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公開番号2025113649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-04
出願番号2024007913
出願日2024-01-23
発明の名称酸化ハフニウム膜改質方法、及び不揮発性メモリ装置
出願人株式会社日本製鋼所
代理人個人
主分類H01L 21/316 20060101AFI20250728BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】強誘電性のo相(orthorhombic phase)主体の酸化ハフニウム(膜)に結晶化(改質)することができる酸化ハフニウム膜改質方法等を提供する。
【解決手段】酸化ハフニウム膜改質方法であって、シリコン基板上に非晶質の酸化ハフニウム膜を成膜する成膜工程S11と、前記非晶質の酸化ハフニウム膜がo相主体の酸化ハフニウム膜に改質され、かつ、当該o相主体の酸化ハフニウム膜の凝集が起こらないように、前記非晶質の酸化ハフニウム膜に紫外域の波長のパルスレーザー光を照射する結晶化工程S12と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン基板上に非晶質の酸化ハフニウム膜を成膜する成膜工程と、
前記非晶質の酸化ハフニウム膜がｏ相主体の酸化ハフニウム膜に改質され、かつ、当該ｏ相主体の酸化ハフニウム膜の凝集が起こらないように、前記非晶質の酸化ハフニウム膜に紫外域の波長のパルスレーザー光を照射する結晶化工程と、を備える酸化ハフニウム膜改質方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記非晶質の酸化ハフニウム膜は、ＴｈｅｒｍａｌＡＬＤ法により成膜され、
前記パルスレーザー光のエネルギー密度は、４００ｍＪ／ｃｍ
２
以上である請求項１に記載の酸化ハフニウム膜改質方法。
【請求項３】
前記パルスレーザー光の波長は２４８ｎｍ、パルス間隔は１０ｍｓ、パルス幅は数十ｎｓである請求項２に記載の酸化ハフニウム膜改質方法。
【請求項４】
前記パルスレーザー光は、ＫｒＦ光源のパルスレーザー照射装置から出射する請求項３に記載の酸化ハフニウム膜改質方法。
【請求項５】
前記結晶化工程により改質された前記酸化ハフニウム膜のＸ線回折装置によるＸ線回折パターンは、２θ＝３０．３５°付近にピークを有し、
前記結晶化工程により改質された前記酸化ハフニウム膜の走査電子顕微鏡によるＳＥＭ画像は、酸化ハフニウム膜の凝集と評価される相対的に明るい箇所と相対的に暗い箇所を含まない請求項１に記載の酸化ハフニウム膜改質方法。
【請求項６】
シリコン基板と、前記シリコン基板に形成された酸化ハフニウム膜と、を備えた不揮発性メモリ装置であって、
前記酸化ハフニウム膜は、
前記シリコン基板上に非晶質の酸化ハフニウム膜を成膜する成膜工程と、
前記非晶質の酸化ハフニウム膜がｏ相主体の酸化ハフニウム膜に改質され、かつ、当該ｏ相主体の酸化ハフニウム膜の凝集が起こらないように、前記非晶質の酸化ハフニウム膜に紫外域の波長のパルスレーザー光を照射する結晶化工程と、を実施することにより形成されたｏ相主体の酸化ハフニウム膜である不揮発性メモリ装置。
【請求項７】
前記シリコン基板の一面側に当該一面から露出した状態で形成されたソース領域と、
前記シリコン基板の一面側かつ前記ソース領域から離れた箇所に当該一面から露出した状態で形成されたドレイン領域と、
前記酸化ハフニウム膜上に形成されたゲート電極と、
前記酸化ハフニウム膜に前記ソース領域に対応して形成された第１コンタクトホールを介して前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記酸化ハフニウム膜に前記ドレイン領域に対応して形成された第２コンタクトホールを介して前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、を備え、
前記成膜工程は、前記シリコン基板の一面側に前記ソース領域及び前記ドレイン領域を覆った状態で非晶質の酸化ハフニウム膜を成膜し、
前記結晶化工程は、前記非晶質の酸化ハフニウム膜がｏ相主体の酸化ハフニウム膜に改質され、かつ、当該ｏ相主体の酸化ハフニウム膜の凝集が起こらないように、前記非晶質の酸化ハフニウム膜に紫外域の波長のパルスレーザー光を照射する請求項６に記載の不揮発性メモリ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸化ハフニウム膜改質方法、及び不揮発性メモリ装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化ハフニウム膜付きのシリコン基板をアニール処理する結晶化処理が行われている。通常の抵抗加熱の他、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）等もある。アニール処理する例は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１３５６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数の結晶相があり得る酸化ハフニウムは常誘電性のｍ相(monoclinic phase)が最安定な結晶相であるため、上記結晶化処理により、最安定のｍ相を抑制し、強誘電性のｏ相(orthorhombic phase)主体の酸化ハフニウム（膜）に結晶化（改質）することが難しいという課題がある。
【０００５】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態に係る酸化ハフニウム膜改質方法は、シリコン基板上に非晶質の酸化ハフニウム膜を成膜する成膜工程と、前記非晶質の酸化ハフニウム膜がｏ相主体の酸化ハフニウム膜に改質され、かつ、当該ｏ相主体の酸化ハフニウム膜の凝集が起こらないように、前記非晶質の酸化ハフニウム膜に紫外域の波長のパルスレーザー光を照射する結晶化工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、強誘電性のｏ相主体の酸化ハフニウム（膜）に結晶化（改質）することができる酸化ハフニウム膜改質方法、及び不揮発性メモリ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の酸化ハフニウム膜改質方法のフローチャートである。
（ａ）１Ｔ１Ｃ（キャパシタ型）、（ｂ）１Ｔ（トランジスタ型）の概略構成図である。
シリコン基板１０上に非晶質の酸化ハフニウム膜２０を成膜している様子を表す模式図である。
シリコン基板１０上に成膜された酸化ハフニウム膜２０を結晶化（改質）している様子を表す模式図である。
（ａ）Ｘ線回折パターン（実験１の実験結果）を示すグラフ、（ｂ）Ｘ線回折パターン（実験２の実験結果）を示すグラフである。
シリコン基板１０上に成膜された酸化ハフニウム膜２０を結晶化（改質）している様子を表す模式図である。
（ａ）Ｘ線回折パターン（実験３の実験結果）を示すグラフ、（ｂ）Ｘ線回折パターン（実験４の実験結果）を示すグラフである。
ＳＥＭにより撮像した酸化ハフニウム膜のＳＥＭ画像である。
（ａ）Ｘ線回折パターン（実験５の実験結果）を示すグラフ、（ｂ）Ｘ線回折パターン（実験６の実験結果）を示すグラフである。
ＳＥＭにより撮像した酸化ハフニウム膜のＳＥＭ画像である。
（ａ）比較例、（ｂ）実施形態を表す図である。
実施形態の酸化ハフニウム膜改質方法により改質された酸化ハフニウム膜２０
Ｔ＋Ｋ
を適用した不揮発性メモリ装置Ｍの概略構成図である。
不揮発性メモリ装置Ｍの製造工程のフローチャート例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。
【００１０】
＜酸化ハフニウム膜改質方法の概略＞
まず、本開示の酸化ハフニウム膜改質方法の概略について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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