(57)【要約】【課題】強誘電性コンデンサの強誘電特性の改善を図ること。【解決手段】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、下部電極、強誘電体層、上部電極を形成し、第一のマスクを用いて上部電極を画成した後第二のアニールを行う工程より成る。【選択図】    図４
2005101650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電性メモリ回路を形成するに当り、
ａ）下地上に下部電極を形成する工程と、
ｂ）前記下部電極上に、強誘電体層を設ける工程と、
ｃ）前記強誘電体層上に、上部電極を形成する工程と、
ｄ）第一のマスクを用いて前記上部電極を画成する工程と、
ｅ）第二のアニールを行う工程と、
をこの順序で行うことを特徴とする強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項２】
前記ｂ）前記下部電極上に、強誘電体層を設ける工程の後に、第一のアニールを行う工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の強誘電体メモリ回路の形成方法。
【請求項３】
前記ｅ）第二のアニールを行う工程が、前記強誘電体層の強誘電特性を改善するためのものであることを特徴とする請求項１記載の強誘電体メモリ回路の形成方法。
【請求項４】
前記ｅ）第二のアニールを行う工程の後に、
ｆ）第二のマスクを用いて前記下部電極を画成する工程と、
ｇ）第三のアニールを行う工程と、
をこの順序で行うことを特徴とする請求項１記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項５】
前記ｆ）第二のアニールを行う工程の後に第三のマスクを用いて前記強誘電体層を画成する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項４記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項６】
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、
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項７】
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６記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項８】
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２記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項９】
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ことを特徴とする請求項８記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１０】
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２記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１１】
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２記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１２】
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記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１３】
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１２記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１４】
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記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１５】
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４記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１６】
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ことを特徴とする請求項４記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１７】
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６記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１８】
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６記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項１９】
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６記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項２０】
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６記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項２１】
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７記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項２２】
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２１記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【請求項２３】
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記載の強誘電性メモリ回路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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−ｏｎ）「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 ）Ｏ3 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：ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｈａｓｅ）は正方晶系の相（テトラゴナル  フェーズ：ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ  ｐｈａｓｅ）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：ａｃｃｅｐｔｏｒ）原子として機能することにより、電極／ＰＺＴ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（ＲＴＡ）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  ｋｅＶ）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Ｎ2 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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、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】
本発明の強誘電体メモリ回路の形成方法によれば、
強誘電性メモリ回路を形成するに当り、
ａ）下地上に下部電極を形成する工程と、
ｂ）前記下部電極上に、強誘電体層を設ける工程と、
ｃ）前記強誘電体層上に、上部電極を形成する工程と、
ｄ）第一のマスクを用いて前記上部電極を画成する工程と、
ｅ）第二のアニールを行う工程と、
をこの順序で行うことを特徴とする。
【００１０】
さらに、この発明の実施に当たり、好ましくは、前記ｂ）前記下部電極上に、強誘電体層を設ける工程の後に、第一のアニールを行う工程を更に含むのが良い。
【００１１】
さらに、本発明の強誘電体メモリ回路の形成方法は、前記ｅ）第二のアニールを行う工程が、前記強誘電体層の強誘電特性を改善するためのものであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明の実施に当たり、好ましくは、前記ｅ）第二のアニールを行う工程の後に、ｆ）第二のマスクを用いて前記下部電極を画成する工程と、ｇ）第三のアニールを行う工程と、をこの順序で行うのが良い。
【００１３】
さらに、この発明の実施に当たり、好ましくは、前記ｆ）第二のアニールを行う工程の後に第三のマスクを用いて前記強誘電体層を画成する工程と、を更に含むのが良い。
【００１４】
さらに、この発明の実施に当たり、好ましくは、
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、
を更に含むのが良い。
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
オゾンは４００℃以上の温度では迅速にＯ2 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５００℃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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔実施例１〕
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１２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：Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  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。
【００３６】
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。
【００３７】
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：ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌ  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。
【００３８】
流し込みガラス層１０を好ましくはＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）またはＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  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 、Ｂ2 Ｈ6 を用いたＣＶＤ法により堆積するか、或いは、５００℃未満の温度でＴＥＯＳ（テトラ  エチル  オルソ  シラン：Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌａｎｅ）、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  Ｍｅｔｈｙｌ  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（ｆｌｏｗ）・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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、２００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。
【００４２】
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。
【００４３】
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 Ｂy Ｏz （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 Ｏ7 等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（Ｔｉx 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ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）等のドープド（ｄｏｐｅｄ）ＰＺＴであることが好ましい。強誘電体層１４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。
【００４４】
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（ＲＴＡ）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。
【００４５】
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−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｈａｓｅ）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（ＲＴＡ）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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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：ＣＣｌ2 Ｆ2 ）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１６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。
【００４９】
次に、第二のアニール、即ち積層体（１２、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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ＴＥＯＳ（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５０００オングストローム（５００ナノメートル）である。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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：ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｎｇ）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。
【００５７】
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２６を有している。
【００５８】
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。
【００５９】
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）／ＰＥＣＶＤ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。
【００６０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
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】
【００６２】
【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】
【００６３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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