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JPH0613565A - 強誘電性メモリ回路の形成方法及び強誘電性コンデンサの形成方法 - Google Patents

強誘電性メモリ回路の形成方法及び強誘電性コンデンサの形成方法

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Publication number
JPH0613565A
JPH0613565A JP5035838A JP3583893A JPH0613565A JP H0613565 A JPH0613565 A JP H0613565A JP 5035838 A JP5035838 A JP 5035838A JP 3583893 A JP3583893 A JP 3583893A JP H0613565 A JPH0613565 A JP H0613565A
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JP
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annealing
anneal
layer
ferroelectric
lower electrode
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JP5035838A
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Divyesh N Patel
ディヴィシュ・エヌ・パテル
Douglas Sheldon
ダグラス・シェルドン
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Ramtron International Corp
Original Assignee
Ramtron International Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
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    • H01L21/321After treatment
    • HELECTRICITY
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    • H10D1/68Capacitors having no potential barriers
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電性コンデンサの強誘電特性の改善を図
ること。 【構成】 集積回路に使用される強誘電性コンデンサを
形成する方法は、層を次々に形成し、各層の形成後、酸
素又はオゾンアニールにより構造体をアニールする工程
より成る。特に、強誘電体層の形成後、オゾンアニール
が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性集積回路の形
成方法、特に強誘電性コンデンサを形成する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】強誘電
性コンデンサは、一般には、一連の蒸着及び画成工程を
経て形成される。この工程では、酸素アニールを数回行
う必要がある。酸素アニールは、蒸着、スパッタリン
グ、或いはスピンコーティングされた(spun−o
n)「PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)」の結晶相を正
確に形成するために、更には電極及び材料の欠陥を低減
するために必要とされる。
【0003】「PZT」は、ジルコン酸チタン酸鉛より
成る強誘電体の名称であり、Pb(Tix Zr1-x )O
3 の一般式を有する。ここでxは組成比を表しx=0乃
至1の範囲内の値である。蒸着、スパッタリング、或い
はスピンコートされたPZTは非晶質であり、強誘電特
性を有しない(或いは強誘電性が不十分である)。酸素
雰囲気中でのアニールは、所望の強誘電特性を生じ得る
結晶学的相を正確に形成するために必要である。例え
ば、PZTをメモリ回路に使用する場合、必要な強誘電
体相(フェロエレクトリック フェーズ:ferroe
lectricphase)は正方晶系の相(テトラゴ
ナル フェーズ:tetragonalphase)で
ある。所望の強誘電性特性の一つは、電界を付与するこ
となく生じる永久双極子モーメントである。これは正に
帯電したTi+4イオンがその負に帯電したO-2環境に対
して一方向に変位する場合にのみ生じ得る。酸素の空格
子点は、ターゲットの欠陥及び酸素反応性により、スパ
ッタされたPZT材料内に生じる傾向にある。かくし
て、酸素は、これらの欠陥を修復して良好な強誘電性を
確保するために必要である。また、これらの酸素アニー
ルは、材料の格子不整合の結果生じる界面における過剰
の電荷を減少させる電気的受容体(アクセプタ:acc
eptor)原子として機能することにより、電極/P
ZT界面に影響を及ぼす。
【0004】現在、酸素アニールは、500℃より高温
度でO2 の雰囲気中で行われている。一般に、酸素アニ
ールは、電気炉アニール法又は短時間アニール法(RT
A)により行う。
【0005】しかしながら、これらのアニールの効果
は、強誘電性コンデンサを形成するために行う処理工程
の幾つかにより、低下したり或いは場合によっては消滅
してしまうこともある。例えば、後続の多くの集積回路
処理段階では、低圧力でイオン化が弱く且つ極めて活性
化されたガス状態(プラズマとして知られている)にあ
る。このプラズマ内では、中程度のエネルギ(<1 k
eV)の電子及び陽子が生成される。これらの粒子は、
強誘電性材料内でイオン化して電子・正孔対を形成し、
構成成分をなすPZT原子をイオン化することができ
る。これらの処理段階の結果生じた余分な電荷は蓄積さ
れ、強誘電体内に誘起された構造的な双極子モーメント
の内部電界より大きく及び又それと反対方向の内部電界
を形成する。
【0006】例えば、強誘電性コンデンサ上にSiH4
ガスおよび酸素またはN2 Oガスを用いてシリケート
(silicate)ガラス膜を堆積すると、H2 又は
2 が強誘電体結晶内で置換型不純物になり、結晶の強
誘電性効果を損なうことがある。十分なH2 が強誘電性
結晶内に置換可能に蓄積した場合には、誘起された構造
的な双極子モーメントはゼロとなり、強誘電体ヒステレ
シス曲線は従来の線型誘電媒体のそれに近似する。これ
は、強誘電体内に埋設されて大幅に抵抗率が低減した領
域として理解されよう。
【0007】本発明の目的は、上述した欠点を有しない
強誘電体コンデンサおよびこれを用いた強誘電性メモリ
回路を形成するための改良された方法を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、オゾ
ンアニールにより、強誘電性コンデンサおよびこのコン
デンサを用いた強誘電性メモリ回路を形成する方法に関
する。この方法は概して、一連のオゾンアニールを含む
一連の処理段階より成る。
【0009】本発明の強誘電性メモリ回路の形成方法に
よれば、下地上に下部電極構造を形成する工程と、前記
下部電極上に、強誘電体層を設ける工程と、第一のアニ
ールをオゾン雰囲気中で行う工程と、前記強誘電体層上
に、上部電極を形成する工程と、前記上部電極を画成す
る工程と、第二のアニールを行う工程と、前記下部電極
を画成する工程と、第三のアニールを行う工程と、前記
上部電極、前記強誘電体層、前記下部電極上に、ガラス
層を設ける工程と、前記ガラス層に、前記上部電極及び
前記下部電極へ達する個別のコンタクト窓をそれぞれ画
成する工程と、第四のアニールを行う工程と、前記ガラ
ス層に、前記基板へ達する別のコンタクト窓を画成する
工程と、前記ガラス層上及びそれぞれの前記コンタクト
窓内に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層を
画成する工程と、第五のアニールを行う工程とを含むこ
とを特徴とする。
【0010】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記金属配線層及び前記ガラス層上に金属間(イン
ターメタル:inter−metal)誘電体層を設け
る工程と、第六のアニールを行う工程とを更に含むのが
良い。
【0011】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第一のアニールを短時間アニール法により行う
のが良い。
【0012】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記短時間アニール法を650℃乃至850℃の範
囲内の温度で、5秒乃至30秒間の範囲内の期間行うの
が良い。
【0013】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第一のアニールをオゾン雰囲気中での短時間ア
ニールと酸素雰囲気中での電気炉アニールとの組合せで
行うのが良い。
【0014】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第一のアニールをオゾン雰囲気中での電気炉ア
ニールと酸素雰囲気中での短時間アニールとの組合せで
行うのが良い。
【0015】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第二のアニールを電気炉アニールとするのが良
い。
【0016】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記電気炉アニールを酸素雰囲気中で、650℃乃
至750℃の範囲内の温度で1時間行うのが良い。
【0017】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第二のアニールを750℃を越える温度でオゾ
ン雰囲気中での短時間アニールと、それに続く750℃
で1時間の電気炉アニールにより行うのが良い。
【0018】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第三のアニールを酸素雰囲気における450℃
乃至750℃の範囲内の温度で約1時間の電気炉アニー
ルで行うのが良い。
【0019】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第三のアニールの実施に先立ち、前記上部電
極、前記強誘電体層及び前記下部電極を、400℃乃至
450℃の範囲内の温度で約30分間オゾンに晒す工程
を更に含むのが良い。
【0020】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第四のアニールを酸素雰囲気中で、550℃の
温度で約1時間の電気炉アニールで行うのが良い。
【0021】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第四のアニールの実施に先立ち、400℃乃至
450℃の範囲内の温度で約30分間、前記上部電極、
前記強誘電体層、及び前記下部電極をオゾンに晒す工程
を更に含むのが良い。
【0022】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第五のアニールを酸素雰囲気における550℃
の温度で約1時間の電気炉アニールで行うのが良い。
【0023】さらに、この発明の実施に当り、好ましく
は、前記第五のアニールの実施に先立ち、前記上部電
極、前記強誘電層体層、及び前記下部電極を、400℃
乃至450℃の範囲内の温度で、約30分間オゾンに晒
す工程を更に含むのが良い。
【0024】さらに、前記第六のアニールを電気炉アニ
ールとするのが好ましい。
【0025】さらに、前記電気炉アニールを450℃よ
り低い温度で30分間だけ行うのが好ましい。
【0026】さらに、電気炉アニール又は短時間アニー
ルにより、前記下部電極の予備アニールを行うのが好ま
しい。
【0027】本発明の強誘電性コンデンサの形成方法に
よれば、下部電極構造を形成する工程と、前記下部電極
上に強誘電体層を設ける工程と、アニールをオゾン雰囲
気中で行う工程と、前記強誘電体層上に上部電極を設け
る工程とを含むことを特徴とする。
【0028】この発明の実施に当り、好ましくは、前記
オゾン雰囲気中でのアニールを、前記強誘電体層を設け
た後であってかつ、前記上部電極を設ける前に行うのが
良い。
【0029】本発明の強誘電性メモリ回路の形成方法の
他の例によれば、基板の活性領域に下部電極構造を形成
する工程と、前記下部電極上に強誘電体層を設ける工程
と、第一のアニールをオゾン雰囲気中で行う工程と、前
記強誘電体層上に上部電極を設ける工程と、前記上部電
極を画成する工程と、第二のアニールを行う工程と、前
記下部電極を画成する工程と、第三のアニールを行う工
程と、前記上部電極、前記強誘電体層、前記下部電極上
にガラス層を設ける工程と、前記ガラス層に前記上部電
極及び前記下部電極へ達する個別のコンタクト窓をそれ
ぞれ画成する工程と、第四のアニールを行う工程と、前
記ガラス層に前記基板へ達する別のコンタクト窓を画成
する工程と、前記ガラス層上及びそれぞれの前記コンタ
クト窓内に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線
層を画成する工程と、第五のアニールを行う工程とを含
むことを特徴とする。
【0030】オゾンは400℃以上の温度では迅速にO
2 とO- に分解するので、酸素アニールと比較して、オ
ゾンアニールの方が、強誘電体に酸素を付与する方法と
しては優れている。この分解の結果、強誘電体にはO2
が付与されるのみならず、反応性が強く、O2 より電子
親和力が大きいO- 種(O- species)もまた付
与される。また、オゾンガスは極めて反応性に富んでお
り当然酸素を手放すことにより安定になろうとするの
で、オゾンは通常のO2 と同じ表面吸着/脱着の運動力
学によって制限を受けない。換言すれば、酸素分子は5
00℃で強誘電体の表面に吸着され、しかも共有結合を
切断するためには酸素分子に十分なエネルギを必要とす
るのに対し、オゾン分子は500℃以上では数ミリ秒で
酸素原子と酸素分子に分解してしまう。その結果、強誘
電体がオゾンに晒されると、強誘電体はO2 から受ける
より遥かに速く酸素原子を得ることができる。従って、
オゾンは強誘電体内に高濃度の反応性酸素原子を拡散さ
せ得るので、酸素は比較的迅速に強誘電体内に拡散(浸
透)することができる。これは、酸素が強誘電体結晶に
迅速に付与されるほど、失われる鉛(Pb)原子の数が
減少するので重要である。
【0031】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
き説明する。尚、図中、同一部分には同一符号を付して
示してある。また、各図は、主要工程段階で得られた構
造体を断面で示しており、断面を表わすハッチング等を
一部省略してある。以下、好ましい実施例を説明する。
【0032】本発明の方法的側面における好ましい実施
例は、以下に説明する態様で実施される一連の製造工程
を含む。
【0033】図1は、強誘電体層が形成されるべき下地
を示しており、本発明の実施例によれば、流し込み(フ
ロード:flowed)ガラス層10上には下部電極1
2が設けられている。流し込みガラス層10は、ドープ
ドポリシリコンゲート9、基板8(Si(珪素)、又は
GaAs(ガリウム砒素)のような化合物半導体)、及
びそれに続く配線層(インターコネクト層:Inter
connect layer)の間を分離(絶縁)す
る。また、ソース及びドレン領域(S、D)も図示され
ている。
【0034】この実施例では、この下地をソースおよび
ドレイン領域(S,D)と、分離領域とが形成されてい
る基板8、ドープトポリシリコンゲート9および平坦化
された流し込みガラス層10とで構成しているが、これ
に何ら限定されるものではない。
【0035】ゲート材料であるポリシリコンをCVD
(化学的気相成長)法で堆積する。ポリシリコンゲート
9には3通りの方法でドーピングを行うことが可能であ
る。その方法としては、ポリシリコンの堆積中にドーパ
ントガスを導入することによってドーピングするか、イ
オンインプランテーションを行うか、或いは堆積後に拡
散よってドーピングする方法がある。通常、ゲートへの
ドーピングは、ウエハに隣接させた固体ソースか或いは
ドーパントとしてのPOCl3 (三塩化ホスホリル:p
hosphoryl chloride)を用いて、高
温でドーパントを拡散させて行う。その後、ドープトポ
リシリコンゲートを、ホトリソグラフィおよびドライプ
ラズマエッチングによってパターニングして得る。
【0036】流し込みガラス層10を好ましくはPSG
(PhosphoSilicateGlass)または
BPSG(Boron PhosphoSilicat
eGlass)とするのが良い。これら材料にはドーパ
ントが含まれているが、例えば、PSGの場合にはリン
(P)がおよびBPSGの場合にはボロン(B)および
リン(P)が含まれており、これらドーパントはケイ酸
塩ガラスの軟化点を下げるために用いられている。これ
らのガラスは、一般には、SiH4 、O2、PH3 、B
2 6 を用いたCVD法により堆積するか、或いは、5
00℃未満の温度でTEOS(テトラ エチル オルソ
シラン:Tetra EthylOrtho Sil
ane)、O2 、TMP(トリメチル フォスファイ
ト:Tri Methyl Phosphite)およ
びTMB(トリメチル ボーレイト:Tri Meth
yl Borate)を用いて堆積する、6乃至10重
量%のPを含むBSGか、または、4重量%のBおよび
4重量%のPを含むBPSGのいずれかをフロー(fl
ow)・ガラスの組成として用いる。このガラスを蒸
気、または酸素または窒素中で、800℃乃至1100
℃の範囲内の温度で20乃至30分の範囲内の時間内だ
け流動させる。
【0037】下部電極12は、例えば、スパッタによる
堆積或いは蒸着により設けることができる。
【0038】別の実施例において、下部電極は、基板の
ソース又はドレン領域等の活性領域に直接形成してもよ
い。
【0039】下部電極12は、例えば、白金(Pt)、
金(Au)、又はモリブデン(Mo)等の貴金属から形
成することができる。好ましくは、下部電極12は、2
00オングストローム(20ナノメートル)のチタン
(Ti)層と、1500オングストローム(150ナノ
メートル)の白金(Pt)層より成り、両層の金属の堆
積工程の間で真空状態を破ることのない、一つの続けた
処理工程(シングル パス:single pass)
で堆積される。一般に流し込みガラスに対する白金の粘
着力は弱いので、チタン層が接着層として使用される。
【0040】更に、下部電極12を熱処理するために、
酸素、オゾン、空気又は形成ガス雰囲気下で500℃乃
至700℃間のある温度で、電気炉アニール(ファーネ
スアニール)法もしくは短時間アニール(RTA)法に
より予備アニールを行う。このアニールにより、二酸化
チタン(TiO2 )の単分子層が数層形成され、下部電
極12と流し込みガラス10とを良好に接合する。更
に、このアニールの結果、白金膜の上側に、二酸化チタ
ン(TiO2 )(アニール中に酸素を使用した場合)又
は窒化チタン(TiN)(アニール中に空気及び又は形
成ガスを使用した場合)のアイランドが数個形成され
る。これにより、下部電極12とそれに続いて堆積(デ
ポジット:deposite)される強誘電体との間の
接着性を改善している。
【0041】図2に示すように、強誘電体層14を下部
電極12上に設ける。例えば、酸化タンタル等のペロブ
スカイト(灰チタン石)結晶型もしくは高誘電率の材料
を、強誘電体層14として堆積することができる。例え
ば、一般式Ax y z (但し、x、y、zはそれぞれ
組成比を表している)を有して典型的にはzが3である
材料を、強誘電体14として使用可能である。このグル
ープに含まれるものは、例えば、YBa2 Cu3 7
のペロブスカイト構造の結晶の高温超伝導体のクラスで
ある。しかしながら、強誘電体は、例えば、Pb(Ti
x Zr1-x )O3 (但し、xは組成比を表す)の一般式
を有するPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)、又はPLZ
T(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)等のドープド(d
oped)PZTであることが好ましい。強誘電体層1
4は、例えば、アルゴン及び酸素、アルゴン及びオゾ
ン、アルゴン、酸素、又は、オゾンの雰囲気中における
PZT酸化物セラミックターゲットのRF(高周波)ス
パッタリングにより堆積するか、或いはアルゴン及び酸
素の雰囲気中か、又は、アルゴン及びオゾンの雰囲気中
におけるPb−Ti−Zr金属ターゲットのDC(直
流)/RFスパッタリングにより堆積するかして設ける
ことができる。また、強誘電体層14は、有機溶剤中に
懸濁させたPb−Ti−Zr酸化物の先駆物質を高速回
転速度でスピニング(spining)させた後アニー
ルを行って有機溶剤を除去することにより、堆積形成す
ることもできる。
【0042】次に、強誘電体層14に対し最初のアニー
ルを行う。この最初のアニールは、短時間アニール(R
TA)法又は電気炉アニール法によりオゾン雰囲気中で
行う。強誘電体が存するウエーハ全体をアニールするた
めに電気炉アニール法又は短時間アニール法を実施する
場合、レーザ、マイクロ波又はガス放電(プラズマ)を
使用してアニールを行うことができる。短時間アニール
法によりメモリ強誘電コンデンサが良好な強誘電特性を
発揮できるので、好ましい実施例においては、短時間ア
ニール法によりアニールを行う。
【0043】短時間アニール法においては、タングステ
ンハロゲンランプからの熱放射により、ウエーハの温度
を急上昇させる。ウエーハを、水晶ケージ内に載置し、
ウエーハの温度を、熱電対及び又は光学パイロメータを
用いて調節する。アニール工程においては、酸素、オゾ
ン又は空気のようなガスを使用することができる。短時
間アニール(RTA)法を実施する場合、アニールは約
650℃乃至850℃の範囲内の温度で約5秒乃至30
秒間行うことが好ましい。PZTの微晶質相(マイクロ
−クリスターライン フェーズ:micro−crys
tallinephase)を、強誘電特性を呈するペ
ロブスカイト結晶相に変換するために、強誘電体層14
の急速熱処理の間、オゾンガスを使用することが好まし
い。加えて、オゾン雰囲気内の短時間アニール(RT
A)は、従来の電気炉内での酸素アニールと比較して、
アニール中に失われる鉛(Pb)原子の数を大幅に減少
させるという点でも好ましい。
【0044】この最初のアニールは、単一のアニール工
程か又はそれを組み合わせたものにより実施可能であ
る。アニールは、強誘電体のキューリ点以上の温度で任
意の圧力の酸素(O2 )及び又はオゾン(O3 )雰囲気
を用いた短時間アニール法又は電気炉アニール法により
行うことができる。可能な組合せとしては、オゾン短時
間アニール−酸素短時間アニール、オゾン短時間アニー
ル−酸素電気炉アニール、酸素電気炉アニール−オゾン
短時間アニール、或いは、単一の電気炉又は2つの異な
る電気炉内で実施されるオゾン電気炉アニール−酸素電
気炉アニール等がある。利用するアニール類型は、製造
工程の終わりに必要とされる強誘電特性に応じて決定さ
れる。好ましい実施例においては、オゾン短時間アニー
ル−酸素電気炉アニール、又は酸素電気炉アニール−オ
ゾン短時間アニールのいずれかが利用される。
【0045】次に、図3に示したように、例えば直流マ
グネトロンスパッタリングによる堆積法により、強誘電
体層14上に上部電極16を形成する。上部電極16
は、例えば白金、金、又はモリブデン等の貴金属から構
成することができる。上部電極16は、約1500オン
グストローム(150ナノメートル)の厚さを有するこ
とが好ましい。
【0046】次に、上部電極16上に、第一のフォトレ
ジストパターンを設ける。この第一のフォトレジストパ
ターンは、例えば、光リソグラフィにより形成すること
ができる。次に、パターンに基づいて、上部電極16を
画成する。上部電極16は、例えば、フレオン−12
(商品名)(ジクロロジフルオロメタン:CCl
2 2)プラズマを使用した異方性反応性イオンエッチ
ングにより画成することができる。また、アルゴン雰囲
気中での(TiW等の金属製ハードマスクを使用した)
スパッタエッチング又はイオンミリングも、上部電極1
6を画成するために使用可能である。次に、第一のフォ
トレジストパターンを除去する。その結果得られた構造
体を図4に示す。この構造体は、パターニングされた上
部電極16を有している。
【0047】次に、第二のアニール、即ち積層体(1
2、14、16)全体のアニールを行う。このアニール
は、電気炉アニール法又は短時間アニール法により行
う。メモリ回路の場合、酸素雰囲気中で、650℃乃至
750℃の範囲内のある温度で1時間、電気炉アニール
を行うことが好ましい。しかしながら、750℃を越え
る温度で45秒間のオゾン短時間アニールの後、750
℃の温度で1時間電気炉内で酸素アニールを行ってもよ
い。更に、この第二のアニールに先立ち、450℃より
高い温度でウエーハ全体を30分間オゾンに予め晒すこ
とにより、このアニールで達成し得る強誘電特性を改善
することができる。
【0048】次に、強誘電体14をパターン形成即ち画
成するために、強誘電体層14及び上部電極16上に、
第二のフォトレジストパターンを従来の方法で設ける。
この場合、例えば光リソグラフィ技術により、強誘電体
層14のパターンを決める。露出した強誘電体層の部分
をエッチングした後、フォトレジストパターンを除去
し、図5の構造体を得る。この構造体はパターニングさ
れた強誘電体層14を有している。
【0049】次に、下部電極12の領域を画成するため
に、第三のフォトレジストパターンを通常の方法により
設ける。この場合、下部電極12に対しパターン形成の
ための光学的な露光を行った後、エッチングにより下部
電極の露出部分を除去する。その後、第三のフォトレジ
ストを除去する。図6は、パターニングされた下部電極
12を具える構造体を示す。
【0050】次に、第三のアニールを行う。このアニー
ルは、酸素雰囲気下における550℃の温度で1時間の
電気炉アニールか、或いは、400℃乃至450℃の範
囲内のある温度で30分間この構造体をオゾンに晒した
後、酸素雰囲気中で550℃の温度で1時間電気炉アニ
ールを行う2段階工程のいずれかにより実施することが
できる。
【0051】次に、図7に示すように、ガラス層18を
ウエーハ上に形成する。ガラス層18は、種々の方法で
堆積可能である。例えば、600℃以上で酸素とTEO
S(オルト珪酸テトラエチル:Tetra−Ethyl
−Ortho−Silicate)を用いたCVD法、
380℃以上で酸素(O2 )とモノシラン(SiH4
を用いたCVD法、390℃で酸素とTEOSを用いた
PECVD(プラズマ・エンハンストCVD)法、又は
390℃でオゾンとTEOSを用いた熱CVD法により
行うことができる。ガラスを堆積するための雰囲気中に
オゾンを使用することにより、下側の強誘電体の劣化を
減少させることができる。好ましいガラスフィルム積層
体は、熱CVDによるオゾン(O3 )/TEOSガラス
と、それに続くPECVDによるTEOS/酸素
(O2 )ガラスから成る。ガラス層18の厚さは、約5
000オングストローム(500ナノメートル)であ
る。
【0052】次に、上部電極16への第1のコンタクト
窓20を、エッチングにより形成する。好ましくは、第
1のコンタクト窓20は、フォトレジスト・コンタクト
マスクを用いて、ガラス層18を貫通してプラズマエッ
チングすることにより形成される。更に、下部電極12
への第2のコンタクト窓22を、同様にガラス層18を
貫通して形成する。2つのコンタクト窓20、22は、
同時に形成することが望ましい。
【0053】次に、第四のアニールを行う。第四のアニ
ールは、第三のアニールに対して先に説明したように行
うことができる。第四のアニール後、基板8へのコンタ
クト窓24を、ガラス層18と流し込みガラス層10を
貫通してエッチング形成する。図8は、その結果得られ
る構造体を示す。
【0054】次に、図9に示したように、ガラス層18
上とコンタクト窓(20、22、24)内に、例えばス
パッタリングによる堆積により、金属配線層(又は相互
接続金属層ともいう。)26を設ける。配線層26は、
TiN(窒化チタン)障壁層と、例えばSi(珪素)を
1重量%添加したAl(アルミニウム)等のAl−Si
金属層とを以て構成する。Al−Si金属層は、スパッ
タで形成された下側のTiN障壁層(バリア層)上にス
パッタで堆積される。この障壁層(バリア層)は、その
後のアニール中に、Al−Si金属と上部及び下部電極
とが相互拡散(インターディフェージング:inter
diffusing)するのを防ぐ働きをする。TiN
障壁層の厚さは、約500オングストローム(50ナノ
メートル)であり、Al−Si金属の厚さは、5000
オングストローム(500ナノメートル)乃至8000
オングストローム(800ナノメートル)である。
【0055】次に、従来の方法により、金属配線層26
上に第4フォトレジストパターンを設ける。更に、露出
した金属配線層26の部分をエッチングした後、第4フ
ォトレジストパターンを除去して図10に示した構造体
を得る。この構造体はパターニングされた金属配線層2
6を有している。
【0056】次に、オゾン及び又は酸素雰囲気中で、第
五のアニールを行う。第五のアニールは、電気炉アニー
ル法又は短時間アニール法により行う。電気炉アニール
は、450℃より低い温度で30分間だけ実施すること
が望ましい。
【0057】次に、図11に示したように、平坦化した
金属層間(インターメタル:intermetal)誘
電体層28を設ける。金属層間誘電体層28は、例え
ば、SiH4 (モノシラン)及びN2 0(一酸化二窒
素)のプラズマ・エンハンスト化学蒸着(PECVD酸
化物)/スピン・オン・ガラス(SOG)/PECVD
酸化物を交互に重ねたもの、或いは、PECVD酸化物
/TEOS−オゾンの常圧CVD(APCVD)/PE
CVD酸化物を交互に重ねたものでよい。更に、金属層
間誘電体層28上に、第5フォトレジストパターンを従
来の手段により形成する。次に、露光した金属層間誘電
体層28をエッチングすることにより、第1金属配線層
26へのコンタクト(ビアス:vias)を形成する。
更に、第5のフォトレジストパターンを除去して図12
の構造体を得る。誘電体層28上に、例えば珪素を1重
量%含むアルミニウム又は珪素1重量%と銅0.5重量
%を含むアルミニウムから成る第2金属配線層29を設
ける。必要に応じて、第2金属配線層29の下に、例え
ばTiN(窒化チタン)又はTiW(タングステン・チ
タン)等の障壁層を蒸着形成してもよい。
【0058】次に、オゾン及び又は酸素雰囲気中で第六
のアニールを行って、本発明の構造を完成する。第六の
アニールは、上述した第五のアニールと同様に実施す
る。金属層間誘電体層28の堆積、成形および金属配線
層の堆積の処理工程を、必要に応じて反復して行い、よ
り高次の多段配線層を構成してもよい。
【0059】上述した説明は、単に好適例を示したもの
であり、従って、本発明は上述した実施例にのみに限定
されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】強誘電体層が形成されるべき下地の部分的断面
図。
【図2】図1の下部電極上に強誘電体層を形成した構造
を示す部分的断面図。
【図3】図2の強誘電体層上に上部電極を形成した構造
を示す部分的断面図。
【図4】図3の構造から上部電極の一部を除去した状態
を示す部分的断面図。
【図5】図4の構造から強誘電体層の一部を除去した状
態を示す部分的断面図。
【図6】図5の構造から下部電極の一部を除去した状態
を示す部分的断面図。
【図7】図6の上部電極、強誘電体、下部電極上にガラ
ス層を形成した構造を示す部分的断面図。
【図8】図7のガラス層内に、上部電極、強誘電体、下
部電極へのコンタクト窓を形成した構造を示す部分的断
面図。
【図9】図8のガラス層上に、第一の金属配線層を形成
した構造を示す部分的断面図。
【図10】図9の金属配線層の一部を除去した構造を示
す部分的断面図。
【図11】図10の構造に金属層間誘電体層を形成した
状態を示す部分的断面図。
【図12】図11の金属層間誘電体層上に、第二の金属
配線層を形成した構造を示す部分的断面図。
【符号の説明】
8:基板 10:流し込みガラス層 12:下部電極 14:強誘電体層 16:上部電極 18:ガラス層 20:第1コンタクト窓 22:第2コンタクト窓 24:コンタクト窓 26:金属配線層 28:インターメタル誘電体層 29:金属配線層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】流し込みガラス層10を好ましくはPSG
(PhosphoSilicateGlass)または
BPSG(Boro PhosphoSilicate
Glass)とするのが良い。これら材料にはドーパン
トが含まれているが、例えば、PSGの場合にはリン
(P)がおよびBPSGの場合にはボロン(B)および
リン(P)が含まれており、これらドーパントはケイ酸
塩ガラスの軟化点を下げるために用いられている。これ
らのガラスは、一般には、SiH4 、O2 、PH3 、B
2 6 を用いたCVD法により堆積するか、或いは、5
00℃未満の温度でTEOS(テトラ エチル オルソ
シラン:Tetra EthylOrtho Sil
ane)、O2 、TMP(トリメチル フォスファイ
ト:Tri Methyl Phosphite)およ
びTMB(トリメチル ボーレイト:Tri Meth
yl Borate)を用いて堆積する、6乃至10重
量%のPを含むPSGか、または、4重量%のBおよび
4重量%のPを含むBPSGのいずれかをフロー(fl
ow)・ガラスの組成として用いる。このガラスを蒸
気、または酸素または窒素中で、800℃乃至1100
℃の範囲内の温度で20乃至30分の範囲内の時間内だ
け流動させる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 C 8427−4M 27/108 (72)発明者 ダグラス・シェルドン アメリカ合衆国,コロラド州 80909,コ ロラド・スプリングス,エヌ・シェリダン 1010

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電性メモリ回路を形成するに当り、 下地上に下部電極構造を形成する工程と、 前記下部電極上に、強誘電体層を設ける工程と、 第一のアニールをオゾン雰囲気中で行う工程と、 前記強誘電体層上に、上部電極を形成する工程と、 前記上部電極を画成する工程と、 第二のアニールを行う工程と、 前記下部電極を画成する工程と、 第三のアニールを行う工程と、 前記上部電極、前記強誘電体層、前記下部電極上に、ガ
    ラス層を設ける工程と、 前記ガラス層に、前記上部電極及び前記下部電極へ達す
    る個別のコンタクト窓をそれぞれ画成する工程と、 第四のアニールを行う工程と、 前記ガラス層に、前記基板へ達する別のコンタクト窓を
    画成する工程と、 前記ガラス層上及びそれぞれの前記コンタクト窓内に金
    属配線層を形成する工程と、 前記金属配線層を画成する工程と、 第五のアニールを行う工程とを含むことを特徴とする強
    誘電性メモリ回路の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記金属配線層及び前記ガラス層上に金
    属間(インターメタル:inter−metal)誘電
    体層を設ける工程と、第六のアニールを行う工程とを更
    に含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記第一のアニールを短時間アニール法
    により行うことを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記短時間アニール法を650℃乃至8
    50℃の範囲内の温度で、5秒乃至30秒間の範囲内の
    期間行うことを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記第一のアニールをオゾン雰囲気中で
    の短時間アニールと酸素雰囲気中での電気炉アニールと
    の組合せで行うことを特徴とする請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記第一のアニールをオゾン雰囲気中で
    の電気炉アニールと酸素雰囲気中での短時間アニールと
    の組合せで行うことを特徴とする請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記第二のアニールを電気炉アニールと
    することを特徴とする請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記電気炉アニールを酸素雰囲気中で、
    650℃乃至750℃の範囲内の温度で1時間行うこと
    を特徴とする請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記第二のアニールを750℃を越える
    温度でオゾン雰囲気中での短時間アニールと、それに続
    く750℃で1時間の電気炉アニールにより行うことを
    特徴とする請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記第三のアニールを酸素雰囲気にお
    ける450℃乃至750℃の範囲内の温度で約1時間の
    電気炉アニールで行うことを特徴とする請求項1記載の
    方法。
  11. 【請求項11】 前記第三のアニールの実施に先立ち、
    前記上部電極、前記強誘電体層及び前記下部電極を、4
    00℃乃至450℃の範囲内の温度で約30分間オゾン
    に晒す工程を更に含むことを特徴とする請求項1記載の
    方法。
  12. 【請求項12】 前記第四のアニールを酸素雰囲気中
    で、550℃の温度で約1時間の電気炉アニールで行う
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記第四のアニールの実施に先立ち、
    400℃乃至450℃の範囲内の温度で約30分間、前
    記上部電極、前記強誘電体層、及び前記下部電極をオゾ
    ンに晒す工程を更に含むことを特徴とする請求項1記載
    の方法。
  14. 【請求項14】 前記第五のアニールを酸素雰囲気にお
    ける550℃の温度で約1時間の電気炉アニールで行う
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記第五のアニールの実施に先立ち、
    前記上部電極、前記強誘電層体層、及び前記下部電極
    を、400℃乃至450℃の範囲内の温度で、約30分
    間オゾンに晒す工程を更に含むことを特徴とする請求項
    1記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記第六のアニールを電気炉アニール
    とすることを特徴とする請求項2記載の方法。
  17. 【請求項17】 前記電気炉アニールを450℃より低
    い温度で30分間だけ行うことを特徴とする請求項16
    記載の方法。
  18. 【請求項18】 電気炉アニール又は短時間アニールに
    より、前記下部電極の予備アニールを行うことを特徴と
    する請求項1記載の方法。
  19. 【請求項19】 強誘電性コンデンサを形成するに当
    り、 下部電極構造を形成する工程と、 前記下部電極上に強誘電体層を設ける工程と、 アニールをオゾン雰囲気中で行う工程と、 前記強誘電体層上に上部電極を設ける工程とを含むこと
    を特徴とする強誘電性コンデンサの形成方法。
  20. 【請求項20】 前記オゾン雰囲気中でのアニールを、
    前記強誘電体層を設けた後であってかつ、前記上部電極
    を設ける前に行うことを特徴とする請求項19記載の方
    法。
  21. 【請求項21】 強誘電性メモリ回路を形成するに当
    り、 基板の活性領域に下部電極構造を形成する工程と、 前記下部電極上に強誘電体層を設ける工程と、 第一のアニールをオゾン雰囲気中で行う工程と、 前記強誘電体層上に上部電極を設ける工程と、 前記上部電極を画成する工程と、 第二のアニールを行う工程と、 前記下部電極を画成する工程と、 第三のアニールを行う工程と、 前記上部電極、前記強誘電体層、前記下部電極上にガラ
    ス層を設ける工程と、 前記ガラス層に前記上部電極及び前記下部電極へ達する
    個別のコンタクト窓をそれぞれ画成する工程と、 第四のアニールを行う工程と、 前記ガラス層に前記基板へ達する別のコンタクト窓を画
    成する工程と、 前記ガラス層上及びそれぞれの前記コンタクト窓内に金
    属配線層を形成する工程と、 前記金属配線層を画成する工程と、 第五のアニールを行う工程とを含むことを特徴とする強
    誘電性メモリ回路の形成方法。
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