する第２の窒素含有部分４１ａを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物半導体で形成された半導体層と、
下部分と、上部分と、前記下部分と前記上部分との間に位置する中間部分とを含み、前記半導体層の側面を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の前記中間部分を囲むゲート電極と、
前記半導体層の下面に接続された第１の酸化物導電体部分を含む下部電極と、
前記半導体層の上面に接続された上部電極と、
を備える半導体装置であって、
前記ゲート電極は、所定の金属元素を含有する金属部分と、前記金属部分と前記ゲート絶縁層との間に設けられ且つ前記所定の金属元素及び窒素を含有する第１の窒素含有部分とを含み、
前記第１の酸化物導電体部分は、少なくとも前記第１の酸化物導電体部分と前記ゲート絶縁層との界面の近傍に、窒素を含有する第２の窒素含有部分を含む
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記第１の酸化物導電体部分は、前記第１の酸化物導電体部分と前記半導体層との界面の近傍にも前記第２の窒素含有部分を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記ゲート絶縁層の前記下部分を囲む下部絶縁部分をさらに備え、
前記下部絶縁部分は、前記下部絶縁部分と前記ゲート絶縁層との界面の近傍に、窒素を含有する第３の窒素含有部分を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記ゲート絶縁層の前記上部分を囲む上部絶縁部分をさらに備え、
前記上部絶縁部分は、前記上部絶縁部分と前記ゲート絶縁層との界面の近傍に、窒素を含有する第４の窒素含有部分を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記ゲート電極の前記第１の窒素含有部分の仕事関数は、前記半導体層の仕事関数よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記ゲート電極の前記第１の窒素含有部分の仕事関数は、前記ゲート電極の前記金属部分の仕事関数よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記所定の金属元素は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びチタン（Ｔｉ）から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記半導体層は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素と酸素（Ｏ）とを含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１の酸化物導電体部分は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素と酸素（Ｏ）とを含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記ゲート絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記上部電極は、前記半導体層の上面に接続された第２の酸化物導電体部分を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記下部電極に接続されたキャパシタをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板上に酸化物半導体を用いた縦型トランジスタが集積化された半導体装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１０７１４４００号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

縦型トランジスタの特性を向上させることが可能な半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る半導体装置は、酸化物半導体で形成された半導体層と、下部分と、上部分と、前記下部分と前記上部分との間に位置する中間部分とを含み、前記半導体層の側面を囲むゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の前記中間部分を囲むゲート電極と、前記半導体層の下面に接続された第１の酸化物導電体部分を含む下部電極と、前記半導体層の上面に接続された上部電極と、を備える半導体装置であって、前記ゲート電極は、所定の金属元素を含有する金属部分と、前記金属部分と前記ゲート絶縁層との間に設けられ且つ前記所定の金属元素及び窒素を含有する第１の窒素含有部分とを含み、前記第１の酸化物導電体部分は、少なくとも前記第１の酸化物導電体部分と前記ゲート絶縁層との界面の近傍に、窒素を含有する第２の窒素含有部分を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図2】実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図3】実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図4】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図5】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図6】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図7】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図8】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図9】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図10】実施形態に係る半導体装置の第１の変形例を模式的に示した断面図である。

【図11】実施形態に係る半導体装置の第１の変形例を模式的に示した断面図である。

【図12】実施形態に係る半導体装置の第２の変形例を模式的に示した断面図である。

【図13】実施形態に係る半導体装置の適用例の構成を模式的に示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0008】

図１、図２及び図３は、本実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。図１はＺ方向に平行な断面であり、図２及び図３はＺ方向に垂直な断面である。図１のＡ－Ａ線に沿った断面が図２に対応し、図１のＢ－Ｂ線に沿った断面が図３に対応する。

【0009】

なお、図に示したＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに交差する方向である。より具体的には、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交している。

【0010】

図１、図２及び図３に示した構造は、半導体基板（図示せず）を含む下部構造（図示せず）上に形成されている。

【0011】

図１、図２及び図３に示した半導体装置は、縦型ＭＯＳトランジスタとして機能し、半導体層１０、ゲート絶縁層２０、ゲート電極３０、下部電極４０及び上部電極５０を含んでいる。下部電極４０及び上部電極５０の一方はソース電極として機能し、下部電極４０及び上部電極５０の他方はドレイン電極として機能する。

【0012】

半導体層１０は、半導体基板（図示せず）の主面に対して垂直な方向（Ｚ方向に対応）に延伸しており、酸化物半導体で形成されている。より具体的には、半導体層１０は、金属元素及び酸素を含有する金属酸化物半導体で形成されている。

【0013】

具体的には、半導体層１０は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素と酸素（Ｏ）とを含有している。

【0014】

例えば、半導体層１０は、Ｉｎ₂Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、ＩｎＧａＺｎＯ、ＩｎＭｇＯ、ＩｎＡｌＯ、或いはＺｎＳｎＯ等が用いられる。本実施形態では、半導体層１０は、ＩｎＧａＺｎＯで形成されている。なお、以下の説明では、ＩｎＧａＺｎＯをＩＧＺＯと呼ぶこともある。

【0015】

ゲート絶縁層２０は、半導体層１０の側面を囲み、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含有するシリコン酸化物で形成されている。ゲート絶縁層２０は、下部分と、上部分と、下部分と上部分との間に位置する中間部分とを含んでいる。下部分は半導体層１０と後述する下部絶縁部分６１との間に位置し、上部分は半導体層１０と後述する上部絶縁部分６２との間に位置し、中間部分は半導体層１０と後述するゲート電極３０との間に位置している。

【0016】

ゲート電極３０は、ゲート絶縁層２０の中間部分を囲んでいる。また、本実施形態の縦型ＭＯＳトランジスタを後述するＤＲＡＭに適用する場合には、ゲート電極３０はワード線として機能する。この場合、ワード線として機能するゲート電極３０は、所定の方向（図１及び図２では、Ｘ方向）に延伸している。

【0017】

ゲート電極３０は、所定の金属元素ＭＥを含有する金属部分３０ｂと、金属部分３０ｂとゲート絶縁層２０との間に設けられ且つ所定の金属元素ＭＥ及び窒素を含有する窒素含有部分３０ａとを含んでいる。すなわち、窒素含有部分３０ａ及び金属部分３０ｂは金属元素ＭＥを含有し、窒素含有部分３０ａの窒素濃度は金属部分３０ｂの窒素濃度よりも高い。例えば、金属部分３０ｂは所定の金属元素ＭＥで形成され、窒素含有部分３０ａは所定の金属元素ＭＥ及び窒素を含有する金属窒化物で形成されている。具体的には、窒素含有部分３０ａは、金属部分３０ｂの表面を窒化することで形成される。所定の金属元素ＭＥは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びチタン（Ｔｉ）から選択される。なお、所定の金属元素ＭＥがチタン（Ｔｉ）である場合、Ｔｉ単独ではなく、ＴｉＮとして用いられる場合が多い。

【0018】

本実施形態では、所定の金属元素ＭＥとしてモリブデン（Ｍｏ）が用いられる。したがって、金属部分３０ｂにはモリブデン（Ｍｏ）が用いられ、窒素含有部分３０ａにはモリブデン窒化物（ＭｏＮ）が用いられる。

【0019】

金属部分３０ｂの仕事関数はＮ型半導体である半導体層１０の仕事関数よりも大きいことが好ましく、窒素含有部分３０ａの仕事関数は半導体層１０の仕事関数よりも大きいことが好ましい。

【0020】

また、窒素含有部分３０ａの仕事関数は、金属部分３０ｂの仕事関数よりも大きいことが好ましい。金属窒化物の仕事関数は、その金属窒化物を構成する金属の仕事関数よりも必ずしも大きいとは限らないが、ＭｏＮはＭｏよりも大きな仕事関数を有しており、ＭｏＮ及びＭｏは窒素含有部分３０ａ及び金属部分３０ｂの材料として好ましい。

【0021】

なお、Ｔｉの仕事関数はＩＧＺＯの仕事関数よりも小さいため、ＩＧＺＯの仕事関数よりも大きな仕事関数を有するＴｉ窒化物を用いる。この場合、ゲート絶縁層２０側でより安定なＴｉ窒化物が形成されることが好ましい。窒素含有部分３０ａ及び金属部分３０ｂともに、仕事関数が大きいほど好ましい。

【0022】

下部電極４０は、半導体層１０の下面に接続されている。下部電極４０は酸化物導電体部分４１を含んでおり、酸化物導電体部分４１が半導体層１０の下面に接続されている。すなわち、酸化物導電体部分４１は半導体層１０の下面に接している。酸化物導電体部分４１は、金属元素及び酸素を含有する金属酸化物導電体で形成されている。

【0023】

具体的には、酸化物導電体部分４１は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素と酸素（Ｏ）とを含有している。

【0024】

例えば、酸化物導電体部分４１には、ＩｎＳｎＯ、ＩｎＺｎＯ、ＩｎＴｉＯ、或いはＺｎＳｎＯ等が用いられる。本実施形態では、酸化物導電体部分４１は、ＩｎＳｎＯで形成されている。なお、以下の説明では、ＩｎＳｎＯをＩＴＯと呼ぶこともある。

【0025】

なお、下部電極４０は、酸化物導電体部分４１に加えて他の導電体部分を含んでいてもよい。この場合にも、酸化物導電体部分４１が半導体層１０の下面に接しており、他の導電体部分は半導体層１０の下面には接していない。

【0026】

酸化物導電体部分４１は、少なくとも酸化物導電体部分４１とゲート絶縁層２０との界面の近傍に、窒素を含有する窒素含有部分（窒素を含有する酸化物導電体部分）４１ａを含んでいる。具体的には、窒素含有部分４１ａは、酸化物導電体部分４１の表面を窒化することで形成される。本実施形態では、酸化物導電体部分４１は、酸化物導電体部分４１と半導体層１０との界面の近傍にも窒素含有部分４１ａを含んでいる。具体的には、窒素含有部分４１ａは、半導体層１０の下面及びゲート絶縁層２０の下面を覆うように設けられている。

【0027】

上部電極５０は、半導体層１０の上面に接続されている。上部電極５０は酸化物導電体部分５１を含んでおり、酸化物導電体部分５１が半導体層１０の上面に接続されている。すなわち、酸化物導電体部分５１は半導体層１０の上面に接している。酸化物導電体部分５１は、金属元素及び酸素を含有する金属酸化物導電体で形成されている。酸化物導電体部分５１には、酸化物導電体部分４１の材料と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、酸化物導電体部分５１はＩＴＯで形成されている。

【0028】

なお、上部電極５０は、酸化物導電体部分５１に加えて他の導電体部分を含んでいてもよい。この場合にも、酸化物導電体部分５１が半導体層１０の上面に接しており、他の導電体部分は半導体層１０の上面には接していない。

【0029】

層間絶縁層６０は、ゲート電極３０の下面、上面及び側面（Ｙ方向で対向する側面）を囲んでおり、シリコン酸化物等の絶縁材料で形成されている。層間絶縁層６０は、下部絶縁部分６１及び上部絶縁部分６２を含んでいる。下部絶縁部分６１はゲート絶縁層２０の下部分を囲み、上部絶縁部分６２はゲート絶縁層２０の上部分を囲んでいる。下部絶縁部分６１は、下部絶縁部分６１とゲート絶縁層２０との界面の近傍に、窒素を含有する窒素含有部分６１ａを含んでいる。上部絶縁部分６２は、上部絶縁部分６２とゲート絶縁層２０との界面の近傍に、窒素が含有された窒素含有部分６２ａを含んでいる。また、上部絶縁部分６２は、上部絶縁部分６２の上表面領域にも、窒素含有部分６２ａを含んでいる。窒素含有部分６１ａ及び窒素含有部分６２ａは、下部絶縁部分６１及び上部絶縁部分６２の表面を窒化することで形成される。

【0030】

以上のように、本実施形態では、下部電極４０の酸化物導電体部分４１が、窒素を含有する窒素含有部分４１ａを含んでいる。そのため、以下に述べるように、酸化物導電体部分４１のグルービング（grooving）に起因する特性劣化を抑制することができ、縦型ＭＯＳトランジスタの特性を向上させることが可能となる。

【0031】

ＩＴＯ等の酸化物導電体は、結晶性を有している。そのため、酸化物導電体部分４１内に窒素含有部分４１ａが設けられていない場合には、酸化物導電体部分４１内の結晶粒界等によって酸化物導電体部分４１内で自己拡散が生じ、酸化物導電体部分４１の特性を低下させるおそれがある。本実施形態では、酸化物導電体部分４１を窒化することで得られた窒素含有部分４１ａによって、上述したような自己拡散を抑制することが可能である。したがって、本実施形態では、確実なコンタクトが得られ、優れた特性を有する縦型トランジスタを得ることが可能である。

【0032】

また、本実施形態では、ゲート電極３０の金属部分３０ｂにモリブデン（Ｍｏ）を用い、窒素含有部分３０ａにモリブデン窒化物（ＭｏＮ）を用いることにより、以下に述べるように、優れた特性を有する縦型ＭＯＳトランジスタを得ることが可能である。

【0033】

Ｍｏは低い抵抗を有しているため、Ｍｏをワード線として機能するゲート電極３０として用いることで、配線抵抗を低減することが可能である。また、Ｍｏの仕事関数は、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体の仕事関数に対して十分な高さを有している。そのため、Ｍｏをゲート電極３０に用いた場合には、仕事関数が低い他の材料を用いた場合と比較して、内部電界差によってトランジスタのオフ特性をより効果的に確保することができる。しかしながら、Ｍｏをゲート電極３０に用いた場合には、後述する製造工程の際にＭｏの表面が酸化され、その酸化物が昇華してパターン内に再付着するといった問題等が生じ、トランジスタのリーク特性が悪化するおそれがある。

【0034】

本実施形態では、Ｍｏで形成された金属部分３０ｂとゲート絶縁層２０との間にＭｏＮで形成された窒素含有部分３０ａを設けることで、上述した問題を防止することが可能である。すでに述べたように、金属窒化物の仕事関数が、その金属窒化物を構成する金属の仕事関数よりも必ずしも高いとは限らないが、ＭｏＮの仕事関数はＭｏの仕事関数よりも高い。また、ＭｏＮの仕事関数は、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体の仕事関数に対して十分な高さを有している。そのため、トランジスタのオフ特性をより十分に確保することが可能である。また、Ｍｏ層の表面にＭｏＮ層を形成しておくことで、Ｍｏ層の表面が酸化されることを抑制することが可能である。

【0035】

このように、ゲート電極３０の金属部分３０ｂにＭｏを用い、窒素含有部分３０ａにＭｏＮを用いることで、酸化物半導体よりも高い仕事関数を確保することができ、優れた特性を有する縦型ＭＯＳトランジスタを得ることが可能である。

【0036】

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を、図４～図９及び図１を参照して説明する。

【0037】

まず、図４に示すように、半導体基板（図示せず）を含む下部構造（図示せず）上に、酸化物導電体部分４１を含む下部電極４０、下部絶縁部分６１及び上部絶縁部分６２を含む層間絶縁層６０、及びゲート電極の金属部分３０ｂを形成する。酸化物導電体部分４１にはＩＴＯが用いられ、金属部分３０ｂにはＭｏが用いられ、層間絶縁層６０にはシリコン酸化物が用いられる。

【0038】

次に、図５に示すように、上部絶縁部分６２、金属部分３０ｂ及び下部絶縁部分６１をエッチングして、ホール７１を形成する。このとき、酸化物導電体部分４１の上面も少しエッチングされる。

【0039】

次に、図６に示すように、図５の工程で得られた構造の表面を窒化する。この窒化処理により、金属部分３０ｂの表面領域には窒素含有部分３０ａが形成され、酸化物導電体部分４１の表面領域には窒素含有部分４１ａが形成され、下部絶縁部分６１の表面領域には窒素含有部分６１ａが形成され、上部絶縁部分６２の表面領域には窒素含有部分６２ａが形成される。

【0040】

次に、図７に示すように、図６の工程で得られた構造の表面に、ゲート絶縁層２０としてシリコン酸化物層を形成する。このとき、ゲート電極３０の金属部分３０ｂの表面には窒素含有部分３０ａが形成されているため、金属部分３０ｂが酸化されることを防止することができる。

【0041】

次に、図８に示すように、ゲート絶縁層２０に対して異方性エッチングを行う。これにより、ゲート絶縁層２０の一部が除去され、ホール７１の側面にゲート絶縁層２０の一部が残る。異方性エッチングが過度に行われた場合には、ホール７１の底部に位置する窒素含有部分４１ａも除去されるおそれがあるが、少なくとも酸化物導電体部分４１とゲート絶縁層２０との界面の近傍には窒素含有部分４１ａが残る。

【0042】

次に、図９に示すように、ゲート絶縁層２０が設けられたホール７１内に、半導体層１０としてＩＧＺＯ層を形成する。

【0043】

その後、半導体層１０の上面に接続される酸化物導電体部分５１を含む上部電極５０を形成することで、図１に示すような構造が得られる。

【0044】

上述した製造方法によれば、図６の窒化処理により、窒素含有部分３０ａ及び窒素含有部分４１ａを同時に形成することができる。そのため、製造工程を大幅に増加させることなく、すでに述べたような効果を有する窒素含有部分３０ａ及び窒素含有部分４１ａを形成することが可能である。

【0045】

次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0046】

図１０及び図１１は、第１の変形例を模式的に示した断面図である。

【0047】

上述した実施形態では、図６に示すように、パターン内及びパターン表面を含む全表面を窒化する例を示したが、図１０及び図１１に示すように、必ずしも全表面が窒化されなくてもよい。

【0048】

本変形例では、図１０に示すように、金属部分３０ｂの表面を優先的に窒化する。例えば、金属部分３０ｂと層間絶縁層６０のとの間で窒化反応温度に差がある場合に、この反応温度差を利用して金属部分３０ｂの表面を優先的に窒化することが可能である。これにより、図１１に示すような構造を得ることが可能である。また、層間絶縁層６０の表面には吸着せずに、金属部分３０ｂの表面に吸着するような窒素含有物を用い、金属部分３０ｂの表面で窒化反応を生じさせることで、図１１に示すような構造を得ることも可能である。

【0049】

図１２は、第２の変形例を模式的に示した断面図である。

【0050】

本変形例では、図１２に示すように、窒素含有部分３０ａの厚さの方が窒素含有部分４１ａの厚さよりも厚い。金属部分３０ｂと酸化物導電体部分４１との間で窒化反応に差があるような場合には、図１２に示すような構造を得ることも可能である。

【0051】

上述した実施形態、第１の変形例及び第２の変形例で述べたように、金属部分３０ｂの表面及び酸化物導電体部分４１の表面に、窒素含有部分３０ａ及び窒素含有部分４１ａを形成することが可能である。

【0052】

次に、上述した実施形態で得られた縦型ＭＯＳトランジスタをＤＲＡＭに適用した例について説明する。

【0053】

図１３は、上述した実施形態で得られた縦型ＭＯＳトランジスタをＤＲＡＭに適用したときのメモリセル部の構成を模式的に示した断面図である。

【0054】

メモリセル部１００は、縦型ＭＯＳトランジスタ１１０及びキャパシタ１２０を含んでいる。縦型ＭＯＳトランジスタ１１０には、上述した実施形態で説明した縦型ＭＯＳトランジスタが用いられる。キャパシタ１２０は、縦型ＭＯＳトランジスタ１１０に対して直列に接続され、電極１２１、電極１２２、及び電極１２１と電極１２２との間に設けられたキャパシタ絶縁層１２３とを含んでいる。

【0055】

縦型ＭＯＳトランジスタ１１０の下部電極４０にはキャパシタ１２０の一方の電極１２１が接続され、縦型ＭＯＳトランジスタ１１０の上部電極５０にはビット線１３０が接続されている。キャパシタ１２０の他方の電極１２２には、プレート線１４０が接続されている。

【0056】

上述した実施形態で得られた縦型ＭＯＳトランジスタを図１３に示したようなメモリセル部１００を有するＤＲＡＭに適用することで、優れた特性を有するＤＲＡＭを得ることが可能である。

【0057】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0058】

１０…半導体層 ２０…ゲート絶縁層
３０…ゲート電極 ３０ａ…窒素含有部分 ３０ｂ…金属部分
４０…下部電極 ４１…酸化物導電体部分 ４１ａ…窒素含有部分
５０…上部電極 ５１…酸化物導電体部分
６０…層間絶縁層 ６１…下部絶縁部分 ６１ａ…窒素含有部分
６２…上部絶縁部分 ６２ａ…窒素含有部分
７１…ホール
１００…メモリセル １１０…縦型ＭＯＳトランジスタ
１２０…キャパシタ １２１、１２２…電極 １２３…キャパシタ絶縁層
１３０…ビット線 １４０…プレート線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】