(57)【要約】強誘電性メモリ（４３６）は、複数のメモリセル（７３、８２、１００）を含む。各メモリセルは、強誘電性成分（１８）および誘電性成分（１９）を有する微小複合材料を含む強誘電性薄膜（１５）を含む。誘電性成分は、強誘電性成分とは異なる化合物である。誘電性成分は、好ましくは、フラクサー、すなわち、強誘電性成分より結晶速度が速い材料である。フラクサーを加えることによって、強誘電性薄膜は、４００℃〜５５０℃の温度で結晶化することが可能になる。【選択図】図１
2004520721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のメモリセル（７３、８２、１００）を含む強誘電性メモリであって、該メモリセルの各々は、強誘電性デバイス（４０、８１、１２８）を含み、該強誘電性デバイスは、誘電性材料を含む基質成分（１９）と、該基質内に分散する微小ドメインを含む強誘電性材料（１８）とを含む複合材料（１５）を含み、該誘電性成分は、該強誘電性成分とは異なる化合物である、強誘電性メモリ。
【請求項２】
前記強誘電性成分が層状超格子材料を含む、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項３】
前記誘電性成分が、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＳｅＯ２、ＴｅＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂａ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＳＯ３、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、Ｒｂ２Ｏ、Ｌａ２Ｏ３、ＴｈＯ２、Ｔａ２Ｏ５、およびＴｉ２Ｏ、それらの固溶体、ＡＢＯ３型酸化物、層状超格子材料、ならびにポリミドからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項４】
前記強誘電性成分が、ＡＢＯ３型材料を含む、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項５】
前記基質成分が、二酸化シリコン、酸化ビスマス、タンタル酸ストロンチウム、タンタル酸ビスマス、ゲルマニウム酸鉛、およびＡＢＯ３非強誘電性誘電性材料、ならびにそれらの組合せからなる群から選択され、前記強誘電性成分が、層状超格子材料およびＡＢＯ３型強誘電性材料からなる群から選択される、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項６】
前記基質成分が、非強誘電性、かつ誘電性のＰＺＴおよびＰＬＺＴからなる群から選択され、前記強誘電性成分が、強誘電性ＰＺＴおよびＰＬＺＴからなる群から選択される、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項７】
前記基質成分が、チタン酸鉛およびタンタル酸鉛からなる群から選択され、前記強誘電性成分が、層状超格子材料およびＡＢＯ３型材料からなる群から選択される、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項８】
前記基質成分が、非強誘電性、かつ誘電性のビスマス層状ペロブスカイトからなる群から選択され、前記強誘電性成分が、強誘電性ビスマス層状ペロブスカイトからなる群から選択される、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項９】
前記非強誘電性、かつ誘電性の材料が、Ｂｉ２（Ｍｏ，Ｗ）Ｏ６、Ｂｉ３Ｔｉ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ９、Ｂｉ２ＴａＯ６、およびＣａＢｉ２Ｔａ２Ｏ９からなる群から選択される材料を含む、請求項８に記載の強誘電性メモリ。
【請求項１０】
前記誘電性成分が、前記強誘電性成分よりも高い誘電率を有する、請求項１に記載の強誘電性メモリ。
【請求項１１】
前記強誘電性デバイスが、強誘電性コンデンサ（１２８）である、請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電性メモリ。
【請求項１２】
前記強誘電性デバイスが、強誘電性電界効果トランジスタ（ＦｅＦＥＴ）（４０）である、請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電性メモリ。
【請求項１３】
前記誘電性成分が、フラクサーである、請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電性メモリ。
【請求項１４】
前記強誘電性成分が、前記誘電性成分より低い結晶化温度を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電性メモリ。
【請求項１５】
強誘電性集積回路メモリ（４３６）を製造する方法であって、該強誘電性集積回路メモリは、強誘電性デバイス（４０、８１、１２８）を含み、該強誘電性デバイスは、強誘電性成分（１８）および誘電性成分（１９）を含む微小複合材料の薄膜（１５）を含み、該方法は、
該強誘電性成分および該誘電性成分を形成するために有効な量の化学元素を含む前駆物質を提供する工程と、
該前駆物質を利用して、該薄膜複合材料を形成する工程と、
該薄膜複合材料を該集積回路に含めるように該メモリを完成させる工程と
を含む、方法。
【請求項１６】
前記前駆物質を提供する工程が、前記強誘電性成分用に強誘電性前駆物質を形成する工程と、前記誘電性成分用に誘電性前駆物質を形成する工程と、該強誘電性前駆物質および該誘電性前駆物質を混合する工程とを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記前駆物質および前記強誘電性成分が、複数の異なる金属を含み、前記前駆物質を提供する工程が、固体強誘電性成分に溶解できる量より多い量の該金属のうち選択された金属を含む、前駆物質溶液を調製する工程を含み、前記利用する工程が、該強誘電性成分を形成し、該選択された金属の酸化物を析出して、前記複合材料を形成する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記誘電性材料がフラクサーである、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記利用する工程が、前記強誘電性成分を前記誘電性成分の基質に沈殿させる工程を含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記利用する工程が、シード層を堆積する工程と、前記前駆物質を該シード層に付与する工程と、前記強誘電性成分の島成長を発生させる工程とを含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記シード層が、ペロブスカイトまたはチタン鉄鉱結晶構造ならびに約２０以上の誘電率を有する金属酸化物からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
微小複合強誘電性材料（１５）を形成するために有効な量の有機金属化学元素を含む前駆物質溶液であって、該微小複合強誘電性材料は、強誘電性成分（１８）および誘電性成分（１９）を含み、該強誘電性成分は、該誘電性成分とは異なる、前駆物質溶液。
【請求項２３】
前記誘電性成分が、フラクサーである、請求項２２に記載の前駆物質溶液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、強誘電体材料等を利用する強誘電体材料および強誘電体メモリに関する。より詳細には、比較的低温で作製され得るこのような材料およびメモリに関する。
【０００２】
（２．問題の説明）
少なくとも１９５０年代以来、実用的な強誘電体メモリが作成され得る場合、比較的低電圧で動作し得る、高速で高密度な不揮発性メモリを提供することが知られていた。Ｏｒｌａｎｄｏ  Ａｕｃｉｅｌｌｏらによる「Ｔｈｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｅｍｏｒｉｅｓ」、Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｔｏｄａｙ，１９９８年７月、２２〜２７頁を参照のこと。このようなメモリは、電圧がメモリに印加される場合、強誘電体が分極し得るという事実に基づく。電圧の方向を逆にすることによって分極が逆転し、これによりデジタル電子機器に理想的に適合する双安定電子素子を提供し得る。この不揮発性は、電圧が除去された後でも分極が残存するという事実に起因する。
【０００３】
何年もの間、このような不揮発性メモリを作製する課題は公知の強誘電体疲労（すなわち、強誘電体がスイッチングされた場合、分極率が２倍以上減少する）という事実によって障害となっていた。１９９１年には、疲労しない層状超格子材料と呼ばれる材料が発見された。Ａｒａｕｊｏらによる、１９９６年５月２１日に発行された米国特許第５，５１９，２３４号を参照のこと。この材料は集積回路製造産業において新しい材料であり、強誘電体メモリアーキテクチャは、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）およびフラッシュメモリ等と比較して相対的に開発されていないため、従来のメモリと競合するメモリを製造するために解決する必要のある全ての問題を解決するのに約９年間かかった。まだ重要な１つの問題が残っている。すなわち、強誘電体がセラミックスであり、これを結晶化するために６５０℃〜８５０℃のオーダーの比較的高温を要する。従来のメモリ材料（ドープされたシリコン、二酸化シリコン、アルミニウム、タングステン、チタン等）は幾分温度に敏感であり、従って、強誘電体の従来のプロセスへの統合は問題を残している。
【０００４】
温度問題を克服するために多くの試みが為されてきた。Ｔａｋｅｓｈｉ  Ｉｔｏらによる，１９９６年４月１６日に発行された米国特許出願第５，５０８，２２６号と、Ｓｈｉｎｉｃｈｉｒｏ  Ｈａｙａｓｈｉらによる２０００年１０月１７日に発行された米国特許出願第６，１３３，０９２号と、Ｇｕｎｔｈｅｒ  Ｓｈｉｎｄｌｅｒらによる１９９９年１０月５日に発行された米国特許出願第５，９６２，０６９号とを参照のこと。部分的に完成されたメモリに影響を与える温度収支が、これらの開発によって著しく低下されてきた。熱は、依然として、ＤＲＡＭ等のメモリと同様に製造するために経済的な強誘電体メモリを作製するために必要な高収量に対する主要な障害である。
【０００５】
（発明の要旨）
本発明は、さらに良好な強誘電体性能を有する複合強誘電体材料を提供することによって上述の問題を解決する。この材料は、強誘電体素子および誘電体素子の複合体（好ましくはフラクサ（ｆｌｕｘｏｒ））である。
【０００６】
本発明は、好ましくは、強誘電体素子およびフラクサを含む強誘電体薄膜を含む強誘電体集積回路メモリを含む。このフラクサは、強誘電体素子よりもより高い結晶化速度を有する材料である。このフラクサは、主要な強誘電体素子よりも高い結晶化速度を有する別の強誘電体であるが、好ましくはこのフラクサは誘電体材料であり、最も好適には、単一金属酸化物または複数の単一金属酸化物であることが可能である。このフラクサは、前駆体にわたって保有するいくつかの炭酸塩を含むが、炭素の量は制限されるべきである。
【０００７】
また本発明は、複合強誘電体材料を作製するための前駆体を提供する。好ましくは、この前駆体は溶媒中に、前駆体を加熱する際に、上述の複合強誘電体材料を形成するために要求される量の金属を含む金属有機化合物を含む。
【０００８】
好ましくは、複合強誘電材料は、強誘電体ドメインおよび誘電体ドメインの微小な混合物を含む。好ましくは強誘電体ドメインおよび誘電体ドメインは、材料内で実質的に均一に分布される。従って、材料は誘電体媒体によって分離される小さな強誘電体結晶を含む。
【０００９】
本発明は、また強誘電体薄膜を作製する低温度の方法を提供する。本方法は、微小な複合強誘電体／フラクサ材料を形成するのに必要な割合の金属を含む金属有機化合物を提供する。
【００１０】
本発明は、低温で作製され得る強誘電体材料および強誘電体メモリを提供するばかりでなく、卓越した電子特性を有し、製造するのに経済的なこのような材料およびメモリを提供することである。添付図面と共に読む場合、本発明の多くの他の特性、目的、利点が以下の説明から明らかになる。
【００１１】
（好適な実施形態の詳細な説明）
（１．導入）
図１に注意を向けると、ウエハ１０上のキャパシタ１７の部分断面が示される。ウエハ１０は、基板１１、絶縁体１２、接着層１３、底部電極１４、強誘電体層１５、および頂部電極１６を含む。基板１１は、好ましくはシリコンであるが、ゲルマニウム、砒化ガリウム、シリコンゲルマニウム等の任意の他の半導体であってもよい。層１１がシリコンである場合、絶縁層１２は、好ましくは二酸化シリコンである。好ましくは、接着層１３は、二酸化ケイ素１２への接着の際に、次の層（好ましくはプラチナ１４）を支持するチタンである。しかし、接着層１３および電極１４は、また導電酸化物または他の適切な導電体から作製され得る。強誘電体層１４は、微小な複合強誘電材料１５であり、また電極１６は、好ましくはプラチナであるが、他の金属または導電性材料であり得る。層１１、１２、１３、１４、１５、および１６が堆積された後、ウエハは、層１７のような個々のキャパシタを形成するように層１４下でエッチングされ、それにより下部電極１４によって相互接続される。第１に本発明は、誘電成分１９（好ましくはフレクサ、最も好ましくは、簡単な酸化物または簡単な酸化物の固溶体）によって分離された強誘電体ドメイン１８を含む微小な複合強誘電体ドメイン１５を生成する方法を包含する。ここで、「微小な複合体」は、強誘電体ドメインの大きさが微小（約１０ミクロン（１０−５メートル）より小さく、好ましくは数ナノメートルよりも小さい）であり、異なる材料の層を別々に形成することによって作製された構造を除外することが意図されることを意味する。用語「複合体」および「材料」が、従来は化学の分野で使用されていたものと同様に、材料１５は、複合材料である。すなわち、複合材料の異なるドメインは、同時に同一のプロセスを形成し、個別にかつ独立して製造されない。複合体の重要な特徴は、複合体の材料が原子的に異なり、単に、従来は単一材料とみなされていた結晶構造の異なる部分が存在しないことである。
【００１２】
強誘電体ドメイン１８は、好ましくは層状超格子材料またはＡＢＯ３タイプの材料である。層状化された超格子材料（すなわち、明らかに異なる副格子の交互の層を含む結晶格子）は、同時に超格子を形成する、ストロンチウム、カルシウム、バリウム、ビスマス、カドミウム、鉛、チタン、タンタル、ハフニウム、タングステン、ニオブ、ジルコニウム、ビスマス、スカンジウム、イットリウム、ランタン、アンチモン、クロム、およびタリウム等の複合金属酸化物を含む。一般的に、各層状超格子材料が上述の２以上の金属（例えば、バリウム、ビスマス、およびニオブが層状超格子材料バリウムビスマスニオベート（ＢａＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９）を含む。
【００１３】
層状超格子材料はまた、当該分野において層状ペロブスカイト構造と呼ばれ、以下の一般式で示される。
【００１４】
【数１】
2004520721.tif 000003
ここで、Ａ１，Ａ２．．．Ａｊは、ペロブスカイト構造のＡサイト元素を示し、ストロンチウム、カルシウム、バリウム、ビスマス、鉛、その他のような元素であってもよい。Ｓ１，Ｓ２，．．．Ｓｋは、超格子発生元素を示し、これは、通常ビスマスであるが、イットリウム、スカンジウム、ランタン、アンチモン、クロム、タリウム、および原子価＋３を有する他の元素等の材料であり得る。Ｂ１、Ｂ２．．．Ｂｌは、ペロブスカイト状の構造におけるＢサイト元素を表し、これは、チタン、タンタル、ハフニウム、タングステン、ニオブ、ジルコニウム、および他の元素等のであり得る。Ｑは、アニオンを表し、これは一般的には酸素であるが、フッ素、塩素、およびこれらの元素のハイブリッド（酸フッ化物、酸塩化物等）であり得る。式（１）の上付き文字は、各元素の原子価を示す。例えば、ＱがＯ（酸素）である場合、ｑは２である。式（１）の下付き文字は、化合物の１モルにおける材料のモル数を示すか、または単位格子の観点から見ると、元素の原子番号を表す。この下付き文字は整数または小数である。すなわち、式（１）は、単位格子が結晶材料にわたって変動し得る場合、例えば、ＳｒＢｉ２（Ｔａ０．７５Ｎｂ０．２５）２Ｏ９の場合、Ｂサイトの７５％がストロンチウム原子で占められ、Ｂサイトの２５％がバリウム原子で占められる。化合物中に１つのＡサイト元素しか存在しない場合、Ａサイトは「Ａ１」元素で表され、ｗ２．．．ｗｊすべてゼロに等しくなる。化合物中に１つのＢサイト元素しか存在しない場合、Ｂサイトは「Ｂ１」元素で表され、ｙ２．．．ｙｌはすべてゼロに等しくなる。超格子ジェネレータ元素の場合も同様である。通常の場合、１つのＡサイト元素、１つの超格子ジェネレータ元素、そして１つまたは２つのＢサイト元素が存在するが、本発明がそれらのサイトおよび超格子ジェネレータのいずれもが複数の元素を有することができる場合を含むように意図されているため、式（１）はより一般的な形式で書かれている。ｚの値は、以下の等式から見出される。
【００１５】
【数２】
2004520721.tif 000004
式（１）は、３つすべてのスモレンスキータイプの化合物を含む。層状超格子材料は、式（１）に合うことが可能なすべての材料を含むわけではないが、自身を、異なる交互層を有する結晶構造に自発的に形成する材料をのみを含む。
【００１６】
層状の超格子材料は、式（１）に適合され得る全ての材料を含むとは限らず、結晶化の間に自発的に明確な結晶層の層になるだけの成分を含む。この自発的な結晶化は、通常、成分の混合物を熱的に処理することまたはアニーリングすることによって援助される。温度が増大すれば、超格子形成部分がペロブスカイト様八面体等の熱力学的に好ましい構造に自己配列することが容易になる。Ｓ１、Ｓ２．．．Ｓｋに適用される用語「超格子生成元素」は、これらの材料は、混合された層状の超格子材料中の超格子生成材料の均質なランダム分配とは対照的に、ペロブスカイト様層の間にはさまれた濃縮された金属酸化物層の形状で特に安定であるという事実に言及する。特に、ビスマスは、Ａサイト材料または超格子ジェネレータとして機能することが可能になるイオン半径を有するが、ビスマスは、閾値の化学当論量比より少ない量で存在する場合、非ペロブスカイト様ビスマスト酸化層として自発的に濃縮する。
【００１７】
式（１）は、全部で３つのＳｍｏｌｅｎｓｋｉｉタイプの強誘電性層状超格子材料を少なくとも含む。すなわち、これらの超格子材料は、以下のそれぞれの化学式を有している。
【００１８】
【化１】
2004520721.tif 000005
ここで、Ａはペロブスカイト様超格子におけるＡサイト材料、Ｂはペロブスカイト様超格子におけるＢサイト材料、Ｓはビスマスまたはタリウム等の三価の超格子生成材料、およびｍは全体の化学式の変化の平衡をとるための充分な数である。ｍが分数の場合、全体の平均の経験的な化学式が複数の異なるまたは混合されたペロブスカイト様の層を提供する。
【００１９】
用語「層状の超格子材料」が本明細書においてもドーピングされた層状の超格子材料を含むことも理解されるべきである。すなわち、式（１）に含まれる材料のどれでも、珪素、ゲルマニウム、ウラン、ジルコニウム、スズ、ハフニウム等の種々の材料によりドーピングされ得る。例えば、ストロンチウムビスマスタンタレートは、次の化学式で与えられるように種々の元素でドーピングされ得る。
【００２０】
【化２】
2004520721.tif 000006
ここで、Ｍ１はＣａ、Ｂａ、Ｍｇ、またはＰｂであり得、ＳはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｔｌおよびこれらの混合物からなる群から選択された超格子ジェネレータ、Ｍ２はＮｂ、Ｂｉ、またはＳｂであり、ｗ、ｘおよびｙは、０と１との間の数を有し得、Ｍ３はＳｉ、Ｇｅ、Ｕ、Ｚｒ、ＳｎまたはＨｆで、好ましくは、０≦α≦０．０５であり得る。この化学式に含まれる材料は、さらに、本明細書において用いられる層状の超格子材料の用語に含まれる。
【００２１】
同様に、相対的に主要でない第二の成分が、層状の超格子材料に加えられ得、その結果としての材料は、それでも本発明の範囲内である。例えば、酸素八面体材料である化学式ＡＢＯ３の少量が、ストロンチウムビスマスタンタレートに次の化学式に示されるように加えられ得る。
【００２２】
【化３】
2004520721.tif 000007
ここで、ＡはＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｙ、Ｂａ、Ｓｎ、およびＬｎであり得、ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、およびＣｏであり得、および、ｚは０と１との間の数であり、好ましくは、０≦ｘ≦０．２である。
【００２３】
同じく、層状の超格子材料は、少量のＡＢＯ３成分およびドーパントの両方によって修正され得る。例えば、次の化学式にしたがう材料である。
【００２４】
【化４】
2004520721.tif 000008
ここで、ＡはＢｉ、Ｓｂ、ＹおよびＬｎであり得、ＢはＮｂ、Ｔａ、およびＢｉであり得、ＭｅはＳｉ、Ｇｅ、Ｕ、Ｔｉ、Ｓｎ、およびＺｒであり得、ｚは０と１との間の数、好ましくは、０≦ｚ≦０．２であり、本発明によって意図される。層状の超格子材料のさらなる説明のために、１９９６年５月２１日に発行された、Ｐａｚ  ｄｅ  Ａｒａｕｊｏらへの米国特許第５，５１９，２３４号、１９９５年７月１８日に発行された、Ｗａｔａｎａｂｅらへの米国特許第５，４３４，１０２号、１９９８年７月２２日に発行された、Ｃｕｃｈｉａｒｏらへの米国特許第５，７８４，３１０号、および１９９８年１１月２４日に発行された、Ａｚｕｍａらへの米国特許第５，８４０，１１０号を参照していただきたい。
【００２５】
この文献でのいくつかの議論において、層状の超格子材料のサブセットは、ペロブスカイトに層状にされたビスマスまたは材料を層状にした単なるビスマスとして言及される。これらの材料は、しばしば、以下の化学式で要約される。
【００２６】
【化５】
2004520721.tif 000009
ここで、Ａ＝Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｐｂ２＋、Ｂｉ３＋および上述の他のＡサイト元素であり、Ｂ＝Ｆｅ３＋、Ｔｉ４＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、およびＷ６＋および上述の他のＢサイト元素であり、ｍは一般に０以上の整数であるが、さらに分数でもあり得る。この化学式は、酸化物層およびペロブスカイト様の層の成分を分離するため、好まれる場合がある。ｍ＝１の場合、化学式は、（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（ＢＯ４）２−、例えば、Ｂｉ２ＷＯ６に縮小する。ｍ＝１の材料は、複合物の基質（ｍａｔｒｉｘ）成分を形成するために特に好ましい。
【００２７】
ＡＢＯ３タイプの材料は、ペロブスカイト結晶構造を有する周知の単純な酸化物であり、チタン化鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、チタン化鉛ランタンジルコニウム（ＰＬＺＴ）および等の材料および多くの他の材料を含んでいる。ＰＺＴ等の材料は３つの異なる単純なペロブスカイト酸化物の固相体（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）であることが留意される。
【００２８】
誘電体成分は、好適には、フラクサ（ｆｌｕｘｏｒ）、すなわち、強誘電体材料より高い結晶成長速度を有する材料である。より高い結晶化の速度は、概して、材料がより高い拡散速度を有するという事実からの結果である。これは、一般に、融点での液体における速度に関連する。結晶成長速度および拡散速度と結晶化速度との関連性の議論に関して、Ａ．Ｋ．ＶａｒｓｈｎｅｙａによるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｇｌａｓｓｅｓ，ＩＳＢＮ  ０−１２−７１４９７０−８，ｐｐ．４８−５４，（１９９４）を参照のこと。フラクサは、強誘電性材料を含み得、これは、基本的な強誘電体より高い結晶成長速度を有している。本明細書において、「基本的な強誘電体」は、薄膜の複合物状態内で適切に高い分極能を有して、強誘電体デバイスを生成するのに望ましい分極能特性を提供する、複合物内の強誘電性成分を意味している。最も好適には、フラクサは、単純な酸化物または単純な酸化物の固溶体である。このようなフラクサ材料の一部分のリストが含んでいるのは、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＳｅＯ２、ＴｅＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂａ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＳＯ３、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、Ｒｂ２Ｏ、Ｌａ２Ｏ３、ＴｈＯ２、Ｔａ２Ｏ５およびＴｉ２Ｏおよびこれらの組み合わせ、すなわち、これらの固溶体である。前駆体の状態では、フラクサ材料は、好適には、カーボネート化合物であり、カーボネートのいくつかは、強誘電性複合材料に変化し得るが、このカーボネートの量は、少量に維持されるべきである。誘電体材料は、さらに、ＡＢＯ３タイプの酸化物、層状の超格子材料、またはポリイミド等の高温プラスチックであり得る。
【００２９】
図２に戻って、本発明によるメモリに用いられ得る強誘電性ＦＥＴ（ＦｅＦＥＴ）４０の断面図が示される。ＦｅＦＥＴ４０は、従来から金属−強誘電体−金属−絶縁体−半導体（ＭＦＭＩＳ）電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）として知られている。用いられ得る別の一般的なＦｅＦＥＴは、金属−強誘電体−絶縁体−半導体ＦｅＦＥＴ（ＭＦＩＳＦＥＴ）である。多くの他のタイプのＦｅＦＥＴが用いられ得る。ＦｅＦＥＴ４０は、基板４１を含み、これは、好適には、ｎ型シリコンであるが、ｐ型シリコンまたはガリウムヒ素、珪素ゲルマニウム等の任意の他の適切な半導体であり得る。ウェル４５（好適には、ｐ型ウェル）が基板４１内に形成される。ドーピングされた活性領域４２および４４（好適には、ｎ型）がウェル４５内に形成される。本明細書においては、概してこれらの活性領域４２および４４をソース／ドレインと参照する。それは、これらは、領域に適用された相対的な電圧に依存して、いずれかがソースまたはドレインであるからである。この開示のある部分では、これらの領域に印加された電圧は、一方がソースで他方がドレインであることを示し、これらの部分において、それらを特にソースまたはドレインのいずれかとして参照する。チャネル領域４６（好適には、ここでもｎ型であるが、ソース／ドレイン４２および４４ほどには、高度にドーピングされていない）がソース／ドレイン４２および４４間に形成される。ゲート構造５０が基板４１上のチャネル領域４６の上に形成される。好ましい実施形態において、ゲート構造５０は多層構造であるが、図２に示される層５１から層５８の全てを含まなければならないわけではなく、および従来技術において知られているさらなる層を含み得る。すなわち、図２に示されるゲート構造５０は、構造に含まれ得る層を例示することが意図される。含まれている基礎となる層は、絶縁層５１、フローティングゲート層５３、複合強誘電体層５５、およびゲート電極層５８である。絶縁層５１（しばしば、「ゲート酸化物」と参照される）は、多層構造であり得、この多層のそれぞれは、異なる絶縁体である。これは、半導体４１の材料に密接に関連する絶縁体、その上方の層をその下方の層への付着を支援すること、およびその上方の層内の元素のその下方の層への移動を防止することの、二つの機能のうちの一方または双方を行い得るバッファ層を含み得るバッファ層、ＦｅＦＥＴの効果的な動作に適切な誘電性特性を有する別の材料を含み得る。例えば、１９９９年８月３０日に出願された米国特許出願第０９／３８５，３０８号参照のこと。フローティング導電ゲート５３が絶縁層５１上に形成される。再度、フローティングゲートが、複数の層を含み得る。強誘電体層５５は、フローティングゲート５２上に形成される。ゲート電極５８強誘電体層５５上に形成される。強誘電体層５５およびゲート電極５８は、さらに多層の構造であり得るが、一般的には、これらはないことが理解されるべきである。配線層（図８参照）は、電気接触をソース／ドレイン４２、４４、ゲート電極５８、およびＰ−ウェル４５に形成する。図に示されるように、好ましい実施形態において、フローティングゲート５３およびゲート絶縁体５１を含む容量性素子５４の領域は、強誘電体５５にわたる電圧降下を増大するために、強誘電体層５５およびゲート電極５８を含む容量性素子５４の領域より大きい。１９９９年６月１０日に出願された米国特許出願第０９／３２９，６７０号、１９９９年８月２日に出願された米国特許出願第０９／３６５，６２８号参照のこと。
【００３０】
好適には、半導体４１がシリコンである場合、絶縁層５１は二酸化珪素である。好適には、絶縁層５１は、さらに、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＭｎＯ２、およびＳｒＴａ２Ｏ６を含み得る。強誘電体５５は、上記の誘電体等の複合体材料である。フローティングゲート５３およびゲート５８は、好適には、白金から形成されるが、それらは、ポリシリコンまたは任意の他の適切な導体でもよい。従来技術で知られているように、フローティングゲート５３（これは、従来技術において底部電極として参照される場合がある）は、実施形態に依存する付着層を含み得る多層構造であり得る。付着層は、通常、チタンであり、好適には、約２０ｎｍ厚である。付着層の上方の層は、好適には、約１００〜２００ｎｍ厚の白金層である。フローティングゲート５３は、さらに、バリア層を含み得、これは、通常、ＩｒＯ２であり、好適には、４ｎｍ〜４０ｎｍ厚である。ＦＥＴ４０の唯一の必須部分は、半導体４１、強誘電体層５５およびゲート５８である。他の層は、自由選択である。一つ以上は、任意の具体的な実施形態において省略され得る。さらに、層５１〜５８の順序は、変更され得、さらなる層が追加され得る。
【００３１】
図３に注意を向けると、本発明による簡略化された一つのセルメモリ７０が例示の目的のために示されている。メモリ７０は、メモリアレイ７１、読み出しトランジスタ６０、選択ライン６４、およびドレインライン入力３７を含む。メモリアレイ７１は、メモリセル７３、ゲートライン３２、ビットライン３４、ワードライン３６、基板ライン３８、および基板ライン３９を含む。メモリセル７３は、図２に示されるもののように、消去／書き込みスイッチングデバイス２０、および強誘電体電界効果トランジスタ（ＦｅＦＥＴ）４０を含む。消去／書き込みスイッチングデバイス２０は、ダイオード、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）  ダイオード、対の背中合わせのダイオード（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ  ｄｉｏｄｅ）または他の電子スイッチであり得るが、好適には、トランジスタ（これを、本明細書において、消去／書き込みトランジスタ２０と参照する）である。トランジスタ２０は、消去および書き込み動作の間に機能し、読み出し動作の間に機能しないことを示すために、「消去／書き込み」スイッチングデバイスと参照される。トランジスタ２０は、好適には、ＭＯＳＦＥＴ等の従来のトランジスタである。読み出しトランジスタ６０（これは、従来のトランジスタであり、好適には、ＭＯＳＦＥＴである）は、周辺アドレス回路部の一部を形成するが、メモリセル７３の部分ではない。ワードライン３６は、書き込みトランジスタ２０のゲート２１に接続される。ゲートライン３２は、トランジスタ２０の一方のソース／ドレイン２２に接続され、他方のソース／ドレイン２３は、ＦｅＦＥＴ４０のゲート５８に接続される。ＦｅＦＥＴ４０の一方のソース／ドレイン４２は、トランジスタ６０の一方のソース／ドレイン接続される。ＦｅＦＥＴ４０の他方のソース／ドレイン４４は、ビットライン３４に接続される。トランジスタ６０の他方のソース／ドレイン６２は、ドレインライン入力３７に接続される。選択ライン６４は、トランジスタ６０のゲート６５に接続される。
【００３２】
メモリ７９の動作では、信号ＷＬはワード線３６に印加され、信号ＧＬはゲート線３２に印加され、信号ＢＬはビット線３４に印加および／または生成され、信号ＳＢは、ゲートソース線３８に印加され、信号ＤＬはドレイン線入力３７に印加され、そして信号ＳＥは選択線６４に印加される。公知のように、図３のセルを用いる強誘電体メモリは、通常このようなセルのロウおよびカラムのアレイを含む。集積回路デバイスを示す図１および図５は、実際の集積回路デバイスの任意の特定部分の実際の設計または断面図であることを意味しないことが理解されるべきである。実際のデバイスでは、層は規則的ではなく、その層の厚さは異なる部分を有する。その代わり、この図は、実際に可能な構造ではなく、本発明の構造およびプロセスをより明確にかつ十分に示すように理想化された表示を示す。例えば、様々な厚さの層が互いに対して正確である場合、ＦｅＦＥＴの図は紙面に納めることができない。
【００３３】
本明細書中で、向きに関する用語「上部」、「上方」、「頂部」、「より上方」、「下方」、「底部」、および「より下方」は半導体基板１１または４１に対する関係を意味する。すなわち、第２の構成要素が第１の構成要素の「上」にある場合、これは基板１１または４１から離れていることを意味し、第２の構成要素が別の構成要素の「下方」にある場合、他の構成要素よりも基板１１または４１により近い。基板１１または４１の長さ寸法は、水平方向、ならびに、図１および図２における紙面の上下方向によって規定される基板面を規定する。本明細書中で、この面に平行な面は「水平」面と呼び、この面に垂直な方向は、「垂直」であるとみなす。典型的には、メモリセルは、比較的平坦な薄膜層を含む。用語「横方向」または「横方向に」は、薄膜層の平坦な面の方向を示す。図２では、横方向は水平方向である。また用語「下に積層」および「上に積層」は、基板１１または４１に関して定義される。すなわち、第１の構成要素が第２の上に積層された構成要素の下に積層されている場合、第１の構成要素を通過する、基板面に対して垂直な直線はまた、第２の構成要素を通過することを意味する。用語「間」は、バッファ層が強誘電体材料の薄膜または半導体と直接接触していることを意味しない。他の層の「間」の層は、その層が他の層の間にあるが、典型的には他の層の間にないその層に接触し得る。用語「上」は、下に積層された基板または層上への集積回路の堆積または形成に言及する場合、本明細書中でしばしば使用される。「間」とは対照的に、用語「ｏｎ」は、これが使用される種々の意味において明らかなように、一般的には直接接触を意味する。
【００３４】
この開示では、用語「ロウ」および「カラム」は、この開示を容易にするために使用される関連用語である。すなわち、従来では、ロウは水平線または水平配列であり、カラムは垂直線または垂直配列である。しかし、９０°、２７０°等回転された視野からアレイを単に見ることによって、本発明は任意のアレイにおいて、ロウがカラムになり得、カラムはロウになり得ることが企図される。従って、メモリアーキテクチャが、本発明の要旨、明細書、または特許請求の範囲に説明された本発明（他のものも同様であるが）のアーキテクチャから９０°、２７０°等回転されるため、このメモリアーキテクチャは、本発明によって企図されたアーキテクチャであるとみなす。
【００３５】
本発明によって強誘電体メモリデバイスが使用され得る別の強誘電体メモリアーキテクチャが図４に示され得る。これは、しばしばリンクされたセル構造と呼ばれる。基本的なメモリセル８２は、好ましくは強誘電体キャパシタ８１と並列接続されたＭＯＳＦＥＴトランジスタ８０である１つのスイッチ８０からなる。図４は、３×１リンクされたセル構造であり、１カラムアレイ９９とみなされ得る。トランジスタ８０および強誘電体キャパシタ８１はセル８２を形成し、トランジスタ８３および強誘電体キャパシタ８４は第２のセル８５を形成し、トランジスタ８６および強誘電体キャパシタ８７は第３のセル８８を形成する。３つのセル８２、８５、および８８はメモリセルのカラムを形成する。トランジスタ８９は、読み出しのために使用されるトランジスタである。トランジスタ９１はリセット信号がノード９２に印加されるか否かを制御する。トランジスタ９２は、セット信号がノード９５に印加されるか否かを制御する。上述の３つのトランジスタ９０、９１、および９４は制御トランジスタであり、これらは、性能を向上させるために他のより複雑な回路によって置換され得る。すなわち、これらは周辺回路の一部とみなされ得る。このアーキテクチャを使用する実際の強誘電体メモリは、通常カラム中に３つ以上リンクされたセルを有し、多くのセルのカラムを有する。
【００３６】
図５は、本発明によって製造され得る、別の例示的不揮発性集積回路強誘電体メモリセル１００の部分断面図を示す。ＭＯＳＦＥＴおよび強誘電体キャパシタ素子を含む集積回路等を製造する一般的な製造ステップは、Ｍｉｈａｒａによる米国特許第５，４６６，６２９号、およびＹｏｓｈｉｍｏｒｉによる米国特許第５，４６８，６８４号に説明される。一般的な製造方法は、他の参考文書においても説明されてきた。従って、図５の回路の素子が本明細書中で簡単に識別される。
【００３７】
図５では、フィールド酸化物領域１０４は、基板１０２の表面上に形成される。このフィールド酸化物は、好ましくはシリコンであるが、砒化ガリウム、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム等の他の半導体でもよい。ソース領域１０６およびドレイン領域１０８は、シリコン基板１０２内部で互いに分離して形成される。ゲート絶縁層１１０は、ソース領域１０６とドレインに領域１０８との間のシリコン基板１０４上に形成される。さらにゲート電極１１２は、ゲート絶縁層１１０上に形成される。これらのソース領域１０６、ドレイン領域１０８、ゲート絶縁層１１０およびゲート電極１１２は、共にＭＯＳＦＥＴ１１４を形成する。
【００３８】
第１の内部層誘電層（ＩＬＤ）１１６（好ましくはＢＰＳＧ（ホウ素をドープしたリンケイ酸塩ガラス））が基板１０４およびフィールド酸化物領域１０２上に形成される。ＩＬＤ１１６は、ソース領域１０６およびドレイン領域１０８に対してバイア１１７、１１８をそれぞれ形成するようにパターニングされる。バイア１１７、１１８は、プラグ１１９、１２０をそれぞれ形成するように充填される。プラグ１１９、１２０は、電気導電性があり、典型的には多結晶シリコンを含む。拡散バリア層１２１は、プラグ１２０と電気的接触状態にあるようにＩＬＤ１１６上に形成されかつパターニングされる。拡散バリア層１２１は、例えば窒化チタンから作製され、典型的には１０〜２０ｎｍの厚さを有する。窒化チタン等の拡散バリア層は、メモリ１００の下に積層された層と上に積層された層との間の化学種の拡散を抑制する。
【００３９】
図５に示されるように、下部電極層１２２（好ましくはプラチナから作製され、９０ｎｍの厚さを有する）は、拡散バリア層１２１上に堆積される。次いで、強誘電体薄膜１２４は、下部電極層１２２上に形成される。本発明によると、強誘電体薄膜１２４は、複合材料であり、好ましくは８０ナノメータ（ｎｍ）またはそれ以下の厚さである。最も好ましくは、５０ナノメータ未満である。頂部電極層１２６（好ましくはプラチナから作製され、９０ｎｍの厚さを有する）は、強誘電体薄膜１２４上に形成される。下部電極層１２２、強誘電体薄膜１２４、および頂部電極層１２６は、強誘電体キャパシタ１２８を共に形成する。強誘電体膜１２４の形成方法は、以下に詳細に説明される。
【００４０】
ウエハ基板１０２は、シリコン、砒化ガリウム、または他の半導体、あるいは、二酸化ケイ素、ガラス、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の絶縁体を含む。従来、強誘電体キャパシタの下部電極および頂部電極はプラチナを含む。下部電極は、プラチナ、パラジウム、銀、および金等の酸化されない貴金属を含むことが好ましい。これらの貴金属に加えて、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウムシリコン、アルミニウムニッケル、ニッケル合金、銅合金、アルミニウム銅等の金属が強誘電体メモリの電極に対して使用され得る。チタン等の接着層（図示せず）は、回路の上に積層された層または下に積層された層に隣接する電極の接着を向上させる。
【００４１】
ＮＳＧ（ドープされていないケイ酸塩ガラス）から作製された第２の内部層誘電層（ＩＬＤ）１３６がＩＬＤ１１６、拡散バリア層１２１、および強誘電体キャパシタ１２８を被覆するように堆積される。ＰＳＧ（リンケイ酸塩ガラス）膜またはＢＰＳＧ（ホウリンケイ酸塩ガラス）膜もまた層１３６において使用され得る。
【００４２】
ＩＬＤ１３６は、プラグ１１９に至るバイア１３７を形成するようにパターニングされる。金属配線膜は、ＩＬＤ１３６を覆うように堆積され、バイア１３７を埋める。その後、金属配線膜をパターニングして、プラグ１３７、ソース電極配線１３８および上部電極配線１３９を形成する。配線１３８、１３９は、好ましくは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの標準相互接続金属を含み、厚さは、約２００ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００４３】
図１〜５は、本発明による構造および方法を用いて製造され得る強誘電体メモリセルの多くの改変例のうちの１つを示しているにすぎない。強誘電体材料１２４は、集積回路部１００における活性成分に組み込まれる。互いに活性成分を分離するためにのみ作用する絶縁体１３６のような成分とは対照的に、集積回路メモリの活性成分は、メモリ機能内に活性的に含まれた成分である。
【００４４】
用語「基板」は、上に集積回路が形成され、下に積層されているウエハ１１、４１、１０２、およびウエハ上に薄膜層が堆積される任意の物体（ＢＰＳＧ層１１６等）を意味し得る。本開示内容において、「基板」は対象となる層が付与される物体を意味し、例えば、本出願人らが１２２のような下部電極について述べている場合には、基板は電極１２２が形成される層１２１および１１６を含む。
【００４５】
用語「薄膜」は、集積回路の分野で用いられる場合と同様に本明細書中でも用いられる。概して、薄膜とは、０．０８ミクロン（すなわち８０ナノメートル）以下の厚さの膜を意味する。好ましくは、強誘電体薄膜１２４は、３０ｎｍ〜９０ｎｍ厚さである。集積回路技術によるこれらの薄膜を、全く異なるプロセスによって形成される巨視的なキャパシタ技術の層状キャパシタと混同すべきではない。この巨視的なキャパシタ技術は、集積回路技術と一致しない。
【００４６】
本明細書中の用語「化学量論的」は、層状超格子材料のような材料の固体膜、またはある材料を形成するための前駆体の両方に適用され得る。固体膜に適用される場合には、最終的な固体薄膜の各元素の実際の相対量を示す式を指す。前駆体に適用する場合には、前駆体中の金属のモル比を指す。「平衡」化学量論式は、結晶格子のすべてのサイトが占有された状態の材料の完全な結晶構造を形成するために、各元素がちょうど十分なだけある式であるが、実際には、室温では結晶中には必ずいくつかの欠陥が存在する。例えば、ＳｒＢｉ２（ＴａＮｂ）Ｏ９およびＳｒＢｉ２（Ｔａ１．５Ｎｂ０．５）Ｏ９は、平衡化学量論式である。これとは逆に、ストロンチウム、ビスマス、タンタル、ニオブのモル比が、それぞれ０．９、２．１８、１．５、および０．５であるストロンチウムビスマスタンタルニオベートの前駆体は、本明細書中において非平衡「化学量論」式Ｓｒ０．９Ｂｉ２．１８（Ｔａ１．５Ｎｂ０．５）Ｏ９によって表される。これは、Ｂサイト元素のタンタルおよびニオブに対して、ビスマスを過剰に含み、かつ、ストロンチウムが欠損しているからである。本開示では、「過剰」の金属元素の量は、占有された原子サイトを有し、任意の金属材料の量が残されていない所望の材料の完全な結晶構造を作製するために存在する、他の金属と結合することを要する量よりも大きい量を意味する。金属成分の「欠陥」量は、他の元素が化学両論的に平衡な量で存在する場合、他の金属との結合に要する量よりも少ない量を意味する。
【００４７】
図９は、メモリアレイ（例えば、９９）が本発明に応じて利用される例示的な集積回路メモリ４３６を示すブロック模式図である。メモリ４３６は、メモリ分野のコンテキスト内で上述された本発明の様々な部分を上述の電子部品の可能な用途の例示とするように提示されている。当業者は、多くの他の用途が可能であると認識している。簡潔に、示された実施形態が１６ＫＸ１ＦｅＲＡＭである；しかし、材料が広範なサイズおよびタイプのメモリで利用され得る。示された１６Ｋ実施形態において、ロウアドレスレジスタ４３９およびカラムアドレスレジスタ４４０に接続する７つのアドレス入力ライン４３８がある。ロウアドレスレジスタ４３９は、７つのライン４４２を介してロウアドレス４４１に接続され、カラムアドレスレジスタ４４０は、カラムデコード／データ入力／出力マルチプレクサ４４３に７つのライン４４４を介して接続される。ロウデコーダ４４１は、１２８×１２８メモリセルアレイ４４５に１２８のライン４４６を介して接続され、カラムデコーダ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３は、センスアンプ４７９およびメモリアレイ４４５に１２８のライン４４７を介して接続される。信号ジェネレータ４８０は、ロウアドレスレジスタ４３９、ロウアドレスレジスタ４４１、カラムデコータ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３、および信号ジェネレータ４８０に接続され、一方で、ＣＡＳ＊信号ライン４４９は、カラムアドレスレジスタ４４０、カラムデコーダ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３、および信号ジェネレータ４８０に接続される。（本明細書中での議論においては、ａ＊は、信号の反転を示す。）入力／出力データライン４３５は、カラムデコータ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３に接続される。
【００４８】
メモリセルアレイ４４５は、１２８×１２８＝１６，３８４のメモリセル（１６Ｋとして従来的に指定される）を含む。これらのセルは、強誘電体スイッチングキャパシタ−ベースのセル（例えば、７３、８２または１００）である。ライン４４６は、ワードライン（例えば、３６）に対応する。ライン４４７は、ゲートおよびビットライン（例えば、３２および３４）に対応する。
【００４９】
図９のメモリは、以下のように動作する。ライン４３８に配置されたロウアドレス信号Ａ０〜Ａ６およびカラムアドレス信号Ａ７〜Ａ１３は、ＲＡＳ＊およびＣＡＳ＊信号を用いてアドレスレジスタ４３９、４４０によって倍加され、ロウデコーダ４４１およびカラムデコーダ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３それぞれに伝送される。ロウデコータ４４１は、ワードライン信号（上述したＷＬｎ信号）をアドレシングされるセルに対応するワードライン４４６の１つに送る。カラムデコータ／データ入力／出力マルチプレクサ４４３は、関数が書き込み関数および読み出し関数のいずれかに依存して、カラムアドレスに対応するゲートラインの１つに、ライン４３５に入力されるデータ信号を送るか、またはカラムアドレスに対応するビットライン４４７の１つの信号をデータライン４３５に出力する。上述したように、ゲートライン信号ＰＬｍおよびビットライン信号Ｂｌｍがある。当該分野において、読み出し関数は、ＲＡＳ＊信号がＣＡＳ＊信号に先行する場合、トリガされ、書き込み関数は、ＣＡＳ＊信号がＲＡＳ＊信号前に到来する場合、トリガされる。公知技術として、センスアンプ４７９は、ライン４４７の信号を増幅するようにライン４４７に沿って配置されている。上述したＤＬｎおよびＳＢｎ信号等のドレインおよび基板信号は、ＣＡＳ＊信号、ＲＡＳ＊信号および内部チップクロックに基づいて信号ジェネレータ４８０によって生成される。いくつかのメモリにおいて、信号ジェネレータ４８０およびロウデコーダ４４１は、単一の信号生成ユニットに組み合わされ得る。ロウデコーダ４４１および信号ジェネレータの回路は、ワード線、ドレイン線および上述した基板信号を生成するために必要とされる回路全てを含む。この回路は、公知の集積回路メモリ設計であり、本明細書中でさらに説明しない。アウトラインを示した上述の機能および他の公知の機能を実行するために必要とされる他の論理または有用な他の論理もまた、メモリ４３６に含まれるが、本発明に直接的に適用されるないために、図示および説明はされていない。
【００５０】
（２．製造プロセスの詳細な説明）
上述のように、複合強誘電体は、好適には液体堆積プロセスによって作製される。液体堆積プロセスは、適切な前駆体液体を準備することから始まる。好適には、誘電体材料の前駆体（すなわち、初期誘電体前駆体）および強誘電体材料の前駆体（すなわち、初期強誘電体前駆体）は、別々の容器で作製される。図１０を参照すると、好適には誘電体前駆体であるフルクサ（ｆｌｕｘｏｒ）前駆体は、工程３５０および３５２において、混合され、加熱される。同様に、強誘電体前駆体は、それぞれ工程３５４および３５６それぞれにおいて、混合され、加熱される（これらは同時に実行できる）。加熱工程は、誘電体前駆体および強誘電体前駆体に別々に示される。なぜなら、１つの好適な実施形態において、加熱工程は、それぞれまたは２つの前駆体に対して別々だからである。別々の加熱工程により、結果として、誘電体前駆体の要素が近接する有機前駆体分子に形成され、一方で、強誘電体前駆体の要素は、近接する他の有機前駆体分子に形成される。例えば、層状の超格子材料またはＡＢＯ３タイプ材料について、工程３５０は、好適には、少なくとも１つのＡサイト金属および少なくとも１つのＢサイト金属を含む複数のポリオキサルキレート金属分子部（ｐｏｌｙｏｘｙａｌｋｙｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｍｏｉｅｔｙ）を提供する工程を包含する。「Ａサイト金属」および「Ｂサイト金属」は、ペロブスカイト類の格子（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ−ｌｉｋｅ  ｌａｔｔｉｃｅ）の使用に適している金属を指すが、溶液中で実際にＡサイトおよびＢサイトの位置を占めているわけではない。個々の金属分子部は、前駆体溶液の結晶化に基づいて誘電体材料を生産する効率的な量で組み合わされる。同様に、層状の超格子材料またはＡＢＯ３タイプ材料について、工程３５４は、好適には、少なくとも１つのＡサイト金属および少なくとも１つのＢサイト金属を含む複数のポリオキサルキレート金属分子部を提供する工程を包含するが、この場合、個々の金属分子部は、前駆体溶液の結晶化に基づいて強誘電体材料を生産する効率的な量で組み合わされる。混合工程は、好適には、実質的に均等になるように個々の金属分子部を混合する工程を包含する。
【００５１】
上述の例に示されるように、好適な実施形態において、前駆体は液体であり、この液体において、分解した複合材料の薄膜層１５，５５，１２４を含む（単数または複数の）金属化合物が分解される。個別の誘電体および強誘電体前駆体が作製される場合、この前駆体は、組み合わされた前駆体を形成するように工程３６０において混合される。別の好適な実施形態において、組み合せ前駆体は、１つの容器にて形成され、様々な材料が共に加熱される。このようなプロセスの例として、層状の超格子材料またはＡＢＯ３タイプ材料のいずれかの、ＡサイトまたはＢサイトのいずれかの要素（強誘電体または誘電体のいずれかであり得る）は、所望の材料の溶液に保持され得る量をはるかに超えた量でこの前駆体に追加される。組み合わされた前駆体を堆積し、加熱するとすぐに、剰余の材料が沈殿して、他の材料の複合物を形成する。すなわち、所望の材料が強誘電体である場合、沈殿する材料は、誘電体であり、所望の材料が誘電体である場合、沈殿する材料は、強誘電体である。乾燥工程３９９、ＲＴＡベーク３８９およびアニーリング工程３９２，３９４および３９６は、個々にまたは互いの任意の組合せで、誘電体材料が結晶化する前に強誘電体材料が結晶化するように好適に制御され、これにより誘電体マトリックス内に強誘電体沈殿物を作り上げられる。強誘電体粒子は、誘電体材料によって隔離される。次いで、いくつかの実施形態において、溶媒制御および／または濃度制御工程３８３が続く。一般に、この工程は、時間が経過すると共に十分に分離される２つのステージ上で行われる。第１のステージにおいて、混合された前駆体は、適切な溶媒にて分解され、濃縮され、この結果、長い有効期間を提供する。使用する前に、溶媒および濃縮物は、上記プロセスから生じる電子デバイスを最適化するように調整され得る。最終前駆体は、所望の複合材料を同時に形成する効率的な量（最終前駆体を乾燥させ、加熱する工程に依存する）の金属分子部を含む。
【００５２】
組み合わされた前駆体の形成工程３６０または溶媒および濃度の制御工程３８３のいずれかと並行に、基板１４、５３、１２２が準備される。上記基板が金属化された基板である（基板１４等）場合、基板は、層１２、１３および１４を形成することによって工程３８４Ａにおいて提供され、工程３８６Ａにおいて、プリベークされる。上記基板が金属化されていない基板である（シリコンまたはガリウムヒ化物単結晶等）場合、基板は、工程３８４Ｂにおいて提供され、工程３８６Ｂにおいて脱水素化される。工程３８７において、基板は、前駆体でコーティングされる。以下で説明される例において、コーティングは、米国特許第５，５４０，７７２号にて説明された噴射堆積または浸漬あるいは他の適切なコーティングプロセス等のプロセスが使用され得るが、スピンオンプロセス（ｓｐｉｎ−ｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって行われた。次いで、コーティングされた基板は、工程３８８において乾燥され、次いで、ＲＴＰ（急速熱プロセッサ（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ））ユニットにてベークされ得る。層１５、５５、１２４の所望の厚さが得られない場合、一連のコーティング工程８７、乾燥工程８８およびＲＴＰベーク工程８９は、所望の厚さを築くために必要な回数だけ繰り返される。しかし、好適な実施形態において、１つの層のみが形成される。次いで、ウェハ１０、４０、１００は、工程３９２においてアニーリングされ、上部電極１６、１２６またはゲート５８は、スパッタリングまたは他の適切なプロセスによってッ工程９３において堆積され、次いで、ウェハは、必要に応じて、工程３９２において再度アニーリングされる。次いで、キャパシタ１７、１２８またはゲート構造物５０は、工程３９５において、イオンミリング、化学エッチングまたは他の適切なプロセスによって構築される。次いで、工程３９６において、第２の「第２アニーリング」（工程３９４が行われた場合には第３のアニーリングとなる）工程が続く。図１のキャパシタデバイスが所望の最終結果である場合、これによりプロセスを終了させるが、図３〜５の集積回路の場合、コンタクトメタライゼーション、キャッピング等の最終工程３９７が続く。さらに以下に説明されるように、以上のアウトラインを示された工程全てが、全てのデバイスに必要なわけではなく、いくつかの工程は、必要に応じて行われ、他の工程は、所定の材料にのみ用いられる。
【００５３】
工程３５０における初期前駆体溶液およびその沈殿物の例は、米国特許第５，４２３，２８５号に詳細に説明される。一般に、金属または金属化合物は、カルボン酸（２−エチルヘキサン酸等）と反応し、これにより金属ヘキサノン酸を生成し、この金属ヘキサノン酸は、適切な（単数または複数の）溶媒（キシレン等）にて分解される。２−エチルヘキサノエートに加えて、金属との混合物を形成する適切な前駆体に用いられ得る他の金属−有機酸エステルは、アセテートおよびアセチルアセトンである。チタン等のいくつかの金属について、前駆体金属化合物は、金属アルコキシド（チタン２−メトキシ酸化物（ｔｉｔａｎｉｕｍ  ２−ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ））を含む。金属との化合物となり得、前駆体化合物として用いられる他のアルコキシドは、メトキシド、エソキシド、ｎ−プオロポシド（ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、イソープロポシド、ｎ−ブトキシド（ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、イソ−ブトキシド、第３ブトキシド（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、２−メソキシエソキシド（ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）および２−イソエキセソド（ｅｔｈｏｅｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）を含み得る。前駆体金属化合物は、水の沸点（すなわち、１００℃）を超える沸点を有する溶媒において、好適には分解される。好適には、この分解工程は、この前駆体を作製する加熱工程（１１５℃以上の温度で好適に実行される）と組み合わされ、その結果、必然的に無水となる前駆体が生じる。キシレン溶媒は、たいていの金属に作用する。大きく正に帯電した要素について、溶媒は、好適には、２−メソキセノルまたはｎ−ブチルアセテートを含む。いくつかの溶媒（その沸点で使用され得る）は、以下の物質を含む：アルコール（例えば、１−ブタノール（ｂｕｔａｎｏｌ）（１１７℃）、１−ペンタノール（ｐｅｎｔａｎｏｌ）（１１７℃）、２−ペンタノール（１１９℃）、１−ヘキサノール（ｈｅｘａｎｏｌ）（１５７℃）、２−ヘキサノール（１３６℃）、３−ヘキサノール（１３５℃）、２−エチル−１−ブタノール（１４６℃）、２−メソキセサノール（ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）（１２４℃）、２−エソキサノール（ｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）（１３５℃）、２−メチル−１−ペンタノール（１４８℃））；ケトン（例えば、２−ヘキサノン（メチルブチルケトン）（１２７℃）、４−メチル−２−ペンタノン（メチルイソブチルケトン）（１１８℃）、３−ヘプタノン（ｈｅｐｔａｎｏｎｅ）（ブチルエチルケトン）（１２３℃）およびシクロヘキサノン（１５６℃））；エステル（例えば、ブチルアセテート（１２７℃）、２−メソキシルエステル（１４５℃）および２−エソキシエチルアセテート（ｅｔｈｏｘｙｅｔｈｙｌ  ａｃｅｔａｔｅ）（１５６℃））；エーテル（例えば、２−メソキシエチルエーテル（１６２℃）および２−エソキシエチルエーテル（１９０℃））；芳香族炭水化物（例えば、キシレン（１３８℃〜１４３℃）、トルエン（１１１℃）およびエチルベンゼン（１３６℃））。
【００５４】
上述されたＡサイトまたはＢサイトの過剰量を利用する例における工程３５０の誘電体前駆体または前駆体３５４の強誘電体前駆体あるいは工程３６０の組み合わされた前駆体のいずれかについて、個々の金属の前駆体は、個別に作製され得、次いで、混合され得るが、一般には、同じ容器において一緒に作製され、作成されると混合される。混合後、前駆体溶液は、例え前駆体および溶媒が加熱工程をスキップし得る程度十分に純粋な状態で市販されていても、水および他の望まれていない不純物および準備工程の副産物を除去するために蒸留され得る。次いで、溶媒タイプおよび濃度は、コーティングがすぐにされるときにはコーティング用に溶媒を準備するか、または、前駆体に長い有効期間を提供するかのいずれかのために、工程３８３において調整され得る。溶媒の制御工程は長い有効期間を有する溶液を準備するように行われる場合、別の調整が薄膜を最適化するために常に行われる。長い有効期間をもたらし、高品質の膜を生成するいくつかの調整が米国特許第５，４２３，２８５号に詳細に説明される。これらは、溶媒交換工程および／または共溶媒（ｃｏ−ｓｏｌｖｅｎｔ）の追加を包含し得、これにより前駆体が保存された溶媒より高品質の膜を生成する溶媒を提供し得る。
【００５５】
工程３８４Ａおよび３８６Ａ、または工程３８４Ｂおよび３８６Ｂで、基板が提供され、コーティングのために調製される。薄膜を支持し、本明細書中に記載される材料およびプロセスに適合する任意の基板の大半が用いられ得る。これらの基板のいくつかは、集積回路および／またはさらなる金属化層、シリコンプレートまたはガラスプレート、ならびに他の電子デバイスチップを有するまたは有さない、酸化処理されたまたは酸化処理されていない、シリコンまたはヒ化ガリウム半導体ウエハを含む。本開示の例示的なデバイスに関して、基板は図１に示す金属化基板１４であった。基板１４の製造は、上記で参照された米国特許第５，４２３，２８５号に詳細に記載されており、本明細書中では繰り返し説明はしない。チタン接着層を有するプラチナ、またはプラチナのみが、論じられた実施例において用いられるメタライゼーション（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）である一方、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル、またはこれらの金属の合金および窒化チタンの接着層を有するプラチナ等の多くの他の金属が用いられ得る。スパッタリングまたは真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は好適な堆積プロセスであるが、他のメタライゼーションプロセスも用いられ得る。メタライゼーション蒸着（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）中の基板の加熱は、接着力を増加させるために効果的である。
【００５６】
前駆体混合、加熱、混合、および濃度制御工程３５０、３５２、３５４、３５６、３６０、および８３を明瞭さのために個別かつ１つの流れとして（ｌｉｎｅａｒｌｙ）論じた。しかしながら、これらの工程は、前駆体を保存するかまたはすぐに使用するか等の意図に関わらず、使用される特定の液体に応じて、組み合わされ、および／または異なる順序で行われ得る。例えば、蒸留は、通常、溶媒濃度制御の一部であり、そして、不要な副産物を除去するために有用であるため、しばしば、両方の作用がともになされる。他の例として、混合および溶媒制御がしばしば、所定の順序で前駆体溶液に特定の反応物質および溶媒を加えること等の同じ物理的作業を共有する。第３の例として、これらの混合、蒸留、ならびに溶媒および濃度の制御の工程のいずれもが、前駆体を調製する全体的なプロセス中に数回繰り返され得る。
【００５７】
次いで、混合され、蒸留され、調整された前駆体溶液が基板１４、５３、１２４上をコーティングする。好ましくは、このコーティングはスピンオンプロセスによって行われる。好適な前駆体溶液濃度は０．０１から０．５０Ｍ（モル／リットル（ｍｏｌｅｓ／ｌｉｔｅｒ））であり、好適なスピン速度は５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの間である。
【００５８】
スピンオンプロセスおよびミスト蒸着プロセス（ｍｉｓｔｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によりいくらかの溶媒が除去されるが、いくらかの溶媒がコーティング後にも残留する。この溶媒は、乾燥工程３８８で湿った膜から除去される。同時に、加熱により薄膜において有機素子の熱分解が生じる。また、この有機素子は気化して薄膜から除去される。この結果、結晶化の前のアモルファス状態にある複合物質１５、５５、１２４の固体薄膜が生じる。この乾燥した膜は、第２のコーティングが用いられる場合、次のスピンオンコーティングを支持するために十分な剛性を有する。乾燥温度は、溶媒の沸点よりも上でなければならず、好ましくは、前駆体溶液中の有機物の熱分解温度より上である。好適な乾燥温度は、１５０℃〜４００℃の間であり、用いられる特定の前駆体に依存する。乾燥工程は、単一の温度での単一の乾燥工程、またはいくつかの異なる温度（一定の割合での温度の上昇および低下等）での複数の工程の乾燥プロセスを含む。この複数の工程の乾燥プロセスは、急激すぎる温度上昇による過度の体積の収縮により発生し得る、薄膜の割れまたは発泡を防ぐために有用である。好ましくは、電気加熱板が乾燥工程３８８を実施するために用いられる。
【００５９】
乾燥工程３８８は、好ましくは、その後にＲＴＰ焼付工程３８９が行われる。ハロゲンランプ、赤外線ランプ、または紫外線ランプからの放熱により、ＲＴＰ焼付工程のための熱源が提供される。好ましくは、ＲＴＰ焼付は、２０％〜１００％の酸素の酸素雰囲気において、３５０℃〜６５０℃の温度、好ましくは６００℃、１℃／秒〜２００℃／秒のランピングレート（ｒａｍｐｉｎｇ  ｒａｔｅ）、および５秒〜３００秒の保持時間で実施される。ＲＴＰプロセス中には、いずれの残留有機物も燃えついて気化する。同時に、ＲＴＰ焼付の急速な温度上昇により核生成、すなわち、固体膜内の層状の複合物質の多数の小結晶質粒子の発生が促進される。これらの粒子は、さらなる結晶化が起こり得る核として作用する。
【００６０】
所望の膜厚が得られると、乾燥されて、好ましく焼き付けされた膜は、工程３９２でアニーリングされる（後続のアニーリングと区別するために第１のアニーリングと呼ぶ）。第１のアニーリングは、好ましくは、酸素雰囲気中の炉の中で実施される。酸素濃度は、好ましくは、２０％〜１００％であり、温度は４００℃〜６００℃、好ましくは、５５０℃以下である。多数の核（ＲＴＰ焼付工程によって発生した小粒子）が成長し、十分に結晶化された強誘電体膜が高酸素雰囲気下で形成される。
【００６１】
第１のアニーリングの後、第２のまたは上部電極１６、１２６もしくはゲート電極５８が形成される。好ましくは、この電極は、プラチナの単層をＲＦスパッタリングすることにより形成されるが、ＤＣスパッタリング、イオンビームスパッタリング、真空蒸着、または他の適切な堆積プロセスによっても形成され得る。電子デバイスの設計に望ましいのであれば、金属堆積の前に、複合材料１５が従来のフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングされ得、次いで、電極１６、１２６、５８が堆積後の第２のプロセスでパターニングされる。
【００６２】
電極１６、５８、１２６によって覆われる複合材１５、５５、１２４を含むウエハ１０、４０、１００は、第２のアニーリング（１）工程３９４として図７に示す熱処理における上述のパターニング工程９５の前、第２のアニーリング（２）工程３９６として図７に示す熱処理によるパターニング工程３９５の後、
またはパターニング工程３９５の前後にアニーリングされ得る。第２のアニーリングは、好ましくは、電気炉において、４００℃〜６００℃、好ましくは、５５０℃以下の温度で実施される。
【００６３】
第２のアニーリングにより、上部電極１６、５８、１２４における内部応力、および電極１５、５８、１２４と複合材料１５、５５、１２４との界面における内部応力が放出される。同時に、第２のアニーリング工程３９４または３９６により、上部電極のスパッタリングによって生じる複合材の微細構造が再構成され、結果として、材料の特性が改善される。
【００６４】
図６〜８は、本発明によって複合材料を基板の上に微視的に成長させる好適な実施形態を示す。バッファ層３０２が基板３００の上に形成される。次いで、複合物の液体先駆物質が、上記のように、基板に加えられる。バッファ層３０２は、強誘電島３０４の成長を増強するシード層として機能する。すなわち、液体先駆物質が加熱されると、強誘電材料構成要素３０４の島成長が形成され始め、その後、微視的複合材料３０７の誘電材料構成要素のマトリックス３０６が形成される。次いで、微視的複合材料３０７の上にバッファ層３０８が形成される。シード層は、非強誘電の誘電材料を含む。好適には、シード層は、ペロブスカイトまたはチタン鉄鉱結晶構造および約２０以上の誘電率を有する金属酸化物からなる群から選択される。このようなシード層材料の部分的なリストには、チタン酸ジルコニウム、チタン酸ジルコニウム鉛ランタン、チタン酸ストロンチウムバリウム、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム鉛、高誘電率高分子を含む有機材料、およびビスマス層状超格子材料が含まれる。
【００６５】
（３．製造プロセスおよび特性依存性の例）
（実施例１）
（強誘電材料−チタン酸ビスマスストロンチウム）
（誘電材料−五酸化タンタル）
第１の例として、２５０ｍｌの市販されているチタン酸ビスマスストロンチウムの先駆物質に対して、約４０グラムのタンタルペンタブトキシド、７０グラムの２−エチルヘキサン酸、および４０ｍｌのキシレンが加えられる。フラスコを５０ｍｌのビーカーで覆って、還流が援助され、かつ、大気中の水から含有量が隔離された。１６０℃のホットプレートにおける４８時間の磁気撹拌によって混合物を還流して、ブタノールおよびタンタル２−ヘキサン酸エチルを含む実質的に均一な溶液が形成された。溶液中のブトキシド成分は、２−エチルヘキサン酸によってほぼ完全に置換されたが、この例の加熱パラメータにおいて、完全な置換は行われなかったことを理解する必要がある。４８時間が終了すると、ブタノール部分および水を蒸留して溶液から除去するために、５０ｍｌのビーカーが取り除かれ、ホットプレートの温度が次いで２００℃まで上げられた。フラスコは、溶液が１２４℃の温度に初めて達するとホットプレートから取り除かれた。これは、実質的に全てのブタノール、エーテル、および水が溶液から取り除かれたことを示した。フラスコおよびその中身は、室温まで冷却された。先駆物質は、次いで、上記のように、五酸化タンタルマトリックスにおける強誘電タンタル酸ビスマスストロンチウムの微視的複合強誘電薄膜を形成するために用いられた。
【００６６】
（実施例２）
（強誘電材料−タンタル酸ビスマスストロンチウム）
（誘電材料−ＰｂＯ／ＧｅＯ２およびその他）
別の例として、先駆物質は、上記のように、ＰｂＯ／ＧｅＯ２フラクサー（ｆｌｕｘｏｒ）および強誘電タンタル酸ビスマスストロンチウムの５０％／５０％複合物として形成された。この複合物は、５００℃のアニール温度において約７マイクロクーロン／ｃｍ２の分極率を有する強誘電複合材料を生成した。タンタル酸ビスマスストロンチウムまたはタンタル酸ニオブビスマスストロンチウムのいずれかと組み合わされる他のフラクサーは、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ／２Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ／２Ｂ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３／ＧｅＯ２であった。フラクサーと強誘電体との割合が約２０％／８０％の割合から約８０％／２０％の割合まで変動し得、それでもなお使用可能な複合材料が得られることが分かった。フラクサーとしての酸化珪素および酸化ゲルマニウムを単独で、組み合わせて、および他の簡単な酸化物と組み合わせて用いることによっても、良好な結果が得られた。
【００６７】
（実施例３）
（強誘電材料−タンタル酸ビスマスストロンチウム）
（フラクサー材料−二酸化珪素）
第３の例として、２５０ｍｌの市販されているチタン酸ビスマスストロンチウムの先駆物質に対して、約４０グラムのタンタルペンタブトキシド、７０グラムの２−エチルヘキサン酸、および４０ｍｌのキシレンが加えられる。フラスコを５０ｍｌのビーカーで覆って、還流が援助され、かつ、大気中の水から含有量が隔離された。１６０℃のホットプレートにおける４８時間の磁気撹拌によって混合物を還流して、ブタノールおよびタンタル２−ヘキサン酸エチルを含む実質的に均一な溶液が形成された。溶液中のブトキシド成分は、２−エチルヘキサン酸によってほぼ完全に置換されたが、この例の加熱パラメータにおいて、完全な置換は行われなかったことを理解する必要がある。４８時間が終了すると、ブタノール部分および水を蒸留して溶液から除去するために、５０ｍｌのビーカーが取り除かれ、ホットプレートの温度が次いで２００℃まで上げられた。フラスコは、溶液が１２４℃の温度に初めて達するとホットプレートから取り除かれた。これは、実質的に全てのブタノール、エーテル、および水が溶液から取り除かれたことを示した。フラスコおよびその中身は、室温まで冷却された。先駆物質は、次いで、上記のように、微視的複合強誘電薄膜を形成するために用いられた。
【００６８】
リットル当たりのＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９の濃度は、０．１０２モルであった。次いで、５０％／５０％の原則で、ＳｉＯ２がＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９溶液と混合された。ウェーハは、３０分間、空気中で、１４０℃で焼かれて、脱水された。スポイトを用いて、１ｍｌのＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９／ＳｉＯ２溶液が、上記のように、誘電および非強誘電材料１２３の上に置かれた。ウェーハは、約３分間、１５００ＲＰＭで回転された。ウェーハは、次いで、ホットプレートの上に置かれて、３分間、空気中で、約２５０℃で焼かれた。スポイトを用いて溶液をウェーハ上に置くステップから、ホットプレート上でのベイキングステップまで、別の層に関して繰り返された。ウェーハは、次いで、高速熱処理（ＲＴＰ）炉に転送されて、そこで、酸素中で、３０秒間、６５０℃の高速熱処理が実行された。次いで、ウェーハは、アニール炉に転送されて、そこで、ウェーハのアニールが、１時間、６５０℃で、酸素中で行われた。アニールのステップの後、集積回路キャパシタが完成し、すなわち、第２の白金電極がスパッターされ、次いで、周知のフォトレジスト技術を用いてウェーハがエッチングされて、下部電極を介して電気的に接続される複数のキャパシタが生成された。
【００６９】
（実施例４）
強誘電材料−ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
Ｆｌｕｘｏｒ材料−ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
市販のＰＬＺＴ前駆体が用いられ、この前駆体に、さらなるランタン２−エチルヘキサノエートが付加された点を除いて、実施例１のプロセスと同様のプロセスが実行された。複合誘電体は、図６〜図８との関連で説明されたように、前駆体をＰＬＺＴバッファ層３０２に付与し、図１０との関連で説明されたように、この前駆体を乾燥、焼しめおよびアニールすることにより形成される。さらなるランタンは、誘電マトリクス材料が強誘電性沈降物とはわずかに異なった温度で形成されるようにし、この沈降物は、誘電材料よりもランタンの濃度が低い。
【００７０】
（実施例５）
強誘電材料−ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
Ｆｌｕｘｏｒ材料−酸化チタン
０．１００モル濃度のＴｉＯ２の市販の溶剤が購買され、市販のＰＺＴ溶剤と５０％／５０％の割合で混合された。ウェハは、脱水するために、１４０℃にて空気中で３０分間ベーキングされた。スポイドは、１ｍｌのＴｉＯ２／ＰＺＴ溶剤を誘電性および非強誘電材料１２３上に滴下するために用いられた。ウェハは、上述のように、１５００ＲＰＭにて２０秒間回転された。ウェハは、その後、ホットプレート上に配置され、約２５０℃にて空気中で３分間ベーキングされた。スポイドを用いて、ウェハ上に溶剤を堆積させる工程から、ホットプレート上でベーキングする工程までのステップが別の層についても繰返される。ウェハは、その後、急速熱プロセス（ＲＴＰ）炉に移送され、ここで、急速熱プロセスが７２５℃にて酸素中で３０秒間行なわれた。その後、ウェハは、アニール炉に移送され、ここで、酸素中で７００℃の温度にて１時間アニールされた。アニールステップの後、集積回路キャパシタが完成された。すなわち、第２のプラチナ電極がスパッタリングされ、その後、ウェハが周知のフォトレジスト技術を用いてエッチングされ、下部電極を介して電気的に接続された複数のキャパシタが生成される。
【００７１】
Ｆｌｕｘｏｒと強誘電体との割合は、約２０％／８０％の割合〜約８０％／２０％の割合で変更され得、依然として使用可能な積層材料が得られ得ることが見出された。
【００７２】
（実施例６）
強誘電材料−ストロンチウムビスマスタンタル酸塩
Ｆｌｕｘｏｒ材料−低粘度のエポキシ接着剤
ストロンチウムビスマスタンタル酸塩の約０．１００モルの溶剤が上述の実施例１に従って調整され、低粘着性エポキシ樹脂と５０％／５０％の割合で混合された。ウェハは、乾燥させるため、１４０℃にて空気中で３０分間ベーキングされた。スポイドは、上述のように、１ｍｌのＳＢＴ／エポキシ樹脂を誘電体および非強誘電材料１２３上に滴下するために用いられた。ウェハは、１５００ＲＰＭにて２０秒間回転された。ウェハは、その後、ホットプレート上に配置され、約２５０℃にて空気中で３分間ベーキングされた。スポイドを用いて、ウェハ上に溶剤を堆積させる工程から、ホットプレート上でベーキングする工程までのステップが別の層についても繰返される。ウェハは、その後、実施例３におけるように熱処理された。その後、集積回路キャパシタが実施例５におけるように完成された。
【００７３】
本発明の特徴は、塩基性強誘電材料の結晶成長速度よりも速い結晶成長速度を有する材料用の前駆体を、強誘電材料用の前駆体と組み合わせることによって、Ｆｌｕｘｏｒを用いない場合よりもはるかに低い結晶化温度にて強誘電材料が形成され得ることである。強誘電性薄膜を乾燥、ベーキングおよびアニールするための熱収支が、従来技術の強誘電体薄膜の熱収支よりもはるかに小さいことが本発明の１つの特徴である。
【００７４】
現在、本発明の好適な実施形態であると考えられていることが説明されてきた。本発明は、発明の趣旨または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施され得ることが理解される。例えば、本発明はシリコン基板に関して説明され、他方、砒化ガリウム、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムといった他の基板、および他の基板が用いられてもよい。他の多くの強誘電体ＦＥＴ構造が、例えば、ＭＦＩＳＦＥＴ構造等の、示されたアドレススキーム（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ  ｓｃｈｅｍｅ）と組合されて用いられ得る。さらに、ここで、本発明による材料を利用する強誘電性メモリの可能性および利点が開示された。この材料は、任意の形態の強誘電性メモリと共に用いられ得る。従って、本実施形態は、例示にすぎず、限定的であると考えられるべきでない。本発明の範囲は、添付の請求項により示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明による、薄膜キャパシタデバイスを示す強誘電体回路の断面の一部である。
【図２】
図２は、本発明による、強誘電体ＦＥＴの好ましい実施形態の断面図である。
【図３】
図３は、本発明を利用するメモリセルの本質的な構成要素と、この構成要素の信号線への接続とを示す電気回路図である。
【図４】
図４は、本発明が利用され得る別のメモリの１つのカラムアレイを示す電気回路図である。
【図５】
図５は、本発明が利用され得るさらなる代替的なメモリのメモリセルの断面図である。
【図６】
図６は、本発明による複合キャパシタを作製するための１つの代替的プロセスを示す。
【図７】
図７は、本発明による複合キャパシタを作製するための１つの代替的プロセスを示す。
【図８】
図８は、本発明による複合キャパシタを作製するための１つの代替的プロセスを示す。
【図９】
図９は、本発明によるメモリセルのメモリアレイが、不揮発性強誘電体メモリにどのようにして組み込まれ得るかを示す図である。
【図１０】
図１０は、本発明によるキャパシタを作製する好適な方法のフローチャートである。
【図４】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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