(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（１００）の層状超格子材料の薄膜（１２４、２２６、５２８、５７８，７２８）を形成する方法であって、
４０ｎｍより薄い厚さを有する該層状超格子材料のシード層（５５２、５７２、７２２）を第１の基板温度で加熱された基板上に堆積するために、該加熱された基板を含むＣＶＤ反応チャンバ（４３０）内に、該層状超格子材料を形成するのに適している第１の反応体ガスを流し込む工程（３１０）と、
該加熱された基板上の該シード層を処理する工程（３１２、３１４）と、
該層状超格子材料の薄膜を形成するために、前記第１の基板温度より１０℃〜１００℃低い第２の基板温度で加熱された基板を含むＣＶＤ反応チャンバ内に、該層状超格子材料を形成するのに適している第２の反応体ガスを流し込む工程（３１６）と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記加熱された基板は、前記第１の反応体ガスを流し込む工程の間、４００℃〜７００℃の範囲内の前記第１の基板温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シード層は、１ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シード層を処理する工程は、該シード層を高速熱処理する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シード層を高速熱処理する工程は、６００℃〜７００℃の範囲内の温度で行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記シード層を高速熱処理する工程は、３０秒〜１０分の範囲内の期間だけ行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記シード層を処理する工程は、該シード層を炉アニールする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シード層を炉アニールする工程は、４００℃〜７００℃の範囲内の温度で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シード層を炉アニールする工程は、１０分〜３０分の範囲内の期間で行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の反応体ガスを流し込む工程の間、前記加熱された基板は、４００℃〜７００℃の範囲内の前記第２の基板温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記層状超格子材料の薄膜を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記層状超格子材料の薄膜を処理する工程は、該層状超格子材料の薄膜を高速熱処理する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記層状超格子材料の薄膜を高速熱処理する工程は、６００℃〜７００℃の範囲内の温度で行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記層状超格子材料の薄膜を高速熱処理する工程は、３０秒〜１０分の範囲内の期間で行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記層状超格子材料の薄膜を処理する工程は、該層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程は、６００℃〜７００℃の範囲内の温度で行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程は、１０分〜３０分の範囲内の期間で行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記層状超格子材料の薄膜を処理する工程は、該層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程は、５５０℃〜６５０℃の範囲内の温度で行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記層状超格子材料の薄膜を炉アニールする工程は、１０分〜３時間の範囲内の期間で行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記層状超格子材料は、０≦ｘ≦１の場合のＳｒＢｉ２（Ｔａ１−ｘＮｂｘ）２Ｏ９の式を有する材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記シード層は、前記層状超格子材料より高いＮｂ含有量を有する、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、概して、層状超格子材料の製造に関し、より詳細には、層状超格子材料の薄膜を作製する化学蒸着法、および、このような方法を用いて製造される層状超格子材料の薄膜に関する。
【０００２】
（２．問題の提示）
強誘電体化合物は、不揮発性集積回路メモリで使用する際に有利な特性を有する。１９９１年９月３０日にＭｉｌｌｅｒらに発行された米国特許第５，０４６，０４３号を参照されたい。キャパシタなどの強誘電体デバイスは、強誘電体デバイスが所望の電子特性（例えば、高い残留分極、良好な抗電界、高い疲労耐性、および低いリーク電流）を有する場合、不揮発性メモリとして有用である。層状超格子材料は、ＰＺＴおよびＰＬＺＴ化合物の特性に比べて何桁もすぐれた強誘電体メモリにおける特性を示す。
【０００３】
１９９６年５月２１日にＰａｚ  ｄｅ  Ａｒａｕｊｏらに発行された米国特許第５，５１９，２３４号は、ストロンチウムビスマスタンタル酸塩（ＳＢＴ）などの層状超格子化合物が、従来の最良とされる材料と比較して強誘電体応用において優れた特性を有し、高い誘電率および低いリーク電流を有することを開示している。１９９５年７月１８日にＷａｔａｎａｂｅらに発行された米国特許第５，４３４，１０２号および１９９５年１１月２１日にＹｏｓｈｉｍｏｒｉらに発行された米国特許第５，４６８，６８４号は、これらの材料を実際の集積回路に集積させるプロセスを開示している。０≦ｘ≦１の場合の金属酸化物ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）およびＳｒＢｉ２（Ｔａ１−ｘＮｂｘ）２Ｏ９（ＳＢＴＮ）などの強誘電体層状超格子材料は、ＦｅＲＡＭおよび非破壊読出し強誘電体ＦＥＴなどの不揮発性メモリ用途においてキャパシタ誘電体として用いられるために、現在、開発中である。
【０００４】
現在、使用が考えられる層状超格子材料は、金属酸化物である。層状超格子材料の薄膜は、当該分野で公知の多数の技術のうちの１つを用いて基板上に形成され得る。従来の堆積技術は、例えば、スパッタリング、ゾルゲルまたは金属有機堆積（「ＭＯＤ」）技術を含む。ＭＯＤ技術は、液体前駆体溶液の安定性ならびに前駆体の流れおよび強誘電体薄膜内の化学量論の良好な制御を含む種々の理由のために好適である。超格子材料の薄膜を堆積するＭＯＤ技術は、典型的には、集積回路基板上に金属酸化物化合物の固体膜を形成するために、金属有機前駆体の分解を必要とし、所望の多結晶の層状超格子材料を形成するために、固体膜の金属酸化物の反応および結晶化を必要とする。多結晶の層状超格子材料の形成は、所望の強誘電体分極率を得るために必要である。多結晶の強誘電体層状超格子材料を形成するための反応および結晶化は、固体膜を加熱する１つ以上の工程を常に必要とする。
【０００５】
ＭＯＤ前駆体を集積回路基板上に堆積する技術の周知のカテゴリは、化学蒸着（「ＣＶＤ」）法である。ＣＶＤ技術は、小さな形状に非常に適しており、集積回路において、高度に等角な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）構造を達成することに非常に適している。ＣＶＤプロセスにおいて、金属有機前駆化合物を含むガス状の流れが、基板の加熱された表面に接触され、これにより、金属有機前駆化合物は、基板の表面で分解し、金属含有化合物の固体膜を形成する。
【０００６】
層状超格子材料の典型的なＭＯＤ−ＣＶＤ製造において、所望の電子特性を生成するための、堆積された金属化合物の反応および結晶化は、高温での酸素ガスの加熱処理を必要とする。この加熱は、一般的に、アニーリングと呼ばれる。高温でのアニーリングは、多結晶の層状超格子材料を形成するための、堆積された金属化合物の反応および結晶化を引き起こす。酸素が存在する状態でのアニーリング工程は、典型的には、３０分〜２時間、８００℃〜９００℃の範囲内の温度で実行される。高温で反応性の酸素が存在することにより、半導体基板の単一の結晶構造において、ダングリングボンドなどの多数の欠陥が生成され、その電子特性が劣化される。時間を延長して高温でアニーリングすることは、さらに、例えば、７００℃以上の温度において劣化し始める拡散バリア層などの集積回路の他の構成要素に損傷を与え得る。
【０００７】
強誘電体層状超格子材料の分極率は、他の要因の中でも、多結晶の強誘電体材料における多数の結晶粒子の粒子サイズによって影響される。層状超格子材料において、比較的大きな粒子サイズが分極率を向上させると考えられる。しかし、従来のＣＶＤ技術を用いて形成される層状超格子材料の薄膜は、より小さな粒子サイズを有する傾向にあり、結果として、強誘電体分極率が減少される。
【０００８】
集積回路に用いられる誘電体および強誘電体材料の永続的な問題は、電荷損失およびリーク電流である。多結晶の誘電体および強誘電体材料において、リーク電流の大部分は、結晶粒子の粒界に沿って移動すると考えられる。
【０００９】
（解決策）
本発明は、強誘電体集積回路における強誘電体層状超格子材料を製造する化学蒸着（「ＣＶＤ」）法を提供し、この化学蒸着法は、高温での酸素への露出時間を最小化し、従って、加熱および酸化による損傷を減少させる。本発明によるＣＶＤ法は、層状超格子材料において、比較的大きな粒子サイズを生成し、従って、強誘電体分極率を向上させる。さらに、本発明によるＣＶＤ法は、多結晶の層状超格子材料において、リーク電流のパスの長さを増大させ、従って、全体のリーク電流を減少させる。
【００１０】
層状超格子材料は、さらに、当該分野において、層状ペロブスカイト型構造とも呼ばれ、以下の一般式で表される。
【００１１】
【化１】
0003962258.tif 000002
ここで、Ａ１、Ａ２．．．Ａｊは、ペロブスカイト型構造におけるＡサイト元素を表す。Ａサイト元素は、ストロンチウム、カルシウム、バリウム、ビスマス、鉛などの元素であり得る。Ｓ１、Ｓ２．．．Ｓｋは超格子ジェネレータ元素を表し、この超格子ジェネレータ元素は、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、＋３の価数を有する他の元素もまた可能である。Ｂ１、Ｂ２．．．Ｂｌは、ペロブスカイト型構造におけるＢサイト元素を表す。Ｂサイト元素は、チタン、タンタル、ハフニウム、タングステン、ニオブ、ジルコニウムなどの元素であり得る。Ｑはアニオンを表し、一般に酸素であるが、フッ素、塩素などの他の元素、ならびに酸フッ化物、酸塩化物などのこれらの元素の混成体もまた可能である。式（１）の上付き文字は、各元素の価数を示す。例えば、Ｑは酸素である場合、ｑは２である。下付き文字は、化合物１モル中の材料のモル数、または単位格子に関して言えば、単位格子中のその元素の平均の原子数を示す。下付き文字は、整数または少数であり得る。つまり、式（１）は、単位格子が結晶材料全体にわたって変化し得る場合を含む。例えば、ＳｒＢｉ２（Ｔａ０．７５Ｎ０．２５）２Ｏ９の場合、平均して、Ｂサイトの７５％がタンタル原子で占められ、Ｂサイトの２５％がニオブ原子で占められる。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、本発明は、結晶材料のＡおよびＢサイトならびに超格子ジェネレータサイトが複数の種類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。
【００１２】
ｚの値は、以下の等式から見出される。
【００１３】
【化２】
0003962258.tif 000003
式（１）は、１９９６年５月２１日にＰａｚ  ｄｅ  Ａｒａｕｊｏらに発行された米国特許第５，５１９，２３４号に記載の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、異なる層が交互に構成された結晶構造を自発的に形成する材料をのみを含む。例えば、化学量論式ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９によって表されるストロンチウムビスマスタンタル酸塩などの層状超格子材料は、ストロンチウムおよびタンタルを含むペロブスカイト型層と交互するビスマス酸化物の結晶層としてみなされ得る。
【００１４】
本発明による方法の実施形態は、概して、加熱された集積回路基板を含むＣＶＤ反応チャンバ内に第１の反応体ガスを流し込む工程を提供する。第１の反応体ガスは、第１の前駆化合物または複数の第１の前駆化合物を含み、この第１の前駆化合物または複数の第１の前駆化合物は、ＣＶＤ反応チャンバ内で分解して、加熱された集積回路基板上に金属原子を含むコーティングを堆積する。その後、第２の反応体ガスが、加熱された基板を含むＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる。第２の反応体ガスは、第２の前駆化合物または複数の第２の前駆化合物を含み、この第２の前駆化合物または複数の第２の前駆化合物は、ＣＶＤ反応チャンバ内で分解して、基板上にさらなる金属原子を堆積する。堆積された金属原子の反応および結晶化のための熱は、ＣＶＤ堆積中に基板を加熱すること、ならびに、高速熱処理（「ＲＴＰ」）および炉アニーリング（ｆｕｒｎａｃｅ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を選択することにより提供される。加熱された基板の温度ならびに処理工程の手順および温度は、本発明による方法の一般的な実施形態において変化し得る。
【００１５】
第１の一般的な実施形態において、第１の反応体ガスが分解し、加熱された基板上にシード層が堆積される。加熱された基板の温度は、４００℃〜７００℃の範囲内の第１の基板の温度である。シード層は、通常は金属酸化物化合物の形態である金属原子を含む。しかし、これらの金属酸化物は、必ずしも、所望な層状超格子材料化合物ではない。この実施形態において、典型的には、堆積された金属酸化物の反応および結晶化を引き起こし、かつ、所望の層状超格子材料をシード層内に形成するために、ＲＴＰを用いてシード層を処理する必要がある。シード層の処理も、炉アニールを含み得る。シード層は、典型的には、非常に薄く、５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であり、好適には、約２５ｎｍである。従って、結晶質層状超格子材料を形成するための、ＲＴＰによるシード層の堆積された金属化合物の反応および結晶化は、１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の厚さを有するより厚い膜より高速かつ完璧である。炉アニーリング工程における加熱によるシード層のオプション処理は、シード層内の層状超格子材料の所望の結晶化を向上させる。
【００１６】
本発明によって、第２の反応体ガスがＣＶＤ反応チャンバ内で反応して、金属酸化物の第２のコーティングをシード層上に堆積する場合、シード層内の結晶の存在は、多結晶の層状超格子材料の薄膜の形成を向上させる。シード層の存在は、従来のＣＶＤ技術に必要な温度より高温の加熱への露出を減少させ、大きな粒子サイズおよび良好な電子特性を得ることにより、多結晶の層状超格子材料の形成を可能にする。４００℃〜７００℃の範囲内の第２の基板温度で加熱された基板だけで、通常、最終的な層状超格子材料の薄膜を形成するために第２のコーティング内に堆積された金属原子の反応および結晶化のための十分な加熱が提供される。しかし、ＲＴＰおよび炉アニールによる基板のさらなる処理は、第２のコーティングの堆積後に行われ得る。
【００１７】
第１の実施形態において、シード層は、典型的には、かなり連続的で、一様に厚い層であり、好適には約２５ｎｍの厚さである。しかし、第２の一般的な実施形態において、第１の反応体ガスによって形成されたシード層は、連続的な層よりむしろ、層状超格子材料の「島」を含み得る。より厚い層を堆積することから知られた堆積速度に基づいて、５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内、好適には約１０ｎｍの「名目上の厚さ」を有する層に対応する第１の前駆化合物の量が、ＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる。量が非常に少ないため、金属含有化合物の一様でない堆積は、滑らかで一様なコーティングよりむしろ、材料の島として基板上に堆積される。この厚さは、厚さが一様でなく、実際的に測定可能でないため、「名目上の厚さ」と呼ばれる。堆積されたシード層の量は、量が一様に分配されないにも関わらず、知られた堆積平均速度で所定の期間内に堆積される量に対応する。６００℃〜７００℃の範囲内の第１の基板温度において、通常、加熱された基板だけで、島内に最初に堆積される金属化合物の反応および結晶化のための十分な加熱が提供されて、層状超格子材料が形成される。ＲＴＰおよび炉アニールによるオプション処理は、シード層内の結晶質層状超格子材料の島の形成を向上させる。第２の反応体ガスがＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる間、基板は、第２の基板温度によって加熱される。第２の基板温度は、第１の基板温度より１０℃〜１００℃低い。第２の反応体ガスが分解し、加熱された基板上に金属化合物を堆積する場合、シード層の結晶質の島の表面でのみ結晶成長が起こり、結果として、最終的な多結晶の層状超格子材料の薄膜において、大きな粒子サイズが得られる。この実施形態において、第２の反応体ガスを流し込む前に、シード層の処理を行う必要はない。ＲＴＰまたは炉アニールによる処理は、オプションとして、層状超格子材料の形成を向上させるために、第２の反応体ガスの反応前または後に行われ得る。
【００１８】
上記の第１および第２の実施形態において、第１の反応体ガスおよび第２の反応体ガスは、通常、同一または同様の構成要素を有し、この構成要素は、所望の層状超格子材料の薄膜を形成するための同じ前駆化合物を含む。しかし、第１の反応体ガスは、超格子ジェネレータ金属（通常、ビスマス）のみを含み得る。その結果、シード層またはシード層内に形成される結晶材料の島は、ビスマス酸化物のみを含み得る。これらの変形例においても、ビスマス酸化物の結晶シード層の存在は、第２の反応体ガスから堆積された金属化合物の反応および結晶化を向上させるように機能する。
【００１９】
本発明による第３の一般的な実施形態において、ＣＶＤを用いて、加熱された基板を含むＣＶＤ反応チャンバ内に第１の反応体ガスおよび第２の反応体ガスを流し込むことにより、金属原子のコーティングが堆積される。第１の反応体ガスは、超格子ジェネレータ元素を含む１つ以上の前駆化合物を含み、第２の反応体ガスは、上記の式１のＡおよびＢサイト元素であるペロブスカイト型層形成元素（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ−ｌｉｋｅ−ｌａｙｅｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を含む１つ以上の前駆化合物を含む。加熱された基板の温度は、４００℃〜７００℃の範囲内であり、好適には、６００℃〜７００℃の範囲内である。第１の反応体ガスおよび第２の反応体ガスは、第１の所定の期間、ＣＤＶ反応チャンバ内に流し込まれる。第１の所定の期間は、５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内の厚さまたは名目上の厚さを有する初期コーティングを基板上に堆積するのに十分な期間である。第１の所定の期間は、測定された厚さを有する層の以前の堆積から知られた堆積平均速度に基づく。第１の所定の期間は、典型的には、１０秒〜１０分の範囲内であり、通常、３０秒〜６０秒である。その後、ペロブスカイト型層形成原子を含む第２の反応体ガスの流れは、第２の所定の期間だけ中断される。第２の所定の期間は、超格子ジェネレータ元素の原子を含むが、ＡまたはＢサイト元素の原子は含まない金属化合物を含むコーティングを堆積するのに十分な期間である。第２の所定の期間も、測定された厚さを有する層の以前の堆積から知られた堆積平均速度に基づく。第１の所定の期間および第２の所定の期間は、通常、１０秒〜１０分の範囲内であり、好適には、３０秒〜６０秒の範囲内である。第２の所定の期間の後、第２の反応体ガスの流れは、第３の所定の期間（好適には、３０秒〜６０秒間）に再開する。この手順は、一連のコーティングの集合体が所望の厚さの薄膜に達するまで、何回でも繰り返され得る。加熱された基板の温度がより高く、６００℃〜７００℃の範囲内である場合、温度は、通常、コーティング内の金属酸化物が反応かつ結晶化して、所望の層状超格子材料を形成するのに十分である。ＲＴＰまたは炉アニーリングなどによって、アニーリング工程で加熱することによるシード層のオプション処理は、反応および結晶化を向上させる。ＣＶＤ堆積中の種々の期間中の加熱された基板の温度は、さらに、４００℃〜６００℃のより低い範囲内であり得る。本発明による実施形態のこの変形例において、典型的には、ＲＴＰを用いて、堆積された集合コーティングを処理して、堆積された金属酸化物の反応および結晶化を引き起こし、かつ、所望の層状超格子材料の薄膜を形成することが有用である。最終的な薄膜の処理も、炉アニールを含み得る。
【００２０】
典型的には、この第３の一般的な実施形態において、第１の反応体ガス内の超格子ジェネレータ元素はビスマスである。ペロブスカイト型層形成原子を含む第２の反応体ガスの流れを中断し、第１の反応体ガスをＣＶＤ反応チャンバ内に流し込み続けることにより、個々の結晶粒子間の粒界は、増加し、より曲がりくねる（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ）ようになる。従って、リーク電流のリークパスがより長くなり、結果として、強誘電体または誘電体薄膜を介するリーク電流が減少される。この実施形態の変形例は、さらに、第２の所定の期間中の第１の反応体ガスの流れも中断させ、その後、第２の所定の期間の最後において第１の反応体ガスの流れを再開する工程を含む。
【００２１】
本発明の機能は、薄膜の物理的結晶構造と、従来技術の従来の方法を用いて製造される層状超格子材料の薄膜とを区別するのが難しいにも関わらず、本発明による方法によって製造される層状超格子材料の薄膜が、増加した強誘電体分極率および減少したリーク電流などの改善された電子特性を有することである。従って、本発明は、本発明による方法、ならびに、開示される方法を用いて製造される層状超格子材料の薄膜を含む集積回路を含む。
【００２２】
本発明の多数の他の機能、目的、および利点は、添付の図面と関連して下記の記載を読むことにより明らかになる。
【００２３】
（好適な実施形態の説明）
（１．概要）
集積回路デバイスを示す図１および図２は、実際の集積回路デバイスの任意の特定の部分の実際の平面図または断面図であることを意図しないことを理解する必要がある。実際のデバイスにおいて、層は図に示すほど規則的でなく、厚さは異なる部分を有し得る。実際のデバイスの種々の層は、多くの場合、曲がっており、重なるエッジを有する。これらの図は、その代わりに、実際の図面を用いた場合に可能であるよりも本発明の方法をより明瞭かつ完全に示すために用いられる理想的な表示を示す。さらに、これらの図は、本発明の方法を用いて製造され得る強誘電体デバイスの多数の変形例のうち１つのみを示す。例えば、図１は、強誘電体キャパシタと電気的に接続した電界効果トランジスタの形態のスイッチを含む強誘電体メモリを示す。図１に示す強誘電体素子がスイッチ素子の上方に実質的にあるにも関わらず、本発明は、例えば、スイッチの側面にずらされた素子内に層状超格子材料の薄膜を製造するために用いられ得る。さらに、本発明による方法は、層状超格子材料を含む強誘電体素子をスイッチ素子に組み込んだ強誘電体ＦＥＴメモリを製造するために用いられ得る。図２に示される、このような強誘電体ＦＥＴは、１９９６年６月４日にＭｃＭｉｌｌａｎらに発行された米国特許第５，５２３，９６４号に記載される。
【００２４】
図１は、本発明によって製造された例示的な不揮発性強誘電体メモリ１００の断面を示す。ＭＯＳＦＥＴおよび強誘電体キャパシタ素子を含む集積回路を製造する一般的な製造工程は、１９９５年１１月１４日にＭｉｈａｒａらに発行された米国特許第５，４６６，６２９号および１９９５年１１月２１日にＹｏｓｈｉｍｏｒｉらに発行された米国特許第５，４６８，６８４号に記載される。一般的な製造方法は、他の参考文献にも記載されている。従って、図１の回路の素子は、本明細書中では単に示すだけである。
【００２５】
図１において、電界酸化物領域１０４が、シリコン基板１０２の表面上に形成される。ソース領域１０６およびドレイン領域１０８が、シリコン基板１０２内で互いに離れて形成される。ゲート絶縁層１１０が、ソース領域１０６とドレイン領域１０８との間のシリコン基板１０２上に形成される。さらに、ゲート電極１１２が、ゲート絶縁層１１０上に形成される。これらソース領域１０６、ドレイン領域１０８、ゲート絶縁層１１０、およびゲート電極１１２を合わせてＭＯＳＦＥＴ１１４スイッチを形成する。
【００２６】
ＢＰＳＧ（ボロンがドーピングされたリン酸シリケートガラス）から作製される第１の中間誘電体層（ＩＬＤ）１１６が、基板１０２および電界酸化物領域１０４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のそれぞれに至るバイア１１７、１１８を形成するためにパターニングされる。バイア１１７、１１８をそれぞれ埋めて、プラグ１１９、１２０を形成する。プラグ１１９、１２０は、電気的に導電性であり、典型的には多結晶シリコンを含む。拡散バリア層１２１をＩＬＤ１１６上に形成しパターニングして、プラグ１２０と電気接続させる。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、１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有する。窒化チタンなどの拡散バリア層は、メモリ１００の下部層と上部層との間で化学種が拡散するのを防ぐ。
【００２７】
図１に示すように、プラチナから作製され、厚さ１００ｎｍの下部電極層１２２が、拡散バリア層１２１上に堆積される。その後、本発明によって、層状超格子材料の強誘電体薄膜１２４が、下部電極層１２２上に形成される。プラチナから作製され、厚さ１００ｎｍの上部電極層１２６が、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、および上部電極層１２６を合わせて強誘電体キャパシタ１２８を形成する。
【００２８】
ウェハ基板１０２は、シリコン、ガリウムヒ素、あるいは他の半導体、または二酸化シリコン、ガラス、あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体を含み得る。強誘電体キャパシタの上部電極および下部電極は、従来よりプラチナを含む。下部電極は、好適には、プラチナ、パラジウム、銀、および金などの非酸化貴金属を含む。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、およびアルミニウム銅などの金属が、強誘電体メモリの電極として用いられ得る。チタンなどの接着層（図示せず）は、電極と、電極に隣接するその下にある回路の層、または、その上にある回路の層との接着性を促進する。
【００２９】
ＮＳＧ（ドーピングされていないシリケートガラス）から作製される第２の中間誘電体層（ＩＬＤ）１３６が、ＩＬＤ１１６、拡散バリア層１２１、および強誘電体キャパシタ１２８を覆うように堆積される。ＰＳＧ（リン酸シリケートガラス）膜またはＢＰＳＧ（ボロンリン酸シリケートガラス）膜もまた、層１３６に用いられ得る。
【００３０】
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。金属配線膜が、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、好適には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの標準相互接続用金属を含み、厚さは、約２００ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態による方法を用いて製造され得る強誘電体ＦＥＴメモリ２１０の一部分の断面を示す。強誘電体ＦＥＴメモリ２１０は、ウェハ２１１上に形成され、標準半導体材料２１２を含む。標準半導体材料２１２は、好適には、ｐ−１００シリコン材料である。半導体基板２１４は、高濃度になるようにドーピングされたソース領域２１６および高濃度になるようにドーピングされたドレイン領域２１８を含む。これらの領域は、ドーピングされたチャネル領域２２０の周りに形成される。ドーピングされたソース領域２１６、ドレイン領域２１８、およびチャネル領域２２０は、好適には、ｎ型のドーピングされた領域である。半導体基板２１４は、典型的には、さらに、ゲート酸化物２２２を含む。ゲート酸化物２２２は、通常、チャネル領域２２０の上方に配置されるが、チャネル領域２２０を越えて、ソース領域２１６、ドレイン領域２１８、および基板２１２の他の部分を覆うことも可能である。典型的には、ゲート酸化物２２２は、高温処理工程中に半導体材料２１２から自然に形成される酸化物である。半導体材料２１２がシリコンの場合、ゲート酸化物２２２は二酸化シリコンを含む。界面絶縁層２２４が、チャネル２２０の上方で、半導体基板２１４の上方、通常、ゲート酸化物２２２上に形成され得る。本発明によって形成される強誘電体薄膜２２６が、界面絶縁層２２４およびチャネル領域２２０の上方、通常、界面絶縁層２２４上に配置される。ゲート電極２３０が、強誘電体薄膜２２６の上方、通常、強誘電体薄膜２２６上に形成される。ソース領域２１６、ドレイン領域２１８、チャネル領域２２０、およびゲート酸化物２２２を含む半導体基板２１４は、界面絶縁層２２４、強誘電体薄膜２２６、およびゲート電極２３０と共に、強誘電体ＦＥＴメモリ２１０を形成する。典型的には、メモリ２１０は、ガラス状の酸化物（ｇｌａｓｓｅｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ）、好適には、ボロンがドーピングされたリン酸シリケートガラス（「ＢＰＳＧ」）を含む中間誘電体（「ＩＬＤ」）によって覆われる。簡素かつ明瞭にするために、ＩＬＤおよびいくつかの他の構成素子ならびに絶縁層は、当該分野で周知であるため図示しない。
【００３２】
現在、０≦ｘ≦１の場合の金属酸化物ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、ＳｒＢｉ２（Ｔａ１−ｘＮｂｘ）２Ｏ９（ＳＢＴＮ）などの強誘電体層状超格子材料、特に、０．８≦ａ≦１、２≦ｂ≦２．２、０≦ｄ≦１、および１．９≦（ｃ＋ｄ）≦２．１の場合のＳｒａＢｉｂ（ＴａｃＮｂｄ）Ｏ［９＋（ａ−１）＋（ｂ−２）（１．５）＋（ｃ＋ｄ−２）（２．５）］（ＳＢＴＮ）が用いられ、ＦｅＲＡＭおよび非破壊読出し強誘電体ＦＥＴなどの不揮発性メモリ用途においてキャパシタ誘電体として用いるためにさらに開発中である。これらの層状超格子材料および式（１）によって示される他の層状超格子材料の多結晶薄膜は、本発明によって、製造かつ使用され得る。
【００３３】
用語「基板」は、集積回路が上に形成される、集積回路の下にある半導体材料１０２、および、薄膜層が上に堆積される任意のオブジェクトを意味し得る。この開示において、「基板」は、概して、対象の層が適用されるオブジェクトを意味するべきである。例えば、図１の強誘電体薄膜１２４について言及する場合、この強誘電体薄膜１２４が上に形成される基板は、種々の素子、特に、下部電極１２２を含み得る。用語「半導体基板」は、基板より具体的である。例えば、図２に用いられるように、「半導体基板２１４」は、最初のウェハの元の半導体材料に起源を有する回路の素子、例えば、図２のｐ−１００結晶シリコン材料２１２などを指す。従って、図２の構造の例において、「半導体基板２１４」は、素子２１２、２１６、２１８、２２０を含む。
【００３４】
半導体基板２１４および半導体材料１０２の長さ次元は、本明細書中で「水平」面と考えられる面を規定し、この面に直角な方向が「垂直」と考えられる。用語「横方向の」または「横方向に」は、半導体基板の平坦な面の方向のことであり、すなわち、水平方向に平行な方向のことである。
【００３５】
本明細書中の「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｔｏｐ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｏｔｔｏｍ）」、および「下部（ｌｏｗｅｒ）」などの向きに関する用語は、基板１０２、２１４に対する向きを意味する。すなわち、第２の素子が第１の素子の「上方」にある場合、第２の素子が半導体基板１０２、２１４から遠く離れていることを意味する。第２の素子が別の素子の「下方」にある場合、第２の素子はその別の素子よりも半導体基板１０２、２１４により近くにある。「上方」および「下方」などの用語は、それ自体では、直接的な接触を示さない。しかし、「上に（ｏｎ）」または「上へ（ｏｎｔｏ）」などの用語は、１つの層と下にある層との直接的な接触を示す。
【００３６】
用語「薄膜」は、本明細書中、集積回路の分野において用いられるように、用いられる。用語「薄膜」は、概して、１ミクロンより薄い厚さの膜を意味する。本明細書中で開示される薄膜は、典型的には、５００ｎｍより薄い厚さの膜である。本発明による方法によって製造される層状超格子材料の薄膜は、典型的には、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、好適には、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の最終的な厚さを有する。集積回路の分野のこれらの薄膜は、集積回路の分野と矛盾する巨視的キャパシタの分野の完全に異なるプロセスによって形成される層状キャパシタと混同されるべきでない。
【００３７】
本明細書中の用語「化学量論的」は、層状超格子材料などの材料の固体膜、または、材料を形成するための前駆体の両方に適用され得る。固体薄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の両方は、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。
【００３８】
本明細書中の用語「前駆化合物」は、本発明によって形成される所望の層状超格子材料の薄膜に含まれる少なくとも１つの金属を含む金属有機化合物を指す。本明細書中で開示される金属有機前駆化合物は、使用されるまで保存され得る有機液体前駆体溶液に容易に溶解され得るため有用である。本発明による好適なＣＶＤ方法において、１つ以上の液体前駆体溶液が気化されて、所望の薄膜を形成するのに適してる前駆化合物を含む反応体ガスを形成する。前駆体溶液の組成は、２つの方法で記載され得る。実際に溶解される金属有機前駆化合物（溶質）および溶媒ならびに濃度が特定され得る。あるいは、明瞭にするために、前駆体によって形成されるべき最終的な酸化物化合物の組成を示す化学量論式が特定され得る。同様に、前駆化合物は、その名称または化学量論式を用いて記載され得る、あるいは、含まれる金属原子によって簡単に特定され得る。
【００３９】
本発明によって用いられる金属有機前駆化合物および液体前駆体溶液は、確実に製造され得る。金属有機前駆化合物および液体前駆体溶液の組成は、必要であれば、容易に制御かつ変化され得る。金属有機前駆化合物および液体前駆体溶液は、長い期間、最長で６ヶ月間、安全に保存され得る。金属有機前駆化合物および液体前駆体溶液は、従来技術の多くの前駆体と比べて、比較的無毒かつ不揮発である。本発明によって形成される薄膜層は、滑らか、連続的、かつ一様な表面を有し、重要な構造および電子特性を維持しながら、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の厚さを有するように確実に製造され得る。
【００４０】
本明細書中に記載される特定のプロセスおよび電子デバイスは、例示的であることを理解する必要がある。すなわち、本発明は、図１および図２の層が上記および下記の材料以外の多くの他の材料から作製され得ることを意図する。このような文献に含まれ得るより多くの本発明の方法の他の変形例が存在し、方法および材料は、集積回路デバイス１００および２１０以外の多くの他の電子デバイスに用いられ得る。
【００４１】
（２．製造プロセスの詳細な説明）
本発明の特徴は、加熱された基板上の金属化合物の化学蒸着のために、多くの異なる可能な前駆化合物がＣＶＤ反応チャンバ内で用いられ得ることである。時として、メトキシドを例えば１つの金属に使用すること、および、プロポキシドを例えば別の金属に使用することで、より良い結果が得られる。前駆体として用いられ得る典型的な化学族は、Ｍが金属で、ｎが金属と組み合わせられるアルコキシル塩基の数であり金属の価数に等しい場合のメトキシド［Ｍ（ＯＣＨ３）ｎ］、エトキシド［Ｍ（ＯＳ２Ｈ５）ｎ］、プロポキシド［Ｍ（ＯＣ３Ｈ７）ｎ］、およびブトキシド［Ｍ（ＯＣ４Ｈ９）ｎ］を含むアルコキシドである。重合化されたアルコキシドも用いられ得る。アルコキシドポリマーチェーンの好適な長さは、１モノマーユニット〜５モノマーユニットである。多くの化学族のうち用いられ得る他の化学族は、アセチルアセトネートおよびベンゾイルアセトネートなどのベータジケトネートである。
【００４２】
上記のように、層状超格子材料は、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、ランタンおよびランタニド、アンチモン、クロム、モリブデン、バナジウム、ルテニウム、ならびにタリウムなどの金属を含み得る。これらの金属のいくつかに用いられ得る前駆化合物のいくつかの例を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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表１において、ＤＰＭはＣ１１Ｈ１９Ｏ２であり、通常、２，２，６，６，−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオンと呼ばれる。
【００４４】
（実施例１）
図３は、本発明による、層状超格子材料の薄膜を提供する例示的な一般化されたＣＶＤ法３００のフローチャートを示す。本発明によって強誘電体薄膜を形成する一般化された好適なマルチソースＣＶＤ装置４００の流れ図を図４に示す。図３の方法３００は、本明細書中、図４〜図１２、および、例示的な層状超格子材料である化学量論式ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９によって表されるストロンチウムビスマスタンタル酸塩（ＳＢＴ）を参照して記載される。しかし、図３の方法および本発明による図３の方法の多数の変形例が、集積回路の分野の種々のタイプの強誘電体構造において、他の組成の多結晶の層状超格子材料の薄膜を製造するために用いられ得ることが明らかである。
【００４５】
多くの従来のＣＶＤ装置（ａｐｐａｒａｔｉ）は、本発明によって層状超格子材料の薄膜を製造することに適している。図４に示すＣＶＤ装置において、制御された質量流速を有する個々の液体前駆体溶液の流れが組み合わされ、噴霧され、かつ、ガス化される。液体の流れを組み合わせること、および、液体の流れをガス化することにより、反応体ガスの組成および化学量論の制御が促進される。ガス状の前駆化合物が個別に製造され、ＣＶＤ反応チャンバ内に入る前に混合される他のＣＶＤ装置、または、個別のガス入口を介して別々に反応チャンバ内に入り、反応チャンバ自体の中で混合される他のＣＶＤ装置が用いられ得る。本発明のＣＶＤ方法において用いられる気化された前駆化合物は、固体化合物の昇華および液体溶液を介するキャリヤガスの泡立て（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）を含む多数の異なる技術を用いて生成され得る。好適には、ＰｒＸ、ＰｒＹ、およびＰｒＺによって表される１つ以上の液体ＭＯＤ前駆体溶液が、図４のソース４１０、４１４、および４１８に提供かつ配置される。液体混合器４２２への液体前駆体の質量流速は、前駆体を混合して最終的な液体前駆混合物が形成され得るように、液体の流れの制御器４１２、４１６、および４２０によって制御される。混合された最終的な前駆体の液体は、好適には、噴霧装置４２４へと供給される。噴霧装置４２４は、超音波およびベンチュリ噴霧を含む任意の適切な噴霧手段を用いて霧を生成する。霧を生成かつ搬送するためのキャリヤガスは、ガスマニホルド４２６によって制御される。霧の流れは、ガス化装置４２８内に流れ込み、ガス化装置４２８において、液状の霧の粒子がガス化され、気化された前駆化合物の大幅に早すぎる反応を引き起こすことなく、ガス状の気体混合物が形成される。早すぎる反応は、不活性キャリヤガスを用いること、大きな表面積対体積比を有する小さな粒子サイズ（０．５〜５ミクロンの範囲内）を形成すること、短い残留時間を保つこと、および、低いガス化温度（２００℃より下）を用いることにより回避され得る。結果の反応体ガスまたは反応体ガスの混合物は、ＣＶＤ反応チャンバ４３０内に供給され、ＣＶＤ反応チャンバ４３０において、反応性の酸素と混合され、加熱された基板で反応して、固体膜の材料を形成する。この開示において、反応体ガスは、ＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれるガス状の流れの少なくとも一部分である。反応体ガスは、キャリヤガスおよび１つ以上の気化された前駆化合物を含む。気化された前駆化合物に加えて、反応体ガスは、典型的には、１つ以上の気化された液体前駆体溶液の１つ以上の揮発された溶媒を含む。
【００４６】
工程３１０において、図５に示すように、第１の反応体ガスが、加熱された基板５２０を有する加熱された集積回路ウェハ５００を含むＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる。加熱された基板５２０は、従来の装置および技術を用いて加熱される。加熱された基板５２０は、４００℃〜７００℃の範囲内の第１の基板温度で加熱される。第１の反応体ガスは、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）に対応する比率のストロンチウム、ビスマス、およびタンタルの前駆化合物を含む。気化された前駆化合物に加えて、第１の反応体ガスは、キャリヤガスを含む。キャリヤガスは、通常、アルゴン、窒素、および揮発された溶媒（例えば、ヘキサン）などの比較的未反応のガスである。
【００４７】
工程３１０において、図６に示される約２５ｎｍの厚さを有するシード層５２２が堆積される。シード層５２は、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９に対応するモル比の金属原子を含む。シード層５２２は、約５ｔｏｒｒの分圧のビスマス前駆化合物としてのトリフェニルビスマス（ＢｉＰｈ３）、約５０ｔｏｒｒの分圧のストロンチウム前駆化合物としてのストロンチウムジピバロイルメタネート（Ｓｒ［ＤＰＭ］２）、および、約５ｔｏｒｒの分圧のタンタル前駆化合物としてのタンタルペンタエトキシド（Ｔａ［ＯＥｔ］５）を含む反応体ガスを用いて堆積され得る。
【００４８】
工程３１２において、ＲＴＰ処理が行われて、図６に示すような所望のストロンチウムビスマスタンタル酸塩（ＳＢＴ）の層状超格子材料を含む処理されたシード層５２４を形成するための反応および結晶化が向上される。典型的には、ＲＴＰ温度は、毎秒１℃〜３００℃の割合で、好適には、毎秒約２００℃で上昇し、２０秒〜１０分の保持期間で、最高で６００℃〜７００℃まで上昇する。ＲＴＰ条件は、特定の製造プロセスに関して最適化される。ＲＴＰ工程は、核生成、すなわち、シード層５２４の層状超格子材料の多数の結晶粒子の生成を促進する。これらの粒子は核として機能し、次の工程で材料が堆積されると、この核において、さらなる結晶化が引き起こされ得る。オプションの工程３１４において、６００℃〜７００℃の範囲内で行われる炉アニールが、シード層５２４の層状超格子材料の所望の結晶化を向上させるために用いられ得る。工程３１０における加熱された基板５２０の第１の基板温度が高く、６００℃〜７００℃の範囲内である場合、ＲＴＰ工程３１２およびオプションの工程３１４は、シード層５２４の結晶化に不必要であり得る。工程３１６において、第１の反応体ガスと同じ比率でストロンチウム、ビスマス、およびタンタル原子を含む第２の反応体ガスがＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれ、図７に示すように、さらなる材料５２６が堆積される。工程３１６において、基板温度は、４００℃〜７００℃の範囲内であり、工程３１４においてＣＶＤによって堆積されたさらなる材料５２６の反応および結晶化を行うのに十分である。従って、図８に示す、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、好適には、約２００ｎｍの厚さを有する多結晶の層状超格子材料の所望の薄膜５２８が形成される。工程３１８において、オプションのＲＴＰが実行され得る。特に、工程３１６における基板の温度が６００℃より下の場合に実行され得る。オプションの工程３２０において、５５０℃〜７００℃の範囲内の温度、好適には、６５０℃で、３０分〜６０分の範囲内の期間、炉アニールが行われ得る。
【００４９】
本発明による実施形態の変形例において、第１の反応体ガスは、超格子形成元素であるビスマスのみの前駆化合物を含み、その結果、結晶化されたシード層は、層状超格子材料ではなく、ビスマス酸化物を含む。
【００５０】
別の変形例において、２５ｎｍより薄い、好適には、約１０ｎｍの名目状の厚さを有する非常に薄いシード層が、工程３１０において堆積される。図９に示すように、一様な厚さを有する層ではなく、「島」５７２がウェハ５５０の基板５７０上に堆積する。この変形例において、６００℃〜７００℃の加熱された基板５７０の典型的な第１の基板温度は、典型的には、島５７２に堆積された材料の反応および結晶化を引き起こすのに十分であり、図１０に示すように、結晶質層状超格子材料の島５７４が形成される。その後、図１１に示すように、工程３１６において、第１の基板温度より約１０℃〜１００℃低い第２の基板温度で、さらなる材料５７６が加熱された基板５７０上に堆積される。結晶質の島５７４および加熱された基板の熱の存在は、典型的には、図１２に示すように、増加した粒子サイズを有する多結晶の層状超格子材料の薄膜５７８の反応および結晶化に十分である。
【００５１】
（実施例２）
本発明による別の例示的な実施形態は、図１３に示す一般化された方法６００のフローシートに示される。図１３の方法６００は、本明細書中、図１４〜図１７、および、例示的な層状超格子材料である化学量論式ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９によって表されるストロンチウムビスマスタンタル酸塩（ＳＢＴ）を参照して記載される。しかし、図１３の方法６００および本発明による図１３の方法の多数の変形例が、集積回路の分野の種々のタイプの強誘電体構造において、他の組成の多結晶の層状超格子材料の薄膜を製造するために用いられ得ることが明らかである。工程６１０において、図１４に示すように、超格子ジェネレータ元素であるビスマスを含む第１の反応体ガスが、ウェハ７００の加熱された基板７２０を含むＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる。同時に、ペロブスカイト型層元素であるストロンチウムおよびタンタルを含む第２の反応体ガスが、ＣＶＤ反応チャンバ内に流し込まれる。第１および第２の反応体ガスは、同じガス状の流れによって流し込まれてもよく、または、別々に流し込まれてもよい。工程６１０において、化学量論式ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９に対応するモル比の金属原子を含むコーティング７２２が堆積される。コーティング７２２は、典型的には、５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内、好適には、約３０ｎｍの厚さを有する。工程６１２において、第２の反応体ガスの流れは、所定の期間だけ中断される。この所定の期間は、図１５に示すように、ビスマス原子は含むがペロブスカイト型層形成元素であるストロンチウムおよびタンタルは含まないさらなる材料をコーティング７２４内に堆積するのに十分な期間である。コーティング７２４は、コーティング７２２とほぼ同じ厚さを有する。工程６１４において、第２の反応体ガスの流れが再開して、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９を形成するのに適した化学量論比の原子を含むコーティング７２６が堆積される。工程６１５において、この手順は、最終的な薄膜の所望の厚さに対応する最終的な厚さを有する図１６に示すような集合コーティング７２７に達するまで繰り返され得る。加熱された基板の温度が高く、６００℃〜７００℃の範囲内である場合、この熱は、おそらく、図１７に示すような所望の多結晶の層状超格子材料の薄膜７２８を形成するための、集合層７２７の体堆積された材料の反応および結晶化を引き起こすのに十分である。基板温度が６００℃より下の場合、ＲＴＰ炉アニーリングによる処理は、必要または有用であり得る。工程６１２および６１４によって表される手順の結果として、多結晶薄膜７２８の個々の結晶粒子間の粒界は、工程６１２の中断なく形成される層状超格子材料の薄膜の粒界に比べて、サイズおよび複雑さが増している。図１７の線７３０は、図１８に示すような従来の方法で形成された薄膜８２８のリーク電流のより短く、かつ、より直接的なパス８３０に比べて、本発明による薄膜のリーク電荷のより長く、かつ、より曲がりくねったパスを示す。
【００５２】
「加熱」、「ベーキング」、「高速熱処理」（「ＲＴＰ」）、「アニーリング」などの用語は、熱を付与することを含む。明瞭にするために、これら種々の用語は、特定の技術および方法工程を互いに区別するために用いられる。それにもかかわらず、同様の技術を用いて異なる名前を付けられたプロセス工程を達成することができることは明らかである。例えば、ベーキングおよびアニーリングは、典型的には、同じ装置を用いて達成され得、唯一の違いは、それらの機能、および製造手順の位置または用いられる特定の温度である。その結果、加熱工程またはベーキング工程としてアニーリング工程を指定することができる。従って、本明細書中で用いられる用語とは異なる用語のプロセスを指していたとしても、当業者であれば、本明細書中に開示される加熱を用いて所望とされるプロセス結果を達成し得ることを理解する。
【００５３】
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照射は、ＲＴＰ工程の熱源を提供する。好適には、ＲＴＰは、酸素含有ガスにおいて実行される。最適には、ＲＴＰは、実質的に純粋な酸素ガスにおいて実行される。いかなる残留有機体も、ＲＴＰプロセス中に燃え尽くされ、かつ、気化される。同時に、ＲＴＰにて温度が急上昇すると、核生成、すなわち、前駆体コーティングのベーキングおよびＲＴＰによって生成される固体膜における層状超格子材料の多数の結晶粒子の生成が促進される。これらの粒子は、核として機能し、この核において、さらなる結晶化が引き起こされ得る。ＲＴＰプロセスにおける酸素の存在は、これらの粒子の形成を促進する。
【００５４】
層状超格子材料を利用して電子デバイスを作製するＣＶＤプロセスが記載された。図示され、かつ、本明細書中に記載される特定の実施形態は、例示を目的としており、特許請求の範囲に記載される本発明を制限すると解釈されるべきでないことを理解する必要がある。さらに、当業者が、本発明の概念から逸脱することなく、記載された特定の実施形態の多くの使用および改変を行うことが可能になったことが明らかである。さらに、記載された工程が時として異なる順序で実行され得ること、記載された種々の構造およびプロセスの代わりに均等な構造およびプロセスが用いられ得ること、または、種々の異なる前駆体が用いられ得ることも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】    図１は、強誘電体メモリキャパシタがスイッチ上方に配置される不揮発性強誘電体メモリセルを示す、本発明による方法を用いて製造され得る集積回路の一部分の断面図である。
【図２】    図２は、本発明による方法を用いて製造され得る強誘電体ＦＥＴメモリの一部分の断面を示す。
【図３】    図３は、本発明による、層状超格子材料の薄膜を堆積するＣＶＤ方法のフローチャートである。
【図４】    図４は、本発明による、強誘電体薄膜を形成する一般化された好適なマルチソースＣＶＤ装置の流れ図である。
【図５】    図５は、金属含有材料のシード層が上に堆積される、加熱された基板を有する半導体ウェハの断面を示す。
【図６】    図６は、シード層が結晶材料を含む、図５の半導体ウェハの断面を示す。
【図７】    図７は、さらなる金属原子が上に堆積される、図６の半導体ウェハの断面を示す。
【図８】    図８は、層状超格子材料の薄膜が上に形成される、図７の半導体ウェハの断面を示す。
【図９】    図９は、金属含有材料の島を含むシード層が上に堆積される、加熱された基板を有する半導体ウェハの断面を示す。
【図１０】    図１０は、島が結晶材料を含む、図９の半導体ウェハの断面を示す。
【図１１】    図１１は、さらなる金属原子が上に堆積される、図１０の半導体ウェハの断面を示す。
【図１２】    図１２は、大きな粒子サイズを有する多結晶の層状超格子材料の薄膜が上に形成される、図１１の半導体ウェハの断面を示す。
【図１３】    図１３は、本発明による、層状超格子材料の薄膜を堆積するＣＶＤ方法のフローチャートである。
【図１４】    図１４は、層状超格子材料を形成する金属含有コーティングが上に堆積される、加熱された基板を有する半導体ウェハの断面を示す。
【図１５】    図１５は、超格子ジェネレータ原子を含む材料が上に堆積される、図１４の半導体ウェハの断面を示す。
【図１６】    図１６は、層状超格子材料を形成するさらなる金属含有材料が上に堆積される、図１５の半導体ウェハの断面を示す。
【図１７】    図１７は、増加した粒界およびより長い電荷リークパスを有する多結晶の層状超格子材料の薄膜が形成される、図１６の半導体ウェハの断面を示す。
【図１８】    図１８は、従来の方法を用いて生成され、図１７の薄膜に比べてより短い電荷リークパスを有する層状超格子材料の薄膜を有する半導体ウェハの断面を示す。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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