(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＺＴ強誘電体コンデンサを用いて非揮発性メモリ集積回路を製造するための、集積回路の洗浄方法を提供する。【解決手段】強誘電体ＰＺＴ層５５を含む集積回路の製造プロセスで、乾式エッチングにより発生した回路内のＰＺＴ層５５及び導電層９５，８５，７５，６５，４５，３５の損傷部位１００を、リン酸を含有する湿式洗浄法を適用することにより、選択的に取り除き、漏れ電流を減少させて非揮発性メモリの集積回路を得る。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路コンデンサの形成方法であって、
誘電体層を設定する工程、
前記誘電体層上に少なくとも１層の導電性層を形成する工程、
前記少なくとも１層の導電性層上にＰＺＴ層を形成する工程、
前記ＰＺＴ層上に少なくとも１層の導電性層を形成する工程、
前記ＰＺＴ層をエッチングする工程、と
前記ＰＺＴ層をリン酸に暴露する工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、集積回路製造分野に関するものであり、より具体的には、コンデンサ形成後のＰＺＴコンデンサの洗浄法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路コンデンサは、メモリ回路に用いられる重要な電子部品である。メモリ回路に用いられる時、コンデンサの最も重要な機能は、電荷の保持である。荷電した集積回路コンデンサが電荷を失う時には、電荷は置換されるか、リフレッシュされなければならない。電荷を急速に失うコンデンサは、頻繁なリフレッシュサイクルが必要になり、集積回路およびその操作の複雑さを増やす。これらのコンデンサからの電荷逸失を最小にするためには、コンデンサ誘電体を通って流れる漏れ電流を最小にすること、または電荷を保持する非揮発性メモリを開発することが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
当業界には、同一半導体チップ上に集積された相当量のメモリおよび論理機能をもつポータブル計算装置を提供するニーズがある。好ましくは、このメモリは、バッテリが消滅する時に、メモリの中身が保持されるように、すなわち非揮発性メモリになるよう形成されるであろう。強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）は、非揮発性メモリであり、Ｓｒ２Ｂｉ２ＴａＯ９またはＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）などの強誘電体材料を底部電極と上部電極の間に配置されたコンデンサ誘電体として用いる。ＦｅＲＡＭであるために、読み出し及び書き込みの両操作が行われる。メモリサイズとメモリ構成が、ＦｅＲＡＭの読み出し及び書き込みアクセスタイムに影響を及ぼす。
【０００４】
ＦｅＲＡＭの非揮発性は、強誘電体メモリセルの双安定特性に起因している。２種のメモリセル、シングルコンデンサメモリセル及びデュアルコンデンサメモリセルが用いられる。シングルコンデンサメモリセル（１Ｔ／１Ｃまたは１Ｃメモリセルと呼ばれる）は、シリコン面積をあまり必要としないが、ノイズとプロセス変化から免れられない。加えて、１Ｃセルは、蓄積メモリ状態を確認するために電圧基準を必要とする。デュアルコンデンサメモリセル（２Ｔ／２Ｃまたは２Ｃメモリセルと呼ばれる）は、より大きいシリコン面積を必要とし、かつ相補型信号を蓄積して蓄積情報のデイファレンシャルサンプリングを行う。２Ｃメモリセルは、１Ｃメモリセルより安定である。
【０００５】
強誘電体メモリの漏れ電流は、誘電体ランダムアクセスメモリほど重要ではないが、高い漏れ電流は長期信頼性の問題になる可能性がある。例えば、漏れ電流が十分に大きい場合、これらの強誘電体コンデンサの典型的な電荷―電圧ヒステリシス作用が観察できない。多くのメカニズムにより漏れ電流が発生し、コンデンサ内を流れる。概して、強誘電体コンデンサにおける漏れ電流が発生する原因の一つは、トラップにアシストされたトンネル効果による。トラップは、主に欠陥および不純物が存在することにより強誘電体層に導入される。欠陥は、コンデンサ形成時に強誘電体層にしばしば導入される。トラップアシストトンネル効果では、漏れ電流の大きさは、コンデンサの強誘電体層に存在するトラップ（及び欠陥）の数に関係する。漏れ電流の大きさを最小にするためには、コンデンサの強誘電体に存在するトラップ（または欠陥）の数を減少させねばならない。そのために、コンデンサ形成時にコンデンサ強誘電体層に導入された欠陥数を減少させるための手段が存在することが重要である。
【０００６】
集積回路コンデンサのため、大静電容量が必要になることは、よくあることである。集積回路の面積に制約がある場合、現在では高誘電定数の材料（即ち、高ｋ誘電材料）が用いられ、コンデンサ誘電体層を形成している。強誘電体材料は、高ｋを有する利点があるばかりでなく、電界を取り除いた後でも電荷を保持できる特性を有する。ＰＺＴ強誘電体材料は、プロセスに起因する損傷を受けやすく、この損傷をより決定的に取り除く有効な方法を提供する。本発明は、コンデンサ性能に影響を与えることなく、プロセスに起因する欠陥を減少及び／又は取り除くＰＺＴコンデンサ用の湿式洗浄法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（本発明の概要）
本発明は、ＰＺＴコンデンサを形成する方法を含む。電子回路形成時に、半導体上に形成される誘電体層上に、導電性層が形成される。ＰＺＴ層がこの導電性層上に形成され、かつ追加の導電性層がこのＰＺＴ層上に形成される。ホトレジストのパターン層を用いて、この追加の導電層をエッチングする。エッチングした導電層をハードマスクとして用い、乾式エッチング法によりＰＺＴ層と追加の導電層をエッチングする。乾式エッチング法は、エッチングしたＰＺＴ層に損傷部位を導入するであろう。この損傷部位は、リン酸を含む湿式洗浄法により取り除かれる。この湿式洗浄法は、ＰＺＴ層の非損傷部位を実質的に攻撃することなく、損傷を受けた層を取り除くであろう。さらに、導電層の損傷部位も取り除くであろう。
【０００８】
本発明の技術的長所は、以下の図、説明及び特許請求の範囲から、当業者には容易に明白になるであろう。
【０００９】
異なる図で対応する数及び記号は、特に断らない限り対応する部品を指す。
【００１０】
（本発明の詳細な説明）
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）を参照して本発明を説明する。特殊なコンデンサ構造を含む本発明の実施形態を図で説明する。しかし、本発明は、図に示されたこの特殊なコンデンサ構造に限定されるべきではない。本発明は、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０３（ＰＺＴ）コンデンサ強誘電体層を含むいかなる集積回路コンデンサ構造にも適用できる。
【００１１】
メタルコンタクト２０が形成されている誘電体層１０が、図１（Ａ）に示されている。この誘電体層１０は、トランジスタなどの能動電子素子を含む半導体上に形成される。明らかであるので、半導体及びその他の機能は図から省略されている。このメタルコンタクト２０は、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタンなどの材料又はその他の適切な導電性材料を含み、かつ下にある半導体内に形成された電子素子の端子の一つに接触している。コンデンサ構造は、メタルコンタクト２０上に形成され、コンデンサの端子の一つがメタルコンタクト２０に接触している。図１（Ａ）に示すように、導電性層３０と４０は、メタルコンタクト２０及び誘電体層１０上に形成される。本発明の一実施形態では、一番目の導電性層３０は窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）を含み、二番目の導電性層４０はイリジウム（Ｉｒ）を含む。他の実施形態では、単層の導電性層又は複数の導電性層が、メタルコンタクト２０及び誘電体層１０上に形成されてもよい。導電性層の形成後、ＰＺＴ強誘電体層５０が、図１（Ａ）に示すように形成される。ＰＺＴ強誘電体層５０を形成後、追加の導電性層６０、７０、８０および９０が、強誘電体層５０上に形成される。本発明の一実施形態では、導電性層６０はイリジウム（Ｉｒ）を含み、二番目の導電性層７０は窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）を含み、三番目の導電性層８０はオキシ窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＯＮ）を含み、かつ四番目の導電性層は窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）を含む。他の実施形態では、単層の導電性層又は複数の導電性層が、ＰＺＴ誘電体層５０上に形成されてもよい。ＰＺＴ層５０上に種々の導電性層を形成した後、図１（Ａ）に示すように、導電性層上にパターン化したホトレジスト層１００が形成される。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すように、パターン化したホトレジスト層１００をマスクとして用いて、導電性層７０、８０および９０をエッチングする。導電性層７０、８０及び９０がＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ及びＴｉＡｌＮをそれぞれ含む実施形態では、エッチング処理は、層７０、８０および９０をエッチングして、パターン化した層７５、８５及び９５をそれぞれ形成する。このエッチング処理は、乾式プラズマエッチングを含み、かつイリジウムを含む層６０で停止する。ＰＺＴ強誘電体層上に異なる数の、異なる種類の導電性層を含む他の実施形態では、パターン化したホトレジスト層１００をエッチングマスクとして用いて、異なる数の導電性層がエッチングされてもよい。導電性層のエッチング後、図に示すように、パターン化ホトレジスト層１００が取り除かれる。
【００１３】
図１（Ｃ）に示すように、エッチングした導電性層をハードマスクとして用いて、乾式プラズマエッチング法でＰＺＴ層を含むコンデンサの残留層をエッチングして、パターン化した層６５、５５、４５及び３５を形成する。エッチング処理時に、図１（Ｃ）に示すように、損傷部位１００がＰＺＴ層に形成される。これらの損傷部位は、上で説明したようにＰＺＴ層を通して漏れ電流を発生させる可能性がある。示した損傷部位１００に加えて、このエッチング処理は、パターン化した導電性層９５、８５、７５、６５、４５及び３５のエッジに損傷と粒子を残す可能性があり、これらがコンデンサ構造に漏れ電流を導入する可能性がある。エッチング処理によりパターン化した層９５、８５、７５、６５、５５、４５及び３５を形成した後、前工程のエッチング処理後に残された損傷部位１００及び全ての他の損傷及び粒子を取り除くために湿式洗浄法が用いられる。本発明の一実施形態によれば、湿式洗浄法は、図１（Ｃ）に示す構造をリン酸（Ｈ３ＰＯ４）含有溶液に曝すことを含む。最初の実施形態では、湿式洗浄法は、８５％の濃度のリン酸を含む溶液を用いることを含むが、如何なる濃度のリン酸を含む溶液でも使用できる。リン酸溶液の温度は、３０℃〜６５℃であり、好ましくは約４０℃である。ＰＺＴ層５５を含む図１（Ｃ）に示した構造は、スプレー、浴、毎葉処理器械、又は全ての他の適切な手段を用いてリン酸溶液に暴露される。本発明の方法を用いることにより、リン酸湿式洗浄法は、図１（Ｄ）に示すＰＺＴ層の非損傷部位を感知できる程度に取り除くことなく、損傷部位１００を取り除くであろう。加えて、このリン酸を含む湿式洗浄法は、プラズマエッチング処理後に構造に残された、導電層９５、８５、７５、６５、４５と３５の全ての損傷部位及び全ての粒子を取り除くであろう。このリン酸を含む湿式洗浄法は、下にある誘電体層１０及びメタルコンタクト層２０を感知できる程度に攻撃しないであろう。
【００１４】
具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図していない。例えば、特定のコンデンサ構造を参照して本発明を説明した。本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、ＰＺＴ層を含む全ての集積回路コンデンサに応用できる。加えて、本発明の湿式洗浄溶液は、リン酸に加えてその他の化学種を含んでもよい。この具体的実施形態の種々の変性及び組み合わせ、並びに本発明の他の実施形態は、説明を参照すれば当業者には明白であろう。それ故、添付した特許請求の範囲は、このような全ての変性又は実施形態を包含することを意図するものである。
【００１５】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）集積回路コンデンサの形成方法であって、
誘電体層を設定する工程、
前記誘電体層上に少なくとも１層の導電性層を形成する工程、
前記少なくとも１層の導電性層上にＰＺＴ層を形成する工程、
前記ＰＺＴ層上に少なくとも１層の導電性層を形成する工程、
前記ＰＺＴ層をエッチングする工程、と
前記ＰＺＴ層をリン酸に暴露する工程を含む方法。
（２）前記ＰＺＴ層をリン酸に暴露する前記工程が、８５％濃度のリン酸を含む溶液に前記ＰＺＴ層を暴露することを含む第１項記載の方法。
（３）８５％濃度のリン酸を含む前記溶液が、３０℃〜６５℃である第２項記載の方法。
（４）８５％濃度のリン酸を含む前記溶液が、約４０℃である第２項記載の方法。
（５）ＰＺＴコンデンサを形成するための湿式洗浄方法であって、
誘電体層を設定する工程、
前記誘電体層上に少なくとも１層の導電性層を形成する工程、
前記少なくとも１層の１番目の導電性層上にイリジウム層を形成する工程、
前記イリジウム層上にＰＺＴ層を形成する工程、
前記ＰＺＴ層上にイリジウム層を形成する工程、
前記イリジウム層上に複数の導電性層を形成する工程、
前記複数の導電性層をエッチングする工程、
前記イリジウム層、前記ＰＺＴ層、前記イリジウム層及び前記少なくとも１層の導電性層をエッチングする工程、と
前記ＰＺＴ層を、リン酸を含む湿式洗浄法に暴露する工程を含む方法。
（６）前記ＰＺＴ層をリン酸に暴露する前記工程が、８５％濃度のリン酸を含む溶液に前記ＰＺＴ層を暴露することを含む第５項記載の方法。
（７）８５％濃度のリン酸を含む前記溶液が、３０℃〜６５℃である第６項記載の方法。
（８）８５％濃度のリン酸を含む前記溶液が、約４０℃である第６項記載の方法。
（９）ＰＺＴ強誘電体層（５５）を用いて集積回路コンデンサを形成させる。ＰＺＴ強誘電体層（５５）を種々の導電性層（３５）、（４５）、（６５）、（７５）、（８５）と（９５）の間にサンドイッチする。エッチング処理してコンデンサを形成させる時、損傷部位（１００）がＰＺＴ層（５５）上に形成される。ＰＺＴ層をリン酸に暴露させることを含む湿式洗浄法を用いて、損傷部位（１００）を取り除く。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施形態を示す断面線図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態を示す断面線図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態を示す断面線図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態を示す断面線図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  誘電体層
２０  メタルコンタクト
３０  導電性層
３５  パターン化層
４０  導電性層
４５  パターン化層
５０  ＰＺＴ強誘電体層
５５  パターン化層
６０  誘電体層
６５  パターン化層
７０  誘電体層
７５  パターン化層
８０  誘電体層
８５  パターン化層
９０  誘電体層
９５  パターン化層
１００  損傷部位
【図１Ａ】
2004260177.tif 000003
【図１Ｂ】
2004260177.tif 000004
【図１Ｃ】
2004260177.tif 000005
【図１Ｄ】
2004260177.tif 000006