(57)【要約】本発明は、積層方式による強誘電性記憶セルの製造方法に関するものである。記憶コンデンサの下部コンデンサ電極（６）と、その下に形成された導電性プラグ（１）（これは、キャパシタ電極（６）と、半導体ウェハ中または半導体ウェハ上に形成された選択トランジスタのトランジスタ電極との電気的接続に用いられる。）との間に付着層（２，３）を形成し、この付着層の上に、酸素拡散障壁（４，５）を形成する。そして、強誘電体を堆積した後、酸素雰囲気中で瞬間熱処理（ＲＴＰ）工程を行う。この方法の特徴は、以下の工程を実施することにある。（Ａ）温度（Ｔ）に依存する、付着層（２，３）の材料中の、付着層（２，３）の酸化速度および酸素の拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ））を決定する。（Ｂ）温度に依存する、付着層（２，３）の材料中の、珪素の拡散係数（ＤSilizium（Ｔ））を、温度（Ｔ）の関数として決定する。そして、（Ｃ）ＲＴＰ工程の間、付着層の酸化よりも速く付着層の珪素化合反応が生じるように、付着層および酸素拡散障壁からなる層組織の所定の層厚（ｄBARR）および層幅（ｂBARR）について、すでに決定された２つの拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ）およびＤSilizium（Ｔ）から、ＲＴＰ工程に対する最適温度範囲を計算する。
2004526320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層方式に従った強誘電性記憶セルの製造方法であって、
強誘電性記憶コンデンサの下部コンデンサ電極（６）と、強誘電性記憶コンデンサの下に形成し、コンデンサ電極（６）を半導体ウェハ中または半導体ウェハ上に形成した選択トランジスタのトランジスタ電極に電気的に接続するために用いる導電性プラグ（１）との間に付着層（２，３）を形成し、上記付着層の上に酸素拡散障壁（４，５）を形成し、強誘電体を形成した後、酸素雰囲気中でＲＴＰ工程を行う強誘電性記憶セルの製造方法において、
（Ａ）付着層（２，３）の酸化速度、および、付着層（２，３）の材料中の酸素の拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ））を、温度（Ｔ）の関数として決定する工程と、
（Ｂ）付着層（２，３）の材料中の、珪素の拡散係数（ＤSilizium（Ｔ））を温度（Ｔ）の関数として決定する工程と、
（Ｃ）ＲＴＰ工程の間、付着層の酸化よりも速く付着層の珪素化合反応が生じるように、付着層および酸素拡散障壁からなる層組織の所定の層厚（ｄBARR）および層幅（ｂBARR）について、すでに決定された２つの拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ）およびＤSilizium（Ｔ））から、ＲＴＰ工程に対する最適温度範囲を計算する工程と、を含むことを特徴とする強誘電性記憶セルの製造方法。
【請求項２】
上記ＲＴＰ工程に基づいた付着層（２，３）が、ＴｉＳｉ2からなる下部層（２）と、上記下部層（２）のすぐ上のＴｉからなる層（３）と、からなることを特徴とする、請求項１に記載の強誘電性記憶セルの製造方法。
【請求項３】
上記酸素拡散障壁（４，５）が、ＲＴＰ工程の前に、Ｉｒからなる下部層（４）と、付着層の上部Ｔｉ層（３）のすぐ上に位置し、上記酸素拡散障壁の下部層（４）を直接覆う、ＩｒＯ2からなる上部層（５）とからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の強誘電性記憶セルの製造方法。
【請求項４】
上記ＲＴＰ工程のための最適温度範囲を、
【数１】
2004526320.tif 000005
から計算し、
上式の左辺は、上記付着層が全て珪素化合反応するまでの時間、右辺は、上記付着層（２，３）が全て酸化するまでの時間を示し、
ｄBARRは、付着層および酸素拡散障壁からなる層組織の層厚を示し、
ｂBARRは、付着層および酸素拡散障壁からなる層組織の層幅の半分を示し、
ＤSiliziumは、珪素の温度に依存する拡散係数を示し、
ＤSauerstoffは、付着層（２，３）の材料中における酸素の、温度に依存する拡散係数を示していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の強誘電性記憶セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、積層方式（Stack-Prinzip）による強誘電性記憶セルの製造方法に関するものである。積層方式では、記憶コンデンサ（Speicherkondensators）の下部コンデンサ電極（unteren Kondensatorelektrode）と、この記憶コンデンサの下に形成した導電性プラグとの間に、付着層を形成する。この導電性プラグは、コンデンサ電極を、半導体ウェハ中または半導体ウェハ上に形成した選択トランジスタのトランジスタ電極に、電気的に接続するために用いられる。そして、この付着層の上に酸素拡散障壁を形成する。そして、強誘電体を堆積した後、酸素雰囲気中でＲＴＰ工程を行う。この積層セル方式（Stack-Zellen-Prinzip）に従って構成した強誘電性記憶セルの場合、半導体ウェハ中または半導体ウェハ上にトランジスタを作り上げることが典型的である。次に、中間酸化物を堆積する。そして、この中間酸化物上には、強誘電性コンデンサ構造体（ferroelektrischen Kondensatormodule）を製造する。強誘電性コンデンサ構造体は、プラグによってトランジスタに接続される。このプラグは、積層セル方式の場合には、コンデンサ構造体のすぐ下に位置する。
【０００２】
強誘電性コンデンサ構造体の強誘電性層を調整するために、８００℃までの温度の酸素雰囲気中で熱処理（Ferro Anneal）を行う必要がある。また、この熱処理中、主にポリシリコンまたはタングステンからなるプラグを、酸化から保護する必要がある。なぜなら、そうしなければ、下部コンデンサ電極とトランジスタとの間の電気的接続が不可逆的に遮断されてしまうからである。さらに、下部コンデンサ電極と、強誘電体と、プラグとの間の反応がチップの機能性を妨げてしまうところでは、この反応を回避する必要がある。
【０００３】
近年、商業的に利用可能な強誘電性層を有する全ての製品は、オフセットセル方式（Offset-Zellen-Prinzip）に従って製造されており、それらの集積密度は、数キロビットから１メガビットまでである。
【０００４】
積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶素子においてプラグを酸化から保護するために、酸素拡散障壁およびその下に位置する付着層からなる層組織（Schichtsysteme）が導入されてきた。しかし、熱処理を行う間に、この酸化拡散障壁、とりわけその下に位置する付着層、および、ポリシリコンまたはタングステンからなるプラグ、あるいは、付着層の側方からの表面の酸化を防止することは、非常に困難である。
【０００５】
また、試作品を用いて発明者によって行われた実験から、チタンからなる付着層中で熱処理を行う間に競合工程（konkurrierende Prozesse）が行われることが明らかになった。
【０００６】
添付した図１に、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略断面図を示す。この図は、中間酸化物層７（ＴＥＯＳ）を通って接続される、例えばポリシリコンからなるプラグ１と、そのすぐ上に位置し、例えばＴｉＳｉ2からなる付着層の下層部分２と、付着層の下層部分の上に位置する例えばＴｉからなる付着層の上層部分３と、例えばＩｒからなる酸素拡散障壁の下層部分４と、その上に位置する例えばＩｒＯ2からなる酸素拡散障壁の第２部分５とを示している。また、この酸素拡散障壁の上部ＩｒＯ2部分５の上には、例えばＰｔからなる下部コンデンサ電極６が位置している。図１では、熱処理を行う間に側方から起こる酸化が、黒く塗りつぶされた太い矢印によって示されている。また、付着層２，３中で同時に起こるＴｉＳｉ−Ｉｒの形成が、塗りつぶされていない矢印によって示されている。また、ＩＩで表した円は、図２ａおよび２ｂに細部を示す、抜粋箇所を取り囲んだ円である。以下に、この抜粋箇所について説明する。図２ａおよび２ｂに概略的に示した製造工程（Prozesse）および構成は、発明者によって産出されたＴＥＭ像（TEM-Aufnahmen）（ＴＥＭ＝透過型電子顕微鏡）に基づいている。図２ａでは、側方から起こる付着層２,３の酸化を示すために、再び、太い矢印を用いている。この場合、絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域（isolierender TiSi-O-Bereich）１０が、側方から生じる。また、黒く塗られていない矢印は、上方および下方から起こる珪素化合反応（Silizidierung）、つまりＴｉＳｉ−Ｉｒの形成を示している。図２ａでは、導電性ＴｉＳｉ−Ｉｒ層の形成は、側方からの絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ層１０の形成よりも早く起こっている。
【０００７】
これに対して、図２ｂでは、絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域１０が、プラグ１の全幅にわたって側方から形成されている。このため、図２ｂでは、プラグ１は、強誘電性コンデンサの下部電極６と電気的に接続していない。
【０００８】
したがって、Ｔｉ付着層がＩｒ／ＩｒＯｘによって覆われているにもかかわらず、付着層２を酸化してしまう酸素拡散経路が、ＩｒＯｘ／ＴＥＯＳの界面に沿って存在することが見受けられる。
【０００９】
発明者によって行われた実験では、側方からのＴｉＳｉ−Ｏの形成速度と、それと同時に起こる上方および下方からのＴｉＳｉ−Ｉｒの形成速度とは、これらの反応が起こる温度に依存する、ということが明らかになった。
【００１０】
酸素を用いてＲＴＰ工程（ＲＴＰ＝瞬間熱処理）を行うことによって、側方からのＴｉＳｉ−Ｏの形成よりも、付着層中で上方および下方からのＴｉＳｉ−Ｉｒの形成を加速させることが可能である。
【００１１】
本発明の目的は、所定の厚さのＴｉ付着層に対して、層組織が導電性を保つ理想的なＲＴＰ温度を得ることが可能な、積層方式によって構成される強誘電性記憶セルの製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明の方法の特徴は、次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を実施することにある。
（Ａ）付着層の材料中の酸素の拡散係数を、温度の関数として決定する工程。
（Ｂ）付着層の材料中の、珪素化合反応速度および珪素の拡散係数を、温度の関数として決定する工程。そして、
（Ｃ）ＲＴＰ工程の間、付着層の珪素化合反応が付着層の酸化よりも早く起こるように、付着層および酸素拡散障壁からなる層組織の所定の層厚および層幅について、すでに算出された２つの拡散係数から、ＲＴＰ工程のための最適温度範囲を計算する工程。
【００１３】
本発明では、付着層の酸化速度を決定し、それを基に付着層の材料（例えばチタン）中の酸素の拡散係数を、温度の関数として決定する。同様に、チタン層からＴｉＳｉ−Ｉｒ層が形成される速度を決定し、それを基に拡散係数を、温度の関数として決定する。そして、チタン層厚が設定されている場合、温度に依存する拡散係数および酸化速度を、最適温度を計算するために用いることができる。この最適温度は、ＴｉＳｉ−Ｉｒの形成が十分に速く、すなわち、層組織の導電性を保つために、同時に形成される絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域よりも速く起こるのに必要な温度である。
【００１４】
本発明は、ＲＴＰ工程の最適温度範囲または最適温度を計算するために用いることができる方程式を提供する。
【００１５】
【数１】
2004526320.tif 000003
【００１６】
関係（１）に関して、左辺は、付着層が全て珪素化合反応するまでの時間、右辺は、付着層が全て酸化するまでの時間を示している。
ｄBARRは、酸素拡散障壁および付着層からなる組織の層厚を示し、
ｂBARRは、層幅の半分を示し、
ＤSiliziumは、珪素の温度に依存する拡散係数を示し、
ＤSauerstoffは、付着層の材料中における酸素の温度に依存する拡散係数を示している。
【００１７】
以下に、本発明による製造方法の１実施例を、図面を参照しながら詳述する。
図１は、上述したように、ＲＴＰ工程の間に生じる競合工程を表す、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略的断面図を示している。
図２ａおよび図２ｂは、図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図である。図２ａおよび図２ｂは、それぞれ、機能する（funktionierenden）電気的接続を生じる過程（ａ）と、付着層の酸化の結果として導電性接続が遮断される過程（ｂ）とを具体的に示している。
図３は、図１と同様、本発明による方法を示すための、積層セル方式に従って構成された、機能する強誘電性記憶セルの断面図である。
【００１８】
すでに説明してきた図１,２ａおよび２ｂに対して、図１と同様に積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの一部を通る断面を示す図３は、本発明による方法にとって重要な変数を示している。これらの変数とは、付着層２，３および酸素拡散障壁４，５からなる層組織の厚さｄBARRと、
この層組織の幅の半分であるｂBARRと、
付着層２，３の材料中での、酸素の（温度に依存する）拡散係数を表すＤSauerstoff（太い矢印）と、
である。そして、付着層２，３の珪素化合反応に重要な珪素の（温度に応じた）拡散係数を表すＤSilizium（下からの太い矢印）である。
【００１９】
関係（１）
【００２０】
【数２】
2004526320.tif 000004
【００２１】
では、左辺は、付着層の珪素化合反応が全て終了するまでの時間を、右辺は、付着層の酸化処理が全て終了するまでの時間を示している。
【００２２】
上述したように、ＤSiliziumは、珪素の温度に依存する拡散係数を示し、ＤSauerstoffは、規定された界面に沿った、酸素の温度に依存する拡散係数を示している。指数ｄ／Ｄまたはｂ／Ｄは、単位の関係（einheitenmaessig）において、結果として時間を意味する。上記の関係は、特定の温度で、特定の行列（Matrix）における特定の種類（Spezies）について決定された拡散係数、および、図３に示した寸法、つまり、層厚ｄBARRおよび半分の層幅ｂBARRに基づいて、機能障壁（funktionierenden Barriere）を製造する条件を示している。特定の温度（Ｄは温度関数である）および選択された寸法ｂおよびｄに関して、珪素化合反応のための時間（左辺）は、酸化のための時間（右辺）よりも短くなければならない。
【００２３】
例証のために行った製造工程では、初めに（上部電極のパターニング後に）、ＲＴＰ工程を、８００℃で１５秒間、酸素中で行い、続いて、Ｏ2中での熱処理を、温度約６７５℃で１５分間行った。この製造方法を用いて製造した強誘電性記憶セルに関して得られたＴＥＭ像は、側方から形成されるＴｉＳｉ−Ｏ領域が、付着層および酸素拡散障壁を介したポリシリコンプラグと下部コンデンサ電極との導電性接続を、遮断できない程度に小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＲＴＰ工程の間に生じる競合工程を表す、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略的断面図である。
【図２ａ】図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図であり、機能する電気的接続（funktionierenden）を生じる過程を示している。
【図２ｂ】図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図であり、付着層の酸化の結果として導電性接続が遮断される過程を示している。
【図３】本発明による方法を示すための、積層セル方式に従って構成された、機能する強誘電性記憶セルの断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１          ポリシリコンプラグ
２          ＴｉＳｉ2付着層
３          Ｔｉ付着層
４          Ｉｒ酸素拡散障壁
５          ＩｒＯ2酸素拡散障壁
６          強誘電性コンデンサの下部電極
７          ＴＥＯＳ層
１０        ＴｉＳｉ−Ｏ領域
ｄBARR    層組織２−５の厚さ
ｂBARR    層組織２−５の幅の半分
ＤSilizium      層２,３の材料中の珪素の拡散係数
ＤSauerstoff    層２,３の材料中の酸素の拡散係数
【図１】
2004526320.tif 000006
【図２ａ】
2004526320.tif 000007
【図２ｂ】
2004526320.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004526320.tif 000009
2004526320.tif 000010
2004526320.tif 000011
2004526320.tif 000012
2004526320.tif 000013
2004526320.tif 000014
2004526320.tif 000015
2004526320.tif 000016
2004526320.tif 000017
2004526320.tif 000018
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2004526320.tif 000020
2004526320.tif 000021
2004526320.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004526320.tif 000023
2004526320.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月13日(2003.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層方式に従った強誘電性記憶セルの製造方法であって、
強誘電性記憶コンデンサの下部コンデンサ電極（６）と、強誘電性記憶コンデンサの下に形成し、コンデンサ電極（６）を半導体ウェハ中または半導体ウェハ上に形成した選択トランジスタのトランジスタ電極に電気的に接続するために用いる、ポリシリコンからなる導電性プラグ（１）との間の、プラグ（１）のすぐ上に付着層（２，３）を形成し、上記付着層の上に酸素拡散障壁（４，５）が形成され、強誘電体を形成した後、熱処理前に、酸素雰囲気中でＲＴＰ工程を行う強誘電性記憶セルの製造方法において、
（Ａ）付着層（２，３）の酸化速度、および、付着層（２，３）の材料中の酸素の拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ））を、温度（Ｔ）の関数として決定する工程と、
（Ｂ）付着層（２，３）の材料中の、珪素の拡散係数（ＤSilizium（Ｔ））を温度（Ｔ）の関数として決定する工程と、
（Ｃ）ＲＴＰ工程の間、付着層の酸化よりも速く付着層の珪素化合反応が生じるように、付着層および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の所定の層厚（ｄBARR）および層幅（ｂBARR）について、すでに決定された２つの拡散係数（ＤSauerstoff（Ｔ）およびＤSilizium（Ｔ））から、ＲＴＰ工程に対する最適温度範囲を、
【数１】
2004526320.tif 000025
の関係から、計算する工程とを含み、
上式の左辺は、上記付着層が全て珪素化合反応するまでの時間、右辺は、上記付着層（２，３）が全て酸化するまでの時間を示し、
ｄBARRは、付着層（２，３）および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の層厚を示し、
ｂBARRは、付着層（２，３）および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の層幅の半分を示すことを特徴とする強誘電性記憶セルの製造方法。
【請求項２】
上記ＲＴＰ工程に基づいた付着層（２，３）が、ＴｉＳｉ2からなる下部層（２）と、上記下部層（２）のすぐ上のＴｉからなる層（３）と、からなることを特徴とする、請求項１に記載の強誘電性記憶セルの製造方法。
【請求項３】
上記酸素拡散障壁（４，５）が、ＲＴＰ工程の前に、Ｉｒからなる下部層（４）と、付着層の上部Ｔｉ層（３）のすぐ上に位置し、上記酸素拡散障壁の下部層（４）を直接覆う、ＩｒＯ2からなる上部層（５）とからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の強誘電性記憶セルの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、積層方式（Stack-Prinzip）による強誘電性記憶セルの製造方法に関するものである。積層方式では、記憶コンデンサ（Speicherkondensators）の下部コンデンサ電極（unteren Kondensatorelektrode）と、この記憶コンデンサの下に形成したポリシリコンからなる導電性プラグとの間の、上記導電性プラグのすぐ上に、付着層を形成する。この導電性プラグは、コンデンサ電極を、半導体ウェハ中または半導体ウェハ上に形成した選択トランジスタのトランジスタ電極に、電気的に接続するために用いられる。そして、この付着層の上に酸素拡散障壁を形成する。そして、強誘電体を堆積して形成した後、熱処理前に、酸素雰囲気中でＲＴＰ工程を行う。
【０００２】
この積層セル方式（Stack-Zellen-Prinzip）に従って構成した強誘電性記憶セルの場合、半導体ウェハ中または半導体ウェハ上にトランジスタを作り上げることが典型的である。次に、中間酸化物を堆積する。そして、この中間酸化物上には、強誘電性コンデンサ構造体（ferroelektrischen Kondensatormodule）を製造する。強誘電性コンデンサ構造体は、プラグによってトランジスタに接続される。このプラグは、積層セル方式の場合には、コンデンサ構造体のすぐ下に位置する。
【０００３】
強誘電性コンデンサ構造体の強誘電性層を調整するために、８００℃までの温度の酸素雰囲気中で熱処理（Ferro Anneal）を行う必要がある。また、この熱処理中、主にポリシリコンまたはタングステンからなるプラグを、酸化から保護する必要がある。なぜなら、そうしなければ、下部コンデンサ電極とトランジスタとの間の電気的接続が不可逆的に遮断されてしまうからである。さらに、下部コンデンサ電極と、強誘電体と、プラグとの間の反応がチップの機能性を妨げてしまうところでは、この反応を回避する必要がある。
【０００４】
近年、商業的に利用可能な強誘電性層を有する全ての製品は、オフセットセル方式（Offset-Zellen-Prinzip）に従って製造されており、それらの集積密度は、数キロビットから１メガビットまでである。
【０００５】
積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶素子においてプラグを酸化から保護するために、酸素拡散障壁およびその下に位置する付着層からなる層組織（Schichtsysteme）が導入されてきた。しかし、熱処理を行う間に、この酸化拡散障壁、とりわけその下に位置する付着層、および、ポリシリコンまたはタングステンからなるプラグ、あるいは、付着層の側方からの表面の酸化を防止することは、非常に困難である。
【０００６】
また、試作品を用いて発明者によって行われた実験から、チタンからなる付着層中で熱処理を行う間に競合工程（konkurrierende Prozesse）が行われることが明らかになった。
【０００７】
添付した図１に、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略断面図を示す。この図は、中間酸化物層７（ＴＥＯＳ）を通って接続される、例えばポリシリコンからなるプラグ１と、そのすぐ上に位置し、例えばＴｉＳｉ2からなる付着層の下層部分２と、付着層の下層部分の上に位置する例えばＴｉからなる付着層の上層部分３と、例えばＩｒからなる酸素拡散障壁の下層部分４と、その上に位置する例えばＩｒＯ2からなる酸素拡散障壁の第２部分５とを示している。また、この酸素拡散障壁の上部ＩｒＯ2部分５の上には、例えばＰｔからなる下部コンデンサ電極６が位置している。図１では、熱処理を行う間に側方から起こる酸化が、黒く塗りつぶされた太い矢印によって示されている。また、付着層２，３中で同時に起こるＴｉＳｉ−Ｉｒの形成が、塗りつぶされていない矢印によって示されている。また、ＩＩで表した円は、図２ａおよび２ｂに細部を示す、抜粋箇所を取り囲んだ円である。以下に、この抜粋箇所について説明する。図２ａおよび２ｂに概略的に示した製造工程（Prozesse）および構成は、発明者によって産出されたＴＥＭ像（TEM-Aufnahmen）（ＴＥＭ＝透過型電子顕微鏡）に基づいている。図２ａでは、側方から起こる付着層２,３の酸化を示すために、再び、太い矢印を用いている。この場合、絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域（isolierender TiSi-O-Bereich）１０が、側方から生じる。また、黒く塗られていない矢印は、上方および下方から起こる珪素化合反応（Silizidierung）、つまりＴｉＳｉ−Ｉｒの形成を示している。図２ａでは、導電性ＴｉＳｉ−Ｉｒ層の形成は、側方からの絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ層１０の形成よりも早く起こっている。
【０００８】
これに対して、図２ｂでは、絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域１０が、プラグ１の全幅にわたって側方から形成されている。このため、図２ｂでは、プラグ１は、強誘電性コンデンサの下部電極６と電気的に接続していない。
【０００９】
したがって、Ｔｉ付着層がＩｒ／ＩｒＯｘによって覆われているにもかかわらず、付着層２を酸化してしまう酸素拡散経路が、ＩｒＯｘ／ＴＥＯＳの界面に沿って存在することが見受けられる。
【００１０】
発明者によって行われた実験では、側方からのＴｉＳｉ−Ｏの形成速度と、それと同時に起こる上方および下方からのＴｉＳｉ−Ｉｒの形成速度とは、これらの反応が起こる温度に依存する、ということが明らかになった。
【００１１】
酸素を用いてＲＴＰ工程（ＲＴＰ＝瞬間熱処理）を行うことによって、側方からのＴｉＳｉ−Ｏの形成よりも、付着層中で上方および下方からのＴｉＳｉ−Ｉｒの形成を加速させることが可能である。
【００１２】
「M. Heintze, A. Catana, P.E. Schmid, F. Levy, P. Stadelmann, P. Weiss「瞬間熱処理アニールによる珪化チタン薄膜の形成に関する酸素不純物の影響（Oxygen impurity effects on the formation of thin titanium silicide films by rapid thermal annealing）」、J. Phys. D: Appl. Phys.（１９９０年、第２３巻、１０７６ページ〜１０８１ページ、ＸＰ００１１２４３７３）」には、温度範囲４８０℃〜８００℃でのＲＴＰ工程中の、チタンと珪素との拡散における酸素不純物の作用が記載されている。例えば、この文献の図１には、ＲＴＰ工程において、焼結した一対のＴｉ／Ｓｉ拡散の濃度分布（Konzentrationsprofile）が、５００℃で２０秒、６０秒、１２０秒に関して示されている。さらに、上記文献の図２には、５５０℃、６００℃、８００℃で６０秒間のＲＴＰ工程が行われた珪化チタン試験片の濃度分布が示されている。著者は、これらの試験に基づいて、温度６５０℃未満の場合、酸素はチタンの珪素化合の完全な反応を妨げるという結論に達している。これに対して、この温度以上の場合、チタンは、Ｔｉ／Ｓｉ反応に完全に消費され、生じた珪化物は、ほぼ酸素汚染物の混入していない状態である（図２（ｃ））ことが観察された。従って、この文献中の調査によって得られた結果は、図１、図２ａおよび２ｂに基づいた本特許出願明細書の導入部に本発明者によって記載された結果によって裏付けられている。この結果とは、ＴｉＳｉ−Ｏの形成および同時に起こるＴｉＳｉ−Ｉｒの形成が、これらの反応が生じる温度に依存するというものである。また、高温でのＲＴＰ工程によって、ＴｉＳｉ−Ｉｒの形成を酸化物形成よりも加速させることが可能であるということである（本出願明細書の３ページの最後の部分および４ページの最初の部分を参照）。しかしながら、上述した文献の著者は、最適な温度範囲を算定するための提案をまったく与えていない。また、この説明は、Ｔｉ／Ｓｉ試験片の厚さが４０ｎｍであるという指示を除いて、部品の寸法の作用の珪素化合反応への影響に関して全く言及されていない。
【００１３】
実質的に同じ結果が、「Wee A T S, Huan A C H, Thian W H, Tan K L, Hogan R「第２イオン質量分光測定を用いた珪化チタンの調査（Investigation of Titanium Silicide formation using secondary Ion mass spectrometry）」、Mat. Res. Soc. Symp. Proc.、３４２巻、１９９４年」によって得られた。この文献では、ほぼ６５０℃の窒素雰囲気中で２０秒間のＲＴＡ（瞬間熱処理工程（rapid thermal annealing））として言及される瞬間高温処理が行われている。したがって、この文献の瞬間高温処理は、酸素雰囲気中で実施される本特許出願にけるＲＴＰ処理とは異なっている。この文献の図１ｂには、６２０℃（１００分）での熱処理工程（Anneal-Schritt）の際に、チタンの珪素化合反応がチタンの酸化よりも優位を占めることが示されている。また、この文献の図２に示した曲線は、以下の結果を示している。この結果とは、すでに言及した窒素雰囲気中でのＲＴＡ工程によって達成されることである。特に図２ａでは、著者の報告通り、窒素雰囲気中でのこのＲＴＡ工程が、酸素拡散からあまり影響を受けずに、チタンの珪素化合反応を生じさせるということを、明らかにしている。この文献も、酸素雰囲気中でのＲＴＰ工程に対する最適温度領域が算定できるような算定法（Berechnungsalgorithmus）を開示していない。
【００１４】
ＷＯ００３９８４２  Ａ  は、本明細書の導入部に記載した積層法則に従って形成された強誘電性記憶セルを開示している。この文献Ｄ１の１５ページの第３段落には、誘電性金属酸化物を含んだ層（つまり強誘電体）を結晶化するための、酸素を含有した雰囲気中で行われる高温熱処理工程（例えば、熱処理）について、記載されている。この熱処理は、強誘電体用にＳＢＴを用いる場合、８００℃で１時間行われる。
【００１５】
文献Ｄ１は、熱処理前にＲＴＰ工程が酸素雰囲気中で行われるということについては、まったく言及していない。
【００１６】
ＵＳ−Ａ−５，９３２，９０７は、同様に、熱処理中に生じる、その層の珪素化合反応と競合する（Konkurrenz）貴金属層の酸化の問題を開示しており、反応しない貴金属と貴金属珪化物層との間に酸素拡散障壁を配置することを提案している。しかし、この文献では、熱処理前に実施される酸素雰囲気中でのＲＴＰ工程については言及されていない。
【００１７】
本発明の目的は、所定の厚さのＴｉ付着層に対して、層組織が導電性を保つ理想的なＲＴＰ温度を得ることが可能な、積層方式によって構成される強誘電性記憶セルの製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の方法は、次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程に特徴がある。
（Ａ）付着層（２，３）の酸化速度と、付着層（２，３）の材料中の酸素の拡散係数（ＤSauerstoff）を、温度（Ｔ）の関数として決定する工程。
（Ｂ）付着層（２，３）の材料中の、珪素の拡散係数（ＤSauerstoff）を、温度の関数として決定する工程。そして、
（Ｃ）ＲＴＰ工程の間、付着層の珪素化合反応が付着層の酸化よりも早く起こるように、付着層（２，３）および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の所定の層厚（ｄBARR）および層幅（ｂBARR）について、すでに算出された２つの拡散係数（ＤSauerstoffおよびＤSilizium）から、ＲＴＰ工程のための最適温度範囲を、
【００１９】
【数１】
2004526320.tif 000026
【００２０】
の関係から計算する工程。ここで、上式の左辺は、上記付着層が全て珪素化合反応するまでの時間、右辺は、上記付着層（２，３）が全て酸化するまでの時間を示し、
ｄBARRは、付着層（２，３）および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の層厚を示し、
ｂBARRは、付着層（２，３）および酸素拡散障壁（４，５）からなる層組織の層幅の半分を示している。
【００２１】
本発明では、付着層の酸化速度を決定し、それを基に付着層の材料（例えばチタン）中の酸素の拡散係数を、温度の関数として決定する。同様に、チタン層からＴｉＳｉ−Ｉｒ層が形成される速度を決定し、それを基に拡散係数を、温度の関数として決定する。そして、チタン層厚が設定されている場合、温度に依存する拡散係数および酸化速度を、最適温度を計算するために用いることができる。この最適温度は、ＴｉＳｉ−Ｉｒの形成が十分に速く、すなわち、層組織の導電性を保つために、同時に形成される絶縁性ＴｉＳｉ−Ｏ領域よりも速く起こるのに必要な温度である。
【００２２】
本発明は、ＲＴＰ工程の最適温度範囲または最適温度を計算するために用いることができる方程式を提供する。
【００２３】
【数２】
2004526320.tif 000027
【００２４】
関係（１）に関して、左辺は、付着層が全て珪素化合反応するまでの時間、右辺は、付着層が全て酸化するまでの時間を示している。
ｄBARRは、酸素拡散障壁および付着層からなる組織の層厚を示し、
ｂBARRは、層幅の半分を示し、
ＤSiliziumは、珪素の温度に依存する拡散係数を示し、
ＤSauerstoffは、付着層の材料中における酸素の温度に依存する拡散係数を示している。
【００２５】
以下に、本発明による製造方法の１実施例を、図面を参照しながら詳述する。
図１は、上述したように、ＲＴＰ工程の間に生じる競合工程を表す、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略的断面図を示している。
図２ａおよび図２ｂは、図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図である。図２ａおよび図２ｂは、それぞれ、機能する（funktionierenden）電気的接続を生じる過程（ａ）と、付着層の酸化の結果として導電性接続が遮断される過程（ｂ）とを具体的に示している。
図３は、図１と同様、本発明による方法を示すための、積層セル方式に従って構成された、機能する強誘電性記憶セルの断面図である。
【００２６】
すでに説明してきた図１,２ａおよび２ｂに対して、図１と同様に積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの一部を通る断面を示す図３は、本発明による方法にとって重要な変数を示している。これらの変数とは、付着層２，３および酸素拡散障壁４，５からなる層組織の厚さｄBARRと、
この層組織の幅の半分であるｂBARRと、
付着層２，３の材料中での、酸素の（温度に依存する）拡散係数を表すＤSauerstoff（太い矢印）と、
である。そして、付着層２，３の珪素化合反応に重要な珪素の（温度に応じた）拡散係数を表すＤSilizium（下からの太い矢印）である。
【００２７】
関係（１）
【００２８】
【数３】
2004526320.tif 000028
【００２９】
では、左辺は、付着層の珪素化合反応が全て終了するまでの時間を、右辺は、付着層の酸化処理が全て終了するまでの時間を示している。
【００３０】
上述したように、ＤSiliziumは、珪素の温度に依存する拡散係数を示し、ＤSauerstoffは、規定された界面に沿った、酸素の温度に依存する拡散係数を示している。指数ｄ／Ｄまたはｂ／Ｄは、単位の関係（einheitenmaessig）において、結果として時間を意味する。上記の関係は、特定の温度で、特定の行列（Matrix）における特定の種類（Spezies）について決定された拡散係数、および、図３に示した寸法、つまり、層厚ｄBARRおよび半分の層幅ｂBARRに基づいて、機能障壁（funktionierenden Barriere）を製造する条件を示している。特定の温度（Ｄは温度関数である）および選択された寸法ｂおよびｄに関して、珪素化合反応のための時間（左辺）は、酸化のための時間（右辺）よりも短くなければならない。
【００３１】
例証のために行った製造工程では、初めに（上部電極のパターニング後に）、ＲＴＰ工程を、８００℃で１５秒間、酸素中で行い、続いて、Ｏ2中での熱処理を、温度約６７５℃で１５分間行った。この製造方法を用いて製造した強誘電性記憶セルに関して得られたＴＥＭ像は、側方から形成されるＴｉＳｉ−Ｏ領域が、付着層および酸素拡散障壁を介したポリシリコンプラグと下部コンデンサ電極との導電性接続を、遮断できない程度に小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＲＴＰ工程の間に生じる競合工程を表す、積層セル方式に従って構成された強誘電性記憶セルの概略的断面図である。
【図２ａ】図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図であり、機能する電気的接続を生じる過程を示している。
【図２ｂ】図１の抜粋箇所ＩＩの詳細図であり、付着層の酸化の結果として導電性接続が遮断される過程を示している。
【図３】本発明による方法を示すための、積層セル方式に従って構成された、機能する強誘電性記憶セルの断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１          ポリシリコンプラグ
２          ＴｉＳｉ2付着層
３          Ｔｉ付着層
４          Ｉｒ酸素拡散障壁
５          ＩｒＯ2酸素拡散障壁
６          強誘電性コンデンサの下部電極
７          ＴＥＯＳ層
１０        ＴｉＳｉ−Ｏ領域
ｄBARR    層組織２−５の厚さ
ｂBARR    層組織２−５の幅の半分
ＤSilizium      層２,３の材料中の珪素の拡散係数
ＤSauerstoff    層２,３の材料中の酸素の拡散係数




【国際調査報告】
2004526320.tif 000029
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2004526320.tif 000031
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