特許 6719905 強誘電性誘電材料の多段階堆積

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6719905

(24)【登録日】2020年6月19日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】強誘電性誘電材料の多段階堆積

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/40 20060101AFI20200629BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20200629BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20200629BHJP

   H01L 27/115 20170101ALI20200629BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/40

   H01L21/31 B

   H01L21/316 X

   H01L27/115

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-557187(P2015-557187)

(86)(22)【出願日】2014年2月11日

(65)【公表番号】特表2016-515162(P2016-515162A)

(43)【公表日】2016年5月26日

(86)【国際出願番号】US2014015686

(87)【国際公開番号】WO2014124413

(87)【国際公開日】20140814

【審査請求日】2017年2月3日

【審判番号】不服2019-6291(P2019-6291/J1)

【審判請求日】2019年5月14日

(31)【優先権主張番号】14/169,120

(32)【優先日】2014年1月30日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/763,001

(32)【優先日】2013年2月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】バスカール スリニヴァサン

(72)【発明者】

【氏名】ブライアン イー グドリン

(72)【発明者】

【氏名】ハオウェン ブー

(72)【発明者】

【氏名】マーク ヴィソケイ

【合議体】

【審判長】 服部 智

【審判官】 日比野 隆治

【審判官】 宮澤 尚之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１２７２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６００２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１１９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／１０９８０４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C23C16/00-16-56

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強誘電性キャパシタを含む集積回路を製造する方法であって、
ボディの半導体表面の上に第１の導電膜を堆積することと、
有機金属化学気相成長によって前記第１の導電膜の上に強誘電性材料を堆積することであって、
前記ボディを含むチャンバを第１のサセプタ温度に加熱することと、
第１の持続時間の間に、鉛とジルコニウムとチタニウムとの前駆体と、溶剤とを第１の集合的流速で、並びに酸化ガスを前記ボディを含むチャンバ内に導入することと、
前記ボディを含むチャンバを前記第１のサセプタ温度より高い第２のサセプタ温度に加熱することと、
その後、第２の持続時間の間に、鉛とジルコニウムとチタニウムとの前記前駆体と、溶剤とを前記第１の集合的流速より速い第２の集合的流速で、並びに酸化ガスを前記チャンバ内に導入することと、
を含む、前記堆積することと、
前記強誘電性材料に重なる第２の導電膜を堆積することと、
前記強誘電性キャパシタを画定するように、選択された位置で、前記第１及び第２の導電膜と前記強誘電性材料との一部を除去することと、
を含み、
前記第１の集合的流速で堆積された強誘電性材料と前記第２の集合的流速で堆積された強誘電性材料とが異なる物理的属性を有する、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１の集合的流速が１．１ｍｌ／分であるか又はそれを下回る、方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法であって、
前記第２の集合的流速が１．１ｍｌ／分を上回る、方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、
前記第２の集合的流速が１．５ｍｌ／分から２．５ｍｌ／分までの範囲である、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１の持続時間の間の前駆体の導入が、ジルコニウム前駆体とチタニウム前駆体との合計に対する鉛前駆体の第１のフロー比で行われ、
前記第２の持続時間の間の前駆体の導入が、前記第１のフロー比より高い、前記ジルコニウム前駆体とチタニウム前駆体との合計に対する前記鉛前駆体の第２のフロー比で行われる、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１の持続時間の間に導入される前記酸化ガスが第１の濃度の酸素を含み、
前記第２の持続時間の間に導入される前記酸化ガスが前記第１の濃度より高い第２の濃度の酸素を含む、方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１のサセプタ温度が６４０℃より低い、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記第２のサセプタ温度が６４０℃より高い、方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１のサセプタ温度が約６３５℃である、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、
前記第２のサセプタ温度が約６４５℃である、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は集積回路製造に関し、より具体的には、強誘電性メモリなどのメモリデバイスにおけるキャパシタプレートの形成に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の金属酸化物半導体（ＭＯＳ）及び相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）論理及びメモリデバイスは、高速スイッチング時間及び低電力損失の卓越した組み合わせ、並びに大規模集積化のためのそれらの高い密度及び適合性を提供するため、最近の電子デバイス及びシステムにおいて普及している。しかしながら、当分野で根本的であるように、それらのデバイスは、これらの技術に従って構築される論理及びメモリ回路が、バイアス電力の除去時にそれらのデータ状態を保持しないという点において、本質的に揮発性である。特にモバイル及び小規模システムにおいて、メモリ及び論理状態を不揮発性様式でストアする能力が非常に望ましい。結果として、近年、不揮発性デバイスを構築するための様々な技術が開発されてきた。

【0003】

不揮発性ソリッドステートメモリデバイスを実現するために近年開発された技術はキャパシタの構築に関与し、このキャパシタの構築において、誘電材料は、非強誘電性キャパシタで典型的に用いられるような二酸化ケイ素又は窒化ケイ素ではなく、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）などの分極強誘電性材料である。強誘電性材料の分極状態に基づく電荷対電圧（Ｑ−Ｖ）特性におけるヒステリシスが、それらのキャパシタにおけるバイナリ状態の不揮発性ストレージを可能にする。これに対して、従来のＭＯＳキャパシタは、デバイスの電源切断時にそれらのストアされた電荷を失う。強誘電性キャパシタは、最近のＣＭＯＳ集積回路に概ね適合するプロセスによって構築され得ることがわかっている。

【0004】

一般に強誘電性ＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、又はＦＲＡＭデバイスと呼ばれるメモリデバイスなどの、強誘電性キャパシタに基づく不揮発性ソリッドステート読取り／書込みランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスが、多くの電子システム、特にポータブル電子デバイス及びシステム、において実装されてきている。ＦＲＡＭは、ペースメーカ及び除細動器などの埋め込み型医療デバイスにおいて特に魅力的である。周知の２Ｔ２Ｃ（２トランジスタ、２キャパシタ）セルを含む、強誘電性キャパシタを含む様々なセルアーキテクチャが、当分野で知られている。別のタイプのＦＲＡＭセルは周知の６Ｔ ＣＭＯＳ静的ＲＡＭセルに基づいており、このセルは、通常動作の間ＳＲＡＭセルとして動作するが、各ストレージノードに結合される強誘電性キャパシタが、不揮発性様式でメモリコンテンツを保存するためにストアされたデータ状態を用いてプログラムされ得る。強誘電性キャパシタはまた、いくつかの集積回路においてプログラム可能アナログキャパシタとして実装される。

【0005】

前述のように、強誘電性材料の分極性は、強誘電性キャパシタにおいてバイナリ状態の不揮発性ストレージのためのメカニズムを提供する。図１は、従来の強誘電性キャパシタのＱ−Ｖ特性の例を図示する。図に示されるように、導電プレートにわたってストアされる電荷（Ｑ）は、プレートに印加される電圧（Ｖ）に、及びその電圧の最近の履歴にも依存する。キャパシタプレートにわたって印加される電圧Ｖが抗電圧（coercive voltage）＋Ｖ_αを超える場合、キャパシタは「＋１」状態に分極する。この特性によれば、一旦「＋１」状態に分極されると、電圧Ｖが抗電圧−Ｖ_βを上回る限り、キャパシタは＋Ｑ_１のストアされた電荷を示す。逆に、キャパシタプレートにわたって印加される電圧Ｖが抗電圧−Ｖ_βより負である場合、キャパシタは、「−１」状態に分極され、＋Ｖ_αを下回る印加電圧Ｖに対して−Ｑ_２のストアされた電荷を示す。

【0006】

強誘電性キャパシタの重要な特性は、集積回路における不揮発性ストレージの目的で、その分極状態間で強誘電性キャパシタが示すキャパシタンスの差である。典型的なＦＲＡＭの動作において、メモリセルによってストアされる論理状態は、その強誘電性キャパシタのキャパシタンス、及びそのため、分極化された状態を調べることによって読み取られる。図１の例を参照すると、強誘電性キャパシタの「−１」状態から「＋１」状態への分極は、相対的に高いキャパシタンスＣ（−１）で反映され、それを用いて、電圧がその抗電圧Ｖ_αを超えると、分極状態の電荷に関与する分極電荷はキャパシタ内で保持され、他方で、既に「＋１」状態にあるキャパシタは、その強誘電性ドメインが電圧の印加前に既に整合されているため、分極に起因するわずかなキャパシタンスＣ（＋１）を示す。強誘電性キャパシタの分極能力は、その「−１」分極状態と「＋１」分極状態の間の分極電荷における差（すなわち（＋Ｑ_１−（−Ｑ_２））に反映され、これは一般にスイッチング分極パラメータＰ_ＳＷと呼ばれる。スイッチング分極Ｐ_ＳＷ平均の値が相対的に大きいと、キャパシタンスの値Ｃ（＋１）に対してキャパシタンスの大きな値Ｃ（−１）に反映される。他方で、スイッチング分極Ｐ_ＳＷが相対的に低い場合（及び、抗電圧＋Ｖ_α及び−Ｖ_βが一定のままであると仮定すると）、キャパシタンスラインＣ（−１）は、より低いキャパシタンスを反映してより平坦な傾斜を有することになる。したがって、キャパシタの２つの分極状態間のキャパシタンスの差は、スイッチング分極パラメータＰ_ＳＷが低下するにつれて減少し、これは、対応するＦＲＡＭセルに対する一層乏しい読取りマージンとして現れる。逆に、スイッチング分極パラメータＰ_ＳＷに対するより高い値は、ＦＲＡＭセルに対するより向上した読取りマージンに対応する。

【0007】

スイッチング分極のパラメータＰ_ＳＷは、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の場合、強誘電性キャパシタ誘電性材料が形成される様式に強く依存することがわかっている。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，７３０，３５４号に記載されるように、半導体集積回路の製造におけるＰＺＴ膜の形成は、通常、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により実施される。このＭＯＣＶＤ手法は、キャパシタ誘電体として働くのに十分な品質の非常に薄いＰＺＴ膜を堆積することができる。より具体的に言えば、低い前駆体フロー（鉛、ジルコニウム、及びチタニウム前駆体、並びに適切な溶媒の、約１．１ ｍｌ／分を下回る集合的流速）及び約６４０℃を下回る処理温度のＭＯＣＶＤ条件は、強誘電性キャパシタの誘電体として、相対的に高いスイッチング分極Ｐ_ＳＷを示し得る薄いＰＺＴ膜を提供することができることがわかっている。

【特許文献1】米国特許第６，７３０，３５４号

【0008】

しかしながら、低い流速、低温でのＰＺＴのＭＯＣＶＤ堆積は、必然的に非常に低い速堆積及び対応する多くの前駆体消費となることもわかっている。その結果の低い製造スループット及び高い材料コストは、ＦＲＡＭデバイスの製造コストを上昇させる。低温下のこのように高い流速では、鉛、ジルコニウム、及びチタニウムの相対的な核形成を厳密に制御できないため、前駆体流速を上昇させることによって、この低温でのＭＯＣＶＤ ＰＺＴの速堆積を上昇させることはできない。特に、個々の前駆体フローの厳密な制御なしでは、鉛及び酸化鉛の相対的核形成は低温下で増加する傾向にあることがわかっている。鉛の核形成が増加することで、光散乱法を用いて見た場合に堆積膜に「かすみ（haze）」として現れる、粗い空間形態を伴う望ましくない第２の相が形成される。この「かすみ」の粗さの欠陥は、典型的には漏れの増加として、強誘電性要素の電気的性能の低下、及びそのため、電気収量（yield）の減少及びデバイス性能の低下に反映される。

【発明の概要】

【0009】

開示される実施形態は、高分極強誘電性材料が相対的に高速で堆積される、集積回路構造の製造においてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料を堆積する方法、及びそのように製造された構造を提供する。

【0010】

開示される実施形態は、かすみ欠陥の形成が回避される、上記方法及び構造を提供する。

【0011】

開示される実施形態は、最近のディープサブミクロン集積回路において用いるために適切な、非常に薄い高品質の強誘電性膜を提供する、上記方法及び構造を提供する。

【0012】

開示される実施形態の他の目的及び利点は、当業者がこれ以降の明細書並びに図面を参照することで明らかとなろう。

【0013】

ある実施形態によれば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料の堆積は、順次実行される複数の有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）ステップを用いて実装され得る。第１の堆積ステップは、低速堆積条件下で電極層の上にＰＺＴの第１の層を形成し、その後、高速堆積条件下でＰＺＴの第２の層を堆積する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の強誘電性キャパシタの電気的挙動を図示するヒステリシス図である。

【0015】

【図2】本発明の実施形態に従った、製造の選択された段階での強誘電性キャパシタを含む集積回路の一部の断面図である。

【0016】

【図3】開示される実施形態に従った、強誘電性膜を形成するための化学気相成長システムを図示する概略図である。

【0017】

【図4】開示される実施形態に従った、強誘電性キャパシタを形成するプロセスを図示するフローチャートである。

【0018】

【図5a】開示される実施形態の１つに従った、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料を堆積するプロセスを図示するフローチャートである。

【図5b】開示される実施形態の１つに従った、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料を堆積するプロセスを図示するフローチャートである。

【図5c】開示される実施形態の１つに従った、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料を堆積するプロセスを図示するフローチャートである。

【図5d】開示される実施形態の１つに従った、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）強誘電性材料を堆積するプロセスを図示するフローチャートである。

【0019】

【図6a】開示される実施形態の１つに従って堆積された強誘電性膜を含む集積回路の一部の断面図である。

【図6b】開示される実施形態の１つに従って堆積された強強誘電性膜を含む集積回路の一部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図２は、本明細書で開示される実施形態を用いて構築され得るような、強誘電性ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ）の一部を含む集積回路の一部を図示する。この例において、強誘電性キャパシタ１５及び金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ１７が、半導体基板の半導体表面に又はその付近に配設される。代替として、これらの実施形態は、当分野で知られるように、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術に従うなど、半導体層自体が絶縁体層の上にある集積回路の製造において用いられ得る。

【0021】

図２に示される集積回路の例において、隔離誘電体構造１１、ゲート電極１６、及びｎ型ソース／ドレイン領域１４が、基板１０の表面又は表面付近に、当分野で周知であるように、ＭＯＳ集積回路のための従来様式で配設される。図２の例におけるＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７は、従来のように、ｐ型基板１０の（又は場合によって、基板１０に形成されたｐ型ウェルの）表面にｎ型ソース／ドレイン領域１４を含み、ゲート電極１６がソース／ドレイン領域１４間のチャネル領域に重なり、ゲート誘電体によってチャネル領域から分離される。層間誘電体１２がトランジスタ１７の上に配設され、トランジスタ１７のソース／ドレイン領域１４の１つと強誘電性キャパシタ１５の下部プレート２０ａとの間に導電接続を提供するために、層間誘電体１２を介してコンタクト開口部に導電プラグ１３が配設される。

【0022】

図２の例において、強誘電性キャパシタ１５は、導電プレート２０ａ、２０ｂの強誘電性サンドイッチスタックから形成され、導電プレート２０ａ、２０ｂの間に強誘電性材料２２が配設される。図２に示されるように、下部プレート２０ａが、導電プラグ１３を用いて下にあるソース／ドレイン領域１４と電気的に接触するように、導電プラグ１３に重なる位置に形成される。導電プレート２０ａ、２０ｂは、典型的に、互いと同じ導電材料から形成される。導電プレート２０ａ、２０ｂは、しばしば、導電性金属、金属酸化物などのスタックとして形成される。例えば、下部プレート２０ａを形成する１つのこうしたスタックが、導電プラグ１３と接する導電拡散障壁（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴａＳｉＮ、ＣｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＨｆＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＣｒＳｉＮ）、拡散障壁の上に配設される貴金属（例えば、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ）又は貴金属酸化物（例えば、ＲｕＯｘ、ＩｒＯｘ、ＰｄＯｘ）、及び、中間層に重なり強誘電性材料２２と接するイリジウム（Ｉｒ）又はストロンチウムルテニウム酸塩（ＳｒＲｕＯ_３）などの導体を含み得る。下部導電プレート２０ａ及び上部導電プレート２０ｂは、対称性、製造フローの簡潔さ、及び強誘電性分極性能の向上のために、同じ材料から形成される。その場合、上部導電プレート２０ｂの様々な材料が形成される順序は、下部プレート２０ａの順序の逆になり得る。下部導電プレート２０ａ及び上部導電プレート２０ｂは、典型的に、スパッタ堆積を用いて形成される。

【0023】

本明細書で開示される実施形態によれば、強誘電性材料２２は、一般にＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛である。キャパシタ１５における強誘電性材料２２は、電気的性能（例えばキャパシタンス）のため、及び、最近の集積回路を実現するために用いられるディープサブミクロン特徴との整合性のために、実施可能な限り薄いことが望ましい。本明細書で開示される実施形態によれば、ＰＺＴ強誘電性材料２２は有機金属化学気相成長を用いて堆積される。

【0024】

図３は、本発明の実施形態に従った、液体送出有機金属化学気相成長によってＰＺＴ膜を形成するためのＣＶＤシステム５の一例の機能的配列を概略的に図示する。本明細書に、及び参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，７３０，３５４号に記載されるＣＶＤシステム５の本例は、開示される実施形態との関連を用いて、それらの実施形態に従ったＰＺＴ強誘電性材料２２を堆積するための適切なシステムの例として提供される。本明細書を参照する当業者であれば、ＣＶＤシステム５及び他のタイプのＭＯＣＶＤシステムの要素のいくつか又はすべてに対する変形及び代替例が代替として用いられ得、こうした変形及び代替例が依然として後述の特許請求の範囲内にあることを容易に理解されるであろうことが当然企図される。

【0025】

ＣＶＤシステム５の本例は、デュアル前駆体アンプル液体送出システム２５及び気化器２７に結合される、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ１３を含む。ＣＶＤチャンバ１３は、例えば、所望の直径（例えば、２００ ｍｍ、３００ ｍｍなど）のウェハのための従来の市販ＣＶＤチャンバとして実装され得る。本例において、ＣＶＤチャンバ１３は、適切な条件下でＰＺＴ前駆体気相をＣＶＤチャンバ１３内に導入するように構成される、ガス分散マニホルド１９及びシャワーヘッド２１を含み、ここからＰＺＴ強誘電性材料２２がウェハ２３の露出面上に沈殿する。ウェハ２３は加熱サセプタ２４によって支持され、典型的に数ミリメートル、シャワーヘッド２１から間隔が空けられる。ウェハ２３の露出面は、シリコンウェハ、シリコンウェハ上に形成される二酸化ケイ素の層、ガリウムヒ素、酸化マグネシウム、サファイヤの、頂部表面に対応し得、又は、例えば、半導体ウェハ上に形成される複雑な集積回路を含む多層構造の頂部表面に対応し得る。例えば、図２に示された構造を参照すると、ウェハ２３は、チャンバ１３内に置かれる場合、トランジスタ１７、層間誘電体１２、導電プラグ１３、及び下部プレート２０ａの形成後の基板１０に対応し、その製造段階で、下部プレート２０ａを構成する一つ又は複数の導電層は、プレート２０ａ、２０ｂ、及びＰＺＴ強誘電性材料２２がスタックとしてエッチングされる従来のプロセスに従って、ウェハ２３の全表面に延在する。

【0026】

図３に示されるＣＶＤシステム５の例において、液体送出システム２５は、溶媒アンプル３１、及び、ＰＺＴ膜を形成するために必要とされるそれぞれの有機金属化合物又は構成金属の混合物を含むソース試薬アンプル２６、２８、３０を含む。いくつかの実施形態において、ソース試薬アンプル２６は鉛前駆体を含み、ソース試薬アンプル２８はジルコニウム前駆体を含み、ソース試薬アンプル３０はチタニウム前駆体を含み得るが、代替として、１つのアンプルがジルコニウム及びチタニウムの前駆体の混合物を含み得、更に代替として、単一のアンプルが鉛、ジルコニウム、及びチタニウムの３つすべてについての前駆体を含み得る。鉛、ジルコニウム、及びチタニウムについての特定の前駆体、並びに堆積のためにチャンバ１３に導入される溶剤の例は、上記で本願に組み込まれた米国特許第６，７３０，３５４号に記載されている。

【0027】

図２の例を再度参照すると、ソース試薬及び溶剤アンプル２６、２８、３０、３１は、それぞれ、マニホルド３８、４０、４２、４３内への流体の精密な量を計測するように構成された、それぞれの液体フローコントローラ３２、３４、３６、３９に結合される。計測された溶剤及び有機金属混合物は、液状ＰＺＴ前駆体組成物に混合するために、最終混合チャンバ４４に送出される。この前駆体組成物は、例えば適切な温度に加熱された気化要素上のフラッシュ蒸発によって、前駆体蒸気に気化させるため、気化器２７内に導入される。ガスフローコントローラ４６が、バルブ４７を介して前駆体蒸気をＣＶＤチャンバ１３内に移送する、キャリアガス（例えば、アルゴンガス又はヘリウムガス）の流れを制御する。追加のプッシュガスソース（例えば、アルゴン又はヘリウム）が、ガスフローコントローラ４５を介して気化器２７に直接接続されてもよい。ガスフローコントローラ４８、４９、５０が、ガス分散マニホルド１９内への酸化共反応ガス（co-reactant gas）（例えば、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｎ_２Ｏ、又はこれらのガスの１つ又は複数の組み合わせ）の精密な量を計測し、こういった酸化ガスは、ＣＶＤチャンバ１３内に導入される前に前駆体蒸気と混合される。

【0028】

ＣＶＤシステム５は、チャンバ１３の排気及びパージに用いられる構成要素も含む。上記で組み込まれた米国特許第６，７３０，３５４号に記載されるように、例として、これらの構成要素は、パージガスフロー制御６０、及びパージバルブ４７、並びに、冷却トラップ５４、５６、５８、及びバルブ５１を含む排気システム５２を含む。上記で組み込まれた米国特許第６，７３０，３５４号で更に詳細に説明される実施形態を含み、本明細書に開示される実施形態に従ったＰＺＴ堆積の目的で、他の従来の特徴がＣＶＤシステム５に含まれてもよい。

【0029】

図２に示されるような１つ又は複数の強誘電性キャパシタ１５を含む集積回路を製造する方法が、図４に示されるプロセス６２によって例示される。プロセス６２で、トランジスタ１７などのトランジスタが、従来のように、基板１０又は他の支持ボディの半導体表面に又は表面付近に形成される。プロセス６２の一部として、構造の中でも特に、隔離誘電体構造１１、適切にドープされたウェル（図示せず）、ゲート誘電体層、ゲート電極１６、及びソース／ドレイン領域１４が、従来のＭＯＳプロセスに従って基板１０の表面又は表面付近に形成される。図２に示されるＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７は、ゲート誘電体に重なるゲート電極１６を画定するように、堆積及びフォトリソグラフィパターニング並びにポリシリコン材料のエッチングによって従来のように形成され得、周知の自己整合方式において、イオン注入及び後続の活性化アニールによってゲート電極１６のいずれかの側にｎ型ソース／ドレイン領域１４が形成される。

【0030】

プロセス６４において、例えば化学気相成長を用いて、プロセス６２で形成されたトランジスタ１７などのトランジスタの上に第１の層間誘電体１２が堆積され、所望であれば平坦化がそれに続く。プロセス６６において、選択された位置に第１の層間誘電体１２を介してコンタクト開口部（すなわちバイア）がエッチングされ、従来のようにそれらの開口部内に導電プラグ１３が形成されて、ＭＯＳトランジスタ１７のソース／ドレイン領域１４の１つと結果として生じる強誘電性キャパシタ１５との間の電気コンタクトを提供する。導電プラグ１３は、タングステン、チタニウムなどの金属、又はそれらの合金から形成され得る。

【0031】

プロセス６４における第１の層間誘電体１２の形成、及びプロセス６６におけるコンタクトエッチング及び導体の形成に続き、この例では強誘電性キャパシタ１５が形成される。プロセス６８において、キャパシタ１５のための下部導電プレート層として働くように、第１の層間誘電体１２及び導電プラグ１３の上に１つ又は複数の導電層が形成される。典型的に、プロセス６８は、従来のように、下部導電プレート層と下にある構造との間に配設される適切な障壁金属層と共に、ストロンチウムルテニウム酸塩（ＳｒＲｕＯ_３）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）、プラチナ（Ｐｔ）、並びに本出願において用いるために適するその他の金属及び金属酸化物の１つ又は複数など、所望の導電材料の１つ又は複数の層のスパッタ堆積によって実行され得る。多くの実装において、プロセス６８において堆積される特定の導体は、残りの製造プロセスにおいて構造が曝されることになる、温度及びその他の条件と共に、この層の上に堆積されることになるＰＺＴ強誘電性材料との互換性のために選択される。

【0032】

プロセス６８における下部導電プレート層の堆積に続き、プロセス７０において、有機金属化学気相成長を用いてＰＺＴ強誘電性材料２２が全体に堆積される。本明細書で開示される実施形態に従い、また上述したように、前述のＣＶＤシステム５などの化学気相成長システム又はそれらの変形及び代替例を用いて、プロセス７０が実施されることが企図される。これらのシステムは、典型的に単一ウェハシステムであるため、所与のウェハ上でのＰＺＴ堆積プロセス７０の実行の前に特定のシステムに対して適切なように、必要であり従来の、排気及びパージ動作が実行されることが企図される。代替として、用いられているＣＶＤシステムが複数のウェハを受け入れるように配されている場合、複数のこうしたウェハが同時にプロセス７０を受け得る。以下の説明において、プロセス７０の動作は、図３に関して上述した単一ウェハＣＶＤシステム５の例を参照して説明されるが、本明細書を参照する当業者であれば、過度の実験なしに、各特定の実装において提示されるＣＶＤシステムのこうした変形に対して積雪なように、特定の動作を容易に適合させ得ることが企図されている。

【0033】

図４を参照すると、堆積プロセス７０はまず一般的な意味で説明される。図示されるように、プロセス７０は、プロセス７２において、基板１０と前述のように以前に形成された要素とを含むウェハ２３をチャンバ１３内に配置すること、並びに、チャンバ１３の内部及びウェハ２３を所望の温度まで加熱することで開始される。ウェハ２３は典型的に、堆積に先立つ予熱期間の間予熱され、例えばこの予熱の一部は加熱サセプタ２４上への配置に先立って実行される。上記で組み込まれた米国特許第６，７３０，３５４号は、チャンバ１３内でウェハ２３を所望の処理温度まで徐々に加熱するための一手法を記述している。ウェハ２３及びチャンバ１３がプロセス７２で所望の処理温度に達するこの方式は、開示される実施形態のためのいくつかの方式のいずれか１つにおいて実施され得ることが企図される。いずれの場合でも、プロセス７２は、堆積プロセス７４の開始に先立ちチャンバ１３及びウェハ２３を所望の温度まで上昇させる。

【0034】

プロセス７２に続き、ウェハ２３が所望の温度になると、ＰＺＴ強誘電性材料２２の堆積が第１の堆積プロセス７４で開始される。一般的な意味で、プロセス７４は、所望の流速の前駆体及び溶剤、並びに所望の混合の酸化ガスを、チャンバ１３内に導入することによって実行され、これらの構成物質間の反応の結果、ウェハ２３上へのＰＺＴの堆積となる。開示される実施形態によれば、前駆体及び溶剤の流速、酸化ガス組成物、及びチャンバ１３において存在する条件は、ウェハ２３上へのＰＺＴ材料の速堆積が比較的遅くなるようにこのプロセス７４について選択される。開示される実施形態のいくつかにおいて、プロセス７４は第１の選択された持続時間続行される。プロセス７４の結果として、ＰＺＴ強誘電性材料２２の層の第１の下部部分が堆積される。

【0035】

第１の堆積プロセス７４に続き、ＰＺＴ層の堆積を継続するために第２の堆積プロセス７５が実施される。ここでも堆積プロセス７６は、前駆体、溶剤、及び所望の混合の酸化ガスをチャンバ１３内に導入することによって実施される。開示される実施形態によれば、プロセス７６における堆積条件（例えば、前駆体流速、酸化ガス組成物、温度など）はプロセス７４のものとは異なり、そのため、ＰＺＴ材料はプロセス７４より高速でウェハ２３上に堆積される。開示される実施形態において、高速堆積プロセス７６は第２の選択された持続時間続行され、その結果、ＰＺＴ強誘電性材料２２の層の第２の上部部分の堆積となる。いくつかの開示される実施形態によれば、プロセス７６は、ＰＺＴ強誘電性材料２２のその全厚みまでの堆積を完了する。

【0036】

前述のように、プロセス７６の間の堆積条件はプロセス７４のものとは異なり、プロセス７６での速堆積はプロセス７４のものよりも速い。次に、図５ａから図５ｄを参照して説明するように、本発明の実施形態は、異なる速堆積で堆積プロセス７４、７６を実装するために、異なる手法及びそれらの手法の組み合わせを用いることができる。

【0037】

図５ａにおいて、ＰＺＴ堆積プロセス７０は、ウェハ２３がチャンバ１３内に配置され、チャンバ１３が所望の処理温度まで加熱される、プロセス７２で開始される。当分野で知られているように、ＣＶＤのための処理温度は典型的に、堆積のためにウェハがその上に置かれ、温度センサが設置され得る、サセプタで測定される。したがって、サセプタ温度は当分野では処理温度に指すために通常用いられ、ウェハの表面の実際の温度は概してこのサセプタの温度より、例えばおよそ２０℃、低くなる。本明細書はその慣例に従い、また、プロセス７０の実施形態を説明する際の処理温度としてサセプタ温度を指す。本明細書を参照する当業者であれば、チャンバ１３のサセプタ２４での温度が基準温度として用いられる本説明に基づき、ＣＶＤシステム及びプロセスのそれらの特定の実装について処理が実施されている温度を容易に理解することが企図される。図５ａに示された実施形態によれば、プロセス７２は、サセプタ２４において、例えば約６３５℃など、約６４０℃を下回る温度までチャンバ１３を加熱する。前述のように、また当分野で知られるように、加熱プロセス７２は、チャンバ１３内のウェハ２３を用いて実施され、複数の段階（例えば、上記で組み込まれた米国特許第６，７３０，３５４号に記載されるように、ウェハ２３がサセプタ２４上方で支持される予熱ステップを含む）で実施さされ得る。ＰＺＴのＣＶＤに適切なように、圧力（例えば２トール）など、チャンバ１３での他の条件も、本プロセス７２において有効である。

【0038】

プロセス７２の動作を介してチャンバ１３及びウェハ２３が所望の温度となると、相対的に低い速堆積の堆積を用いて、下部導電プレート２０ａ材料の層の表面において第１の厚みのＰＺＴ強誘電性材料２２を堆積するために、堆積プロセス７４ａが実施される。この実施形態において、プロセス７４ａは、相対的に低い流速で、鉛とジルコニウムとチタニウムとの前駆体、並びに溶液を導入することによって実施される。当分野で知られるように、液体前駆体反応物の流速は、ｍｌ／分などの流量単位で言及される。本実施形態に一例において、低速堆積プロセス７４ａは、すべての前駆体（鉛、ジルコニウム、及びチタニウム）及び溶剤を、１．１ ｍｌ／分又はそれを下回る集合的流速でアンプル２６、２８、３０、３１から気化器２７を介して導入することによって実施される。前駆体及び溶剤の導入の間、所望であればガスフローコントローラ４６を介してキャリアガスと共に、所望の化学的性質に従い、ガスフローコントローラ４８、４９、５０の１つ又は複数を介して酸化ガスがチャンバ１３に導入される。プロセス７４ａは、この流速及びこれらの条件下で、この低速堆積で堆積されるべきＰＺＴの厚みに従って選択される持続時間続行される。例えば、プロセス７４ａの持続時間は、典型的におよそ約１００秒〜約３００秒となることが企図される。このプロセス７４ａでの予期される速堆積は、これらの条件下で、約０．５〜１．５ Å／秒となる。

【0039】

選択された期間にわたる低速堆積プロセス７４ａに続き、より高い速堆積でのＰＺＴ強誘電性材料２２の堆積がプロセス７６ａにおいて実施される。本実施形態によれば、より高い速堆積は、前駆体及び溶剤の集合的流速を、プロセス７４ａのものに対して増大させることによって達成される。本実施形態の一例において、高速堆積プロセス７６ａは、すべての前駆体（鉛、ジルコニウム、及びチタニウム）及び溶剤を、前述のように酸化ガス及びキャリアガスと組み合わせて、１．１ ｍｌ／分を上回る集合的流速、例えば約１．５ ｍｌ／分〜約２．５ ｍｌ／分の速度で、アンプル２６、２８、３０、３１から気化器２７を介して導入することによって実施される。これらの反応物及びキャリアガスのチャンバ１３への導入、並びにその結果のＰＺＴ堆積は、ＰＺＴ強誘電性材料２２の所望の全厚みに従って選択される持続時間、例えば約１５０秒〜約２５０秒の時間、プロセス７６ａにおいて続行される。このプロセス７６ａのための予期される速堆積は、これらの条件下で、約１．５〜３．０ Å／秒となる。

【0040】

高速堆積プロセス７６ａの持続時間に対する低速堆積プロセス７４ａの持続時間は、高速堆積プロセス７６ａにおいて堆積されるＰＺＴ強誘電性材料２２に対する低速堆積プロセス７４ａにおいて堆積されるＰＺＴ強誘電性材料２２の割合を決定する。ＰＺＴ強誘電性材料２２のこれらの構成物質副層の相対的厚みは、例えば、高速堆積プロセス７６ａによって形成される全厚みの約１０％〜約５０％まで、広範囲に変化し得る。

【0041】

図６ａ及び図６ｂは、本発明の実施形態に従うが、本実施形態におけるプロセス７４ａ、７４ｂに関して異なる相対堆積時間で形成されるＰＺＴ強誘電性材料２２の例を図示する。図６ａ及び図６ｂの各々において、ＰＺＴ強誘電性材料２２は、下部導電プレート２０ａの上に堆積され、上部導電プレート２０ｂの下にあるように示される。図６ａの例におけるＰＺＴ強誘電性材料２２は、下部導電プレート層２０ａに接して低速堆積プロセス７４ａにおいて形成される相対的に薄いＰＺＴ層２２_ＬＦＲと、ＰＺＴ層２２_ＬＦＲの上にあり上部導電プレート層２０ｂの下にある、高速堆積プロセス７６ａにおいて形成される相対的に厚いＰＺＴ層２２_ＨＦＲとを含む。この例では、ＰＺＴ層２２_ＬＦＲの厚みｔ_{２２ＬＦＲ}は、ＰＺＴ強誘電性材料２２の全厚みｔ_２２の約１０分の１であり、ＰＺＴ層２２_ＨＦＲの厚みｔ_{２２ＨＦＲ}は全厚みｔ_２２の約１０分の９である。したがってこの例では、低速堆積プロセス７４ａの持続時間は高速堆積プロセス７６ａの持続時間より長くなく、例えば高速堆積プロセス７６ａの持続時間の半分の短さである。一方で、図６ｂの例では、低速堆積プロセス７４ａにおいて形成されるＰＺＴ層２２_ＬＦＲは、高速堆積プロセス７６ａにおいて形成されるＰＺＴ層２２_ＨＦＲとほぼ同じ厚みであり、例えば厚みｔ_{２２ＬＦＲ}及びｔ_{２２ＨＦＲ}は、各々、全厚みｔ_２２の約半分である。図６ｂに示されるような構造を形成するためには、所与の異なる速堆積の場合、同じ厚みの層２２_ＬＦＲ、２２_ＨＦＲを構築するために、低速堆積プロセス７４ａの持続時間は高速堆積プロセス７６ａの持続時間より長い、例えば２倍の長さ、になることが企図される。本明細書を参照する当業者であれば、過度の実験なしに、特定の実装に所望の相対的厚みを生じさせるために適切なプロセス７４ａ、７４ｂに対する堆積時間を容易に選択し得ることが企図される。当然、高速堆積プロセス７６ａを用いてＰＺＴを堆積するスループット利点は、全ＰＺＴ厚みの多くの部分が低速堆積プロセス７４ａにおいて堆積される場合、大幅に低減される。

【0042】

開示される実施形態に従って、低速堆積プロセス７４ａにおいて形成されるＰＺＴ層２２_ＬＦＲと高速堆積プロセス７６ａにおいて形成されるＰＺＴ層２２_ＨＦＲとの間の、表面形態、結晶構造、又はその他の物理的属性における差が、典型的に、最終的なＰＺＴ強誘電性材料２２に存在し得ることが企図される。多くの場合、これらの物理的差は、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）及びその他の原子レベルの顕微鏡技術など、最近の分析手法を用いて観測可能であり得ることが企図される。

【0043】

図５ｂは、ＰＺＴ強誘電性材料２２の組成物も、それが堆積される速度と共に、変化する代替実施形態を図示する。本実施形態において、加熱プロセス７２は、図５ａに関して上述したように実施され、サセプタ２４で測定されるチャンバ１３内部の温度を約６４０℃を下回る温度まで上昇させる。本実施形態において、低速堆積プロセス７４ｂは、ここでも前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶剤を低い集合的流速で、及び前駆体間でのそれらの選択された割合で、前述のように酸化ガスと共に導入し、チャンバ１３におけるその他の堆積条件は、図５ａのプロセス７４ａに関して上述したものに対応する。当分野で知られるように、チタン酸ジルコン酸鉛は典型的にペロブスカイト結晶構造を有し、鉛は一般に結晶単位格子（crystal unit cell）の「Ａ」部分に割り当てられ、ジルコニウム及びチタニウムは「Ｂ」格子部分に割り当てられる。また、当分野で知られるように、ＰＺＴ材料の化学量論はある程度変化可能であるため、堆積されるＰＺＴのＡ／Ｂ比は、「Ａ」構成物質（Ｐｂ）対「Ｂ」構成物質（Ｚｒ及びＴｉ）の相対的流速に依存するように変化し得る。ＰＺＴ強誘電性材料の特性はＡ／Ｂ比と共に変化することが観測されており、具体的に言えば、高スイッチング分極Ｐ_ＳＷであるが高リーク電流の膜を提供するためには、高鉛含量（すなわち高Ａ／Ｂ比）が観測されており、一方で、より低い鉛含量（すなわち低Ａ／Ｂ比）は、より低いスイッチング分極Ｐ_ＳＷであるがリークレベルも低いＰＺＴとなる。図５ｂに示された実施形態によれば、低速堆積プロセス７４ｂは、例えば約１．０６である相対的に低いＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）（すなわちＡ／Ｂ）比となる、アンプル２６からの鉛の選択された流速、並びに、それぞれ、アンプル２８、３０からのジルコニウム及びチタニウムの選択された流速で、図５ａのプロセス７４ａにおけるように、１．１ ｍｌ／分又はそれを下回る集合的流速で前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶剤を導入する。ここでも、低速堆積プロセス７４ｂは、ＰＺＴ強誘電性材料２２の第１の部分を所望の厚みまで堆積するために選択された持続時間続行される。

【0044】

その後、前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶剤の集合的流速を上げることによって、高速堆積プロセス７６ｂが実施され、このプロセスにおいて、鉛、ジルコニウム、及びチタニウムの相対的流速は、より高いＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）（すなわちＡ／Ｂ）比に変更される。本実施形態の一例において、プロセス７６ｂでの前駆体及び溶剤の集合的流速は約１．５ ｍｌ／分から約２．５ ｍｌ／分まで変動し得、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）（すなわちＡ／Ｂ）比は約１．１０である。これらの条件下で、ＰＺＴ強誘電性材料２２の所望の全厚みまでの堆積を完了するために、酸化ガスの存在下で、別の選択された持続時間、高速堆積プロセス７６ｂが実施される。

【0045】

本実施形態の結果として、プロセス７４ｂ、７６ｂにおいて堆積されたＰＺＴ強誘電性材料２２の構造は、組成物が、特に膜全体の結果として生じる鉛含量部分が、異なることが企図される。その結果、結果として生じるＰＺＴ強誘電性材料２２の性能は、各部分の構造の優れた特質、すなわち、層上部の鉛の多い部分の高スイッチング分極Ｐ_ＳＷ、及び、鉛含量の低い下部の低リーク特徴を、反映し得ることが企図される。また、堆積プロセス７４ｂ、７６ｂはいずれも低堆積温度（すなわち約６４０℃未満）で実施されているが、結果として生じるＰＺＴ強誘電性材料２２は、低温ＰＺＴ膜がそれに対して脆弱であり、デバイス歩留りに悪影響を及ぼす「かすみ」欠陥が実質的にないことが観察されている。実際に、本実施形態に従って堆積されるＰＺＴ強誘電性材料のスイッチング分極は、プロセス７６ｂ全体を通じてより高い（例えば１．１０）Ａ／Ｂ比及びより高速な堆積条件下で堆積される単一のＰＺＴ層のスイッチング分極より高く、プロセス７４ｂ全体を通じてより低い集合的流速条件で堆積される単一のＰＺＴ層によって達成される程度に少なくとも高いデバイス歩留りであることが、実験から観測されている。本実施形態に従って堆積されるＰＺＴ強誘電性材料２２の低速堆積と高速堆積との間の鉛組成物の差は、最近の分析機器を用いて観測され得ることが企図される。

【0046】

次に図５ｃを参照し、別の実施形態に従ったＰＺＴ堆積プロセス７０を説明する。加熱プロセス７２が、図５ａ及び図５ｂに関して上述したように実施され、このプロセスにおいて、ウェハ２３を含むチャンバ１３の温度は、図５ａに関して上述したような同様の圧力及び他の条件下で、約６４０℃を下回るサセプタ温度まで上げられる。次に、低速堆積プロセス７４ｃが実施され、このプロセスにおいて、前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶液が、例えば約１．１ ｍｌ／分の又はそれを下回る低い集合的流速で導入される。本実施形態によれば、低速堆積プロセス７４ｃの間導入される酸化ガスの酸素濃度は相対的に低い。本実施形態の一例において、プロセス７４ｃにおいて導入される酸化ガスの酸素濃度は約３３％Ｏ_２であり、酸化ガスの残りはアルゴンなどの希釈不活性ガスで構成され、この例では、この希釈酸化ガスは、流速約１５００ ｓｃｃｍのＯ_２及び流速約３０００ ｓｃｃｍのＡｒの組み合わせとして導入される。前述のように、低速堆積プロセス７４ｃは、ＰＺＴ強誘電性材料２２の第１の部分を所望の厚みで堆積するために、選択された持続時間実行される。

【0047】

低速堆積プロセス７４ｃが完了すると、前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶剤の集合的流速を、例えば、約１．５ ｍｌ／分から約２．５ ｍｌ／分までに上げることによって、高速堆積プロセス７６ｃが実施される。また、本実施形態において、酸化ガスの酸素濃度は、プロセス７４ｃに対して、例えば不活性ガスによる希釈のない１００％酸素（例えば、４５００ ｓｃｃｍのＯ_２及び０ ｓｃｃｍのＡｒ）まで、上昇される。この酸素濃度の増加は、酸化反応速度、及びそのため、ＰＺＴ材料が堆積される速度、を上昇させるために企図される。チャンバ１３における他の条件は、プロセス７４ｃと同様に保たれ得る。その後、高速堆積プロセス７６ｃがその選択された持続時間実施され、ＰＺＴ強誘電性材料２２の所望の全厚みの堆積を完了する。

【0048】

図５ｄは、別の実施形態に従ったＰＺＴ堆積プロセス７０を図示する。本実施形態において、加熱プロセス７２は、図５ａに関して上述したように実施され、チャンバ１３の内部の温度を約６４０℃を下回るサセプタ温度まで上昇させる。次に本実施形態に従って低速堆積プロセス７４ａが実施され、このプロセスにおいて、前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶液は、酸化ガスと共に、及び前述のようなチャンバ１３における適切な堆積条件下で、例えば約１．１ ｍｌ／分の又はそれを下回る、低い集合的流速で導入される。この低速堆積プロセス７４ａは、前述のように、ＰＺＴ強誘電性材料２２の第１の部分を所望の厚みまで堆積するために選択された持続時間実施される。

【0049】

図５ｄの本実施形態に従い、その後、プロセス７７が、チャンバ１３及びウェハ２３の温度を上昇させるために実施される。例えば、サセプタ２４の温度がプロセス７７で約６３５ ℃から約６４５ ℃まで上昇され得ることが企図される。所望の一層高いサセプタ温度（及びそのため、ウェハ及びチャンバ温度）に達すると、前述のように、前駆体（鉛、ジルコニウム、チタニウム）及び溶剤を、例えば約１．５ ｍｌ／分から約２．５ ｍｌ／分までの、上昇した集合的流速でＰＺＴ強誘電性材料２２の上部を堆積するために、高速堆積プロセス７６ａが実施される。ＰＺＴ強誘電性材料２２の所望の全厚みまでの堆積を完了するために、酸化ガスの存在下で、別の選択された持続時間高速堆積プロセス７６ｂが実施される。

【0050】

図５ａから図５ｄに関して上述された実施形態に対する他の代替例及び変形例が企図される。これらの代替例及び変形例には、低速堆積プロセスと高速堆積プロセスとの間で、堆積条件（すなわち、流速、Ａ／Ｂ比、酸素濃度、温度など）の組み合わせを変更することが含まれる。例えば、流速、Ａ／Ｂ比、酸素濃度、及び温度のすべての条件が、高速堆積プロセスを実施するために低速堆積プロセスにおいて用いられる条件から変更され得、企図される他の変形例には、それらの条件のいくつかの副組み合わせを変更することが含まれる。更に代替例において、低速堆積プロセスに中速堆積プロセスが続き、その後に高速堆積プロセスが続くなど、２つより多くの堆積プロセスが実施され得ることが企図される。更に代替例において、堆積の間堆積条件の１つ又は複数が連続的に変更され得、低速堆積条件下で始まってより高い速堆積条件下で終了する「単一」の堆積プロセスとなることが企図される。本明細書を参照する当業者には明らかとなるように、開示される実施形態に対するこれら及びその他の代替例及び変形例は、本発明の特許請求の範囲内であることが企図される。

【0051】

再度図４を参照すると、実施形態の１つに従ってＰＺＴ堆積プロセス７０が完了すると、プロセス７８において、ＰＺＴ強誘電性材料２２の上に上部導電プレート層２０ｂが堆積される。上部導電プレート層２０ｂの組成物は典型的に、対称性のため及び各々に同じ材料及びプロセスを用い得るために、下部導電プレート層２０ａのものと同じであることが企図される。下部及び上部の導電プレート層２０ａ、２０ｂが複数の導電材料のスタックで構成される場合、層２０ａ、２０ｂにおけるそれらの材料の順は典型的に逆になる。堆積プロセス７８は典型的にスパッタ堆積によって実施されるが、導電材料を堆積するための他の手法も代替として用いられ得ることが企図される。

【0052】

プロセス８０において、フォトレジスト又は別のマスク層の、そのサイズ及び位置を画定するためのフォトリソグラフィパターニング、それに続く、導電プレート２０ａ、２０ｂ及び強誘電性材料２２の単一マスクスタックエッチングによって、強誘電性キャパシタ１５が完了される。参照により本明細書に組み込まれ、本願譲受人に譲渡された米国特許第６，６５６，７４８号は、本発明の実施形態に関して用いるために適切な、強誘電性スタック形成及びエッチングプロセス８０の例を記載している。参照により本明細書に組み込まれる、本願譲受人に譲渡される同時係属中の米国特許出願番号１３／４３２，７３６に記載されるようなパッシベーション膜の形成など、強誘電性キャパシタ１５を完了するための付加的な処理も実施され得る。集積回路の製造は、様々なレベルの、層間誘電体、導体などを形成するための従来のプロセスによって、プロセス８２において完了される。

【特許文献2】米国特許第６，６５６，７４８号

【特許文献3】米国特許出願番号１３／４３２，７３６

【0053】

従来の堆積プロセス及び技術と比較して、開示される実施形態は、強誘電性材料の及びそれらの材料を組み込む集積回路の製造において１つ又は複数の利点を可能にし得る。特に、開示される実施形態は、低リーク特徴との組み合わせで高スイッチング分極を用いた強誘電性材料の堆積を可能にする。これらの実施形態に従い、相対的に高い速堆積で強誘電性材料の少なくとも一部を堆積することにより、開示される実施形態によって達成可能な全体の堆積速度は、低速堆積単一層膜のものより著しく高く、結果として、強誘電性堆積プロセスの製造スループットは、例えばおよそ３０から８０％、著しく上昇し得る。また、開示される実施形態に従って堆積される強誘電性材料は、約６４０ ℃未満などの低堆積温度でしばしば発生する「かすみ」欠陥が実質的に無いと観測されている。更に、開示される実施形態は、ディープサブミクロン領域の特徴サイズを有する最近の集積回路と適合し得るように、およそ１００ Å及びそれより薄い厚みまで容易にスケーリングされ得る強誘電性膜を堆積することが可能である。これら及び他の重要な利点は、開示される実施形態によって可能となり得ることが企図される。

【0054】

当業者であれば、特許請求の範囲内で、説明された実施形態に対する改変が可能であること、及び多くの他の実施形態が可能であることが理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図6a】

【図6b】