JP2018523914A - 予備パターン化された底部電極及び酸化障壁上に強誘電体ランダムアクセスメモリを製造する方法 - Google Patents
予備パターン化された底部電極及び酸化障壁上に強誘電体ランダムアクセスメモリを製造する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図3R
Description
本出願は、2015年8月31日に出願された米国仮特許出願第62/212,273号の優先権の利益を主張して2016年3月9日に出願された米国特許出願第15/065,410号の国際出願であり、これらの出願のすべては引用することにより本明細書に組み込まれるものとする。
Claims (20)
- 第1の誘電体層の上に予備パターン化された障壁構造を形成するステップであって、
前記第1の誘電体層の上に酸素障壁層(O2障壁層)を配置するステップ、
前記O2障壁層の上に底部電極層(BE層)を配置するステップ、
前記BE層及び前記O2障壁層をパターン化して、少なくとも1つのBE/O2障壁構造を形成するステップ、
前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の上に第1の水素障壁層(第1のH2障壁層)を配置するステップ、及び
前記H2障壁層を平坦化して、前記予備パターン化された障壁構造の平坦化された上面を形成し、前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の上面を露出させるステップ、
を含むステップと、
前記予備パターン化された障壁構造の上に強誘電体スタック(フェロスタック)を形成するステップと、
前記フェロスタックをパターン化して、前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の各々を有する強誘電体キャパシタを形成するステップと、
を備える、方法。 - 前記予備パターン化された障壁構造の上に前記フェロスタックを形成するステップは、
前記予備パターン化された障壁構造の前記平坦化された上面の上に底部電極遷移層(BE遷移層)を配置し、前記BE遷移層の上に強誘電体層を配置し、前記強誘電体層の上に上部電極を配置するステップ、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記O2障壁層を配置するステップは、
窒化チタン(TiN)を含む第1のO2障壁層を配置するステップ、及び
前記第1のO2障壁層の上に窒化チタンアルミニウム(TiAlN)を含む第2のO2障壁層を配置するステップ、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記O2障壁層はオキシ窒化チタンアルミニウム層(TiAlOxNy層)を含み、前記TiAlOxNy層は前記O2障壁層の上面の近くで酸素リッチであり、前記O2障壁層の底面の近くで窒素リッチである、請求項1記載の方法。
- 前記BE層はイリジウム(Ir)又はプラチナ(Pt)の少なくとも1つを含む、請求項1記載の方法。
- 前記第1のH2障壁層は複数の層を含み、前記第1のH2障壁層を配置するステップは、
前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の上に酸化アルミニウム(Al2O3)の層を配置するステップ、及び
前記Al2O3の層の上に窒化ケイ素の層を配置するステップ、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記予備パターン化された障壁構造を形成するステップは更に、
前記第1のH2障壁層の上に第2の誘電体層を配置するステップ、及び
前記第2の誘電体層の一部分を前記第1のH2障壁層の平坦化と同時に除去するステップであって、前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の上面の上に配置された前記第2の誘電体層の前記一部分と前記第1のH2障壁層の一部分が除去されるステップ、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記BE遷移層は略5nm〜30nmの範囲内の厚さを有し、前記BE遷移層は更にイリジウム又は酸化イリジウムの少なくとも1つを含み、前記BE遷移層の前記厚さと前記BE層の厚さの比は1:12である、請求項1記載の方法。
- 前記フェロスタックをパターン化して前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の各々を有する前記強誘電体キャパシタを形成するステップは更に、
前記フェロスタックのパターン化されるBE遷移層と、前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の予備パターン化されたBE層とを、前記パターン化されるBE遷移層が前記予備パターン化されたBE層と直接接触して、前記強誘電体キャパシタの底部電極(BE)を合同で形成するように整列させるステップ、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の前記予備パターン化されたBE層は第1の長さ(L1)を有し、前記フェロスタックの前記パターン化されたBE遷移層は第2の長さ(L2)を有し、L2がL1より大きい、請求項9記載の方法。
- 前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造の前記予備パターン化されたBE層は第1の長さ(L1)を有し、前記フェロスタックの前記パターン化されたBE遷移層は第2の長さ(L2)を有し、L2がL1に略等しい、請求項9記載の方法。
- 更に、前記第1の誘電体層を貫通して基板の表面まで達する複数の第1のコンタクトを形成するステップであって、前記予備パターン化された障壁構造は前記複数の第1のコンタクト及び前記第1の誘電体層の上面の上に配置されるステップを含む、請求項1記載の方法。
- 前記予備パターン化された障壁構造を形成するステップは更に、
ローカルインターコネクト(LI)及びランディングパッドを前記複数の第1のコンタクト及び前記第1の誘電体層の前記上面の上に形成するステップを含み、前記LI及び前記ランディングパッドは前記O2障壁層の上に前記BE層を備える前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造に類似の構造を有し、前記ランディングパッド及び前記少なくとも1つのBE/O2障壁構造は対応するコンタクトの各々と電気的に結合される、請求項12記載の方法。 - 更に、前記LI、前記ランディングパッド及び前記少なくとも1つの強誘電体キャパシタを封入するためにTiN又はTiAlNの少なくとも1つを含む第2のH2障壁層を配置するステップと、
前記第2のH2障壁層の上に第3の誘電体層を配置するステップと、
前記第3の誘電体層の平坦化された上面から前記LI、前記ランディングパッド又は前記少なくとも1つの強誘電体キャパシタの上部電極の少なくとも1つまで延在する複数の第2のコンタクトを形成するステップと、
を含む、請求項13記載の方法。 - 基板上に形成された相補型金属酸化膜半導体(CMOS)回路の少なくとも一部分を封入するために第1の誘電体層を前記基板の上に配置するステップと、
前記第1の誘電体層の上に予備パターン化された障壁構造を形成するステップであって、前記予備パターン化された障壁構造は複数の底部電極/酸素障壁構造(BE/O2障壁構造)及び複数の水素障壁構造(H2障壁構造)を備え、各BE/O2障壁構造はO2障壁層の上に堆積された底部電極層(BE層)を備え、且つ各BE/O2障壁構造は2つの隣接するH2障壁構造の間に形成されている、ステップと、
前記複数のBE/O2障壁構造の各々を有する強誘電体キャパシタを形成するために前記予備パターン化された障壁構造の上にフェロスタックを堆積しパターン化するステップと、
を含む、方法。 - 前記フェロスタックを堆積しパターン化するステップは、
強誘電体層及び底部電極遷移層(BE遷移層)の上に上部電極層(TE層)を堆積するステップ、及び
前記TE層、前記強誘電体層及び前記BE遷移層を、パターン化されたBE遷移層の各々が前記複数のBE/O2障壁構造の1つのBE層と整列するようにパターン化するステップ、
を含み、前記パターン化されたBE遷移層の各々とその下の前記BE層が前記強誘電体キャパシタの底部電極を形成する、請求項15記載の方法。 - 前記パターン化されたBE遷移層の各々は第2の長さ(L2)を有し、その下の前記BE層は第1の長さ(L1)を有し、L2がL1より大きい、請求項16記載の方法。
- 前記パターン化されたBE遷移層の各々は第2の長さ(L2)を有し、その下の前記BE層は第1の長さ(L1)を有し、L2がL1に略等しい、請求項16記載の方法。
- 基板の表面上の第1の誘電体層を貫通して前記基板の前記表面に形成された金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタの拡散領域まで達するコンタクトを形成するステップと、
前記第1の誘電体層及び前記コンタクトの上に酸素障壁層(O2障壁層)を堆積するステップと、
前記O2障壁層の上に底部電極層を堆積するステップと、
前記コンタクトの上にO2障壁構造を形成するために前記O2障壁層及び前記底部電極層をパターン化するステップと、
前記O2障壁構造を水素障壁層(H2障壁層)で封入するステップと、
前記H2障壁層の上に第2の誘電体層を堆積するステップと、
前記第2の誘電体層及び前記H2障壁層を平坦化して前記O2障壁構造の上面を露出させるステップと、
前記O2障壁構造の上にフェロスタックを堆積するステップであって、前記フェロスタックは、前記O2障壁構造の予備パターン化された底部電極層上に堆積された底部電極遷移層、前記底部電極遷移層上に堆積された強誘電体層及び前記強誘電体層上に堆積された上部電極を含む、ステップと、
前記フェロスタックをパターン化して前記O2障壁構造を有する強誘電体キャパシタを形成するステップであって、パターン化された底部電極遷移層と前記予備パターン化された底部電極層が前記強誘電体キャパシタの底部電極を形成し、前記底部電極は予備パターン化されたO2障壁層を貫通する前記コンタクトに電気的に結合される、ステップと、
を備える、方法。 - 前記O2障壁層をパターン化するステップは、ローカルインターコネクト(LI)及びランディングパッドを同時に形成するように前記O2障壁層をパターン化するステップを含み、前記O2障壁構造を封入するステップは、前記LI及び前記ランディングパッドを前記H2障壁層で封入するステップを含む、請求項19記載の方法。
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