JP2006093713A - 強誘電膜の形成方法、これを利用したキャパシタ及び半導体メモリ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 強誘電膜の形成方法、これを利用したキャパシタ及び半導体メモリ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板を準備する段階、基板上に非晶質強誘電膜を蒸着する段階、及び非晶質強誘電膜にレーザビームを照射し、非晶質強誘電膜を結晶化する段階を含むことを特徴とする強誘電膜の形成方法であり、該強誘電膜の製造方法を利用して強誘電膜を形成したキャパシタの製造方法を提供し、該キャパシタの製造方法を利用した半導体メモリ素子の製造方法である。よって、強誘電膜を500℃より低い温度で形成でき、強誘電膜の形成時に他部材の熱的損傷を減らすことができる。
【選択図】 図5
【解決手段】 基板を準備する段階、基板上に非晶質強誘電膜を蒸着する段階、及び非晶質強誘電膜にレーザビームを照射し、非晶質強誘電膜を結晶化する段階を含むことを特徴とする強誘電膜の形成方法であり、該強誘電膜の製造方法を利用して強誘電膜を形成したキャパシタの製造方法を提供し、該キャパシタの製造方法を利用した半導体メモリ素子の製造方法である。よって、強誘電膜を500℃より低い温度で形成でき、強誘電膜の形成時に他部材の熱的損傷を減らすことができる。
【選択図】 図5
Description
本発明は、所定の物質膜の形成方法と、これを利用したデバイスの製造方法とに係り、さらに詳細には、強誘電膜の形成方法、これを利用したキャパシタ及び半導体メモリ素子の製造方法に関する。
フラッシュメモリ素子に続く次世代不揮発性メモリ素子として、FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)とMRAM(Magnetic Random Access Memory)が注目されている。
FRAMは、トランジスタと、誘電膜として強誘電膜を用いるキャパシタとを備えている。そして、MRAMは、データ記録媒体としてキャパシタの代わりに磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction)層を備えているという特徴がある。
FRAMの製造工程は、二つに大別できる。すなわち、基板上に電界効果トランジスタ(FET)を形成する工程と、FETが形成されている結果物上にFETと連結されるように強誘電体キャパシタを形成する工程とに分類される。ここで、強誘電体キャパシタの核心工程は、下部電極上に強誘電膜を形成する工程である。強誘電膜は、既存のキャパシタの誘電膜より誘電定数がはるかに大きい誘電物質であり、耐エッチング性にすぐれる。従って、強誘電膜のエッチングは困難である。
そのため、強誘電体膜をさらに容易に形成するための方法として、例えばケミカル液蒸着(CSD:Chemical Solution Deposition)法など種々の方法が紹介されている。CSD法は、工程が容易であり、なおかつ成分調節も容易であるという利点を有しているが、ステップカバレージが良好ではない。また、強誘電膜が600℃以上の高温で形成されるので、前記強誘電膜の形成の間に、FRAMを構成する他部材が熱的損傷を受けてしまうことがある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の従来技術の問題点を改善するためであり、強誘電膜が形成されるとき、FRAMの他部材に及ぼす熱的損傷を減らすことができる強誘電膜の形成方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記強誘電膜の形成方法を利用した半導体装置のキャパシタ製造方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記キャパシタ製造方法を適用した半導体メモリ素子の製造方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記強誘電膜の形成方法を利用した半導体装置のキャパシタ製造方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記キャパシタ製造方法を適用した半導体メモリ素子の製造方法を提供するところにある。
前記技術的課題を解決するために、本発明は、基板を準備する第1段階と、前記基板上に非晶質強誘電膜を蒸着する第2段階と、前記非晶質強誘電膜にレーザを照射して結晶化する第3段階とを含むことを特徴とする強誘電膜の形成方法を提供する。
前記第2段階は、前記基板上に強誘電膜ソースを含むケミカル液を塗布する段階と、前記ケミカル液を固化する段階と、前記固化物をプリアニーリングする段階とをさらに含むことができる。このとき、プリアニーリングは、500℃から550℃で行える。前記レーザは、XeClエキシマレーザであることが望ましく、前記レーザ照射は、前記基板の温度を500℃未満に保持した状態で、酸素または窒素雰囲気で実施できる。前記ケミカル液は、300℃で5分間ベーキングして固化することができる。前記ケミカル液の塗布段階と前記ケミカル液を固化する段階とは、反復可能である。
前記他の技術的課題を解決するために、本発明は、下部電極を形成する第1段階、前記下部電極上に非晶質強誘電膜を形成する第2段階、前記非晶質強誘電膜にレーザを照射し、前記非晶質強誘電膜を結晶化する第3段階、及び前記結晶化された強誘電膜上に上部電極を形成する第4段階を含むことを特徴とする半導体装置のキャパシタ製造方法を提供する。
ここで、前記第2段階は、前記下部電極上に前記強誘電膜ソースを含むケミカル液を塗布する段階、前記ケミカル液を固化する段階、及び前記固化物をプリアニーリングする段階をさらに含むことができる。
前記プリアニーリング、前記レーザビーム照射、及び前記ケミカル液と関連した細部事項は、前記強誘電膜の形成方法と同一であることができる。
前記強誘電膜は、PZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNTのうち、いずれか一つであることができる。
前記強誘電膜は、PZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNTのうち、いずれか一つであることができる。
前記さらに他の技術的課題を解決するために、本発明は、低温工程に適した透明基板、低温ポリシリコン工程が適用された薄膜トランジスタ及びキャパシタを備える半導体メモリ素子の製造方法において、前記薄膜トランジスタに連結されるように下部電極を形成する第1段階、前記下部電極上に非晶質強誘電膜を形成する第2段階、前記非晶質強誘電膜の全面にレーザを照射し、前記非晶質強誘電膜を結晶化する第3段階、及び前記結晶化された強誘電膜上に上部電極を形成する第4段階を含んで形成することを特徴とする強誘電体半導体メモリ素子の製造方法を提供する。
このようなメモリ素子製造方法の前記第2ないし第4段階は、前記キャパシタ製造方法と同一であることができる。
前記強誘電膜は、薄膜状、例えば250nm以下に形成可能である。
前記強誘電膜は、薄膜状、例えば250nm以下に形成可能である。
前記薄膜トランジスタは、前記透明基板上にバッファ層を形成する段階、前記バッファ層上に非晶質シリコン層を形成する段階、前記非晶質シリコン層をポリシリコン層に結晶化する段階、前記ポリシリコン層をパターニングしてポリシリコン層アイランドを形成する段階、前記ポリシリコン層アイランドの所定領域上にゲート積層物を形成する段階、前記ポリシリコン層アイランドの露出された領域をドーピングする段階、及び前記ポリシリコン層アイランドのドーピングされた領域を活性化する段階を含んで形成される薄膜トランジスタであることができる。
前記ポリシリコン層アイランドのドーピングされた領域は、エキシマレーザを照射して活性化可能である。
このように本発明は、CSD法とエキシマレーザ照射方法とを並行して強誘電膜を形成するために、500℃より低い温度で結晶化された強誘電膜を形成可能である。従って、本発明を利用すれば、強誘電膜形成過程で他部材が受ける熱的損傷を減らすことができる。また、本発明のエキシマレーザを利用した強誘電膜結晶化工程は選択性があるので、別途の付加工程なしに高集積工程に適用可能であり、大量生産も可能である。
このように本発明は、CSD法とエキシマレーザ照射方法とを並行して強誘電膜を形成するために、500℃より低い温度で結晶化された強誘電膜を形成可能である。従って、本発明を利用すれば、強誘電膜形成過程で他部材が受ける熱的損傷を減らすことができる。また、本発明のエキシマレーザを利用した強誘電膜結晶化工程は選択性があるので、別途の付加工程なしに高集積工程に適用可能であり、大量生産も可能である。
本発明は、CSD法で非晶質状態の強誘電膜を形成した後、前記非晶質状態の強誘電膜をXeClエキシマレーザを利用して結晶化する。すなわち、本発明は、CSD法とエキシマレーザ照射法とを結合した方法で強誘電膜の結晶化を図る。よって、キャパシタ形成や半導体メモリ素子の形成などに本発明を利用する場合、強誘電膜形成工程を500℃より低い温度で進められるので、強誘電膜下に形成されている他の物質層の熱的損傷を最小化できる。また、本発明による方法で強誘電膜を結晶化する場合、レーザビームの選択的吸収が可能であるので、高集積半導体装置の製造工程に本発明をそのまま適用でき、大量生産も可能である。
以下、本発明の実施例による強誘電膜の形成方法、この方法を利用したキャパシタの製造方法及び前記キャパシタ製造方法で形成されたキャパシタを備える半導体メモリ素子の製造方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、添付された図面に図示された層や領域などの厚さは、明細書の明確性のために誇張されて図示されている。
まず、本発明の実施例による強誘電膜の形成方法(以下、本発明の第1方法とする)について説明する。
図1を参照すると、強誘電膜蒸着に適した基板38を準備し(図5における第1段階(50)、準備された基板38上に強誘電膜ソースを含むケミカル液を前記基板38上に所定の厚さのケミカル液層40となるように塗布する(図5における第2段階(52)。本発明で使用可能な基板38は、当該技術分野に公知の強誘電膜蒸着に適した基板であれば特に限定されるものではなく、その形状は目的に応じて適宜選択される。ケミカル液は、所定の厚さ、例えば30nmから100nmのケミカル液層40となるまで塗布できる。ケミカル液層40を形成するケミカル液は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばPZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNT膜からなる群のうちから選択されたいずれか一つを形成するためのソースを含むことができる。ケミカル液層40は、スピンコーティング方式で塗布できる。
図1を参照すると、強誘電膜蒸着に適した基板38を準備し(図5における第1段階(50)、準備された基板38上に強誘電膜ソースを含むケミカル液を前記基板38上に所定の厚さのケミカル液層40となるように塗布する(図5における第2段階(52)。本発明で使用可能な基板38は、当該技術分野に公知の強誘電膜蒸着に適した基板であれば特に限定されるものではなく、その形状は目的に応じて適宜選択される。ケミカル液は、所定の厚さ、例えば30nmから100nmのケミカル液層40となるまで塗布できる。ケミカル液層40を形成するケミカル液は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばPZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNT膜からなる群のうちから選択されたいずれか一つを形成するためのソースを含むことができる。ケミカル液層40は、スピンコーティング方式で塗布できる。
次に、得られたケミカル液層40が形成された基板38を、ベーキングして前記基板38上のケミカル液層40を固化する(図5における第3段階(54)。前記ベーキングは例えば、300℃で5分間行う。前記ベーキングの温度及び時間は、ケミカル液層40を構成するケミカル液の種類及び厚さなどによって適宜最適条件が選択され、特に限定されるものではない。このようにして、図2に図すように、基板38上に非晶質強誘電膜42が形成される。
なお、ケミカル液層40は、一度に所望の厚さを塗布してベーキングできるが、何回かに分けて塗布することもできる。例えば、塗布されたケミカル液層40の最終的厚さを40nmとする場合、ケミカル液層40は、一次塗布時に20nmを塗布し、二次塗布時に20nmを塗布してもよい。同様にして、三回以上に分けて塗布することもできる。また、複数回に分けて塗布する場合、各塗布における厚さは同一であっても異なっても良い。
このように、ケミカル液層40を二回以上に分けて塗布する場合、ベーキングも塗布するごとに実施する。結果的に、ケミカル液層40を形成する工程とベーキング工程は、ケミカル液層40が所望の厚さになるまで反復して実施可能である。ケミカル液を複数回に分けて塗布すると、良好な膜質が得られ、かつ十分な厚さの薄膜を得ることができる。
次に、非晶質強誘電膜42が形成されている基板38をプリアニーリングする(図5における第5段階(56)。プリアニーリングは、酸素雰囲気下で例えば30分間実施するが、その際に温度を、500℃から550℃に保持する。
次に、このように、プリアニーリングされた非晶質強誘電膜42に所定のエネルギー密度を有するレーザビーム46を照射する(図5における第6段階(58)。レーザビーム46のエネルギー密度は、例えば50mJ/cm2から500mJ/cm2でありうる。レーザビーム46の照射は、所定のレーザ、例えばXeClエキシマレーザを利用することが望ましいが、KrFエキシマレーザを利用することもできる。XeClエキシマレーザを使用する場合、レーザビーム46の照射は、酸素雰囲気または窒素雰囲気下で実施できる。この過程で、基板38は、400℃から500℃の温度を保持する。レーザビーム46のエネルギー密度が適している場合、レーザビーム46の照射は一回で終わることができるが、エネルギー密度が適していない場合、少なくとも二回、例えば100回になることもある。
かかるレーザビーム46の照射により、プリアニーリングされた非晶質強誘電膜42が溶けつつ、非晶質誘電膜42の底、すなわち基板38の表面に結晶成長のためのシード44が設けられる。シード44を中心に結晶が設けられるが、この過程は、非晶質強誘電膜42の表面につながる。この結果、図4に示すように、基板38上に結晶質の強誘電膜48が形成される。
すなわち、以上説明した本発明の前記の第1方法は、図5に示す通り、次の通り五段階に要約できる。
第1段階(50):強誘電膜の蒸着に適した基板を準備する;
第2段階(52):前記基板上に非晶質強誘電膜を塗布する;
第3段階(54):前記塗布された非晶質強誘電膜をベーキングして固化する;
第4段階(56):前記ベーキングした非晶質強誘電膜をプリアニーリングする;
第5段階(58):前記プリアニーリングした非晶質強誘電膜にエキシマレーザを照射する。
第1段階(50):強誘電膜の蒸着に適した基板を準備する;
第2段階(52):前記基板上に非晶質強誘電膜を塗布する;
第3段階(54):前記塗布された非晶質強誘電膜をベーキングして固化する;
第4段階(56):前記ベーキングした非晶質強誘電膜をプリアニーリングする;
第5段階(58):前記プリアニーリングした非晶質強誘電膜にエキシマレーザを照射する。
図6は、本発明の第1方法で形成したPZT膜に対するX線回折分析結果を示している。
図6で、第1グラフG1は、レーザビームが照射されていないPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第2グラフG2は、300mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第3グラフG3は、325mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第4グラフG4は、350mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第5グラフG5は、375mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第6グラフG6は、400mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第7グラフG7は、425mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第8グラフG8は、450mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。
図6で、第1グラフG1は、レーザビームが照射されていないPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第2グラフG2は、300mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第3グラフG3は、325mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第4グラフG4は、350mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第5グラフG5は、375mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを100回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第6グラフG6は、400mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第7グラフG7は、425mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。第8グラフG8は、450mJ/cm2のエネルギー密度を有するレーザビームを50回照射したPZT膜に対するX線回折分析結果を表す。
図6で、参照符号P1は、PZT膜の(100)結晶面に対するピークを表す第1ピーク群を表し、P2は、PZT膜の(200)結晶面に対するピークを表す第2ピーク群を表す。
第1ピーク群P1に含まれたピークを比較すると、PZT膜にレーザビームを照射したとき(G2,…,G8)に観測されるピークの高さが、レーザビームを照射していないとき(G1)に観測されるピーク高さより高いことが分かる。そして、第2ピーク群P2に含まれたピークの比較結果も同一であることが分かる。
また、第1ピーク群P1のうち、PZT膜にレーザビームを照射したとき(G2,…,G8)に観測されるピークだけを比較すれば、PZT膜に照射されるレーザビームのエネルギー密度が高いほど、観測されるピークの高さは、高くなることが分かる。
このような結果から、本発明の第1方法によって強誘電膜を形成した場合、強誘電膜の結晶化率が高まっていることが判る。
このような結果から、本発明の第1方法によって強誘電膜を形成した場合、強誘電膜の結晶化率が高まっていることが判る。
次に、前記の本発明の第1方法で形成した強誘電膜の種々の応用例を説明する。
まず、本発明の第1方法で形成した強誘電膜を含むキャパシタの製造方法(以下、本発明の第2方法)を図7及び図8を参照して説明する。
まず、本発明の第1方法で形成した強誘電膜を含むキャパシタの製造方法(以下、本発明の第2方法)を図7及び図8を参照して説明する。
図7を参照すると、まず、ベース物質膜59上に下部電極60を形成する。下部電極60は、地面に垂直な方向にストライプ状に形成される。ベース物質膜59、下部電極60は、当該技術分野に周知の素材から適宜選択され、所定の形状に形成される。ベース物質膜59上に、下部電極60を覆う誘電膜62を形成する。誘電膜62は、強誘電膜から形成可能であるが、例えばPZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNT膜のうち、選択されたいずれか一つから形成可能である。この場合、誘電膜62は、前記の本発明の第1方法により形成可能である。すなわち、下部電極60がストライプ状に形成されたベース物質膜59(第1方法における基板に相当)を準備し(図5における第1段階(50)に相当)、次いで、例えば 前記基板上に非晶質強誘電膜を塗布し(図5における第2段階(52));前記塗布された非晶質強誘電膜をベーキングして固化し(図5における第3段階(54));前記ベーキングした非晶質強誘電膜をプリアニーリングし(図5における第4段階(56)し;前記プリアニーリングした非晶質強誘電膜にエキシマレーザを照射する(図5における第5段階(58)ことによって形成することができる。
第1の方法と同様にして、ケミカル液層40は、一度に所望の厚さを塗布してベーキングできるが、何回かに分けて塗布することもできる。
誘電膜62として強誘電膜が使われる場合、下部電極60は、誘電膜62のエッチング工程に耐えることができる耐エッチング性金属、例えばPt、Ruなどを使用して形成できる。
誘電膜62として強誘電膜が使われる場合、下部電極60は、誘電膜62のエッチング工程に耐えることができる耐エッチング性金属、例えばPt、Ruなどを使用して形成できる。
次に、図8に示すように、誘電膜62上に上部電極64を形成する。上部電極64は、下部電極60に垂直方向にストライプ状に形成することが望ましい。上部電極64は、誘電膜62と界面特性にすぐれる金属、例えばPtから形成可能である。
図8に示した最終図面は、図9に図示した、下部電極60及び上部電極64が交差するように備わったキャパシタC11を8−8’方向に切開した断面を示したものである。図9には、便宜上、誘電膜62とベース物質膜59とを図示していない。
図8に示した最終図面は、図9に図示した、下部電極60及び上部電極64が交差するように備わったキャパシタC11を8−8’方向に切開した断面を示したものである。図9には、便宜上、誘電膜62とベース物質膜59とを図示していない。
このようにして第2方法により得られる強誘電膜を含むキャパシタは、強誘電膜形成工程を500℃より低い温度で進められるので、強誘電膜下に形成されている他の物質層の熱的損傷を最小化できる。また、本発明による方法で強誘電膜を結晶化する場合、レーザビームの選択的吸収が可能であるので、高集積半導体装置の製造工程に本発明をそのまま適用でき、大量生産も可能である。
次に、本発明の第2方法により形成したキャパシタを備える半導体メモリ素子の製造方法を、図10から図15を参照して詳細に説明する。
図10を参照すると、基板70上に第1バッファ層72を形成する。基板70は、低温工程に適した透明基板、例えばガラス基板であることができる。そして、第1バッファ層72は、例えばシリコン酸化膜であることができる。次に、第1バッファ層72上に、低温ポリシリコン工程の適用された薄膜トランジスタを形成する。
具体的には、第1バッファ層72上にポリシリコン層74を形成する。ポリシリコン層74は、基板70上に非晶質シリコン層(図示せず)を形成した後、これを結晶化させて形成可能である。前記非晶質シリコン層の結晶化工程は、エキシマレーザを利用して低温で実施することが望ましい。このように、ポリシリコン層74を形成した後、図11に示するように、ポリシリコン層74の所定領域上にゲート積層物76を形成する。ゲート積層物76は、順次に積層されたゲート絶縁膜76aとゲート電極76bとを含む。ゲート絶縁膜76aは、シリコン酸化膜から形成可能であるが、シリコン酸化膜より誘電率が大きい、いわゆるハイK(high−k)と呼ばれる誘電膜から形成することもできる。ゲート電極76bは、金属、例えばAlから形成することもでき、シリサイド物質から形成することもできる。ゲート電極76b上に、ゲート保護膜(図示せず)をさらに形成できる。このように、ゲート積層物76を形成した後、ゲート積層物76をマスクとして使用し、ポリシリコン層74の露出された領域に導電性不純物をドーピングし、ドーピングされた不純物を活性化させる。前記ドーピングされた不純物の活性化は、低温で実施することが望ましく、例えばエキシマレーザを利用できる。このようにして、ポリシリコン層74にソース領域74s及びドレイン領域74dが形成される。ポリシリコン層74中で、ゲート積層物76の下部分は、ソース領域74sとドレイン領域74dとを連結するチャンネル領域74cになる。ゲート積層物76とソース領域74s及びドレイン領域74dは、薄膜トランジスタを構成する。
いずれの構成要素も半導体メモリ素子において従来公知の物質あるいは適用可能な物質から構成されるもので、本発明はこのような構成要素を構成する物質に限定されるものではない。例えば、ポリシリコン層74は、同等な低温工程が適用される他の物質層、例えばSiOG(Silicon on Glass)層に代替も可能である。
次に、図12に示すように、第1バッファ層72上に前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁層78を形成する。そして、層間絶縁層78上に第2バッファ層80を形成する。
次に、第2バッファ層80と層間絶縁層78とに、ドレイン領域74dが露出されるコンタクトホールh1を形成する。コンタクトホールh1は、写真及びエッチング工程を利用して形成可能である。コンタクトホールh1は、導電性プラグ82で充填する。
次に、第2バッファ層80と層間絶縁層78とに、ドレイン領域74dが露出されるコンタクトホールh1を形成する。コンタクトホールh1は、写真及びエッチング工程を利用して形成可能である。コンタクトホールh1は、導電性プラグ82で充填する。
次に、図14に示すように、第2バッファ層80上に導電性プラグ82を覆う下部電極84を形成する。下部電極84は、PZT膜のような強誘電膜と優秀な界面特性を保持できる電極、例えば白金電極から形成可能である。下部電極84と導電性プラグ82との間にドーピング物質の拡散や接触抵抗を下げることができる物質をさらに形成できる。
下部電極84を形成した後、第2バッファ層80上に非晶質の強誘電膜86を所定厚さに形成する。非晶質の強誘電膜86は、例えばPZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNT膜のうち、いずれか一つのソース物質を含むケミカル液を塗布した後、塗布されたケミカル液をベーキングしてプリアニーリングして形成可能である。前記ケミカル液の塗布工程と前記ベーキング及びプリアニーリング工程は、前記の本発明の第1方法によって実施可能である。
なお、この際に第1の方法と同様にして、ケミカル液の塗布工程とプレアニ―リングは反復して行うことができる。
なお、この際に第1の方法と同様にして、ケミカル液の塗布工程とプレアニ―リングは反復して行うことができる。
次に、非晶質強誘電膜86にレーザビーム88を照射する。レーザビーム88は、エキシマレーザから放出されたレーザビームであることが望ましく、そのうちでもXeClエキシマレーザから放出されたレーザビーム(波長:308nm、パルス幅:20ns)がさらに一層望ましい。レーザビーム88のエネルギー密度、照射回数、レーザビーム88照射時のガス雰囲気及び温度を始めとするレーザビーム88の照射による非晶質強誘電膜86の変化は、本発明の第1方法で前記した通りである。
かかるレーザビーム88の照射により、非晶質強誘電膜86は、図15に示すように、結晶質の強誘電膜86aになる。次に、結晶質の強誘電膜86a上にプレート電極90を形成する。プレート電極90は、下部電極84と同じ理由でPtなどで形成可能である。プレート電極90は、上部電極として使われる。このようにして、トランジスタと強誘電体キャパシタとを備える半導体メモリ素子が形成される。
前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈されるものである。例えば、本発明が属する技術分野で当業者ならば、キャパシタ製造工程や半導体メモリ素子の製造工程以外の製造工程にも本発明の第1方法を適用できるであろう。また、半導体メモリ素子を形成する過程で、薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域の活性化は、レーザビームを照射する方法以外の他の方法で実施できるであろう。よって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められるものである。
本発明は、強誘電膜が使われるあらゆる製品に使われる。例えば、FRAMの製造に適用でき、これをメモリ素子として使用するあらゆる電子製品の製造に適用可能である。
38 基板
40 ケミカル液層
42 非晶質強誘電膜
44 シード
46 レーザビーム
48 結晶質強誘電膜
40 ケミカル液層
42 非晶質強誘電膜
44 シード
46 レーザビーム
48 結晶質強誘電膜
Claims (27)
- 基板を準備する第1段階と、
前記基板上に非晶質強誘電膜を蒸着する第2段階と、
前記非晶質強誘電膜にレーザビームを照射し、前記非晶質強誘電膜を結晶化する第3段階と、
を含むことを特徴とする強誘電膜の形成方法。 - 前記第2段階は、
前記基板上に強誘電膜ソースを含むケミカル液を塗布する段階と、
前記ケミカル液を固化する段階と、
前記固化物をプリアニーリングする段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の強誘電膜の形成方法。 - 前記プリアニーリングは、500℃から550℃で実施することを特徴とする請求項2に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記レーザビームは、XeClエキシマレーザビームとKrFエキシマレーザビームのうち、いずれか一つであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記レーザ照射は、前記基板の温度を500℃より低い温度に保持した状態で、酸素または窒素雰囲気で実施することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記ケミカル液は、300℃で5分間ベーキングして固化することを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記ケミカル液の塗布段階と前記ケミカル液を固化する段階は、反復することを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記レーザビームのエネルギー密度は、50mJ/cm2から500mJ/cm2であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記レーザビームは、1回から100回照射することを特徴とする請求項8に記載の強誘電膜の形成方法。
- 前記強誘電膜は、PZT膜、SBT膜、BLT膜及びBNT膜のうち、選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の強誘電膜の形成方法。
- 下部電極を形成する第1段階と、
前記下部電極上に非晶質強誘電膜を形成する第2段階と、
前記非晶質強誘電膜にレーザを照射し、前記非晶質強誘電膜を結晶化する第3段階と、
前記結晶化された強誘電膜上に上部電極を形成する第4段階と、
を含むことを特徴とする半導体装置のキャパシタ製造方法。 - 前記第2段階は、
前記下部電極上に強誘電膜ソースを含むケミカル液を塗布する段階と、
前記ケミカル液を固化する段階と、
前記固化物をプリアニーリングする段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。 - 前記プリアニーリングは、500℃から550℃で実施することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記レーザビームは、XeClエキシマレーザビームとKrFエキシマレーザビームのうち、いずれか一つであることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記レーザ照射は、前記下部電極の温度を500℃より低く保持した状態で、酸素または窒素雰囲気で実施することを特徴とする請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記ケミカル液は、300℃で5分間ベーキングして固化することを特徴とする請求項12から請求項15のいずれか1項に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記ケミカル液の塗布段階と前記ケミカル液を固化する段階とを反復することを特徴とする請求項12から請求項16のいずれか1項に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記レーザビームのエネルギー密度は、50mJ/cm2から500mJ/cm2であることを特徴とする請求項11から請求項17のいずれか1項に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 前記レーザビームは、1回から100回照射することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
- 低温工程に適した透明基板と、低温ポリシリコン工程が適用された薄膜トランジスタと、キャパシタとを備える半導体メモリ素子の製造方法において、
前記薄膜トランジスタに連結されるように下部電極を形成する第1段階と、
前記下部電極上に非晶質強誘電膜を形成する第2段階と、
前記非晶質強誘電膜にレーザを照射し、前記非晶質強誘電膜を結晶化する第3段階と、
前記結晶化された強誘電膜上に上部電極を形成する第4段階と、
を含むことを特徴とする半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記第2段階は、
前記下部電極上に前記強誘電膜のソースを備えるケミカル液を塗布する段階と、
前記ケミカル液を固化する段階と、
前記固化物をプリアニーリングする段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記ケミカル液を塗布する段階と前記ケミカル液を固化する段階とを反復することを特徴とする請求項21に記載の半導体メモリ素子の製造方法。
- 前記非晶質強誘電膜にXeClエキシマレーザビームを照射することを特徴とする請求項20から請求項22のいずれか1項に記載の半導体メモリ素子の製造方法。
- 前記レーザ照射の間に、前記トランジスタが形成されている基板は、500℃より低い温度に保持し、酸素または窒素ガス雰囲気を保持することを特徴とする請求項20から請求項23のいずれか1項に記載の半導体メモリ素子の製造方法。
- 前記プリアニーリングは、500℃から550℃で実施することを特徴とする請求項21から請求項24のいずれか1項に記載の半導体メモリ素子の製造方法。
- 前記薄膜トランジスタは、
前記透明基板上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層上に非晶質シリコン層を形成する段階と、
前記非晶質シリコン層をポリシリコン層に結晶化する段階と、
前記ポリシリコン層をパターニングし、ポリシリコン層アイランドを形成する段階と、
前記ポリシリコン層アイランドの所定領域上にゲート積層物を形成する段階と、
前記ポリシリコン層アイランドの露出された領域をドーピングする段階と、
前記ポリシリコン層アイランドのドーピングされた領域を活性化する段階と、
を含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記ポリシリコン層アイランドにエキシマレーザを照射し、前記ポリシリコン層アイランドのドーピングされた領域を活性化することを特徴とする請求項26に記載の半導体メモリ素子の製造方法。
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