JP2023133142A - メモリ構造及びその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置構造を提供する。【解決手段】第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、導電特徴に電気的に結合する下部電極層と、下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、導電特徴の上方に配置される強誘電体トンネル接合スタックと、強誘電体トンネル接合スタックの側壁に沿って配置されるスペーサと、スペーサ及び強誘電体トンネル接合スタックの上方に配置される第２の誘電体層と、延伸して第２の誘電体層を通過するコンタクトホールと、を備え、上部電極層は、導電性金属酸化物で形成される装置構造。【選択図】図１３
Description
メモリ構造及びその形成方法に関する。
集積回路（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ；ＩＣ）産業は、指数関数的に成長してきた。ＩＣ材料及び設計の技術的進歩により、多世代のＩＣは登場し、そのうち各世代の回路が前世代よりも小さく且つ複雑になる。ＩＣの進化過程中に、機能密度（即ち、チップ面積当たりの相互接続装置の数）がおおむね増加してきたが、幾何学的な大きさ（即ち、製造プロセスにより生産可能な最小アセンブリ（又はワイヤ））が小さくなってきた。このような寸法縮小プロセスは、通常、生産効率の向上及び関連コストの削減により利益を提供する。
寸法縮小プロセスにより、回路設計者は、装置を基板工程（ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ－ｏｆ－ｌｉｎｅ；ＦＥＯＬ）階層から相互接続構造の所在する配線工程（ｂａｃｋ－ｅｎｄ－ｏｆ－ｌｉｎｅ；ＢＥＯＬ）階層に移すように促す。例としては、強誘電性に基づくメモリ装置は、ＢＥＯＬ階層で形成されることができる。ＢＥＯＬ階層で強誘電性に基づくメモリ装置を形成することは、課題がないわけではない。強誘電性に基づくメモリ装置の従来のプロセス及び構造は、通常、現在のメモリ装置の所期の目標にとって十分であるが、これらの従来のプロセス及び構造は、全ての面で満足に思われるわけではない。
本開示の幾つかの実施例によれば、装置構造は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、導電特徴に電気的に結合する下部電極層と、下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、導電特徴の上方に配置される強誘電体トンネル接合スタックと、強誘電体トンネル接合スタックの複数の側壁に沿って配置されるスペーサと、スペーサ及び強誘電体トンネル接合スタックの上方に配置される第２の誘電体層と、延伸して第２の誘電体層を通過し、且つ上部電極層の上面に接触するコンタクトホールと、を備え、上部電極層は、導電性金属酸化物で形成される。
本開示の幾つかの実施例によれば、構造は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、導電特徴及び第１の誘電体層の上方に位置するエッチングストップ層と、導電特徴に接触するように延伸してエッチングストップ層を通過する底部コンタクトホールと、底部コンタクトホールに接触する下部電極層と、下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、エッチングストップ層及び底部コンタクトホールに配置されるメモリスタックと、を備え、上部電極層は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源からの放射線が上部電極層全体の深さにわたって透過することを可能にする導電性材料で形成される。
本開示の幾つかの実施例によれば、方法は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴を含むワークを提供するステップと、ワークの上方にエッチングストップ層を堆積するステップと、導電特徴に接触するようにエッチングストップ層を通過してコンタクトホールを形成するステップと、エッチングストップ層及びコンタクトホールの上方に下部電極層を堆積するステップと、下部電極層の上方に強誘電体層を堆積するステップと、強誘電体層の上方に上部電極層を堆積するステップと、上部電極層を堆積した後、強誘電体層の結晶化を促進するように、レーザ源によりレーザアニーリングプロセスを実行するステップと、レーザアニーリングプロセスの後、下部電極層、強誘電体層及び上部電極層をパターニングしてメモリスタックを形成するステップと、を含み、上部電極層は、レーザ源からの放射線の透過を可能にする導電性材料で形成される。
添付図面に合わせて読むと、以下の詳細な説明から本開示の各態様を最適に理解することができる。注意すべきなのは、業界における基準方法に従い、各種の特徴が縮尺通りに描かれていないことである。実際には、明瞭に検討するために、各種の特徴の寸法を任意に増減可能である。
本開示内容は、おおむね、集積回路装置に関し、より具体的には、集積回路装置に用いられる相互接続構造に関する。
言及された主題の異なる特徴を実現するために、以下の開示内容は、多くの異なる実施例又は例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、アセンブリや配置等の具体例を説明する。勿論、これらは単に例に過ぎず、限定的なものではない。例えば、以下の説明では、第２の特徴の上又は上方に第１の特徴を形成することは、第１の特徴と第２の特徴が直接接触するように形成される実施例を含んでもよく、第１の特徴と第２の特徴の間に付加的な特徴を形成し、第１の特徴と第２の特徴が直接接触しないことを可能にする実施例を含んでもよい。また、本開示は、各種の例において数字及び／又はアルファベットを繰り返して参照してよい。この繰り返しは、簡単且つ明瞭にするためであり、且つそれ自体は、検討される各種の実施例及び／又は配置の間の関係を表さない。
また、本明細書において、１つの素子又は特徴と図示される別の素子又は特徴との関係を説明しやすいように、「～下に」、「～下方に」、「下部に」、「～上に」、「上部に」等の空間相対的用語を使用してよい。図示される配向の他、空間相対的用語は、使用又は操作中における装置の異なる配向を含むことを意図する。装置は、他の形で配向されてもよく（９０度回転又は他の方向）、同様に、それに応じてここで使用される空間相対的記述符号を解釈してよい。
また、「約」、「およそ」及び類似する用語で数字又は数字範囲を記述する時、用語は、当業者に理解される製造中に固有に発生する誤差の合理的な範囲内の数字を包含することを意図する。例えば、数字又は数字範囲は、記述される数字を含む合理的な範囲を包含し、この範囲は数字関連特性の特徴の製造に関する既知の製造公差に基づくものであり、例えば記述される数字の＋／－１０％内にある。例えば、「約５ｎｍ」の厚さを有する材料層は、４．２５ｎｍ～５．７５ｎｍの寸法範囲を包含してよく、材料層の堆積に関連する製造公差は、当業者に知られているように＋／－１５％である。更に、本開示内容は、各種の実例において数字及び／又はアルファベットを繰り返して参照してよい。この繰り返しは、簡単且つ明瞭にするためであり、且つそれ自体は、説明される各種の実施例及び／又は配置の間の関係を限定しない。
ＩＣの製造プロセスの流れは、典型的に、基板工程（ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ－ｏｆ－ｌｉｎｅ；ＦＥＯＬ）と、中間工程（ｍｉｄｄｌｅ－ｅｎｄ－ｏｆ－ｌｉｎｅ；ＭＥＯＬ）と、配線工程（ｂａｃｋ－ｅｎｄ－ｏｆ－ｌｉｎｅ；ＢＥＯＬ）との３つの種類に分けられる。ＦＥＯＬプロセスは、通常、トランジスタ等のＩＣ装置の製造に関するプロセスを包含する。例としては、ＦＥＯＬプロセスは、隔離特徴、チャネル特徴、ゲート特徴及びソースとドレイン特徴（通常、ソース／ドレイン特徴と称される）の形成を含んでよい。ＭＥＯＬプロセスは、通常、フィン型電界効果トランジスタ（ｆｉｎ－ｔｙｐｅ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦｉｎＦＥＴ）又はゲートオールアラウンド（ｇａｔｅ－ａｌｌ－ａｒｏｕｎｄ；ＧＡＡ）トランジスタ（マルチブリッジチャネル（ｍｕｌｔｉ－ｂｒｉｄｇｅ－ｃｈａｎｎｅｌ；ＭＢＣ）型トランジスタ又はサラウンディング・ゲート・トランジスタ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｇａｔｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＳＧＴ）とも呼ばれる）等のマルチゲート装置へのコンタクトの製造に関するプロセスを包含する。ＭＥＯＬ特徴の実例としては、マルチゲートトランジスタのゲート構造及び／又はソース／ドレイン特徴へのコンタクトを含む。ＢＥＯＬプロセスは、通常、相互接続ＦＥＯＬのＩＣ特徴に用いられる多層相互接続（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ；ＭＬＩ）特徴の製造に関するプロセスを包含し、このように、ＩＣ装置の動作を実現する。ＦＥＯＬ階層の占用面積を節約するために、フォトリソグラフィ精度レベルを要求しないトランジスタの大きい装置をＦＥＯＬ構造に移してよい。例としては、ＢＥＯＬ階層で、強誘電体トンネル接合（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ；ＦＴＪ）メモリ装置等の強誘電性に基づくメモリ装置を製造してよい。
強誘電体トンネル接合メモリは、強誘電体トンネルバリア層を挟む２つの電極を含む不揮発性メモリである。強誘電体トンネル接合メモリと強誘電体ランダムアクセスメモリ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ；ＦｅＲＡＭ）は、一部の類似するプロパティを共有するが、この２種類のメモリは、多くの点で異なる。ＦｅＲＡＭでは、厚い強誘電体膜が２つの電極の間に挟まれ、且つ２つの電極の間に電界を印加することで残留分極（ｒｅｍｎａｎｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を切り替える。しかしながら、残留分極の容量読み出しによって、分極が乱され、情報を改めて書き込む必要がある場合がある。また、厚い強誘電体膜における読み出し電流が低い傾向があるため、コンパクト化又はＢＥＯＬ構造への統合が課題となる。ＦｅＲＡＭに比べ、強誘電体トンネル接合メモリは、量子力学的トンネリングを可能にする薄い強誘電体層（ナノメートルで計測）を含む。量子力学的トンネリングによって、高度に識別可能なオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）抵抗を有するトンネル抵抗が引き起こされ、非破壊性抵抗読み出しが可能になってしまう。また、強誘電体トンネル接合メモリは、ＢＥＯＬ構造にメモリを統合することを可能にする読み出し電流を有する。
強誘電体トンネル接合メモリにおける強誘電体層に対する十分な熱処理は、結晶化と優れた強誘電性を達成するための必要条件であることが観察された。幾つかの従来技術において、過剰な熱によりゲート構造等のＦＥＯＬ構造が損傷される可能性があるため、強誘電体層に対する熱処理を慎重に行う必要がある。熱処理の温度は、４００℃より低く保持される場合が多いが、これにより、強誘電体層の結晶化が不十分になるおそれがある。
本開示内容は、ＦＥＯＬ構造に予期外の損害を与えることなく強誘電体層の結晶化を達成するために、プロセス及び強誘電体トンネル接合メモリ構造を提供する。本開示内容の強誘電体トンネル接合メモリは、レーザ源からの放射線がレーザアニーリングプロセス中に上部電極層を透過可能な光透過性の上部電極層を含む。本開示内容によるプロセスにおいて、ワークの上方に下部電極層、強誘電体層及び光透過性の上部電極層を堆積し、且つレーザアニーリングを実行する。レーザアニーリング中に、レーザ源からの放射線は、光透過性の上部電極層を透過して、ＦＥＯＬ構造が過剰な熱を受けることなく強誘電体層を局所的に約４００℃～約１０００℃の温度まで加熱する。同時に、光透過性の上部電極層は、強誘電体層が強誘電性の結晶相結晶化を示すことができるように、強誘電体層に応力を印加する。強誘電体トンネル接合メモリ構造及びプロセスは、ＦＥＯＬ構造を損傷するリスクが非常に低く、又はＦＥＯＬ構造を損傷しない場合に、強誘電体層の改良された結晶化を提供する。
以下、添付図面を参照しながら、本開示内容の各種の態様をより詳細に記述する。この点に関して、図１及び図１４は、本開示内容の各種の態様によるワーク２００から装置構造を形成する方法１００及び方法４００を示すフローチャートである。方法１００及び方法４００は、実例に過ぎず、本開示内容を方法１００及び方法４００において明確に示されている内容に限定しようとするものではない。方法の更なる実施例について、方法１００又は方法４００の前、その間及びその後に更なるステップを提供してよく、且つ記述される幾つかのステップは、置換、削除又は移動されてよい。簡単にするために、全てのステップは、本明細書において詳細に記述されるわけではない。方法１００について、図２～図１３に合わせて下記に記述し、これらの図面は、方法１００の各種の実施例による異なる製造階段にあるワーク２００の断片的な横断面図である。これに類似し、方法４００について、図２～図４及び図１５～図２２に合わせて下記に記述し、これらの図面は、方法４００の各種の実施例による異なる製造階段にあるワーク２００の断片的な横断面図である。ワーク２００が装置構造として製造されるため、文脈上の必要に応じて、ワーク２００は、本明細書において装置構造２００と呼ばれてもよい。誤解を回避するために、図面におけるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに垂直である。本開示内容の全文において、別途明確に記述されていない限り、類似する参照数字は、類似する特徴を表す。
本開示内容の図面に示される装置構造２００は、簡略化されたものであり、装置構造２００における全ての特徴が詳細に説明又は記述されるわけではない。図面に示される装置構造２００は、各種の受動及び能動マイクロ電子装置を含むＩＣチップの一部、システムオンチップ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｃｈｉｐ；ＳｏＣ）又はその一部であってよく、マイクロ電子装置は、例えば、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、ｐ型電界効果トランジスタ（ｐ－ｔｙｐｅ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＰＦＥＴ）、ｎ型電界効果トランジスタ（ｎ－ｔｙｐｅ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＮＦＥＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）、相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＣＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ（ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＢＪＴ）、横方向拡散金属酸化膜半導体（ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ ＭＯＳ；ＬＤＭＯＳ）トランジスタ、高電圧トランジスタ、高周波トランジスタ、他の適切なアセンブリ又はそれらの組み合わせである。
図１及び図２を参照し、方法１００は、ステップ１０２において、ワーク２００を提供することを含む。ワーク２００は、基板２０２を含む。一実施例において、基板２０２は、シリコン（Ｓｉ）を含む。追加的又は代替的に、基板２０２は、別の元素半導体（例えばゲルマニウム（Ｇｅ））、化合物半導体（例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）及び／又はアンチモン化インジウム）、合金半導体（例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ）及び／又はそれらの組み合わせを含んでよい。代替的に、基板２０２は、シリコン・オン・インシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ＳＯＩ）基板、シリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｇｅｒｍａｎｉｕｍ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ＳＧＯＩ）基板又はゲルマニウム・オン・インシュレータ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ＧｅＯＩ）基板等の半導体・オン・インシュレータ基板であってもよい。半導体・オン・インシュレータ基板は、酸素注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ；ＳＩＭＯＸ）、ウェハ接合及び／又は他の適切な方法の分離ステップにより製造されてよい。基板２０２は、装置構造２００の設計要件に応じて各種のドープ領域（図示されていない）を含んでよい。幾つかの実施形態において、基板２０２は、ドープによってｐ型ドーパントを有するｐ型ドープ領域（例えば、ｐ型ウェル）を含み、ｐ型ドーパントは、例えばホウ素（例えば、ＢＦ２）、インジウム、他のｐ型ドーパント又はそれらの組み合わせである。幾つかの実施形態において、基板２０２は、ドープによってｎ型ドーパントを有するｎ型ドープ領域（例えば、ｎ型ウェル）を含み、ｎ型ドーパントは、例えばリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、他のｎ型ドーパント又はそれらの組み合わせである。幾つかの実施形態において、基板２０２は、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントの組み合わせを有するドープ領域を含む。各種のドープ領域は、例えば、ｐウェル構造、ｎウェル構造、二重ウェル構造、突起構造又はそれらの組み合わせを提供するように、基板２０２の上及び／又はその中に直接形成されてよい。各種のドープ領域を形成するために、イオン注入プロセス、拡散プロセス及び／又は他の適切なドーププロセスを実行してよい。
記述される実施例において、ワーク２００は、基板２０２上に製造される装置２０を含む。装置２０は、プレーナ型トランジスタ、又はフィン型電界効果トランジスタやゲートオールアラウンドトランジスタ等のマルチゲートトランジスタであってよい。ゲートオールアラウンドトランジスタは、様々な形状のチャネル領域を含んでよく、前記形状は、ナノメートル構造と総称され得るナノワイヤ、ナノロッド又はナノシートを含む。ゲートオールアラウンドトランジスタは、マルチブリッジチャネルトランジスタ又はサラウンディング・ゲート・トランジスタ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ－ｇａｔｅ－ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＳＧＴ）と称されてもよい。図２に代表的に示される装置２０は、プレーナ型装置であり、このプレーナ型装置は、能動領域２０４のチャネル領域の上方に配置されるゲート構造２０６、及びソース／ドレイン領域２０８を含む。能動領域２０４は、シリコン（Ｓｉ）基板であり得る基板２０２で形成され、又は基板２０２上に形成されるエピタキシャル層で形成されてよい。後者の場合、エピタキシャル層は、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含んでよい。装置２０は、図２及び後続の図面においてプレーナ型装置であると示されているが、フィン型電界効果トランジスタ又はゲートオールアラウンドトランジスタであってもよいことを理解すべきである。
明確に示されていないが、ゲート構造２０６は、フィン構造に接合する界面層、界面層の上方に位置するゲート誘電体層及びゲート誘電体層の上方に位置するゲート電極層を含む。界面層は、酸化シリコン、ケイ酸ハフニウム又は酸窒化シリコン等の誘電体材料を含んでよい。界面層は、化学酸化、熱酸化、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）、化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）及び／又は他の適切な方法により形成されてよい。ゲート誘電体層は、酸化ハフニウム等の高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）誘電体材料を含んでよい。代替的に、ゲート誘電体層は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ハフニウム酸化ジルコニウム（ＨｆＺｒＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、ＳｒＴｉＯ３（ＳＴＯ）、ＢａＴｉＯ３（ＢＴＯ）、ＢａＺｒＯ、酸化ハフニウムランタン（ＨｆＬａＯ）、ランタンシリケート（ＬａＳｉＯ）、アルミニウムシリケート（ＡｌＳｉＯ）、酸化ハフニウムタンタル（ＨｆＴａＯ）、酸化ハフニウムチタン（ＨｆＴｉＯ）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、それらの組み合わせ又は他の適切な材料等の他の高誘電率誘電体材料を含んでもよい。ゲート誘電体層は、原子層堆積、物理気相成長（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）、化学気相成長、酸化及び／又は他の適切な方法により形成されてよい。
ゲート構造２０６のゲート電極層は、単一層を含んでよく、又は、代替的に装置の性能を補強するように選定された仕事関数を有する金属層（仕事関数金属層）、ライナー層、湿潤層、接着層、金属合金又は金属シリサイドの複数種の組み合わせ等の多層構造を含む。例を挙げて説明すれば、ゲート電極層は、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンアルミニウム（ＴｉＡｌ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）、窒化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＮ）、炭化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＣ）、炭窒化タンタル（ＴａＣＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）、銅（Ｃｕ）、他の耐火金属又は他の適切な金属材料又はそれらの組み合わせを含んでよい。
ソース／ドレイン領域２０８は、ドープ領域、又は気相エピタキシ（ｖａｐｏｒ－ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ；ＶＰＥ）、超高真空化学気相成長（ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖａｃｕｕｍ ＣＶＤ；ＵＨＶ－ＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）及び／又は他の適切なプロセスにより堆積されてなるものであってよい。ソース／ドレイン領域２０８は、ｎ型である場合、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のｎ型ドーパントがドープされたシリコンを含んでよい。ソース／ドレイン領域２０８は、ｐ型である場合、ホウ素（Ｂ）や二フッ化ホウ素（ＢＦ２）等のｐ型ドーパントがドープされたシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含んでよい。図面に明確に示されていない幾つかの代替的な実施例において、ソース／ドレイン領域２０８は、複数の層を含んでよい。１つの実例において、ソース／ドレイン領域２０８は、フィン構造のソース／ドレイン領域の上方に位置する少量ドープの第１のエピタキシャル層、少量ドープの第１のエピタキシャル層の上方に位置する大量ドープの第２のエピタキシャル層及び大量ドープの第２のエピタキシャル層の上方に配置される被覆エピタキシャル層を含んでよい。第１のエピタキシャル層は、格子不整合の欠陥を減らすように、第２のエピタキシャル層より低いドーパント濃度又は小さいゲルマニウム含有量（ゲルマニウムが存在する場合）を有する。第２のエピタキシャル層は、抵抗を低減するとともにチャネルにおける歪みを増やすように、最も高いドーパント濃度又は最も高いゲルマニウム含有量（ゲルマニウムが存在する場合）を有する。被覆エピタキシャル層は、エッチング耐性を増やすように、第２のエピタキシャル層より小さいドーパント濃度及びゲルマニウム含有量（ゲルマニウムが存在する場合）を有してよい。
図２に明確に示されていないが、基板２０２の上方には、能動領域２０４に類似する複数の能動領域が形成されている。これらの能動領域は、隔離特徴により互いに隔離されてよい。幾つかの実施形態において、隔離特徴は、ドライエッチングプロセスにより基板２０２におけるグルーブ又は基板２０２上のエピタキシャル層をエッチングし、且つ化学気相成長プロセス、流動性化学気相成長（ｆｌｏｗａｂｌｅ ＣＶＤ；ＦＣＶＤ）プロセス又はスピンオングラスプロセスによりインシュレータ材料をグルーブに充填することで形成されてよい。過剰なインシュレータ材料を除去するとともに平坦な表面を提供するように、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）プロセスを実行してよい。記述される実施例において、隔離特徴は、化学機械研磨プロセスの後に形成される。装置２０がフィン構造又はフィン状構造を含むマルチゲート装置である場合、インシュレータ材料は、隔離特徴を形成し、フィン構造又はフィン状構造が隔離構造の上に突出するようにエッチバックされてよい。幾つかの実施形態において、隔離特徴は、多層構造を含んでよく、この多層構造は、ライナー誘電体層及びバルク誘電体層を含む。隔離特徴は、酸化シリコン、酸窒化シリコン、ホウケイ酸ガラス（ｂｏｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＢＳＧ）又はリンケイ酸ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＰＳＧ）を含んでよい。図面に明確に示されていないが、装置２０がマルチゲート装置である場合、ワーク２００は、ＭＥＯＬ構造をも含んでよく、このＭＥＯＬ構造は、１つ又は複数の層間誘電体層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ；ＩＬＤ）内に配置されるソース／ドレインコンタクト又はゲートコンタクトホールを含んでよい。層間誘電体層は、酸化シリコン、テトラエチルオルトケイ酸塩（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ；ＴＥＯＳ）酸化物、非ドープケイ酸塩ガラス（ｕｎ－ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＵＳＧ）、ドープケイ酸塩ガラス（例えばホウリンケイ酸ガラス（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＢＰＳＧ）、溶融ケイ酸塩ガラス（ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＦＳＧ）、リンケイ酸ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＰＳＧ）、ホウ素ドープケイ酸塩ガラス（ｂｏｒｏｎ ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ；ＢＳＧ））及び／又は他の適切な誘電体材料を含んでよい。ソース／ドレインコンタクトは、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）を含んでよい。ゲートコンタクトホールは、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）を含んでよい。
図２に示される実施例において、ワーク２００は、相互接続構造２０１の一部を更に含む。相互接続構造２０１は、示される第１の金属層Ｍ１～第ｎの金属層Ｍｎを含む複数の金属層を含み、点は、第１の金属層Ｍ１と第ｎの金属層Ｍｎの間に介在する金属層を表す。相互接続構造２０１の更なる金属層は、第ｎの金属層Ｍｎの上方に形成される。幾つかの実施例において、相互接続構造は、約９～約１３個の金属層を含んでよく、且つ第ｎの金属層Ｍｎの数字ｎは２より大きくてよい。装置２０を形成した後に本開示内容のプロセスを直ちに実行する場合があるが、このようにすれば、ＦＥＯＬ構造を損傷するリスクがより高くなるおそれがある。つまり、第１の金属層Ｍ１と第ｎの金属層Ｍｎの間に０～１１個の層が存在する可能性がある。相互接続構造の金属層のそれぞれは、少なくとも１つの金属間誘電体層（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ；ＩＭＤ）に嵌め込まれる複数の貫通穴及び金属線を含む。貫通穴及び金属線は、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はアルミニウム（Ａｌ）で形成されてよい。一実施例において、貫通穴及び金属線は、銅（Ｃｕ）で形成される。金属間誘電体層は、上記層間誘電体層と類似した組成を有してよい。示される実施例において、第１の金属層Ｍ１は、第１の貫通穴２１４及び第１の貫通穴２１４に配置される第１の金属線２１６を含む。第１の貫通穴２１４及び第１の金属線２１６は、いずれも第１の層間誘電体層２１２内に嵌め込まれるか又は配置される。これに類似し、第ｎの金属層Ｍｎは、第ｎの層間誘電体層２２２内に嵌め込まれるか又は配置される上部貫通穴２２４及び上部金属線２２６を含む。図２に示される実施例において、ｎは３であり、且つ第１の金属層Ｍ１と第ｎの金属層Ｍｎの間にもう１つの金属層が存在する。本明細書において使用される上部金属線２２６は、その上にメモリスタックが形成される上部金属線を表すことに留意されたい。メモリスタック及び第ｎの金属層Ｍｎの上方により多くの金属層が形成される。
図１及び図３を参照し、方法１００は、ステップ１０４において、ワーク２００の上方に第１のエッチングストップ層（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ；ＥＳＬ）２３０を堆積することを含む。幾つかの実施例において、第１のエッチングストップ層２３０は、炭化シリコンを含み、化学気相成長又はプラズマ化学気相成長（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ；ＰＥＣＶＤ）により堆積されてよい。第１のエッチングストップ層２３０は、エッチングストップ層とされるだけでなく、上部金属線２２６が銅又は銅含有材料で形成される場合に上部金属線２２６における金属の電気移動（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ）を防止するために用いることもできる。幾つかの実施形態において、第１のエッチングストップ層２３０は、約２００ｎｍ～約３５０ｎｍの厚さを有してよい。この厚さは重要でないわけではない。厚さが２００ｎｍよりも小さい場合、第１のエッチングストップ層２３０は、上部金属線２２６における電気移動を十分に抑制できないおそれがある。厚さが３５０ｎｍよりも大きい場合、第１のエッチングストップ層２３０は、多過ぎる厚さを占め、総厚さの小さい金属層（例えば装置２０からの最初の３つ又は最初の４つの金属層）に対してプロセス全体を実行することを阻止してしまう。
図１及び図４を参照し、方法１００は、ステップ１０６において、上部金属線２２６を露出させるように第１のエッチングストップ層２３０を通過して開口２３２を形成することを含む。フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスの組み合わせにより第１のエッチングストップ層２３０を通過して開口２３２を形成してよい。例えば、化学気相成長、流動性化学気相成長又は適切なプロセスにより少なくとも１つのハードマスクを第１のエッチングストップ層２３０の上方に堆積する。続いて、スピンコートによりフォトレジスト層を少なくとも１つのハードマスク層の上方に堆積する。パターニングされたフォトレジストを形成するように、堆積されたフォトレジスト層に、露光前ベークプロセス、フォトマスクから反射された又はフォトマスクを透過した放射線への露光、露光後ベークプロセス及び現像プロセスを行ってよい。続いて、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして少なくとも１つのハードマスク層をエッチングし、パターニングされたハードマスクを形成する。続いて、パターニングされたハードマスクをエッチングマスクとして第１のエッチングストップ層２３０をエッチングし、開口２３２を形成する。ステップ１０６の適切なエッチングプロセスは、ドライエッチングプロセス、ウェットエッチングプロセス又はそれらの組み合わせであってよい。幾つかの実施例において、ステップ１０６のエッチングプロセスは、ドライエッチングプロセス（例えば、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）プロセス）であってよく、このプロセスは、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２）、フッ素含有ガス（例えば、ＳＦ６又はＮＦ３）又は塩素含有ガス（例えば、Ｃｌ２及び／又はＢＣｌ３）の使用を含む。図４に示すように、開口２３２は、完全に延伸して第１のエッチングストップ層２３０を通過し、上部金属線２２６の上面を露出させる。
図１及び図５を参照し、方法１００は、ステップ１０８において、上部金属線２２６に結合するように開口２３２にコンタクトホール２３４を形成することを含む。幾つかの実施例において、コンタクトホール２３４は、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含んでよい。一実施例において、コンタクトホール２３４は、窒化チタン（ＴｉＮ）で形成され、窒化チタンが下の層にある上部金属線２２６における銅の電気移動を減らす傾向があるからである。プロセスの１つの実例において、コンタクトホール２３４に用いられる導電性材料をまず化学気相成長又は物理気相成長により第１のエッチングストップ層２３０及び開口２３２の上方に堆積してから、化学機械研磨プロセス等の平坦化プロセスを実行して第１のエッチングストップ層２３０の上方にある過剰な材料を除去する。別の実施例において、コンタクトホール２３４は、原子層堆積又は有機金属化学気相成長（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ；ＭＯＣＶＤ）等の下から上へ堆積する方法により堆積されてなるものであってよい。後者の実例では、コンタクトホール２３４は、開口２３２により露出した上部金属線２２６の導電性表面上に選択的に堆積されてよい。
図１及び図６を参照し、方法１００は、ステップ１１０において、コンタクトホール２３４及び第１のエッチングストップ層２３０の上方に下部電極層２３６を堆積することを含む。幾つかの実施例において、下部電極層２３６は、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む。下部電極層２３６は、物理気相成長又は化学気相成長によりワーク２００の上面（第１のエッチングストップ層２３０及びコンタクトホール２３４の上面を含む）の上方にブランケット堆積される。下部電極層２３６は、レーザ放射線の透過を可能にする役割がないため、光が透過できず、且つ半透明又は透明な金属酸化物で形成されるわけではないことに留意されたい。幾つかの例において、下部電極層２３６は、約１０ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有してよい。この厚さの範囲は重要でないわけではない。厚さが１０ｎｍよりも小さい場合、下部電極層２３６は、この厚さでの導電メカニズムによって導電性が低くなる可能性がある。厚さが２０ｎｍよりも大きい場合、窒化チタン（ＴｉＮ）等の低導電性材料で形成される下部電極層２３６は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。
図１及び図７を参照し、方法１００は、ステップ１１２において、下部電極層２３６の上方に強誘電体層２３８を堆積することを含む。強誘電体層２３８は、強誘電性を示す二元酸化物、三元酸化物、三元窒化物又は四元酸化物であってよい。強誘電体層２３８は、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯｘ）、ジルコニウム酸ハフニウム（ＨｆＺｒＯｘ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、カルシウムマンガナイト（ＣａＭｎＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、窒化アルミニウムスカンジウム（ＡｌＳｃＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウムイットリウム（ＡｌＹＮ）、ドープＨｆＯ２（ドーパントが例えばＳｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｇｅ等である）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉｙＯｚ；ＰＺＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒＴｉＯｘ）又はタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９；ＳＢＴ）等の材料で形成されてよい。一実施例において、強誘電体層２３８は、ジルコニウムドープの酸化ハフニウム又はハフニウム酸化ジルコニウム（ｈａｆｎｉｕｍ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ；ＨＺＯ）を含む。図７に示すように、強誘電体層２３８は、物理気相成長、化学気相成長又は原子層堆積により下部電極層２３６の上方を含めたワーク２００の上方にブランケット堆積されてよい。ステップ１１２において堆積する時、強誘電体層の堆積方法によって強誘電体層が十分な結晶性を有しないようにするおそれがあるため、強誘電体層２３８は強誘電性を示さなくてもよいことに留意されたい。この面から、ステップ１１２において堆積される強誘電体層２３８は、強誘電体前駆体と見なされてもよい。上記のように、強誘電体層２３８は、量子力学的トンネリングを可能にするために十分に薄い。幾つかの例において、強誘電体層２３８は、約１ｎｍ～約１０ｎｍの厚さを有してよい。強誘電体層２３８の厚さは、下部電極層２３６の厚さよりも小さい。
図１及び図８を参照し、方法１００は、ステップ１１４において、強誘電体層２３８の上方に上部電極層２４０を堆積することを含む。上部電極層２４０は、光透過性の導電性材料で形成される。幾つかの実施例において、上部電極層２４０は、酸化インジウムスズ（ｉｎｄｉｕｍ－ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＦＴＯ）、酸化ガリウム亜鉛（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ；ＧＺＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ；ＡＺＯ）、酸化アンチモンスズ（ａｎｔｉｍｏｎｙ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＡＴＯ）等の導電性金属酸化物で形成される。上部電極層２４０は、物理気相成長又はゾルゲル（ｓｏｌ－ｇｅｌ）プロセスにより堆積されてよい。幾つかの実施形態において、堆積された上部電極層２４０は、アニーリングにより導電性を改良することができる。幾つかの例において、上部電極層２４０のアニーリングは、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザ源の使用を含んでよい。本開示内容によれば、上部電極層２４０は、少なくとも一部のレーザ源の放射線の透過を可能にする材料で形成される。幾つかの例において、上部電極層２４０の透過率は、３０％よりも大きくてよく、そうでなければ、光透過性の上部電極層２４０を有する目的が失われる。つまり、上部電極層２４０は、レーザ源からの放射線に対して半透明又は透明である。本明細書において使用されるレーザ源は、レーザアニーリング操作に用いられるレーザ源を指す。レーザ源の実例は、ヘリウムネオン（Ｈｅ－Ｎｅ）レーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ源、アルゴンイオン（Ａｒ＋）レーザ源、連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｗａｖｅ；ＣＷ）アルゴンレーザ源、クリプトンイオン（Ｋｒ＋）レーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウム（Ｈｅ－Ｃｄ）レーザ源を含む。これらの実例のレーザ源の殆どは、可視スペクトルにおける放射線を放出するため、上部電極層２４０は、可視光に対して半透明又は透明であると見なされてもよい。幾つかの例において、上部電極層２４０は、約１０ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有してよい。厚さが１０ｎｍよりも小さい場合、上部電極層２４０は、この厚さでの導電メカニズムによって導電性が低くなる可能性がある。厚さが２０ｎｍよりも大きい場合、導電性の低い金属酸化物で形成された上部電極層２４０は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。図面に明確に示されていないが、ステップ１１４の操作は、上部電極層２４０に対する低温アニーリングを含んでよく、それによってこの層の光透過性と導電性を向上させる。幾つかの例において、低い温度のアニーリングは、オーブンの使用及び１００℃～約２００℃のアニーリング温度を含んでよい。
図１及び図９を参照し、方法１００は、ステップ１１６において、強誘電体層２３８にレーザアニーリング３００を実行することを含む。上記のように、堆積されたばかりの強誘電体層２３８は、結晶性を欠いているため、強誘電性を示さない可能性がある。強誘電体層２３８における結晶化を増やすために、ステップ１１６においてレーザアニーリング３００を実行する。レーザアニーリング３００について、図９にはワーク２００全体に対する照射として示されているが、レーザアニーリング３００は、上部電極層２４０の実質的に上面全体にわたる走査又はステッピングを含んでよい。上記のステップ１１４の操作についての大まかな記述のように、上部電極層２４０は、レーザアニーリングステップ（例えば図９におけるレーザアニーリング３００）からのレーザ源放射線に対して半透明又は透明である。レーザアニーリング３００からの放射線は、引き続き少なくとも部分的に上部電極層２４０全体の厚さを透過し、且つ強誘電体層２３８に効果的に到達することができる。しかしながら、下方にある層（例えば下部電極層２３６又は第１のエッチングストップ層２３０）は、放射線が装置２０のＦＥＯＬ構造等に到達しないように放射線を遮断する。つまり、強誘電体層２３８の上方に光透過性の上部電極層２４０を有することで、レーザアニーリング３００により、ＦＥＯＬ構造を損傷するリスクが高くなく強誘電体層２３８を効果的にアニーリングして結晶化と強誘電性を促進することができる。幾つかの実施例において、レーザアニーリング３００は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源の使用を含み、且つ約４００℃～約１０００℃のアニーリング温度を含んでよい。このアニーリング温度の範囲は重要でないわけではない。アニーリング温度が４００℃よりも低い場合、強誘電体層２３８の結晶化は遅く、且つ、レーザアニーリング３００は、強誘電性質を保証するために十分な結晶化を達成できない可能性がある。アニーリング温度が１０００℃よりも高い場合、熱エネルギーによって上部金属線２２６又は上部貫通穴２２４が損害される可能性がある。レーザアニーリング３００の効果を表すために、アニーリング後の強誘電体層２３８は、改めて強誘電体層２３８０として標記される。強誘電体層２３８０と強誘電体層２３８は、同じ組成を共有するが、強誘電体層２３８０は、更に結晶化してより高い強誘電性を示す。
観察によると、強誘電体層２３８は、上部電極層２４０からの歪みを受けることなくアニーリングされた場合、強誘電性を示す相状態を形成しない。従って、本開示内容の上部電極層２４０は、以下の幾つかの機能を提供することが分かる。まず、上部電極層２４０は、メモリスタックの上部電極とされる。この機能を提供するために、上部電極層２４０は導電性を有する。次に、上部電極層２４０は、強誘電体層２３８が強誘電性の結晶相を示すことができるように、強誘電体層２３８に引張応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）を印加する。この面では、上部電極層２４０は、応力源又は歪み層とされる。第３に、本開示内容の上部電極層２４０は、レーザアニーリング３００に用いられるレーザ源の放射線に対して半透明又は透明である。
図１及び図１０を参照し、方法１００は、ステップ１１８において、下部電極層２３６、強誘電体層２３８０及び上部電極層２４０をパターニングして第１のメモリスタック２５０を形成することを含む。ステップ１１６において上部電極層２４０を通過して強誘電体層２３８にレーザアニーリング３００を行った後、フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスの組み合わせを実行して下部電極層２３６、強誘電体層２３８０及び上部電極層２４０をパターニングする。プロセスの１つの実例において、化学気相成長によりハードマスク層２４２を上部電極層２４０の上方にブランケット堆積する。ハードマスク層２４２は、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンを含んでよい。ハードマスク層２４２の組成は、第１のエッチングストップ層２３０の組成とは異なることに留意されたい。続いて、スピンコートによりフォトレジスト層をハードマスク層２４２の上方に堆積する。パターニングされたフォトレジストを形成するように、堆積されたフォトレジスト層に、露光前ベークプロセス、フォトマスクから反射された又はフォトマスクを透過した放射線への露光、露光後ベークプロセス及び現像プロセスを行ってよい。続いて、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとしてハードマスク層２４２をエッチングし、パターニングされたハードマスク層２４２を形成する。続いて、パターニングされたハードマスク層２４２をエッチングマスクとして、下部電極層２３６、強誘電体層２３８０及び上部電極層２４０をエッチングし、第１のメモリスタック２５０を形成する。ステップ１１８の適切なエッチングプロセスは、ドライエッチングプロセス（例えば、反応性イオンエッチングプロセス）であってよく、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２）、フッ素含有ガス（例えば、ＳＦ６又はＮＦ３）、塩素含有ガス（例えば、Ｃｌ２及び／又はＢＣｌ３）、臭素含有ガス（例えば、ＨＢｒ）、ヨウ素含有ガス、他の適切なガス及び／又はプラズマ及び／又はそれらの組み合わせの使用を含む。図１０に示すように、第１のメモリスタック２５０は、下部電極層２３６、強誘電体層２３８０、上部電極層２４０及びパターニングされたハードマスク層２４２を含む。強誘電体層２３８０は、量子力学的トンネリングを可能にする厚さを有するため、第１のメモリスタック２５０は、強誘電体トンネル接合スタック又は強誘電体トンネル接合メモリ装置である。第１のメモリスタック２５０は、コンタクトホール２３４の上面が下部電極層２３６の底面に物理的に結合するように、コンタクトホール２３４の上方に直接配置される。示される実施例において、パターニングされたハードマスク層２４２は、第１のメモリスタック２５０に残される。これらの実施例において、パターニングされたハードマスク層２４２は元の位置に残され、これは、パターニングされたハードマスク層２４２を除去すると、上部電極層２４０を損傷するおそれがあり、且つパターニングされたハードマスク層２４２によっていかなるコンタクト構造が第１のメモリスタック２５０の上方に形成されることを実質的に阻害することはないからである。
図１、図１１及び図１２を参照し、方法１００は、ステップ１２０において、更なる加工を実行することを含む。ステップ１２０の更なる加工は、第１のメモリスタック２５０の側壁に沿ってスペーサ２４４（図１１に示される）を形成し、第１のメモリスタック２５０及びスペーサ２４４の上方に第２のエッチングストップ層２５２（図１２に示される）を堆積し、第２のエッチングストップ層２５２の上方に第（ｎ＋１）の層間誘電体層２５４（図１２に示される）を堆積し、層間誘電体層２５４及び第２のエッチングストップ層２５２を通過して第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８（図１２に示される）を形成することを含んでよい。図１１に示されるスペーサ２４４は、ワーク２００の上方（第１のメモリスタック２５０の上方を含む）にスペーサ材料層をコンフォーマルに堆積してから、スペーサ材料層に異方性エッチバックを行うことで形成されてよい。図１１に示すように、スペーサ２４４は、第１のエッチングストップ層２３０の一部の上方のみに位置し、且つスペーサ２４４を形成した後に殆どの第１のエッチングストップ層２３０を露出させる。幾つかの実施例において、スペーサ２４４は、窒化シリコンを含んでよい。続いて、図１２を参照し、第２のエッチングストップ層２５２は、第１のエッチングストップ層２３０の上方にコンフォーマルに堆積される。第２のエッチングストップ層２５２は、第１のエッチングストップ層２３０と異なる材料で形成される。幾つかの実施形態において、第２のエッチングストップ層２５２は、窒化シリコンを含む。第２のエッチングストップ層２５２の材料の選択は重要でないわけではない。第２のエッチングストップ層２５２は、パターニングされたハードマスク層２４２以外の付加的なエッチングストップ層又は保護層とすることができるだけでなく、第１のメモリスタック２５０（特に強誘電体層２３８０）に更なる応力を印加するために用いることもできる。プロセスの１つの実例において、窒化シリコンで形成された第２のエッチングストップ層２５２を第１のメモリスタック２５０の上方にコンフォーマルに堆積し、且つ第２のエッチングストップ層２５２に応力を導入するようにアニーリング温度が約３５０℃～約４００℃であるアニーリングプロセスを実行する。第２のエッチングストップ層２５２は、更なる応力を印加して強誘電体層２３８０における強誘電性を安定的にする。アニーリング自体を行うだけで強誘電体層２３８０の強誘電性を保証できないことが再度分かる。
第２のエッチングストップ層２５２を堆積した後、ワーク２００の上方に第（ｎ＋１）の層間誘電体層２５４を堆積する。層間誘電体層２５４と第１の層間誘電体層２１２は、同じ組成を共有し、簡潔にするために、層間誘電体層２５４についての詳細な記述を省略する。続いて、層間誘電体層２５４及び第２のエッチングストップ層２５２を通過して第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８を形成し、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６が上部電極層２４０に物理的に結合するように、デュアルダマシンを実行してよい。組成から言えば、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８は、第１の貫通穴２１４及び第１の金属線２１６に類似してよく、且つ、簡潔にするために、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８についての詳細な記述を省略する。貫通穴及び金属線がデュアルダマシンプロセスにより形成されるため、貫通穴及び金属線のそれぞれは連続構造であってよいことに留意されたい。図面における貫通穴とその上に覆われている金属線の間の線段は、理解のためのものに過ぎない。図面に明確に示されていないが、相互接続構造２０１を完成するように第（ｎ＋１）の金属層Ｍｎ＋１の上方により多くの金属層（例えばＭｎ＋２、Ｍｎ＋３等）が形成されてよい。
これから、図１３を参照し、図１３は、強誘電体層２３８を堆積する前に、インシュレータ層２６０を下部電極層２３６の上方に堆積する代替的な実施例を示す。インシュレータ層２６０は、強誘電体層２３８０の異なる側で不均衡を引き起こすために用いられる。研究により指摘されたように、片側（例えば図１３に示される底部側）に薄いインシュレータ層を導入することで、第１のメモリスタック２５０のオン抵抗及びオフ抵抗をより識別又は検出しやすくすることができる。つまり、幾つかの実施例において、インシュレータ層２６０を導入することで第１のメモリスタック２５０の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）を改良することができる。幾つかの実施例において、インシュレータ層２６０は、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化モリブデン又は酸化銅を含んでよく、且つ化学気相成長又は原子層堆積により堆積されてよい。酸化亜鉛を上部電極層２４０及びインシュレータ層２６０の候補材料とすることが言及されたが、上部電極層２４０に用いられる酸化亜鉛とインシュレータ層２６０に用いられる酸化亜鉛は、異なる酸素含有量を有することに留意されたい。上部電極層２４０に用いられる酸化亜鉛の酸素含有量は、インシュレータ層２６０に用いられる酸化亜鉛よりも小さい。インシュレータ層２６０が第１のメモリスタック２５０の信号対雑音比を改良する役割を達成できることを確保するために、インシュレータ層２６０の組成は、強誘電体層２３８の組成とは異なる。インシュレータ層２６０は、約１ｎｍ～約１０ｎｍの厚さを有してよい。厚さが１ｎｍよりも小さい場合、インシュレータ層２６０は、第１のメモリスタック２５０の信号対雑音比を改良しない。厚さが１０ｎｍよりも大きい場合、インシュレータ層２６０は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。方法１００において、丁度、強誘電体層２３８を堆積する前に、ステップ１１２においてインシュレータ層２６０を堆積することができる。
図１４は、方法４００を示し、下部電極層を上部金属線２２６に物理的に結合させるための単独のコンタクトホールが形成されていない。以下の方法４００の記述から明らかなように、方法４００の一部のステップは、方法１００の対応するステップに類似する。例えば、ステップ４０２の操作は、ステップ１０２の操作に類似してもよく、ステップ４０４の操作は、ステップ１０４の操作に類似してもよく、ステップ４０６の操作は、ステップ１０６の操作に類似してもよく、ステップ４１４の操作は、ステップ１１６の操作に類似してもよく、ステップ４１６の操作は、ステップ１１８の操作に類似してもよく、ステップ４１８の操作は、ステップ１２０の操作に類似してもよい。簡潔にするために、方法４００におけるこれらの類似するステップの記述を減らすか、ひいては省略してよい。
図１４及び図２を参照し、方法４００は、ステップ４０２において、ワーク２００を提供することを含む。ステップ４０２の操作は、方法１００のステップ１０２の操作に類似するため、簡潔にするために、ステップ４０２についての詳細な記述を省略する。
図１４及び図３を参照し、方法４００は、ステップ４０４において、ワーク２００の上方に第１のエッチングストップ層２３０を堆積することを含む。ステップ４０４の操作は、方法１００のステップ１０４の操作に類似するため、簡潔にするために、ステップ４０４についての詳細な記述を省略する。
図１４及び図４を参照し、方法４００は、ステップ４０６において、上部金属線２２６を露出させるように第１のエッチングストップ層２３０を通過して開口２３２を形成することを含む。ステップ４０６の操作は、方法１００のステップ１０６の操作に類似するため、簡潔にするために、ステップ４０６についての詳細な記述を省略する。
図１４及び図１５を参照し、方法４００は、ステップ４０８において、開口２３２及び第１のエッチングストップ層２３０の上方に下部電極層２６６を堆積することを含む。ステップ４０８の操作によって、コンタクトホール２３４（図５に示される）が先に形成されていない場合に下部電極層２６６をワーク２００の上方に堆積するため、方法４００と方法１００が区別される。図１５に示すように、下部電極層２６６は、第１のエッチングストップ層２３０、露出した上部金属線２２６及び開口２３２の上方にコンフォーマルに堆積されることで、上部金属線２２６の露出した上面に物理的に接触する。幾つかの実施例において、下部電極層２６６は、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む。下部電極層２６６は、レーザ放射線の透過を可能にする役割がないため、光が透過できず、且つ半透明又は透明な金属酸化物で形成されるわけではないことに留意されたい。幾つかの例において、下部電極層２６６は、約１０ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有してよい。この厚さの範囲は重要でないわけではない。厚さが１０ｎｍよりも小さい場合、下部電極層２６６は、この厚さでの導電メカニズムによって導電性が低くなる可能性がある。厚さが２０ｎｍよりも大きい場合、窒化チタン（ＴｉＮ）等の低導電性材料で形成される下部電極層２６６は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。下部電極層２６６の堆積のコンフォーマリティのため、下部電極層２６６は、開口２３２の上方に直接位置する溝又は凹部を含んでよい。
図１４及び図１６を参照し、方法４００は、ステップ４１０において、下部電極層２６６の上方に強誘電体層２６８を堆積することを含む。強誘電体層２６８は、強誘電性を示す二元酸化物、三元酸化物、三元窒化物又は四元酸化物であってよい。強誘電体層２６８は、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯｘ）、ジルコニウム酸ハフニウム（ＨｆＺｒＯｘ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、カルシウムマンガナイト（ＣａＭｎＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、窒化アルミニウムスカンジウム（ＡｌＳｃＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウムイットリウム（ＡｌＹＮ）、ドープＨｆＯ２（ドーパントが例えばＳｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｇｅ等である）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉｙＯｚ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒＴｉＯｘ）又はタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）等の材料で形成されてよい。一実施例において、強誘電体層２６８は、ジルコニウムドープの酸化ハフニウム又はハフニウム酸化ジルコニウムを含む。図１６に示すように、強誘電体層２６８は、物理気相成長、化学気相成長又は原子層堆積により下部電極層２６６及びその凹部の上方を含めたワーク２００の上方にコンフォーマルに堆積されてよい。ステップ４１０において堆積する時、強誘電体層２６８の堆積方法によって強誘電体層２６８が十分な結晶性を有しないため、強誘電体層２６８は強誘電性を示さなくてもよい（又は少なくとも十分な強誘電性を示さない）ことに留意されたい。この面から、ステップ４１０において堆積される強誘電体層２６８は、強誘電体前駆体と見なされてもよい。上記のように、強誘電体層２６８は、量子力学的トンネリングを可能にするために十分に薄い。幾つかの例において、強誘電体層２６８は、約１ｎｍ～約１０ｎｍの厚さを有してよい。強誘電体層２６８の厚さは、下部電極層２６６の厚さよりも小さい。強誘電体層２６８のコンフォーマリティによって、下部電極層２６６における凹部又は溝も強誘電体層２６８に伝達することができる。
図１４及び図１７を参照し、方法４００は、ステップ４１２において、強誘電体層２６８の上方に上部電極層２７０を堆積することを含む。上部電極層２７０は、光透過性の導電性材料で形成される。幾つかの実施例において、上部電極層２７０は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化ガリウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛、酸化アンチモンスズ等の導電性金属酸化物で形成される。本開示内容によれば、上部電極層２７０は、レーザ源の放射線の少なくとも一部の透過を可能にする材料で形成される。幾つかの例において、上部電極層２７０の透過率は、３０％よりも大きくてよく、そうでなければ、光透過性の上部電極層２７０を有する目的が失われる。つまり、上部電極層２７０は、レーザ源からの放射線に対して半透明又は透明である。本明細書において使用されるレーザ源は、レーザアニーリング操作に用いられるレーザ源を指す。レーザ源の実例は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源を含む。これらの実例のレーザ源の殆どは、可視スペクトルにおける放射線を放出するため、上部電極層２７０は、可視光に対して半透明又は透明であると見なされてもよい。幾つかの例において、上部電極層２７０は、約１０ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有してよい。厚さが１０ｎｍよりも小さい場合、上部電極層２７０は、この厚さでの導電メカニズムによって導電性が低くなる可能性がある。厚さが２０ｎｍよりも大きい場合、導電性の低い金属酸化物で形成された上部電極層２７０は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。図面に明確に示されていないが、ステップ４１２の操作は、上部電極層２７０の光透過性と導電性を向上させるように上部電極層２７０に低温アニーリングを行うことを含んでよい。幾つかの例において、低い温度のアニーリングは、オーブンの使用及び１００℃～約２００℃のアニーリング温度を含んでよい。上部電極層２７０は、物理気相成長又は化学気相成長により強誘電体層２６８の上方にコンフォーマルに堆積されてよい。上部電極層２７０のコンフォーマリティによって、強誘電体層２６８における凹部又は溝は上部電極層２７０に伝達することができる。
図１４及び図１８を参照し、方法４００は、ステップ４１４において、強誘電体層２６８にレーザアニーリング３００を実行することを含む。上記のように、堆積されたばかりの強誘電体層２６８は、結晶性を欠いているため、強誘電性を示さない可能性がある。強誘電体層２６８における結晶化を増やすために、ステップ４１４においてレーザアニーリング３００を実行する。レーザアニーリング３００について、図１８にはワーク２００全体に対する同時照射として示されているが、レーザアニーリング３００は、上部電極層２７０の実質的に上面全体にわたる走査又はステッピングを含んでよい。上記のステップ４１２について大まかに記述された操作のように、上部電極層２７０は、レーザアニーリング操作（例えば図１８におけるレーザアニーリング３００）からのレーザ源放射線に対して半透明又は透明である。レーザアニーリング３００からの放射線は、引き続き少なくとも部分的に上部電極層２７０全体の厚さを透過し、且つ下にある強誘電体層２６８に効果的に到達することができる。しかしながら、下方にある層（例えば下部電極層２６６又は第１のエッチングストップ層２３０）は、放射線が装置２０のＦＥＯＬ構造等に到達できないように放射線を遮断する。つまり、強誘電体層２６８の上方に光透過性の上部電極層２７０を有することで、レーザアニーリング３００により、ＦＥＯＬ構造を損傷するリスクが高くなく強誘電体層２６８を効果的にアニーリングして結晶化と強誘電性を促進することができる。幾つかの実施例において、レーザアニーリング３００は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源等の使用を含み、且つ、約４００℃～約１０００℃のアニーリング温度を含んでよい。このアニーリング温度の範囲は重要でないわけではない。アニーリング温度が４００℃よりも低い場合、強誘電体層２６８の結晶化は遅く、且つ、レーザアニーリング３００は、強誘電性質を保証するために強誘電体層２６８の十分な結晶化を達成できない可能性がある。アニーリング温度が１０００℃よりも高い場合、熱エネルギーによって上部金属線２２６又は上部貫通穴２２４が損害される可能性がある。レーザアニーリング３００の効果を表すために、アニーリング後の強誘電体層２６８は、改めて強誘電体層２６８０として標記される。強誘電体層２６８０と強誘電体層２６８は、同じ組成を共有するが、強誘電体層２６８０は、より多く結晶化してより高い強誘電性を示す。
観察によると、強誘電体層２６８は、上部電極層２７０からの歪みを受けることなくアニーリングされた場合、強誘電性を示す相状態を形成しない。上記上部電極層２４０のように、上部電極層２７０は、以下の幾つかの機能を提供することが分かる。まず、上部電極層２７０は、メモリスタックの上部電極とされる。この機能を提供するために、上部電極層２７０は導電性を有する。次に、上部電極層２７０は、強誘電体層２６８が強誘電性の結晶相を示すことができるように、強誘電体層２６８に引張応力を印加する。この面では、上部電極層２７０は、応力源又は歪み層とされる。第３、本開示内容の上部電極層２７０は、レーザアニーリング３００に用いられるレーザ源の放射線に対して半透明又は透明である。
図１４及び図１９を参照し、方法４００は、ステップ４１６において、下部電極層２６６、強誘電体層２６８０及び上部電極層２７０をパターニングして第２のメモリスタック２８０を形成することを含む。ステップ４１４において上部電極層２７０を通過して強誘電体層２６８にレーザアニーリング３００を行った後、フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスの組み合わせを実行して下部電極層２６６、強誘電体層２６８０及び上部電極層２７０をパターニングする。プロセスの１つの実例において、化学気相成長によりハードマスク層２７２を上部電極層２７０の上方にブランケット堆積する。ハードマスク層２７２は、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンを含んでよい。図１９に示すように、幾つかの実施例において、ハードマスク層２７２の一部は、部分的に上部電極層２７０における凹部又はグルーブまで延伸してよい。図１９に示される幾つかの実施例において、ハードマスク層２７２の上面は、凹部又はグルーブを特徴として有してもよい。ハードマスク層２７２の組成は、第１のエッチングストップ層２３０の組成とは異なることに留意されたい。続いて、スピンコートによりフォトレジスト層をハードマスク層２７２の上方に堆積する。パターニングされたフォトレジストを形成するように、堆積されたフォトレジスト層に露光前ベークプロセス、フォトマスクから反射された又はフォトマスクを透過した放射線への露光、露光後ベークプロセス及び現像プロセスを行ってよい。続いて、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとしてハードマスク層２７２をエッチングし、パターニングされたハードマスク層２７２を形成する。続いて、パターニングされたハードマスク層２７２をエッチングマスクとして、下部電極層２６６、強誘電体層２６８０及び上部電極層２７０をエッチングし、第２のメモリスタック２８０を形成する。ステップ４１６の適切なエッチングプロセスは、ドライエッチングプロセス（例えば、反応性イオンエッチングプロセス）であってよく、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２）、フッ素含有ガス（例えば、ＳＦ６又はＮＦ３）、塩素含有ガス（例えば、Ｃｌ２及び／又はＢＣｌ３）、臭素含有ガス（例えば、ＨＢｒ）、ヨウ素含有ガス、他の適切なガス及び／又はプラズマ、及び／又はそれらの組み合わせの使用を含む。図１９に示すように、第２のメモリスタック２８０は、下部電極層２６６、強誘電体層２６８０、上部電極層２７０及びパターニングされたハードマスク層２７２を含む。強誘電体層２６８０は、量子力学的トンネリングを可能にする厚さを有するため、第２のメモリスタック２８０は、強誘電体トンネル接合スタック又は強誘電体トンネル接合メモリ装置である。第２のメモリスタック２８０は、上部金属線２２６の露出した上面が下部電極層２６６の底面に物理的に接触するように、上部金属線２２６の露出した部分の上方に直接配置される。
図１４、図２０及び図２１を参照し、方法４００は、ステップ４１８において、更なる加工を実行することを含む。ステップ４１８のこれらの更なる加工は、第２のメモリスタック２８０の側壁に沿ってスペーサ２４４（図２０に示される）を形成し、第２のメモリスタック２８０及びスペーサ２４４の上方に第２のエッチングストップ層２５２（図２１に示される）を堆積し、第２のエッチングストップ層２５２の上方に第（ｎ＋１）の層間誘電体層２５４（図２１に示される）を堆積し、層間誘電体層２５４及び第２のエッチングストップ層２５２を通過して第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８（図２１に示される）を形成することを含んでよい。図２０に示されるスペーサ２４４は、ワーク２００の上方（第２のメモリスタック２８０の上方を含む）にスペーサ材料層をコンフォーマルに堆積してから、スペーサ材料層に異方性エッチバックを行うことで形成されてよい。図２０に示すように、スペーサ２４４は、第１のエッチングストップ層２３０の一部の上方のみに位置し、且つスペーサ２４４を形成した後に殆どの第１のエッチングストップ層２３０を露出させる。幾つかの実施例において、スペーサ２４４は、窒化シリコンを含んでよい。続いて、図２１を参照し、第２のエッチングストップ層２５２は、第１のエッチングストップ層２３０、スペーサ２４４及び第２のメモリスタック２８０の上方にコンフォーマルに堆積される。第２のエッチングストップ層２５２は、第１のエッチングストップ層２３０と異なる材料で形成される。幾つかの実施形態において、第２のエッチングストップ層２５２は、窒化シリコンを含む。第２のエッチングストップ層２５２のこのような材料の選択は重要でないわけではない。第２のエッチングストップ層２５２は、パターニングされたハードマスク層２７２以外の付加的なエッチングストップ層又は保護層とされる以外に、第２のメモリスタック２８０（特に強誘電体層２６８０）に更なる応力を印加するためにも用いられる。プロセスの１つの実例において、窒化シリコンで形成される第２のエッチングストップ層２５２を第２のメモリスタック２８０の上方にコンフォーマルに堆積し、且つ第２のエッチングストップ層２５２に応力を導入するようにアニーリング温度が約３５０℃～約４００℃であるアニーリングプロセスを実行する。第２のエッチングストップ層２５２は、更なる応力を印加して強誘電体層２６８０における強誘電性を安定的にする。アニーリング自体を行うだけで強誘電体層２６８０における強誘電性を保証できないことが再度分かる。
第２のエッチングストップ層２５２を堆積した後、ワーク２００の上方に第（ｎ＋１）の層間誘電体層２５４を堆積する。層間誘電体層２５４と第１の層間誘電体層２１２は、同じ組成を共有し、簡潔にするために、層間誘電体層２５４についての詳細な記述を省略する。続いて、層間誘電体層２５４及び第２のエッチングストップ層２５２を通過して第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８を形成し、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６が上部電極層２７０に物理的に結合するように、デュアルダマシンを実行してよい。示される実施例において、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６も、延伸してパターニングされたハードマスク層２７２を通過し、且つ部分的に上部電極層２７０を通過することで、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６と上部電極層２７０の間に垂直に位置する任意のパターニングされたハードマスク層２７２を除去する。組成から言えば、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８は、第１の貫通穴２１４及び第１の金属線２１６に類似してもよく、且つ、簡潔にするために、第（ｎ＋１）の貫通穴２５６及び第（ｎ＋１）の金属線２５８についての詳細な記述を省略する。貫通穴及び金属線がデュアルダマシンプロセスにより形成されるため、貫通穴及び金属線のそれぞれは連続構造であってよいことに留意されたい。図面における貫通穴とその上に覆われている金属線の間の線段は、理解のためにのみ示されている。図面に明確に示されていないが、相互接続構造２０１を完成するように第（ｎ＋１）の金属層Ｍｎ＋１の上方により多くの金属層（例えばＭｎ＋２、Ｍｎ＋３等）が形成されてよい。
これから、図２２を参照し、図２２は、強誘電体層２６８を堆積する前に、インシュレータ層２６００を下部電極層２６６の上方に堆積する代替的な実施例を示す。インシュレータ層２６００は、強誘電体層２６８０の異なる側で不均衡を引き起こすために用いられる。研究により指摘されたように、片側（例えば図２２に示される底部側）に薄いインシュレータ層を導入することで、第２のメモリスタック２８０のオン抵抗及びオフ抵抗をより識別又は検出しやすくすることができる。つまり、幾つかの実施例において、インシュレータ層２６００を導入することで第２のメモリスタック２８０の信号対雑音比を改良することができる。幾つかの実施例において、インシュレータ層２６００は、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化モリブデン又は酸化銅を含んでよく、且つ化学気相成長又は原子層堆積により堆積されてよい。酸化亜鉛を上部電極層２７０及びインシュレータ層２６００の候補材料とすることが言及されたが、上部電極層２７０に用いられる酸化亜鉛とインシュレータ層２６００に用いられる酸化亜鉛は、異なる酸素含有量を有することに留意されたい。上部電極層２７０に用いられる酸化亜鉛の酸素含有量は、インシュレータ層２６００に用いられる酸化亜鉛よりも小さい。インシュレータ層２６００が第２のメモリスタック２８０の信号対雑音比を改良する役割を達成することを確保するために、インシュレータ層２６００の組成は、強誘電体層２６８の組成とは異なる。インシュレータ層２６００は、約１ｎｍ～約１０ｎｍの厚さを有してよい。厚さが１ｎｍよりも小さい場合、インシュレータ層２６００は、第２のメモリスタック２８０の信号対雑音比を改良しない。厚さが１０ｎｍよりも大きい場合、インシュレータ層２６００は、大き過ぎる抵抗をもたらす可能性がある。方法４００において、丁度、強誘電体層２６８を堆積する前に、ステップ４１０においてインシュレータ層２６００を堆積することができる。
１つの例示的な態様において、本開示内容は、装置構造に関する。装置構造は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、導電特徴に電気的に結合する下部電極層と、下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、導電特徴の上方に配置される強誘電体トンネル接合スタックと、強誘電体トンネル接合スタックの側壁に沿って配置されるスペーサと、スペーサ及び強誘電体トンネル接合スタックの上方に配置される第２の誘電体層と、延伸して第２の誘電体層を通過するとともに上部電極層の上面に接触するコンタクトホールと、を備え、上部電極層は、導電性金属酸化物で形成される。
幾つかの実施例において、上部電極層は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源からの放射線が上部電極層全体の深さにわたって透過することを可能にする。上部電極層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化ガリウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛又は酸化アンチモンスズを含む。幾つかの実施例において、強誘電体層は、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム、ジルコニウム酸ハフニウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、カルシウムマンガナイト、ビスマスフェライト、窒化アルミニウムスカンジウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウムイットリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムストロンチウム、タンタル酸ストロンチウムビスマスを含む。幾つかの実施例において、上部電極層の組成は、下部電極層の組成とは異なる。幾つかの実施例において、下部電極層は、窒化タンタル、窒化チタン、タンタル、タングステン、白金、ルテニウム、イリジウム又はモリブデンを含む。幾つかの実施例において、装置構造は、導電特徴及び第１の誘電体層の上方に位置するエッチングストップ層を更に備えてよい。下部電極層の一部は、完全に延伸してエッチングストップ層を通過する。幾つかの実施例において、エッチングストップ層の組成は、スペーサの組成とは異なる。幾つかの実施例において、スペーサは、窒化シリコンを含み、エッチングストップ層は、炭化シリコンを含む。
別の例示的な態様において、本開示内容は、構造に関する。構造は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、導電特徴及び第１の誘電体層の上方に位置するエッチングストップ層と、導電特徴に接触するように延伸してエッチングストップ層を通過する底部コンタクトホールと、底部コンタクトホールに接触する下部電極層と、下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、エッチングストップ層及び底部コンタクトホールに配置されるメモリスタックと、を備え、上部電極層は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源からの放射線が上部電極層全体の深さにわたって透過することを可能にする導電性材料で形成される。
幾つかの実施例において、上部電極層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化ガリウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛又は酸化アンチモンスズを含む。幾つかの実施例において、下部電極層の組成は、上部電極層の組成とは異なる。幾つかの実施例において、構造は、下部電極層と強誘電体層の間に挟まれるインシュレータ層を更に備えてよい。インシュレータ層は、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化モリブデン又は酸化銅を含む。幾つかの例において、上部電極層は、第１の厚さを含み、強誘電体層は、第２の厚さを含み、第２の厚さは、第１の厚さよりも小さい。
更に別の例示的な態様において、本開示内容は、方法に関し、方法は、第１の誘電体層内に配置される導電特徴を含むワークを提供するステップと、ワークの上方にエッチングストップ層を堆積するステップと、導電特徴に接触するようにエッチングストップ層を通過してコンタクトホールを形成するステップと、エッチングストップ層及びコンタクトホールの上方に下部電極層を堆積するステップと、下部電極層の上方に強誘電体層を堆積するステップと、強誘電体層の上方に上部電極層を堆積するステップと、上部電極層を堆積した後、強誘電体層の結晶化を促進するように、レーザ源によりレーザアニーリングプロセスを実行するステップと、レーザアニーリングプロセスの後、下部電極層、強誘電体層及び上部電極層をパターニングしてメモリスタックを形成するステップと、を含み、上部電極層は、レーザ源からの放射線の透過を可能にする導電性材料で形成される。
幾つかの実施例において、レーザアニーリングプロセスは、約４００℃～約１０００℃の温度を含む。幾つかの実施例において、レーザ源は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源を含む。幾つかの実施例において、上部電極層は、導電性金属酸化物を含む。幾つかの実施例において、上部電極層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化ガリウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛又は酸化アンチモンスズを含む。幾つかの例において、強誘電体層は、約１ｎｍ～約１０ｎｍの第１の深さを含み、上部電極層は、約１０ｎｍ～約２０ｎｍの第２の深さを含む。
以上、幾つかの実施例の特徴を概説したが、当業者が本開示の観点をより良く理解することができる。当業者であれば、同じ目的を実現するか及び／又は本明細書に紹介された実施例と同じ利点を実現するために、他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解すべきである。当業者であれば、このような同等構造が本開示の精神及び範囲から逸脱しておらず、且つ本開示の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更、置換及び変更を行えることをも理解すべきである。
２０ 装置
１００、４００ 方法
１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８ ステップ
２００ ワーク／装置構造
２０１ 相互接続構造
２０２ 基板
２０４ 能動領域
２０６ ゲート構造
２０８ ソース／ドレイン領域
２１２ 第１の層間誘電体層
２１４ 第１の貫通穴
２１６ 第１の金属線
２２２ 層間誘電体層
２２４ 上部貫通穴
２２６ 上部金属線
２３０ 第１のエッチングストップ層
２３２ 開口
２３４ コンタクトホール
２３６、２６６ 下部電極層
２３８、２６８、２３８０、２６８０ 強誘電体層
２４０ 上部電極層
２４２ ハードマスク層
２４４ スペーサ
２５０ 第１のメモリスタック
２５２ 第２のエッチングストップ層
２５４ 層間誘電体層
２５６ 貫通穴
２５８ 金属線
２６０、２６００ インシュレータ層
２７０ 上部電極層
２７２ ハードマスク層
２８０ 第２のメモリスタック
３００ レーザアニーリング
Ｍ１ 第１の金属層
Ｍｎ 第ｎの金属層
Ｍｎ＋１ 第（ｎ＋１）の金属層
Ｘ、Ｙ、Ｚ 方向
１００、４００ 方法
１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８ ステップ
２００ ワーク／装置構造
２０１ 相互接続構造
２０２ 基板
２０４ 能動領域
２０６ ゲート構造
２０８ ソース／ドレイン領域
２１２ 第１の層間誘電体層
２１４ 第１の貫通穴
２１６ 第１の金属線
２２２ 層間誘電体層
２２４ 上部貫通穴
２２６ 上部金属線
２３０ 第１のエッチングストップ層
２３２ 開口
２３４ コンタクトホール
２３６、２６６ 下部電極層
２３８、２６８、２３８０、２６８０ 強誘電体層
２４０ 上部電極層
２４２ ハードマスク層
２４４ スペーサ
２５０ 第１のメモリスタック
２５２ 第２のエッチングストップ層
２５４ 層間誘電体層
２５６ 貫通穴
２５８ 金属線
２６０、２６００ インシュレータ層
２７０ 上部電極層
２７２ ハードマスク層
２８０ 第２のメモリスタック
３００ レーザアニーリング
Ｍ１ 第１の金属層
Ｍｎ 第ｎの金属層
Ｍｎ＋１ 第（ｎ＋１）の金属層
Ｘ、Ｙ、Ｚ 方向
Claims (10)
- 第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、
前記導電特徴に電気的に結合する下部電極層と、前記下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、前記強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、前記導電特徴の上方に配置される強誘電体トンネル接合スタックと、
前記強誘電体トンネル接合スタックの複数の側壁に沿って配置されるスペーサと、
前記スペーサ及び前記強誘電体トンネル接合スタックの上方に配置される第２の誘電体層と、
延伸して前記第２の誘電体層を通過し、且つ前記上部電極層の上面に接触するコンタクトホールと、
を備え、
前記上部電極層は、導電性金属酸化物で形成される装置構造。 - 前記上部電極層は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源からの放射線が前記上部電極層全体の深さにわたって透過することを可能にする請求項１に記載の装置構造。
- 前記上部電極層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化ガリウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛又は酸化アンチモンスズを含む請求項１又は２に記載の装置構造。
- 前記上部電極層の組成は、前記下部電極層の組成とは異なる請求項１又は２に記載の装置構造。
- 前記導電特徴及び前記第１の誘電体層の上方に位置するエッチングストップ層を更に備え、
前記下部電極層の一部は、完全に延伸して前記エッチングストップ層を通過する請求項１又は２に記載の装置構造。 - 前記エッチングストップ層の組成は、前記スペーサの組成とは異なる請求項５に記載の装置構造。
- 第１の誘電体層内に配置される導電特徴と、
前記導電特徴及び前記第１の誘電体層の上方に位置するエッチングストップ層と、
前記導電特徴に接触するように延伸して前記エッチングストップ層を通過する底部コンタクトホールと、
前記底部コンタクトホールに接触する下部電極層と、前記下部電極層の上方に位置する強誘電体層と、前記強誘電体層に位置する上部電極層と、を含み、前記エッチングストップ層及び前記底部コンタクトホールに配置されるメモリスタックと、
を備え、
前記上部電極層は、ヘリウムネオンレーザ源、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットレーザ源、アルゴンイオンレーザ源、連続波アルゴンレーザ源、クリプトンイオンレーザ源、ヒ化ガリウムダイオードレーザ源又はヘリウムカドミウムレーザ源からの放射線が前記上部電極層全体の深さにわたって透過することを可能にする導電性材料で形成される構造。 - 前記下部電極層と前記強誘電体層の間に挟まれるインシュレータ層を更に備え、
前記インシュレータ層は、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化モリブデン又は酸化銅を含む請求項７に記載の構造。 - 前記上部電極層は、第１の厚さを含み、
前記強誘電体層は、第２の厚さを含み、
前記第２の厚さは、前記第１の厚さよりも小さい請求項７又は８に記載の構造。 - 第１の誘電体層内に配置される導電特徴を含むワークを提供するステップと、
前記ワークの上方にエッチングストップ層を堆積するステップと、
前記導電特徴に接触するように前記エッチングストップ層を通過してコンタクトホールを形成するステップと、
前記エッチングストップ層及び前記コンタクトホールの上方に下部電極層を堆積するステップと、
前記下部電極層の上方に強誘電体層を堆積するステップと、
前記強誘電体層の上方に上部電極層を堆積するステップと、
前記上部電極層を堆積した後、前記強誘電体層の結晶化を促進するように、レーザ源によりレーザアニーリングプロセスを実行するステップと、
前記レーザアニーリングプロセスの後、前記下部電極層、前記強誘電体層及び前記上部電極層をパターニングしてメモリスタックを形成するステップと、
を含み、
前記上部電極層は、前記レーザ源からの放射線の透過を可能にする導電性材料で形成される方法。
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