JP2000164815A

JP2000164815A - 集積回路及びその製造方法

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Publication number: JP2000164815A
Application number: JP11188545A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Miyasaka; 洋一宮坂; Akira Furuya; 晃古谷; Joseph Cuchiaro; クチアロジョセフ; Carlos Araujo; アロージョカルロス
Original assignee: NEC Corp; Symetrix Corp
Current assignee: NEC Corp; Symetrix Corp
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2000-06-16
Also published as: EP1003208A3; KR20000035034A; EP1003208A2; CN1130765C; CN1254950A; US6512256B1

Abstract

(57)【要約】【課題】水素が金属酸化物の方向に拡散することを防
止する。【解決手段】集積回路において、それぞれ、下部電
極、金属酸化物の薄膜、上部電極、下層のバリア付着
層、水素バリア層及び上層のバリア付着層を有する薄膜
の積層は、自己整合された水素バリア層で覆われたメモ
リーコンデンサーを形成するためにパターンニングされ
る。好ましくは、上部及び下部電極はプラチナを有し、
金属酸化物材料は強誘電体層状超格子材料を有し、上部
及び下部バリア付着層はチタンを有し、水素バリア層は
窒化チタンを有する。水素バリア層は水素の拡散を防止
し、これにより、金属酸化物の水素劣化を防止する。上
部のバリア付着層の一部分は、層の電気導電性を増加す
るために除去される。メモリーコンデンサーは、強誘電
体不揮発性メモリーであるのが好ましい。層状超格子材
料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル酸塩あるい
はストロンチウム・ビスマス・タンタル・ニオブ酸塩を
含むのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体あるいは
高誘電率金属酸化物材料を有する回路素子を保護するた
めに水素バリア層を有する集積回路及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体化合物は、アメリカ特許番号．
５，０４６，０４３号（ミラー）に記載されているよう
に、不揮発性の集積回路メモリの使用に当たって、好ま
しい特性を有する。コンデンサーのような強誘電体デバ
イスは、高残留分極、適度な抗電界、高疲労耐性、それ
に低漏洩電流のような所望の電気的特性を有するとき、
不揮発性メモリとして有用である。

【０００３】ＰＺＴ(ジルコン酸チタン酸鉛)、ＰＬＺＴ
（ランタン添加ジルコン酸チタン酸鉛）のような鉛含有
ＡＢＯ_３型強誘電体酸化物が、集積回路における実用化
のために研究されている。

【０００４】一方、層状超格子酸化物材料についても、
アメリカ特許番号５，４３４，１０２号（ミラー）に記
載されているように、集積回路における実用化のために
研究が行われている。層状超格子材料化合物は、ＰＺＴ
やＰＬＺＴ化合物の特性よりも優れた強誘電性メモリー
特性を示している。

【０００５】現在、強誘電体素子を有する集積回路デバ
イスが、製造されている。それにもかかわらず、製造過
程の間に生じる水素劣化に関する永続的な問題が、所望
の電子特性を有する層状超格子材料化合物を使用する強
誘電体メモリー及び他のＩＣの経済的生産を商業的数量
の点で妨げている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】集積回路における典型
的な強誘電体メモリーデバイスは、半導体基板と金属酸
化物電界効果トランジスター(MOSFET)を含んでいる。こ
のトランジスターは、通常は、強誘電体コンデンサーの
ような強誘電体デバイスと電気的に接続されている。

【０００７】この強誘電体コンデンサーは、典型的に
は、第１の下部電極と第２の上部電極との間に位置する
強誘電体薄膜を含み、これらの電極は、通常は、プラチ
ナを含んでいる。

【０００８】回路の製造中には、ＭＯＳＦＥＴは、シリ
コン基板中に欠陥を生じさせるような条件下に置かれて
いる。例えば、ＣＭＯＳ／ＭＯＳＦＥＴの製造プロセス
は、普通は、イオンミリング・エッチングやプラズマ・
エッチングのような高エネルギー工程を含んでいる。こ
のような欠陥は、比較的高い温度（多くは、５００℃−
９００℃の範囲内）で強誘電体薄膜を結晶化する熱処理
の間にも生じる。

【０００９】この結果、多くの欠陥が、半導体シリコン
基板の単結晶構造中に発生する。これは、ＭＯＳＦＥＴ
の電子特性の悪化につながる。ＭＯＳＦＥＴ／ＣＭＯＳ
のシリコン特性を回復するために、通常は、製造工程中
に水素アニール工程が実施される。このアニール工程に
おいて、ダングリングボンドのような欠陥は、水素の還
元特性を利用することにより消失する。

【００１０】ここで、フォーミングガス・アニール（Ｆ
ＧＡ）のような水素アニールを実現するために、種々の
技術が開発されている。

【００１１】一般的に、従来から、ＦＧＡ処理は、Ｈ_２
−Ｎ_２ガス混合体の雰囲気条件の下、３５０℃から５５
０℃の間、典型的には、４５０℃近辺で、約３０分間行
われている。さらに、集積回路製造プロセスは、他の製
造工程、つまり、集積回路をしばしば高温で水素に曝す
工程を必要とする。この工程は、金属や誘電体を堆積す
るための豊富な水素を有するＣＶＤプロセスや、シラン
あるいはＴＥＯＳ源からの酸化シリコンの成長や、水素
や水素プラズマを使用したエッチング処理などである。

【００１２】水素を含むプロセスの間、水素は、主に上
部電極を通って強誘電体薄膜まで拡散し、強誘電体材料
に含まれている酸化物を還元する。また、この吸収され
た水素は、金属酸化物と還元することによって、強誘電
体薄膜の表面を金属化する。これらの効果の結果とし
て、コンデンサーの電子特性は劣化する。

【００１３】また、上部電極への強誘電体薄膜の付着力
は、界面で生じる化学変化によって弱められる。あるい
は、上部電極は、酸素ガス、水、酸化還元反応による他
の生成物によって、押し上げられる。このようにして、
上部電極と強誘電性薄膜との間の界面で、「剥がれ」が
生じ易くなる。さらに、水素は、下部電極にも達し、容
量を基板から剥がすような内部応力をも生じさせる。

【００１４】これらの問題は、層状超格子材料化合物を
含む強誘電体メモリーにおいて深刻である。なぜなら、
こられの酸化化合物は、特に複雑であり、かつ、水素還
元による性能低下を生じやすいからである。フォーミン
グガス・アニール（ＦＧＡ）後の強誘電体特性の残留磁
化は大変低く、もはや情報を記憶するのに適さない。ま
た、漏れ電流の増加も生じさせる。

【００１５】強誘電体酸化物材料における所望の電子特
性の水素劣化を防止しあるいは修復させるために、従来
技術において、様々な方法が報告されている。

【００１６】高温（８００℃）で約一時間の酸素アニー
ルは、事実上、水素処理により劣化した強誘電体特性を
完全に回復させる。しかし、高温酸素アニール自体は、
シリコン結晶構造において、欠陥を発生させる可能性が
ある。これにより、以前に実施されたＣＭＯＳ特性上の
フォーミングガス・アニールの積極的な効果が幾分相殺
される。また、高温酸素アニールは、アルミニウムの金
属化に先行してのみ実施されるかもしれない。

【００１７】さらに、水素ダメージが、下層あるいは上
層からコンデンサー層の剥がれのような構造上のダメー
ジを既に生じさせているのならば、そのようなダメージ
は、酸素回復アニールによっては修復されることは不可
能である。

【００１８】水素の有害な効果を減少させて金属酸化物
要素を保護するために、従来技術では、強誘電体あるい
は誘電体金属酸化物材料への水素の拡散を防止するため
に、水素バリア層を付着あるいは接着することが提案さ
れている。この水素バリア層は、通常は、金属酸化物要
素の上側に付着されるが、その要素の下側または側面に
付着されることもある。水素バリア層の利用は、製造プ
ロセスをさらに複雑にすると共に、コストの増加を招
く。さらに、集積回路基板上に水素バリア層を形成する
のに、余分な堆積工程が必要となる。

【００１９】また、水素バリア層は、余分なパターンニ
ング工程を必要とする。そのバリア層を形成するために
使用される材料が、導電性の低い導電体ならば、電気信
号との干渉を避けるために、さらに他の処理工程でその
バリア層を除去する必要があるかもしれない。逆に、そ
の材料が、導電性を有するならば、電気配線及び回路パ
スのショートを生じさせる可能性もある。さらに、水素
バリア層のいくつかの公知の組成は、プラチナやアルミ
ニウムのような集積回路で共通に使用される金属とはう
まく付着しない。

【００２０】水素劣化は、集積回路における、非強誘電
体、高誘電率の応用で使用される複雑な金属酸化物にお
ける問題でもある。水素反応は、強誘電体酸化物に対し
て上述したような構造上のダメージを生じさせ、誘電体
特性の劣化を引き起こす。

【００２１】水素劣化に曝される金属酸化物は、例え
ば、バリウム・ストロンチウム・チタン酸塩（ＢＳ
Ｔ）、バリウム・ストロンチウム・ニオブ酸塩（ＢＳ
Ｎ）、ＡＢＯ _３型ペロブスカイト及び層状超格子材料を
含む。それゆえに、水素バリア層は、非強誘電体、高誘
電率金属酸化物を保護するためにも使用される。

【００２２】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決するためになされたものであり、その目的とする
ところは、強誘電体あるいは非強誘電体の高誘率酸化物
材料を保護するに当たって、水素バリア層を有する集積
回路及び水素バリア層の利点を備えた回路を製造する方
法を提供することにある。特に、強誘電体層状超格子材
料を水素劣化から保護し、一方で、集積回路及びその製
造方法の複雑化を最小限にすることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一実施形態によれば、強誘電体集積回路を
製造する方法において、金属酸化物材料の薄膜を含む集
積回路部分を形成し、金属酸化物材料の薄膜の直接上に
第１のバリア付着層を形成し、第１のバリア付着層上に
水素バリア層を形成し、水素バリア層上に頂部表面を有
する第２のバリア付着層を形成する。

【００２４】さらに、上記製造方法は、前記第１のバリ
ア付着層、前記水素バリア層及び前記第２のバリア付着
層を一緒にパターンニングする工程を有する。

【００２５】さらに、上記製造方法は、前記頂部表面に
配線溝を形成するために、前記第２のバリア付着層の一
部分を除去する工程を有する。

【００２６】ここで、前記第１のバリア付着層はチタン
を含み、前記水素バリア層は窒化チタンを含み、さら
に、前記第２のバリア付着層はチタンを含むのが好まし
い。

【００２７】また、前記第２のバリア付着層は、酸化チ
タンを含むのが望ましい。

【００２８】前記金属酸化物材料は、ＡＢＯ_３型ペロブ
スカイトを有することが好ましい。

【００２９】また、前記金属酸化材料は、強誘電体層状
超格子材料を有するのが望ましい。

【００３０】ここで、前記強誘電体層状超格子材料は、
ストロンチウム・ビスマス・タンタル酸塩を含む。

【００３１】また、前記強誘電体層状超格子材料は、ス
トロンチウム・ビスマス・タンタル・ニオブ酸塩を含ん
でも良い。

【００３２】さらに、前記集積回路部分を形成するため
の工程は、基板を用意し、前記基板の上に下部電極層を
形成し、前記下部電極層上に、前記金属酸化物材料の薄
膜を形成し、前記金属酸化物材料の薄膜上に、上部電極
層を形成する工程を有し、前記金属酸化物材料の薄膜の
直接上に第１のバリア付着層を形成する工程は、前記上
部電極層上に前記第１のバリア付着層を形成することを
含む。

【００３３】さらに、上記製造方法は、前記上部電極
層、第１のバリア付着層、前記水素バリア層及び前記第
２のバリア付着層を一緒にパターンニングする工程を有
する。

【００３４】前記下部電極層及び前記上部電極層は、プ
ラチナを含むことが好ましい。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明は、自己整合的な水素バリ
ア層を有する集積回路と、そのような集積回路を製造す
る方法を提供することによって、上記問題を解決する。

【００３６】本発明による水素バリア層は、水素が金属
酸化物の方向に拡散することを防止することによって金
属酸化物材料を保護し、これにより、金属酸化物材料の
好ましい強誘電体あるいは高誘電率特性を保持する。

【００３７】本発明の特徴の一つは、金属酸化物材料の
薄膜の直接上に付着層を形成することにある。この付着
層により、水素バリア層が下層の回路層に良好に付着す
る。この付着層は、下層の第１のバリア付着層に関す
る。それから、水素バリア層が、第１のバリア付着層上
に形成され、続いて、上層の第２のバリア付着層が、こ
の水素バリア層上に形成される。

【００３８】金属酸化物材料は、強誘電体材料でもよい
し、非強誘電体の高誘電率材料でも良い。強誘電体材料
の薄膜の組成は、特に限定はされないが、チタン酸塩
（例えば、ＢａＴｉＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，ＰｂＴｉＯ３
（ＰＴ），ＰｂＺｒＴｉＯ_３（ＰＺＴ））のようなＡＢ
Ｏ_３型ペロブスカイトや、ニオブ酸塩（例えば、ＫＮｂ
Ｏ_３）、好ましくは、層状超格子材料を含む、好ましい
強誘電体酸化物材料のグループから選ばれる。

【００３９】代わりに、非強誘電体の高誘率材料の薄膜
は、特に限定されないが、バリウム・ストロンチウム・
チタン酸塩（ＢＳＴ）、バリウム・ストロンチウム・ニ
オブ酸塩（ＢＳＮ）、ＡＢＯ_３型ペロブスカイトや層状
超格子材料を含むグループから選ばれるかもしれない。

【００４０】金属酸化物材料は、強誘電体層状超格子材
料を含むのが好ましい。第１のバリア付着層はチタンを
含み、水素バリア層は窒化チタンを含み、上層の第２の
バリア付着層はチタンと酸化チタンを含むのが望まし
い。

【００４１】本発明の目的は、金属酸化物材料の薄膜を
含むメモリー・コンデンサーの直接上に水素バリア層を
形成することである。このメモリー・コンデンサーは、
下部電極層を堆積し、それから、下部電極層上に金属酸
化物材料の薄膜を形成し、最後に、金属酸化物薄膜上に
上部電極層を堆積することによって形成される。

【００４２】それから、下層の第１のバリア付着層が、
金属酸化物材料の薄膜上の直接上に形成された上部電極
上に形成され、続いて、第１のバリア付着層の上に水素
バリア層が形成され、最後に、水素バリア層上に、上層
の第２のバリア付着層が形成される。

【００４３】メモリー・コンデンサーは、強誘電体の不
揮発性メモリー・コンデンサーであるのが好ましい。ま
た、金属酸化物材料は、強誘電体層状超格子材料を有す
るのが望ましい。さらに、コンデンサー電極は、プラチ
ナを含むのが好ましい。

【００４４】本発明の好ましい方法では、薄膜層の積層
を形成する下部電極、金属酸化物薄膜、上部電極、第１
のバリア付着層、水素バリア層及び第２のバリア付着層
が、集積回路中で自己整合層を形成するために、最小数
のパターンニング工程を使用してパターンニングされ得
る。

【００４５】本発明の特徴は、第２のバリア付着層の頂
部表面の近くの酸化チタンが、水素と反応して、水素が
金属酸化物薄膜に向かって拡散するのを防止する。第２
のバリア付着層の頂部半分の酸化チタンの量は、ゼロか
ら約５０パーセントとの間である。酸化チタンは、上層
の第２のバリア付着層の頂部半分のスパッター堆積処理
の間に、スパッター雰囲気中でゼロから約１０体積パー
セント含有させることらよって形成される。

【００４６】本発明の他の目的は、層の頂部に配線溝を
形成するために、第２のバリア付着層の一部分を除去す
ることである。これは、下層の回路層を介して、全体の
電気的導電性を改善するためである。

【００４７】本発明の好ましい実施例では、強誘電体層
状超格子材料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル
・ニオブ酸塩あるいはストロンチウム・ビスマス・タン
タル酸塩を含有する。

【００４８】本発明は、金属酸化物材料の薄膜、金属酸
化物薄膜の直接上に設けられた第１のバリア付着層、第
１のバリア付着層上に設けられ、かつ金属酸化物材料の
薄膜の直接上に設けられた水素バリア層、さらに、水素
バリア層上に設けられ、かつ頂部表面を持つ第２のバリ
ア付着層を有する集積回路デバイスを提供する。

【００４９】好ましくは、金属酸化物材料は、強誘電体
層状超格子材料を有する。また、第１及び第２のバリア
付着層は、チタンを含むのが好ましい。さらに、水素バ
リア層は、窒化チタンを含むのが望ましい。

【００５０】好ましくは、強誘電体層状超格子材料の薄
膜、第１のバリア付着層、水素バリア層、それに第２の
バリア付着層は、自己整合されている。望ましくは、そ
の頂分表面における第２のバリア付着層の一部分は、そ
の層を介しての電気的導電性を増加させるために除去さ
れる。強誘電体層状超格子材料は、ストロンチウム・ビ
スマス・タンタル酸塩あるいはストロンチウム・ビスマ
ス・タンタル・ニオブ酸塩を含有するのが好ましい。

【００５１】好適な実施例では、集積回路は、半導体基
板上に形成された積層コンデンサーを含み、かつ下部電
極、下部電極上に設けられた金属酸化物材料の薄膜、金
属酸化物薄膜上に設けられた上部電極、さらに、上部電
極上に設けられた第１のバリア付着層とを有する。好ま
しくは、金属酸化物薄膜、上部電極、第１のバリア付着
層、水素バリア層、それに第２のバリア付着層は、自己
整合されている。

【００５２】本発明の多くの他の特徴、目的それに利点
は、添付図面を参照しつつ、以下の記載から明らかにな
るであろう。

【００５３】

【実施例】まず、最初に、理解すべきことは，集積回路
デバイスの製造工程を示す図１−６は、実際の集積回路
デバイスの平面あるいは断面には必ずしも対応していな
いことである。つまり、実際のデバイスでは、層は規則
的ではないだろうし、その厚さも、異なる比率を有する
かもしれない。実際のデバイスにおいては、種々の層
は、多くの場合曲がっていたり、オーバーラップする端
部を有する。

【００５４】代わりに、図面は、本発明の構造と方法が
より明瞭にかつ十分に記載された理想的な代表例を示し
ている。また、図面は、本発明の方法を使用して製造さ
れ得る強誘電体デバイスの多数のバリエーションの中の
一つを示しているに過ぎないことにも注意すべきであ
る。

【００５５】図６は、強誘電体コンデンサーと電気的に
接続される電界効果トランジスター型のスイッチを含む
強誘電体メモリーを示している。

【００５６】しかし、本発明の水素バリア層は、強誘電
体素子がスイッチ素子に取り込まれた強誘電体ＦＥＴメ
モリーにも使用可能である。このような強誘電体ＦＥＴ
は、アメリカ特許番号５，５２３，９６４号（ＭｃＭｉ
ｌｌａｎ）に開示されている。同様に、本発明の方法を
使用して製造された他の集積回路は、他の構成素子およ
び材料組成を有することも可能である。例えば、本発明
の記載は、強誘電体不揮発性メモリーを保護するために
使用される水素バリア層に焦点を絞っているけれでも、
本発明は、水素ダメージに対する非強誘電体の金属酸化
物材料を含む集積回路を保護するためにも有益である。

【００５７】図１を参照すると、本発明の方法によって
製造され得る典型的な不揮発性強誘電体メモリーセルの
製造における中間段階の断面図が示されている。

【００５８】ＭＯＳＦＥＴと強誘電体コンデンサー素子
を含む集積回路を製造するための一般的な製造工程は、
アメリカ特許番号５，４６６，６２９（Ｍｉｈａｒａ）
とアメリカ特許番号５，４６８，６８４（Ｙｏｓｈｉｍ
ｏｒｉ）に記載されており、他の製造方法についても、
他の参考文献に記載されているので、図１の集積回路の
構成要素については、ここでは、簡単に説明するにとど
めておく。

【００５９】図１において、フィールド酸化領域１０４
が、シリコン基板１０２の表面に形成されている。ソー
ス領域１０６及びドレイン領域１０８が、シリコン基板
１０２内に、互いに分離された状態で形成されている。
また、ゲート絶縁層１１０が、シリコン基板１０２上で
あって、かつソース及びドレイン領域１０６，１０８の
間に形成されている。さらに、ゲート電極１１２が、ゲ
ート絶縁層１１０上に形成されている。これらのソース
領域１０６、ドレイン領域１０８、ゲート絶縁層１１
０、それにゲート電極１１２によって、ＭＯＳＦＥＴ１
１４が構成される。

【００６０】さらに、ＢＰＳＧ（ボロンドープド・ホス
ホ・シリケイトガラス）によって形成された第１の層間
誘電体層（ＩＬＤ）１１６が、基板１０２上であって、
かつフィールド酸化領域１０４の上に形成されている。
さらに、付着層１１８がＩＬＤ１１６の上に形成されて
いる。付着層１１８は、例えば、チタンから成り、通常
は、２００Åの厚さを有する。チタン薄膜のような付着
層は、回路の隣接する下地層あるいは下部層への電極の
付着を強化する。

【００６１】図１に記載されているように、プラチナか
ら成り、好ましくは、２０００Åの厚さを有する下部電
極層１２２が、付着層１１８の上に堆積されている。そ
れから、層状超格子材料の強誘電体薄膜１２４が、下部
電極層１２２の上に形成されている。プラチナから成
り、かつこのましくは、２０００Åの厚さを有する上部
電極が１２６が、強誘電体薄膜１２４の上に形成されて
いる。強誘電体薄膜１２４の組成については、以下に、
より詳細に説明される。

【００６２】チタンを含み、２００−５００Åの範囲内
の厚さを有する第１のバリア付着層１２８が、上部電極
層１２６の上に堆積される。それから、窒化チタンを含
み、５００−２０００Åの範囲内の厚さを有する水素バ
リア層１３０が、バリア付着層１２８の上に形成されて
いる。

【００６３】それから、頂部表面を有する第２のバリア
付着層１３２が、バリア層１３０の上に形成される。第
２のバリア付着層１３２は、好ましくは、チタンを含
み、かつ、２００−５００Åの範囲内の厚さを有する。
この上部の第２のバリア付着層１３２は、チタンの代わ
りに、窒化シリコンを含んでも良い。

【００６４】それから、図１に記載された薄膜層の結果
積層物は、自己整合された水素バリアによって覆われた
積層メモリーコンデンサーを形成するために、二度のパ
ターンニング処理という少ない処理で、パターンニング
される。

【００６５】図２に示されているように、層１２４，１
２６，１２８，１３０それに１３２の部分は、層１２２
の表面まで、エッチングにより取り去られる。それか
ら、図３に示すように、層１２２と層１１８の部分は、
層１１６の表面まで、エッチングにより取り去られる。

【００６６】図３に示すように、これらのパターンニン
グ処理によって、自己整合された水素バリア層１３０及
び自己整合されたバリア付着層１２８と１３２により覆
われた積層強誘電体コンデンサー１２０が形成される。

【００６７】第１のバリア付着層１２８中のチタンは、
上部電極１２６への水素バリア層１３０の付着を強化す
る。なぜなら、層１２８からの束縛のないチタン原子
が、プラチナの電極層１２６に拡散するからである。

【００６８】図４に示されているように、ＮＳＧ（ノン
ドープド・シリケイトガラス）から成る第２の層間誘電
体層（ＩＬＤ）１３６が、強誘電体コンデンサー１２０
及び水素バリア層１３０を覆うように、ＩＬＤ層１１６
の上に形成されている。ＰＳＧ（ホスホ・シリケートガ
ラス）膜あるいはＢＰＳＧ（ボロン・ホスホ・シリケー
トガラス）膜が、層１３６においても使用され得る。

【００６９】図５に示されているように、ＩＬＤ１３６
は、ＭＯＳＦＥＴ１１４及び強誘電体コンデンサー１２
０との電気的接触のための配線穴を形成するためにパタ
ーンニングされる。配線穴１４２が、ソース領域１０６
を露出するように、ＩＬＤ１３６及びＩＬＤ１１６を介
して選択的に開口され、さらに、配線穴１４４が、ドレ
イン領域１０８を露出するように、ＩＬＤ１３６及びＩ
ＬＤ１１６を介して選択的に開口される。また、配線穴
１４６が、下部電極１２２の一部分を露出するように、
ＩＬＤ１３６を介して選択的に開口される。さらに、配
線穴１４８が、第２のバリア付着層１３２を露出するよ
うに、ＩＬＤ１３６とその頂部表面における第２のバリ
ア付着層１３２の上部を介して選択的に開口される。こ
れにより、層１３２の中に、配線溝１４９が形成され
る。配線溝１４９の垂直方向の深さは、好ましくは、第
２のバリア付着層１３２の厚さの約半分である。

【００７０】図６に示されているように、ソース電極配
線１５２及びドレイン電極配線１５４が、配線穴１４２
と１４４をそれぞれ埋めることにより形成される。下部
電極配線１５６は、配線穴１４６を埋めることにより形
成され、上部電極配線１５８は、配線穴１４８と配線溝
１４９とを埋めることにより形成される。ドレイン電極
配線１５４は、下部電極配線１５６と電気的に接続され
ており、同じ配線要素であるのが好ましい。これらの配
線１５２，１５４，１５６それに１５８は、約３０００
Åの厚さで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの標準的な相互配線金属
から成るのが好ましい。

【００７１】第２のバリア付着層１３２中のチタンは、
配線層１５８の水素バリア層１３０への付着を強化す
る。なぜなら、束縛のないチタン原子がアルミ配線中に
拡散するからである。

【００７２】配線層１５８は、水素バリア層１３０上に
直接形成されないようにするのが好ましい。なぜなら、
アルミニウムは、バリア層１３０の窒化チタンを破壊
し、これにより、水素の拡散を防止するためのバリア層
１３０の効果を減ずる恐れがあるからである。

【００７３】第２のバリア付着層１３２は、集積回路の
種々の製造工程の間に酸化条件に曝されるので、酸化物
が、層１３２の頂部表面における第２のバリア付着層１
３２中に形成され易い。一方、チタン酸化物は、後の水
素アニール中に、水素のゲッターとして好ましく作用す
る。その一方で、処理により第２のバリア付着層１３２
の表面あるいは表面近くに存在するチタン酸化物は、層
１３２の全体的な電気的導電性を減少させ、これによ
り、強誘電体コンデンサー１２０への電気的接触を妨げ
る。

【００７４】このため、配線溝１４９が、図５に示され
たパターンニング工程中に、第２のバリア付着層１３２
の頂部の一部分を除去することにより形成される。この
結果、層１３２の電気的導電性が全体において増加す
る。

【００７５】強誘電体素子、例えば、図６中のコンデン
サーの製造は、従来から、スイッチ１１４や集積回路中
の他の素子を損傷させる恐れのある酸化条件を有する工
程を含む。強誘電体素子が形成された後に、通常は、回
路の水素熱処理が、スイッチの酸素ダメージを回復する
ために実施される。

【００７６】水素処理、典型的には、ＦＧＡ処理の間、
さらには、還元条件を引き起こす他の高エネルギー工程
の間に、強誘電体薄膜１２４の強誘電体特性は、劣化す
る傾向にある。なぜなら、水素がコンデンサーの上部を
通って拡散し、強誘電体薄膜１２４中の層状超格子材料
の酸化物と反応する恐れがあるからである。しかし、強
誘電体薄膜１２４の直接上に設けられた水素バリア層１
３０により、水素が上部電極１２６を通って強誘電体薄
膜１２４に垂直に拡散するのを効果的に防止する。

【００７７】また、少量の水素が、通常は、コンデンサ
ー１２０の側端から強誘電体薄膜１２４に横方向に拡散
し、コンデンサーの漏洩性能に悪影響を与える。

【００７８】このため、強誘電体薄膜１２４の層状超格
子材料を形成するのに必要な化学的に均質な量を超過し
て、薄膜１２４中に金属部分を含有させることにより、
過剰の金属酸化物を強誘電体薄膜１２４中に意図的に形
成しいも良い。この過剰の酸化物が、強誘電体薄膜１２
４の側端で水素と反応し、強誘電体薄膜１２４の内部へ
の水素の拡散を防止する。このように、過剰の酸化物
は、水素ゲッターとして作用し、強誘電体薄膜１２４の
内部を保護する。

【００７９】同様に、少量の酸素を、上部の第２のバリ
ア付着層１３２の形成中に、チタン酸化物を形成するた
めに、スパッター・ガス雰囲気に添加しても良い。チタ
ン層１３２のチタン酸化物もまた、水素のゲッターとし
て作用し、これにより、強誘電体薄膜１２４の水素劣化
をさらに保護する。

【００８０】ここで、“基板”とは、集積回路が形成さ
れる下地ウエハー１０２だけでなく、ＢＰＳＧ層１１６
のような薄膜が堆積される対象物をも意味する。本明細
書では、“基板”とは、関係する層が適用される対象を
意味する。例えば、１２２のような下部電極を例に取る
と、基板は、下部電極層１２２だけでなく、電極１２２
がその上に形成される層１１８及び１１６をも意味す
る。

【００８１】ここでは、“上”、“上部”、“頂部”と
いう表現は、シリコン基板１０２に対する相対的な意味
で使用している。すなわち、第２の要素が第１の要素の
“上”にあるならば、それは、基板１０２からより離れ
ていることを意味する。“下”、“下部”、“底”、
“下層”のような反対の意味での対応する表現は、それ
が他の要素よりも基板１０２により近いことを意味す
る。

【００８２】基板１０２の長寸法は、ここでは、水平面
とみなされる平面と定義され、この面に直角方向は垂直
であるとみなされる。

【００８３】強誘電体素子は、典型的には、強誘電体材
料の相対的に平坦な薄膜を含む。“横”、“横に”とい
う表現は、薄膜の平坦面の方向に関係する。図１−６に
おいて、横方向は水平方向である。

【００８４】本明細書は、一つの層が他の層の“直接上
に”あることを、様々に言及している。例えば、水素バ
リア層は、金属酸化物材料の薄膜の直接上にある。“直
接上に”は、一つの層が、他の層の少なくとも一部の上
にあることを意味するが、その層のすべての上にある必
要はない。水素バリア層は、図１−６において、垂直方
向において、金属酸化物薄膜の少なくとも一部の直接上
にある。

【００８５】たとえば、図６において、水素バリア層１
３０は、配線層１５６と接触している下部電極１２２の
一部分の直接上には存在しないけれども、水素バリア層
１３０は、強誘電体薄膜１２４の直接上に存在し、か
つ、下部電極１２２の直接上にも存在する。“直接上
に”という表現は、層がお互いに直接接触していること
を意味するものではない。水素バリア層が、金属酸化物
層の一部分上に直接存在しさえすれば、それは、水素の
拡散からその部分を保護する。

【００８６】金属酸化物要素は、水平及び垂直に関連し
た変化する方向で製造されることは明らかである。例え
ば、強誘電体薄膜が、垂直平面にあるのならば、“横”
という言葉は、垂直方向に関係し、“直接上に”は、薄
膜の垂直平面に垂直な方向に関係するだろう。

【００８７】“上”、“上に”という用語が、他の下地
層あるいは基板に関連した集積回路層の位置あるいは形
成に言及するときに、明細書中でしばしば使用される。
“直接上に”とは対照的に、“上”、“上に”という用
語は、通常、直接接触を意味している。このことは、そ
の用語が使われている種々の内容から明らかにされるで
あろう。

【００８８】“薄膜”という用語は、集積回路分野で使
われているような意味でここでも使用される。普通は、
厚さにおいて、ミクロン以下の膜を意味する。ここで開
示されている薄膜は、すべての場合において、厚さにお
いて、０．５ミクロン以下である。強誘電体薄膜１２４
の場合には、１０００Åから３０００Åの厚さが好まし
く、もっとも好ましいのは、１２００Åから２５００Å
の厚さである。集積回路技術のこれらの薄膜は、集積回
路技術と関係しないまったく異なるプロセスで形成され
る巨視的コンデンサーのような積層型コンデンサーと混
同されるべきではない。

【００８９】ここで、“自己整合”とは、一つ以上の他
の層と自動的に整合するような態様で形成され、かつパ
ターンニングされた一つ以上の層に関連するように使用
される。例えば、上部電極１２６、バリア付着層１２８
及び１３２、それに水素バリア層１３０が、同じフォト
マスク及びエッチング・パターンニング処理において一
緒にパターンニングされれば、それらは自己整合される
ことになる。

【００９０】強誘電体薄膜１２４の組成は、特に限定は
されないが、好ましい強誘電体酸化物材料のグループか
ら選択されることが可能である。例えば、強誘電体材料
は、チタン酸塩（ＢａＴｉＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，ＰｂＴ
ｉＯ_３（ＰＴ），ＰｂＺｒＴｉＯ_３（ＰＺＴ）など），
ニオブ酸塩（ＫＮｂＯ_３など）のようなABO_３型金属酸
化物ペログスカイト構造のもの、さらには、層状超格子
材料によって形成される。

【００９１】好ましくは、薄膜層１２４は、限定はされ
ないが、ストロンチウム・ビスマス・タンタル酸塩（Ｓ
ｒＢｉ_２ＴａＯ_９）及びストロンチウム・ビスマス・タ
ンタル・ニオブ酸塩（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２−ＸＮｉ
_ＸＯ_９）を含む強誘電体層状超格子材料を有する。

【００９２】より好ましくは、薄膜層１２４は、式Ｓｒ
Ｂｉ_２．１８Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０． _５６Ｏ_９によって表
わされる組成を持つ層状超格子材料を有する。代わり
に、薄膜１２４は、ＤＲＡＭセルで使用される高誘電率
材料のような非強誘電体金属酸化物を有しても良い。こ
の非強誘電体金属酸化物は、限定はされないが、バリウ
ム・ストロンチウム・チタン酸塩（ＢＳＴ），バリウム
・ストロンチウム・ニオブ酸塩（ＢＳＮ）、ABO_３型金
属酸化物ペログスカイト構造及び層状超格子材料を含む
グループから選ばれる。

【００９３】使用されている“化合物”という用語は、
正確には、等しい分子がすべて、同じ化学元素及び構造
を要する均質な物質に関する。“材料”という用語は、
異なった組成の原子を有しても良い。例えば、層状超格
子材料であるストロンチウム・ビスマス・タンタル・ニ
オブ酸塩は、二つの異なった種類の原子（タンタル及び
ニオブ）が結晶構造のＢ−サイト位置を様々に占める相
互接続された結晶格子を有する。

【００９４】それにもかわらず、“層状超格子材料”、
“層状超格子化合物”、及び“層状超格子材料化合物”
という表現は、本明細書において、事実上交互に使用さ
れており、それらの意味は、文脈から明らかにされる。

【００９５】１９９６，５月２１日に発行されたアメリ
カ特許番号５，５１９，２３４号には、ストロンチウム
・ビスマス・タンタル酸塩のような層状超格子化合物
が、従来の最良の材料に比べて強誘電体分野において優
れた特性を有すること、さらに、高誘電率および低漏洩
電流を有することが開示されている。

【００９６】１９９５，７月１８日に発行されたアメリ
カ特許番号５，４３４，１０２号及び１９９５，１１月
２１日に発行されたアメリカ特許番号５，４６８，６８
４号には、実際の集積回路にこれらの材料を集積化する
ためのプロセスを開示している。この層状超格子材料
は、一般的には、下記の化学式（１）の下に要約され
る。

【００９７】

【化１】ここで、Ａ１，Ａ２．．．Ａｊは、プロブスカイト状構
造においてＡ−サイト元素を表わす。この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、その他の元素であっても良い。

【００９８】Ｓ１，Ｓ２．．．Ｓｋは、超格子生成元素
を表わす。ここで、超格子生成元素は、通常は、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、タリウムであっても良い。

【００９９】ここで、Ｂ１，Ｂ２．．．Ｂｌは、ペロブ
スカイト状構造においてＢ−サイト元素を表わす。この
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、さらに他の元素で
あっても良い。

【０１００】Ｑは、アニオン（陰イオン）をあらわす。
アニオンは、一般的には、酸素であるが、フッ素、塩
素、オキシフルーオライド、オキシクロライドのような
これらの元素の複合物のような他の要素であっても良
い。化学式（１）の上付文字は、それぞれの元素の原子
価を示し、下付文字は、化合物の１モルにおける材料の
モル数を示しており、単位セルとの関係で、平均として
の単位セル中の元素の原子数を示している。

【０１０１】ここで、下付文字は、整数あるいは分数を
取る。すなわち、化学式（１）は、単位セルが、材料
（平均すると、Ｓｒ．_７５Ｂａ．_２５Ｂｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９
など）を通して変化する場合を含んでいる。この例の場
合は、Ａ−サイトの７５％は、ストロンチウム原子によ
って占有されており、Ａ−サイトの２５％は、バリウム
原子によって占有されている。

【０１０２】化合物において、一つのＡ−サイトのみが
存在するのならば、それは、Ａ１元素とすべてゼロに等
しいｗ２．．．ｗｊによって表わせる。一方、化合物中
に、一つのＢ−サイト元素のみが存在するのならば、そ
れは、Ｂ１元素とすべてゼロに等しいｙ２．．．ｙｌと
によって表わされ、超格子生成元素と同様に表わせる。

【０１０３】化学式（１）は、より一般的な形式で記載
されているけれども、通常ケースは、一つのＡ−サイト
元素と、一つの超格子生成元素と、一つまたは二つのＢ
−サイト元素が存在する。というのは、本発明は、上記
サイトのいずれかと超格子発生体とが複合要素を有する
場合を含むように意図されているからである。

【０１０４】ｚの値は、次式から求められる。

【０１０５】（２）（ａ１ｗ１＋ａ２ｗ２．．．ａｊｗ
ｊ）＋（ｓ１ｘ１＋ｓ２ｘ２．．．＋ｓｋｘｋ）＋（ｂ
１ｙｉ＋ｂ２ｙ２．．．＋ｂｌｙｌ）＝２ｚ化学式（１）は、１９９６，５月２１日に発行されたア
メリカ特許番号５，５１９，２３４号において議論され
ているすべての三つのスモレンスキ型化合物を含んでい
る。層状超格子材料は、公式（１）に合致する材料を全
て含むわけではなく、明瞭に区別し得る交互層を有する
結晶構造を自然に形成できる材料のみを含む。

【０１０６】ここでは、“化学量論的”とは、層状超格
子材料のような材料の固相膜、材料を形成するための前
駆体の両方に適用される。それが、固相膜に適用される
とき、最後の固相薄膜の各元素の実際の相対量を示す式
に関係する。前駆体に適用されるときには、前駆体にお
いて、金属のモル比を示す。“つり合った”化学量論的
式は、占められた結晶格子のすべてのサイトで、各元素
が材料の完全な結晶構造を形成するようにすべてサイト
を占有するに十分な元素が存在する状態である。しか
し、現実には、室温で、必ず格子欠陥は存在するであろ
う。

【０１０７】例えば、ＳｒＢｉ_２ＴａＮｂＯ_９とＳｒＢ
ｉ_２Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ_９は、つり合った化学
量論的式である。対照的に、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、１，２．
１８，０．５６であるストロンチウム、ビスマス、タン
タル、ニオブ酸塩の前駆体は、不均一な化学量論的式Ｓ
ｒＢｉ_２．１８Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ_９によっ
て表わされる。これは、完全なる結晶材料を形成するた
めに必要とされるものを超える過剰のビスマスを含んで
いるからである。

【０１０８】本明細書では、金属元素の過剰量とは、す
べての原子サイトが占有されかつ金属が全く残らない状
態で、所望の材料を形成するために存在する他の金属と
結合するのに必要な量より多い量を意味する。

【０１０９】１９９５年、６月１８日に発行されたアメ
リカ特許５，４３４，１０２（ワタナベ）と関連技術に
基づいて、当業者にとって好ましい層状超格子材料を形
成するための前駆体は、化学量論的式ＳｒＢｉ_２．１８
Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ _９を現時点では有する。こ
の式の前駆体は、均一化された化学量論的式ＳｒＢｉ _２
Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ_９を有する最終の固相スト
ロンチウム・タンタル・ニオブ酸塩を生成すると信じて
よい。すなわち、最終の薄膜は、過剰のビスマスを含ま
ない。これは、前駆体における過剰のビスマスは、製造
プロセスにおいて、ビスマス酸化ガスとして排除される
からである。

【０１１０】前駆体溶液は、化学量論的比率ＳｒＢｉ
_２．１８Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ _９に対応した化
学前駆体の内容量を含む。この化学量論的式は、本明細
書において、標準的なニオブとタンタルの比率を有する
標準組成として扱う。この標準化学量論的式を有する前
駆体は、約９％の過剰ビスマスを含有する。すなわち、
標準の化学量論的式は、結晶のすべての原子サイトが占
有されて、層状超格子化合物を形成するために、ストロ
ンチウム・タンタル・ニオブと結合するのに必要とされ
る量を超えるビスマスの含有量を有する。

【０１１１】本発明の特徴の一つは、ビスマス、ニオブ
などのうち少なくとも一つの元素の含有量が、標準式に
示されたものに比べて過剰の量を有する最終の層状超格
子化合物が、標準式を有する前駆体から形成された材料
よりも水素による性能低下に対するより大きな耐性を有
しているということである。関連する特徴は、層状超格
子材料において、ニオブのようなＢ−サイト元素の過剰
含有量が、水素に曝されることによる電気的特性の低下
を防止するのに効果的であるということである。

【０１１２】図７の図表は、強誘電体メモリー１６０を
作成するために、本発明において使用される製造工程の
フローチャートである。

【０１１３】強誘電体メモリー１６０は、好ましくは、
シリコン、ガリウム砒素、または、他の半導体、あるい
は、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）のような絶縁物であ
る従来のウエハー上に形成される。

【０１１４】ステップ２１２において、スイッチ１１４
がステップ２１４でその上に形成されている半導体基板
１０２（図１）が準備される。このスイッチ１１４は、
通常は、ＭＯＳＦＥＴである。ステップ２１６で、第１
の層間誘電体層１１６が、スイッチング素子を形成され
るべき強誘電体素子から分離するために形成される。ス
テップ２１８では、下部電極１２２が形成される。好ま
しくは、この電極層１２２は、プラチナで形成され、か
つ約２０００Åの厚さを有する層を形成するようにスパ
ッタリングで堆積される。

【０１１５】好適な方法では、約２００Åのチタンまた
は窒化チタンで形成された付着層１１８が、本ステップ
で、電極を堆積する前に、好ましくはスパッタリングに
よって形成される。ステップ２２０において、所望の強
誘電体薄膜を形成する層状超格子化合物の化学的前駆体
が準備される。

【０１１６】ステップ２２２において、この強誘電体薄
膜１２４が、下部電極層１２２に付着される。ＭＯＣＶ
Ｄ法が、薄膜を形成するのに最も好ましい方法である。
強誘電体薄膜１２４は、アメリカ特許番号５，５４６，
９４５に記載されているように、スピンコーティングあ
るいは噴霧堆積方法のような液体堆積技術を使って付着
され得る。

【０１１７】通常は、最終の前駆体溶液は、化学的前駆
体化合物を含有する商業的に入手可能な溶液から準備さ
れる。好ましくは、商業的に市販されている溶液中の種
々の前駆体の濃度は、特別な製造条件あるいは動作条件
に適合するように、ステップ２２０において調整され
る。例えば、層状超格子薄膜に対する典型的な市販され
ている溶液の種々の元素の化学量論的含有量は、ＳｒＢ
ｉ_２．１８Ｔａ_１．４４Ｎｂ_０．５６Ｏ_９であるかもし
れない。

【０１１８】しかし、還元条件中にの水素の劣化から強
誘電体化合物を保護するための余分の酸化物を生成させ
るためには、この溶液中に過剰なニオブあるいはビスマ
スを添加するのが好ましいことが多い。

【０１１９】付着ステップ２２２に続いて、液体堆積技
術のためのドライ工程と、酸素炉アニールや急速熱プロ
セス（ＲＴＰ）のような高温での結晶化ステップを含む
処理ステップ２２４が行われるのが好ましい。処理ステ
ップ２２４は、付着ステップ２２２の間あるいは後に、
紫外線照射を伴った処理を含んでも良い。

【０１２０】ステップ２２２とステップ２２４は、所望
の厚さの膜を形成するために、必要により繰り返されて
も良い。例えば、典型的なスピン・オン処理では、前駆
体の層が堆積されて乾燥される。それから、もう一つ前
駆体の層が付着されて乾燥されるであろう。それから、
処理された層は、ステップ２２６において、結果物たる
強誘電体薄膜１２４を形成するために、酸素中でアニー
ルされる。

【０１２１】ステップ２２２−２２６に続いて、上部電
極層１２６が、ステップ２２８で形成される。上部電極
層１２６はプラチナで形成されるのが望ましく、好まし
くは、約２０００Åの厚さを有する層を形成するために
スパッターにより堆積される。

【０１２２】ステップ２３０において、第１のバリア付
着層１２８、水素バリア層１３０それに、第２のバリア
付着層１３２が、この順番で、上部電極層１２６上に形
成される。

【０１２３】ステップ２３０において、下部の第１のバ
リア付着層１３０が、上部電極層１２６上に、スパッタ
リング処理により堆積されるのが好ましい。この第１の
バリア付着層は、チタンを含むと共に、３００Åの好適
な厚さを有する。

【０１２４】次に、窒化チタンを含みかつ、１２００Å
の好適な厚さを有する水素バリア層１３０が、好ましく
は、スパッタリング処理によって堆積される。

【０１２５】最後に、チタンを含むと共に、３００Åの
好適な厚さを有する第２のバリア付着層１３２が、好ま
しくは、スパッタリング処理により、水素バリア層１３
０上に堆積される。

【０１２６】層１３２のスパッター堆積の後半部分の間
に、スパッター雰囲気中に少量の酸素ガス（Ｏ_２−ガ
ス）を含ませることによって、第２のバリア付着層１３
２の頂部表面の近くに、チタン酸化物を堆積するのが望
ましい。第２のバリア付着層１３２中に形成された結果
物である酸化物は、種々の製造処理工程で存在し得る水
素と反応することによって、メモリーデバイス中の強誘
電体化合物を保護する。

【０１２７】ゼロと約１０体積パーセントとの間で酸素
ガスが、第２のバリア付着層の上半分の堆積中にスパッ
ター雰囲気に添加され、この量は第２のバリア付着層の
上半分に堆積されたチタン原子をゼロと５０％との間で
酸化するのに十分である。

【０１２８】好ましくは、上半分に約５０％のチタン
が、チタン酸化物の形で存在する。バリア層形成ステッ
プ２３０に続いて、パターンニングステップ２３２が行
われるのが好ましい。このパターニングステップ２３２
では、積層された層１１８，１２２，１２４，１２６，
１２８，１３０、それに１３２が、自己整合の水素バリ
ア層１３０とバリア付着層１２８と１３２によって覆わ
れた強誘電体コンデンサー１２０を形成するためにパタ
ーンニングされる。好ましくは、二つのエッチング処理
のみが、ステップ２３２のパターンニングを完成させる
ために必要とされる。

【０１２９】ここで、従来のイオン・ミリング処理が、
ステップ２３２において使用されるのが望ましい。それ
から、ステップ２３４において、第２のＩＬＤ層１３６
が、水素バリア層１３０とバリア付着層１２８及び１３
２とを含んで、ＩＬＤ１１６とコンデンサー１２０を覆
うように堆積される。

【０１３０】ステップ２３６において、図５に記載され
ているように、配線穴１４２，１４４，１４６及び１４
８が、スイッチ１１４（典型的には、ＭＯＳＦＥＴのソ
ース及びドレイン領域）に、下部電極１２２に、それに
第２の付着層１３２に、ＩＬＤ層１１６と１３６を介し
て、それぞれ形成されている。

【０１３１】また、ステップ２３６において、配線溝１
４９が、第２の付着層１３２からエッチングされる。こ
の配線溝１４９の垂直方向の深さは、好ましくは、第２
のバリア付着層１３２の厚さの約半分である。ステップ
２３６は、標準的なイオン・ミリング処理を使用して実
施されるのが好ましい。

【０１３２】ステップ２３８において、配線１５２，１
５４，１５６及び１５８が、好ましくは、スパッタリン
グ処理を使用して堆積される。しかし、ＣＶＤ処理も、
伴う還元条件にかかわらず使用し得る。なぜなら、水素
バリア層１３０が、薄膜の強誘電体酸化物を保護してく
れるからである。

【０１３３】回路は、典型的にパッシベーション層の堆
積を含むステップ２４０において完成する。

【０１３４】最後に、ステップ２４２において、水素ア
ニールが、欠陥を修復すると共にスイッチ（ＭＯＳＦＥ
Ｔ）１１４における所望の半導体特性を回復するために
実施される。集積回路の水素アニールは、ＦＧＡ処理で
あるのが好ましい。この処理は、好ましくは、１から１
０パーセント（１−１０％）Ｈ_２とＨ_２−Ｎ_２（フォー
ミング・ガス）ガスとの混合体中での雰囲気圧力で、か
つ、１０分から４０分の時間中に２００℃と４００℃の
間の温度で実施される。

【０１３５】実験によると、強誘電体薄膜を介しての水
素の横方向の拡散、すなわち、強誘電体薄膜の平面に平
行な方向での拡散が、強誘電体膜の平面に垂直の方向で
の拡散に比べて遅いことがわかった。それゆえに、強誘
電体層１２４の側端における強誘電体材料中の余分の酸
化物が、横方向に侵入する可能性のある水素に対するゲ
ッターとして効果的に作用し、かつその材料の残部を水
素から保護する。

【０１３６】通常は、窒化チタン水素バリア層１３０と
チタンバリア付着層１３２の頂部表面のチタン酸化物と
の組み合せ、それに強誘電体薄膜１２４中の過剰な酸化
物とが、従来のＩＣ製造プロセスによる重大な水素劣化
から強誘電体薄膜１２４を充分に保護する。

【０１３７】以上述べてきたように、本発明の特徴は、
強誘電体層状超格子材料薄膜を覆う水素バリア層を提供
することである。また、過剰のビスマスそれに過剰のニ
オブのような過剰金属を有する前駆体を使用することに
よって、優れた強誘電体特性が保持し得る。

【０１３８】さらに、上部のバリア付着層中のような、
強誘電体層に続いて存在する集積回路層中の余分の酸素
の存在が、本発明の水素バリア層との組み合せにおいて
効果的に使用され得る。ここで、酸化物は、後の水素処
理の間に、水素に対するゲッターとして作用する。この
ように、本発明は、集積回路の他の部分を生成しかつ完
全にするのに必要な製造工程の間に、水素に曝された強
誘電体素子の劣化を効果的に防止する方法と構造を提供
する。

【０１３９】本明細書には、水素劣化から集積回路中の
強誘電体及び非強誘電体、高誘電率金属酸化物材料を保
護するための新規な構造及び組成が記載されている。

【０１４０】特に、本明細書には、水素に露呈すること
を許容し、さらに、優れた電気的特性につながる強誘電
体集積回路を製造するための方法及び構造が示されてい
る。

【０１４１】図示されかつ本明細書に記載された実施例
は単なる例示であり、上記の「特許請求の範囲」に記載
された本発明を、上記実施例に限定するように解釈して
はならない。

【０１４２】さらに、当業者ならば、本発明の思想から
逸脱しない範囲で、記載された実施例から数多くの使用
例および修正例を作成できることは明らかである。

【０１４３】また、記載された工程が、多くの場合、異
なった順序で実施されるかもしれないし、あるいは、等
価的な構造あるいはプロセスが、記載された種々の構造
およびプロセスに取って代わるかもしれないことも明ら
かである。

【０１４４】この結果、本発明は、それぞれの新規な特
徴、あるいは製造プロセス、電子的デバイス、電子デバ
イス製造方法中に存在する特徴の新規な組み合わせ含む
ように解釈されるべきである。

【０１４５】

【発明の効果】本発明にれば、水素バリア層により、水
素が金属酸化物の方向に拡散することを防止することが
できる。これによって、金属酸化物材料を保護し、金属
酸化物材料の好ましい強誘電体あるいは高誘電体率特性
を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造の中間段階の断面図であり、ＭＯＳＦＥＴ及びパター
ンニング前の積層された薄膜層を示す。

【図２】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造のさらなる中間段階の断面図であり、初期パターンニ
ング後の図１の自己整合された薄膜層を示す。

【図３】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造のさらなる中間段階の断面図であり、水素バリア層と
第１及び第２のバリア付着層により覆われた強誘電体コ
ンデンサーを形成するための第２のパターンニング処理
後の自己整合された薄膜層を示す。

【図４】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造のさらなる中間段階の断面図であり、ＭＯＳＦＥＴを
覆うために形成されたＩＬＤ層及び図３の自己整合され
た薄膜層を示す。

【図５】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造のさらなる中間段階の断面図であり、ＩＬＤ層中及び
第２のバリア付着層の頂部表面中の配線溝中に形成され
た配線穴を示す。

【図６】本発明の方法によって実施された集積回路の製
造のさらなる中間段階の断面図であり、配線穴に形成さ
れた配線層を示す。

【図７】本発明による不揮発体強誘電体メモリーデバイ
スを製造するための方法の好適な実施例を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０２シリコン基板１０４フィールド酸化領域１０６ソース領域１０８ドレイン領域１１０ゲート絶縁層１１４ＭＯＳＦＥＴ１１６第１の層間誘電体層１１８付着層１２０強誘電体コンデンサー１２２下部電極１２４強誘電体薄膜１２６上部電極１２８第１バリア付着層１３０水素バリア層１３２第２バリア付着層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者古谷晃東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者ジョセフクチアロアメリカ合衆国，コロラド 80918，コロラドスプリングス，ロスミアストリート 2545 (72)発明者カルロスアロージョアメリカ合衆国，コロラド 80919，コロラドスプリングス，ダブリュ．サンバードクリフスレーン 317 Ｆターム(参考） 5F001 AA94 5F038 AC05 AC15 AC17 AC18 CD18 EZ14 EZ16 EZ17 EZ20 5F083 FR02 GA25 JA13 JA14 JA15 JA16 JA17 JA36 JA37 JA38 JA40 PR13 PR18 PR21 PR22 PR23 PR34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電体集積回路を製造する方法におい
て、金属酸化物材料の薄膜を含む集積回路部分を形成し、前記金属酸化物材料の薄膜の直接上に、第１のバリア付
着層を形成し、前記第１のバリア付着層上に、水素バリア層を形成し、前記水素バリア層上に、頂部表面を有する第２のバリア
付着層を形成することを特徴とする強誘電体集積回路の
製造方法。
【請求項２】請求項１において、さらに、前記第１の
バリア付着層、前記水素バリア層及び前記第２のバリア
付着層を一緒にパターンニングする工程を有することを
特徴とする強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項３】請求項１において、さらに、前記頂部表
面に配線溝を形成するために、前記第２のバリア付着層
の一部分を除去する工程を有することを特徴とする強誘
電体集積回路の製造方法。
【請求項４】請求項１において、前記第１のバリア付
着層はチタンを含み、前記水素バリア層は窒化チタンを
含み、さらに、前記第２のバリア付着層はチタンを含む
ことを特徴とする強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項５】請求項４において、前記第２のバリア付
着層は、酸化チタンを含むことを特徴とする強誘電体集
積回路の製造方法。
【請求項６】請求項１において、前記金属酸化物材料
は、ＡＢＯ_３型ペロブスカイトを有することを特徴とす
る強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項７】請求項１において、前記金属酸化材料
は、強誘電体層状超格子材料を有することを特徴とする
強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項８】請求項７において、前記強誘電体層状超
格子材料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル酸塩
を含むことを特徴とする強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項９】請求項７において、前記強誘電体層状超
格子材料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル・ニ
オブ酸塩を含むことを特徴とする強誘電体集積回路の製
造方法。
【請求項１０】請求項１において、前記集積回路部分
を形成するための工程は、基板を用意し、前記基板の上
に下部電極層を形成し、前記下部電極層上に、前記金属
酸化物材料の薄膜を形成し、前記金属酸化物材料の薄膜
上に、上部電極層を形成する工程を有し、前記金属酸化物材料の薄膜の直接上に第１のバリア付着
層を形成する工程は、前記上部電極層上に前記第１のバ
リア付着層を形成することを含むことを特徴とする強誘
電体集積回路の製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、さらに、前記上
部電極層、第１のバリア付着層、前記水素バリア層及び
前記第２のバリア付着層を一緒にパターンニングする工
程を有することを特徴とする強誘電体集積回路の製造方
法。
【請求項１２】請求項１０において、前記下部電極層
及び前記上部電極層は、プラチナを含むことを特徴とす
る強誘電体集積回路の製造方法。
【請求項１３】集積回路において、金属酸化物材料の薄膜を含む集積回路部分と、前記金属酸化物材料の薄膜の上直接上に形成された第１
のバリア付着層と、前記第１のバリア付着層の上であって、かつ前記金属酸
化物材料の薄膜の直接上に形成された水素バリア層と、前記水素バリア層上に形成され、かつ、頂部表面を有す
る第２のバリア付着層とを有することを特徴とする集積
回路。
【請求項１４】請求項１３において、前記第１のバリ
ア付着層、前記水素バリア層及び前記第２のバリア付着
層は、自己整合されていることを特徴とする集積回路。
【請求項１５】請求項１３において、前記第２のバリ
ア付着層の一部分は、前記頂部表面に配線溝を有するこ
とを特徴とする集積回路。
【請求項１６】請求項１３において、前記第１のバリ
ア付着層はチタンを含み、前記水素バリア層は窒化チタ
ンを含み、さらに、前記第２のバリア付着層はチタンを
含むことを特徴とする集積回路。
【請求項１７】請求項１３において、前記第２のバリ
ア付着層は、酸化チタンを含むことを特徴とする集積回
路。
【請求項１８】請求項１３において、前記金属酸化物
材料は、ＡＢＯ_３型ペロブスカイトを有することを特徴
とする集積回路。
【請求項１９】請求項１３において、前記金属酸化材
料は、強誘電体層状超格子材料を有することを特徴とす
る集積回路。
【請求項２０】請求項１９において、前記強誘電体層
状超格子材料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル
酸塩を含むことを特徴とする集積回路。
【請求項２１】請求項１９において、前記強誘電体層
状超格子材料は、ストロンチウム・ビスマス・タンタル
・ニオブ酸塩を含むことを特徴とする集積回路。
【請求項２２】請求項１３において、前記集積回路部
分は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極層と、前記下
部電極層上に設けられた前記金属酸化物材料の薄膜と、
前記金属酸化物材料の薄膜上に設けられた上部電極層と
を有し、前記金属酸化物材料の薄膜の直接上に設けられた第１の
バリア付着層は、前記上部電極層上に位置することを特
徴とする集積回路。
【請求項２３】請求項２２において、前記上部電極
層、前記第１のバリア付着層、前記水素バリア層及び前
記第２のバリア付着層は、自己整合されていることを特
徴とする集積回路。
【請求項２４】請求項２２において、前記下部電極層
及び前記上部電極層は、プラチナを含むことを特徴とす
る集積回路。