JP3537041B2 - 強誘電体キャパシタおよび強誘電体／ｃｍｏｓ集積化構造 - Google Patents
強誘電体キャパシタおよび強誘電体／ｃｍｏｓ集積化構造Info
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- H10B53/30—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors characterised by the memory core region
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体（Ｆ
Ｅ）キャパシタ、およびその作製方法に関する。特に、
この発明は、少なくとも、強誘電体材料と、強誘電体材
料の対向する面と接触する一対の電極（電極は、付着、
または後の処理で分解しない）と、前記電極のうちの少
なくとも１つと接触する酸素源層（前記酸素源層は、付
着および／または後の処理の際に、少なくとも部分的に
分解する金属酸化物より成る）とを備える強誘電体キャ
パシタ／ＣＭＯＳ集積化構造に関する。
Ｅ）キャパシタ、およびその作製方法に関する。特に、
この発明は、少なくとも、強誘電体材料と、強誘電体材
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なくとも１つと接触する酸素源層（前記酸素源層は、付
着および／または後の処理の際に、少なくとも部分的に
分解する金属酸化物より成る）とを備える強誘電体キャ
パシタ／ＣＭＯＳ集積化構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体（ＦＥ）材料における最近の進
歩は、メモリデバイス応用への強誘電体材料の使用に再
び関心を持たせている。強誘電体材料の主な利点の１つ
は、それらが不揮発性メモリを与えることができること
である。他の利点は、強誘電体材料が、非常に高い誘電
率（２０以上のオーダの）を有することである。高価で
ない不揮発性メモリを要求する多数の応用が、急速に展
開している。不揮発性メモリの安価な集積化を可能にす
るであろうブレークスルーは、この傾向を促進するであ
ろう。
歩は、メモリデバイス応用への強誘電体材料の使用に再
び関心を持たせている。強誘電体材料の主な利点の１つ
は、それらが不揮発性メモリを与えることができること
である。他の利点は、強誘電体材料が、非常に高い誘電
率（２０以上のオーダの）を有することである。高価で
ない不揮発性メモリを要求する多数の応用が、急速に展
開している。不揮発性メモリの安価な集積化を可能にす
るであろうブレークスルーは、この傾向を促進するであ
ろう。
【０００３】強誘電体材料は、まだ解決されていない幾
つかの集積化の問題を有する。特に、強誘電体材料は、
蓄積媒体として動作するために、材料の付着後に、酸素
アニールを一般に要求する。このアニール工程は、好ま
しくは、キャパシタの上部電極の形成後、およびＢＥＯ
Ｌ（ｂａｃｋｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ；ライン
の後工程）膜が設けられる前に行われる。アニールは、
電極／強誘電体界面の品質を改善するのに役立つだけで
なく、上部電極の異方性エッチングおよび／または強誘
電体のパターニングのようなあらゆる高エネルギー処理
工程から生じることがある、強誘電体材料へのダメージ
を回復する。許容できるデバイス特性は、さらに、誘電
体の付着、およびフォーミングガスアニールのような工
程で水素に曝露する際に、強誘電体材料内に発生した酸
素空孔を除去するためにＢＥＯＬ処理後に追加の酸化ア
ニールを要求することもある。
つかの集積化の問題を有する。特に、強誘電体材料は、
蓄積媒体として動作するために、材料の付着後に、酸素
アニールを一般に要求する。このアニール工程は、好ま
しくは、キャパシタの上部電極の形成後、およびＢＥＯ
Ｌ（ｂａｃｋｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ；ライン
の後工程）膜が設けられる前に行われる。アニールは、
電極／強誘電体界面の品質を改善するのに役立つだけで
なく、上部電極の異方性エッチングおよび／または強誘
電体のパターニングのようなあらゆる高エネルギー処理
工程から生じることがある、強誘電体材料へのダメージ
を回復する。許容できるデバイス特性は、さらに、誘電
体の付着、およびフォーミングガスアニールのような工
程で水素に曝露する際に、強誘電体材料内に発生した酸
素空孔を除去するためにＢＥＯＬ処理後に追加の酸化ア
ニールを要求することもある。
【０００４】多数のＢＥＯＬ膜を酸素が透過することが
できないことは、ウェハ製造プロセスの終わり近くで、
アニールの有効性を制限する。さらに、酸素アニール
は、容易に酸化されるＣｕのようなＢＥＯＬ材料、およ
び酸素と反応して揮発性物質を形成する有機の低誘電率
（ｌｏｗ−ｋ）誘電体に対しては、不適合である。これ
らの要因は、問題を与える。というのは、アニールは、
強誘電体材料の蓄積特性を非常に改善するからである。
できないことは、ウェハ製造プロセスの終わり近くで、
アニールの有効性を制限する。さらに、酸素アニール
は、容易に酸化されるＣｕのようなＢＥＯＬ材料、およ
び酸素と反応して揮発性物質を形成する有機の低誘電率
（ｌｏｗ−ｋ）誘電体に対しては、不適合である。これ
らの要因は、問題を与える。というのは、アニールは、
強誘電体材料の蓄積特性を非常に改善するからである。
【０００５】従って、改善された蓄積特性を有する強誘
電体／ＣＭＯＳ集積化構造の作製に用いることのできる
方法を開発する必要性が極めて高い。このような方法
は、ＢＥＯＬ層が設けられる処理の終わりに近い段階
で、高温酸素アニールの必要性を回避、または軽減すべ
きである。開発される方法は、いずれのＢＥＯＬ層にも
酸化ダメージを与えずに、種々のＢＥＯＬ膜層を透過す
る酸素を捕捉する困難にもかかわらず、この目的を達成
すべきである。
電体／ＣＭＯＳ集積化構造の作製に用いることのできる
方法を開発する必要性が極めて高い。このような方法
は、ＢＥＯＬ層が設けられる処理の終わりに近い段階
で、高温酸素アニールの必要性を回避、または軽減すべ
きである。開発される方法は、いずれのＢＥＯＬ層にも
酸化ダメージを与えずに、種々のＢＥＯＬ膜層を透過す
る酸素を捕捉する困難にもかかわらず、この目的を達成
すべきである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的の１つ
は、改善された蓄積特性を有する強誘電体／ＣＭＯＳ集
積化構造を提供することにある。
は、改善された蓄積特性を有する強誘電体／ＣＭＯＳ集
積化構造を提供することにある。
【０００７】この発明の他の目的は、処理の終わりに近
い段階で、高温酸化アニールの必要性を回避、または軽
減するために、集積化構造内に十分な酸素が存在する強
誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造を提供することにある。
い段階で、高温酸化アニールの必要性を回避、または軽
減するために、集積化構造内に十分な酸素が存在する強
誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造を提供することにある。
【０００８】この発明のさらに他の目的は、集積化構造
の蓄積特性が、酸素の少なくとも部分的な放出で改善さ
れるように、十分な酸素が存在する強誘電体／ＣＭＯＳ
集積化構造を作製する方法を提供することにある。
の蓄積特性が、酸素の少なくとも部分的な放出で改善さ
れるように、十分な酸素が存在する強誘電体／ＣＭＯＳ
集積化構造を作製する方法を提供することにある。
【０００９】この発明のさらに他の目的は、ＣＭＯＳ技
術およびＢＥＯＬ技術と共に用いることができる強誘電
体／ＣＭＯＳ集積化構造を作製する簡単な方法を提供す
ることにある。
術およびＢＥＯＬ技術と共に用いることができる強誘電
体／ＣＭＯＳ集積化構造を作製する簡単な方法を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これら、および他の目的
および利点は、この発明において、集積化構造内に酸素
源層を用いることにより、強誘電体キャパシタと、高ε
（ε≧２０）誘電体材料を含む非強誘電体キャパシタと
の両方に対し、得ることができる。この酸素源層は、典
型的に、強誘電体／高ε材料の付着および／または後の
デバイス処理の際に、少なくとも部分的に分解し、集積
化構造内に酸素を放出して、デバイスの蓄積特性を改善
する金属酸化物である。酸素源層の分解および／または
酸素放出温度、すなわちＴd は、好ましくは、集積化構
造内の層にダメージを与えずに、十分な酸素放出を可能
にするほどに低い（すなわち、好ましくは、Ｔd ≦７０
０℃）が、ＢＥＯＬ作製の際に、全く酸素放出が生じな
いことを保証するほどに高い（すなわち、好ましくは、
Ｔd ≧３５０〜４００℃）。前述した、後のデバイス処
理は、酸素源層から、所望量の酸素を放出に特に向けら
れるポストＢＥＯＬアニールを、さらに含むことができ
る。
および利点は、この発明において、集積化構造内に酸素
源層を用いることにより、強誘電体キャパシタと、高ε
（ε≧２０）誘電体材料を含む非強誘電体キャパシタと
の両方に対し、得ることができる。この酸素源層は、典
型的に、強誘電体／高ε材料の付着および／または後の
デバイス処理の際に、少なくとも部分的に分解し、集積
化構造内に酸素を放出して、デバイスの蓄積特性を改善
する金属酸化物である。酸素源層の分解および／または
酸素放出温度、すなわちＴd は、好ましくは、集積化構
造内の層にダメージを与えずに、十分な酸素放出を可能
にするほどに低い（すなわち、好ましくは、Ｔd ≦７０
０℃）が、ＢＥＯＬ作製の際に、全く酸素放出が生じな
いことを保証するほどに高い（すなわち、好ましくは、
Ｔd ≧３５０〜４００℃）。前述した、後のデバイス処
理は、酸素源層から、所望量の酸素を放出に特に向けら
れるポストＢＥＯＬアニールを、さらに含むことができ
る。
【００１１】この発明の態様の１つにおいては、導電性
電極層と、前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層
と、前記強誘電体層上に形成された導電性対向電極層
と、前記導電性の電極層のうちの１つに近接した、少な
くとも部分的に分解した酸素源層とを備える強誘電体キ
ャパシタが与えられる。
電極層と、前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層
と、前記強誘電体層上に形成された導電性対向電極層
と、前記導電性の電極層のうちの１つに近接した、少な
くとも部分的に分解した酸素源層とを備える強誘電体キ
ャパシタが与えられる。
【００１２】上述の強誘電体キャパシタは、１つ以上の
付加的な導電性電極層を備えることができる。これらの
付加的な電極層を、この発明のキャパシタの導電性電極
層の上か下かのいずれかに配置することができる。１つ
以上の酸素不透過性誘電体上層を、この発明の蓄積キャ
パシタの最上層の上に形成することができる。この発明
の強誘電体キャパシタの導電性電極を、独立にパターン
ニングしてもよく、またはパターニングしなくてもよ
い。
付加的な導電性電極層を備えることができる。これらの
付加的な電極層を、この発明のキャパシタの導電性電極
層の上か下かのいずれかに配置することができる。１つ
以上の酸素不透過性誘電体上層を、この発明の蓄積キャ
パシタの最上層の上に形成することができる。この発明
の強誘電体キャパシタの導電性電極を、独立にパターン
ニングしてもよく、またはパターニングしなくてもよ
い。
【００１３】上述の強誘電体キャパシタは、この発明の
強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造の一部を形成する。特
に、この発明のＦＥ／ＣＭＯＳ集積化構造は、少なくと
も１つのトランジスタ領域を有するＣＭＯＳ構造と、前
記ＣＭＯＳ構造上に形成された強誘電体キャパシタとを
備え、前記強誘電体キャパシタは、導電性電極層と、前
記導電性電極層上に設けられた強誘電体層と、前記強誘
電体層上に形成された導電性対向電極層と、前記導電性
電極層のうちの１つに近接した、少なくとも部分的に分
解した酸素源層とを有し、前記強誘電体キャパシタ上に
形成された配線レベルとを備える。
強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造の一部を形成する。特
に、この発明のＦＥ／ＣＭＯＳ集積化構造は、少なくと
も１つのトランジスタ領域を有するＣＭＯＳ構造と、前
記ＣＭＯＳ構造上に形成された強誘電体キャパシタとを
備え、前記強誘電体キャパシタは、導電性電極層と、前
記導電性電極層上に設けられた強誘電体層と、前記強誘
電体層上に形成された導電性対向電極層と、前記導電性
電極層のうちの１つに近接した、少なくとも部分的に分
解した酸素源層とを有し、前記強誘電体キャパシタ上に
形成された配線レベルとを備える。
【００１４】この発明の他の態様においては、集積化強
誘電体キャパシタ／ＣＭＯＳ構造を作製する方法を与え
る。この発明のこの態様によれば、この方法は、（ａ）
半導体ウェハ上に、少なくとも１つの相補型金属−酸化
膜−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを形成する工程と、
（ｂ）前記ＣＭＯＳデバイス上に強誘電体キャパシタを
形成する工程とを含み、前記強誘電体キャパシタは、導
電性電極層に近接する少なくとも１つの酸素源層を備
え、前記酸素源層は、７００℃より低い温度で少なくと
も部分的に分解でき、（ｃ）４５０℃より低い温度で、
前記強誘電体キャパシタ上に、配線レベルを形成する工
程と、（ｄ）強誘電体キャパシタ内に酸素を放出する酸
素源層を少なくとも部分的に分解するように、３００℃
より高い温度で構造を選択的にアニールする工程と含
む。
誘電体キャパシタ／ＣＭＯＳ構造を作製する方法を与え
る。この発明のこの態様によれば、この方法は、（ａ）
半導体ウェハ上に、少なくとも１つの相補型金属−酸化
膜−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを形成する工程と、
（ｂ）前記ＣＭＯＳデバイス上に強誘電体キャパシタを
形成する工程とを含み、前記強誘電体キャパシタは、導
電性電極層に近接する少なくとも１つの酸素源層を備
え、前記酸素源層は、７００℃より低い温度で少なくと
も部分的に分解でき、（ｃ）４５０℃より低い温度で、
前記強誘電体キャパシタ上に、配線レベルを形成する工
程と、（ｄ）強誘電体キャパシタ内に酸素を放出する酸
素源層を少なくとも部分的に分解するように、３００℃
より高い温度で構造を選択的にアニールする工程と含
む。
【００１５】この発明の上記態様を、強誘電体キャパシ
タのみについて説明してきたが、この発明の範囲は、高
ε誘電体材料を含む非強誘電体キャパシタに対する同様
の発明の態様および構成要素の応用を含むことを理解す
べきである。
タのみについて説明してきたが、この発明の範囲は、高
ε誘電体材料を含む非強誘電体キャパシタに対する同様
の発明の態様および構成要素の応用を含むことを理解す
べきである。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、この発明を、この発明を示
す図を参照することにより、より詳細に説明する。図に
おいて、同一の参照符号は、同一および相当する構成要
素を説明するために用いられることに注意すべきであ
る。
す図を参照することにより、より詳細に説明する。図に
おいて、同一の参照符号は、同一および相当する構成要
素を説明するために用いられることに注意すべきであ
る。
【００１７】この発明の方法の第１の実施の形態を示す
図１〜図３を参照する。この実施の形態において、酸素
源層が、導電性対向電極層上に示されている。説明は、
この特定の実施の形態に対して与えられるが、この発明
の方法は、また、後述されるであろうこの実施の形態の
変形をも意図している。
図１〜図３を参照する。この実施の形態において、酸素
源層が、導電性対向電極層上に示されている。説明は、
この特定の実施の形態に対して与えられるが、この発明
の方法は、また、後述されるであろうこの実施の形態の
変形をも意図している。
【００１８】図１は、この発明の初期の構造を示す。こ
の構造は、当業者に周知のこれらの図示された構成要素
に加え、付加的な構成要素を含むことができるＣＭＯＳ
構造の一部分を含む。特に、図１に示した構造は、半導
体基板１０を備え、この半導体基板は、拡散領域１２、
すなわち半導体基板の表面内に形成されたビットライン
の拡散部分を有している。半導体基板上に、拡散領域と
接触するトランジスタ領域１４が示されている。図１に
示した構造は、さらに、誘電体層１８内に形成される導
電層１６を備えている。
の構造は、当業者に周知のこれらの図示された構成要素
に加え、付加的な構成要素を含むことができるＣＭＯＳ
構造の一部分を含む。特に、図１に示した構造は、半導
体基板１０を備え、この半導体基板は、拡散領域１２、
すなわち半導体基板の表面内に形成されたビットライン
の拡散部分を有している。半導体基板上に、拡散領域と
接触するトランジスタ領域１４が示されている。図１に
示した構造は、さらに、誘電体層１８内に形成される導
電層１６を備えている。
【００１９】図１に示した構造は、当業者に周知の通常
の材料から構成され、また、この技術分野で周知の方法
を用いて作製される。例えば、半導体基板１０は、Ｓ
ｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他
の全てのIII／Ｖ 族半導体化合物、および有機半導体を
含むが、これらに限定されないあらゆる半導体材料から
構成される。半導体基板は、ドープしてもよく、ドープ
しなくてもよい。拡散領域は、ｐ型またはｎ型ドーパン
トを含むことができる。
の材料から構成され、また、この技術分野で周知の方法
を用いて作製される。例えば、半導体基板１０は、Ｓ
ｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他
の全てのIII／Ｖ 族半導体化合物、および有機半導体を
含むが、これらに限定されないあらゆる半導体材料から
構成される。半導体基板は、ドープしてもよく、ドープ
しなくてもよい。拡散領域は、ｐ型またはｎ型ドーパン
トを含むことができる。
【００２０】トランジスタ領域１４は、半導体基板表面
に形成されるＳｉＯ2 等のゲート絶縁体の層と、ゲート
絶縁体上に形成される、ポリシリコンまたは他のゲート
導電体の層とを含む通常のゲート・スタックから成る。
サリサイド層を、ポリシリコンまたはゲート導電体上に
形成することができる。また、トランジスタ領域１４
は、側壁分離領域と当業者に周知の他の通常の構成要素
とを含むことができる。簡単にするために、トランジス
タの種々の構成要素は、図に示されないが、トランジス
タ領域１４内に含められることを意図している。
に形成されるＳｉＯ2 等のゲート絶縁体の層と、ゲート
絶縁体上に形成される、ポリシリコンまたは他のゲート
導電体の層とを含む通常のゲート・スタックから成る。
サリサイド層を、ポリシリコンまたはゲート導電体上に
形成することができる。また、トランジスタ領域１４
は、側壁分離領域と当業者に周知の他の通常の構成要素
とを含むことができる。簡単にするために、トランジス
タの種々の構成要素は、図に示されないが、トランジス
タ領域１４内に含められることを意図している。
【００２１】導電層１６は、例えば、金属，導電性窒化
物，導電性金属シリコン窒化物，導電性シリサイド，導
電性酸化物，およびそれらの混合物または多層のような
技術上既知の導電材料より成る。代表的な導電材料は、
Ｃｕ，Ｗ，Ａｌ，ポリシリコン，ＴｉＮ，Ｔａ，Ｔａ
Ｎ，Ｔｉ，およびＷＳｉx を含む。導電層１６は、同一
または異なる導電材料から構成することができる多数の
金属線およびバイアを備えることができる。簡単にする
ために、この発明の図は、２つのバイアおよび１つの金
属線を示している。
物，導電性金属シリコン窒化物，導電性シリサイド，導
電性酸化物，およびそれらの混合物または多層のような
技術上既知の導電材料より成る。代表的な導電材料は、
Ｃｕ，Ｗ，Ａｌ，ポリシリコン，ＴｉＮ，Ｔａ，Ｔａ
Ｎ，Ｔｉ，およびＷＳｉx を含む。導電層１６は、同一
または異なる導電材料から構成することができる多数の
金属線およびバイアを備えることができる。簡単にする
ために、この発明の図は、２つのバイアおよび１つの金
属線を示している。
【００２２】誘電体層１８は、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3Ｎ4，Ｓ
ｉＣＯＨ，ダイヤモンド，ダイヤモンド状炭素（すなわ
ち、無定形炭素），パラリン（ｐａｒａｌｙｎｅ）ポリ
マ，ポリイミド，シリコン含有ポリマ，および他の適切
な誘電体材料を含むが、これらに限定されない技術上既
知のあらゆる無機または有機の誘電体材料から構成され
る。誘電体層１８を図１に示されるように同一材料で構
成することができるが、異なる誘電体材料を用いること
ができる。異なる誘電体材料を用いる場合には、バリア
層（図に示されていない）を、各連続する誘電体層間に
形成することができる。選択的なバリア層は、ＳｉＯ
2 ，Ａｉ2Ｏ3，ＴｉＯ2 ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳiＯxＮy，およ
びＴａ2Ｏ5を含むが、これらに限定されない通常の材料
から構成される。
ｉＣＯＨ，ダイヤモンド，ダイヤモンド状炭素（すなわ
ち、無定形炭素），パラリン（ｐａｒａｌｙｎｅ）ポリ
マ，ポリイミド，シリコン含有ポリマ，および他の適切
な誘電体材料を含むが、これらに限定されない技術上既
知のあらゆる無機または有機の誘電体材料から構成され
る。誘電体層１８を図１に示されるように同一材料で構
成することができるが、異なる誘電体材料を用いること
ができる。異なる誘電体材料を用いる場合には、バリア
層（図に示されていない）を、各連続する誘電体層間に
形成することができる。選択的なバリア層は、ＳｉＯ
2 ，Ａｉ2Ｏ3，ＴｉＯ2 ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳiＯxＮy，およ
びＴａ2Ｏ5を含むが、これらに限定されない通常の材料
から構成される。
【００２３】上述したように、図１に示した構造は、半
導体デバイス作製およびラインの後工程（ＢＥＯＬ）処
理を含む当業者に周知である通常の処理工程を用いて形
成される。例えば、図１に示したＣＭＯＳデバイスは、
半導体基板表面上にトランジスタ領域を形成すること
（すなわちゲート絶縁体を成長し、このゲート絶縁体上
にゲート導電体を付着し、およびトランジスタ領域を設
けるために、これらの層をパターニングすること）によ
り形成できる。次に、拡散領域を、通常のイオン注入お
よびアニールを用いて形成できる。
導体デバイス作製およびラインの後工程（ＢＥＯＬ）処
理を含む当業者に周知である通常の処理工程を用いて形
成される。例えば、図１に示したＣＭＯＳデバイスは、
半導体基板表面上にトランジスタ領域を形成すること
（すなわちゲート絶縁体を成長し、このゲート絶縁体上
にゲート導電体を付着し、およびトランジスタ領域を設
けるために、これらの層をパターニングすること）によ
り形成できる。次に、拡散領域を、通常のイオン注入お
よびアニールを用いて形成できる。
【００２４】次に、図１に示したＣＭＯＳ構造の導電層
１６は、典型的に、半導体構造の表面上に第１の誘電体
層を付着し、誘電体層内にバイアを開口し、導電材料で
充填し、および化学機械研磨または研削のような通常の
平坦化方法を用いて構造を平坦化し、および、次に第２
の誘電体層を付着し、第２の誘電体層内にトレンチを開
口し、導電材料でトレンチを充填し、平坦化して金属線
を形成することにより形成される。
１６は、典型的に、半導体構造の表面上に第１の誘電体
層を付着し、誘電体層内にバイアを開口し、導電材料で
充填し、および化学機械研磨または研削のような通常の
平坦化方法を用いて構造を平坦化し、および、次に第２
の誘電体層を付着し、第２の誘電体層内にトレンチを開
口し、導電材料でトレンチを充填し、平坦化して金属線
を形成することにより形成される。
【００２５】この発明によれば、強誘電体キャパシタ
が、図１に示したＣＭＯＳ構造上に形成される。この発
明のこの工程は、図２に示される。強誘電体キャパシタ
を、パターニングしてもよく、パターニングしなくても
よく、またはパターニングされた層およびパターニング
されない層の混合を含むことができる。
が、図１に示したＣＭＯＳ構造上に形成される。この発
明のこの工程は、図２に示される。強誘電体キャパシタ
を、パターニングしてもよく、パターニングしなくても
よく、またはパターニングされた層およびパターニング
されない層の混合を含むことができる。
【００２６】特に、導電性電極層２０が、ＣＭＯＳ構造
の導電層と電気的に接触するように、ＣＭＯＳ構造の表
面上に最初に形成される。導電性電極層２０は、この発
明の強誘電体キャパシタの下部電極である。
の導電層と電気的に接触するように、ＣＭＯＳ構造の表
面上に最初に形成される。導電性電極層２０は、この発
明の強誘電体キャパシタの下部電極である。
【００２７】導電性電極層２０として、この発明で用い
ることができる適切な導電性電極材料は、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ａｕ，Ａｇ，およびＲｕのような貴
金属、ＰｔＯx ，ＩｒＯx ，ＰｄＯx ，ＲｈＯx ，Ｏｓ
Ｏx ，ＡｕＯx ，ＡｇＯx ，およびＲｕＯx のような貴
金属酸化物、ＳｒＲｕＯ3 ，ＬａＳｒＣｏＯ3 ，および
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7 のような導電性酸化物、それらの混合
物および多層を含むが、これらに限られない。貴金属お
よび／または酸化物は、結晶質であっても、あるいは非
晶質形態であってもよい。キャパシタの導電性電極層
は、パターニングしなくてもよく、あるいは通常のリソ
グラフィおよびＲＩＥを用いて、パターニングしてもよ
い。電極層２０は、金属窒化物（例えば、ＴｉＮ，Ｔａ
Ｎ，ＷＮ，ＴａＡｌＮ，ＴｉＡｌＮ）、金属シリコン窒
化物（例えば、ＴａＳｉＮ，ＴｉＳｉＮ）、金属酸化
物、および金属オキシ窒化物を含む群から選ばれる導電
性バリア材料より成る１つ以上の層をさらに含むことが
できる。
ることができる適切な導電性電極材料は、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ａｕ，Ａｇ，およびＲｕのような貴
金属、ＰｔＯx ，ＩｒＯx ，ＰｄＯx ，ＲｈＯx ，Ｏｓ
Ｏx ，ＡｕＯx ，ＡｇＯx ，およびＲｕＯx のような貴
金属酸化物、ＳｒＲｕＯ3 ，ＬａＳｒＣｏＯ3 ，および
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7 のような導電性酸化物、それらの混合
物および多層を含むが、これらに限られない。貴金属お
よび／または酸化物は、結晶質であっても、あるいは非
晶質形態であってもよい。キャパシタの導電性電極層
は、パターニングしなくてもよく、あるいは通常のリソ
グラフィおよびＲＩＥを用いて、パターニングしてもよ
い。電極層２０は、金属窒化物（例えば、ＴｉＮ，Ｔａ
Ｎ，ＷＮ，ＴａＡｌＮ，ＴｉＡｌＮ）、金属シリコン窒
化物（例えば、ＴａＳｉＮ，ＴｉＳｉＮ）、金属酸化
物、および金属オキシ窒化物を含む群から選ばれる導電
性バリア材料より成る１つ以上の層をさらに含むことが
できる。
【００２８】導電性電極層２０を形成した（平坦化を含
むことができる）後に、構造を、選択的に、適当な表面
処理工程にさらすことができる。この発明で選択的に用
いることができる適切な表面処理は、プラズマ・アッシ
ング，熱酸化，表面化学処理，および化学的液相成長
（ＣＳＤ），化学的気相成長（ＣＶＤ），または物理的
気相成長（ＰＶＤ）による薄い金属酸化物層の形成を含
む。
むことができる）後に、構造を、選択的に、適当な表面
処理工程にさらすことができる。この発明で選択的に用
いることができる適切な表面処理は、プラズマ・アッシ
ング，熱酸化，表面化学処理，および化学的液相成長
（ＣＳＤ），化学的気相成長（ＣＶＤ），または物理的
気相成長（ＰＶＤ）による薄い金属酸化物層の形成を含
む。
【００２９】この発明によれば、強誘電体層２２が、導
電性電極層２０の表面上に形成される。層２２は、強誘
電体として説明しているが、この発明の意図から逸脱せ
ずに、高ε（ｈｉｇｈ−ｅｐｓｉｌｏｎ）（ε≧２０）
の非強誘電体材料より構成できることを理解すべきであ
る。強誘電体層２２を、パターニングしてもよく、また
はパターニングしなくてもよい。パターニングされる場
合は、強誘電体膜を誘電体層により包囲して、平坦な構
造を確保することができる。所望の強誘電体特性を実現
するために、強誘電体層２２を形成した後に、適切なア
ニールを行うことができる。一般に、このようなアニー
ルは、約６００℃以上の温度で行われる。
電性電極層２０の表面上に形成される。層２２は、強誘
電体として説明しているが、この発明の意図から逸脱せ
ずに、高ε（ｈｉｇｈ−ｅｐｓｉｌｏｎ）（ε≧２０）
の非強誘電体材料より構成できることを理解すべきであ
る。強誘電体層２２を、パターニングしてもよく、また
はパターニングしなくてもよい。パターニングされる場
合は、強誘電体膜を誘電体層により包囲して、平坦な構
造を確保することができる。所望の強誘電体特性を実現
するために、強誘電体層２２を形成した後に、適切なア
ニールを行うことができる。一般に、このようなアニー
ルは、約６００℃以上の温度で行われる。
【００３０】この発明で用いられる強誘電体層、または
高εの非強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する誘電
体材料である。これは、結晶質、多結晶質、または非晶
質の高誘電率材料を含む。層２２として用いられる好適
な強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化物，Ｃｄ2Ｎ
ｂ2Ｏ7 ，リン酸二水素カリウム，ルビジウム，セシウ
ム，またはヒ素のリン酸塩のようなパイロクロール構造
を含む化合物、および他の同様な強誘電体材料を含む
が、これらに限定されない。これらの強誘電体材料の組
合せまたは多層も、意図される。また、高ε材料を、高
誘電率の強誘電体層として、この発明で用いることがで
きる。高誘電率材料は、自発電子分極を示してもよく
（ＮＶＲＡＭに対し）、または示さなくてもよい（ＤＲ
ＡＭに対し）。
高εの非強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する誘電
体材料である。これは、結晶質、多結晶質、または非晶
質の高誘電率材料を含む。層２２として用いられる好適
な強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化物，Ｃｄ2Ｎ
ｂ2Ｏ7 ，リン酸二水素カリウム，ルビジウム，セシウ
ム，またはヒ素のリン酸塩のようなパイロクロール構造
を含む化合物、および他の同様な強誘電体材料を含む
が、これらに限定されない。これらの強誘電体材料の組
合せまたは多層も、意図される。また、高ε材料を、高
誘電率の強誘電体層として、この発明で用いることがで
きる。高誘電率材料は、自発電子分極を示してもよく
（ＮＶＲＡＭに対し）、または示さなくてもよい（ＤＲ
ＡＭに対し）。
【００３１】この発明の強誘電体層２２は、前述の強誘
電体材料のうちペロブスカイト型酸化物から構成される
ことが非常に好ましい。用語“ペロブスカイト型酸化
物”は、原子の周期律表（ＣＡＳ版）のIVＢ族（Ｔｉ，
Ｚｒ，またはＨｆ）、ＶＢ族（Ｖ，Ｎｂ，またはＴ
ａ）、VIＢ族（Ｃｒ，Ｍｏ，またはＷ）、VIIＢ 族（Ｍ
ｎまたはＲｅ）、IIIＡ 族（Ａｌ，Ｇａ，またはＩ
ｎ）、またはＩＢ族（Ｃｕ，Ａｇ，またはＡｕ）の群か
らの少なくとも１種の金属を含む少なくとも１種の酸性
酸化物と、約１〜約３の正の形式電荷を有する少なくと
も１種の付加的なカチオンとを含む材料を示すために、
この明細書で用いられる。このようなペロブスカイト型
酸化物は、一般的に、ＡＢＯ3 の基本化学式を有する。
この式において、Ａは、上述のカチオンの１種であり、
Ｂは、酸性酸化物を形成する上述の金属の１種である。
電体材料のうちペロブスカイト型酸化物から構成される
ことが非常に好ましい。用語“ペロブスカイト型酸化
物”は、原子の周期律表（ＣＡＳ版）のIVＢ族（Ｔｉ，
Ｚｒ，またはＨｆ）、ＶＢ族（Ｖ，Ｎｂ，またはＴ
ａ）、VIＢ族（Ｃｒ，Ｍｏ，またはＷ）、VIIＢ 族（Ｍ
ｎまたはＲｅ）、IIIＡ 族（Ａｌ，Ｇａ，またはＩ
ｎ）、またはＩＢ族（Ｃｕ，Ａｇ，またはＡｕ）の群か
らの少なくとも１種の金属を含む少なくとも１種の酸性
酸化物と、約１〜約３の正の形式電荷を有する少なくと
も１種の付加的なカチオンとを含む材料を示すために、
この明細書で用いられる。このようなペロブスカイト型
酸化物は、一般的に、ＡＢＯ3 の基本化学式を有する。
この式において、Ａは、上述のカチオンの１種であり、
Ｂは、酸性酸化物を形成する上述の金属の１種である。
【００３２】適切なペロブスカイト型酸化物は、チタン
酸塩をベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースと
する材料、銅酸塩（ｃｕｐｒａｔｅ）をベースとする材
料、タングステンブロンズをベースとするニオブ酸塩、
タングステンブロンズをベースとするタンタル酸塩、ま
たはタングステンブロンズをベースとするチタン酸塩、
層状タンタル酸ビスマス，層状ニオブ酸ビスマス，また
は層状チタン酸ビスマスを含むが、これらに限定されな
い。これらのペロブスカイト型酸化物のうち、タンタル
酸ビスマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロン
チウム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマ
スストロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸
ランタン酸鉛，および強誘電体材料のようなドーパント
の導入により変成されたこれらの材料より成る組成物を
用いることが好適である。
酸塩をベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースと
する材料、銅酸塩（ｃｕｐｒａｔｅ）をベースとする材
料、タングステンブロンズをベースとするニオブ酸塩、
タングステンブロンズをベースとするタンタル酸塩、ま
たはタングステンブロンズをベースとするチタン酸塩、
層状タンタル酸ビスマス，層状ニオブ酸ビスマス，また
は層状チタン酸ビスマスを含むが、これらに限定されな
い。これらのペロブスカイト型酸化物のうち、タンタル
酸ビスマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロン
チウム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマ
スストロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸
ランタン酸鉛，および強誘電体材料のようなドーパント
の導入により変成されたこれらの材料より成る組成物を
用いることが好適である。
【００３３】次に、導電性対向電極層２４が、強誘電体
層２２の表面上に形成される。この発明の蓄積キャパシ
タの上部電極を形成する対向電極層を、導電性電極層２
０と同一または異なる導電材料で形成することができ
る。また、対向電極層をパターニングしても、パターニ
ングしなくてもよい。
層２２の表面上に形成される。この発明の蓄積キャパシ
タの上部電極を形成する対向電極層を、導電性電極層２
０と同一または異なる導電材料で形成することができ
る。また、対向電極層をパターニングしても、パターニ
ングしなくてもよい。
【００３４】図２に示される最後の層は、酸素源層２６
である。この酸素源層は、７００℃より低い温度で、少
なくとも部分的に分解でき、強誘電体キャパシタの蓄積
特性の改善をもたらすために、構造内へ十分な酸素を放
出する。好ましくは、酸素源層は、化学式ＭＯx を有す
る導電性金属酸化物より成る。この式において、Ｍは、
Ｐｄ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，およびＯｓのような貴
金属、非貴金属、およびこれらの金属の混合物または合
金から成る群から選ばれる。さらに、酸素源層は、これ
らのＭＯx 酸化物単体の、または貴金属、非貴金属、窒
素（Ｎ）、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，およびＢのような半導体を
含有する群からに選ばれる１種以上の元素の添加物との
混合物あるいは多層体とすることができる。混合物は、
組成を均一にしてもよく、または組成にグレードをつけ
てもよい。
である。この酸素源層は、７００℃より低い温度で、少
なくとも部分的に分解でき、強誘電体キャパシタの蓄積
特性の改善をもたらすために、構造内へ十分な酸素を放
出する。好ましくは、酸素源層は、化学式ＭＯx を有す
る導電性金属酸化物より成る。この式において、Ｍは、
Ｐｄ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，およびＯｓのような貴
金属、非貴金属、およびこれらの金属の混合物または合
金から成る群から選ばれる。さらに、酸素源層は、これ
らのＭＯx 酸化物単体の、または貴金属、非貴金属、窒
素（Ｎ）、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，およびＢのような半導体を
含有する群からに選ばれる１種以上の元素の添加物との
混合物あるいは多層体とすることができる。混合物は、
組成を均一にしてもよく、または組成にグレードをつけ
てもよい。
【００３５】ＭＯx のｘの値を、約０．０３〜約３とす
ることができる。ｘの低い値を有するＭＯx 材料は、典
型的に、侵入型酸素の導入により歪まされたＭ状（Ｍ−
ｌｉｋｅ）構造を有し、ｘの高い値を有するＭＯx 材料
は、典型的に、金属−酸化物状の格子構造、およびＭ−
Ｏ結合を有するであろう。酸素源層は、結晶質または非
晶質、あるいは結晶質相および非晶質相の混合物とする
ことができる。結晶質の酸素源層は、ＰｄＯ，ＰｔＯ
2 ，ＰｔＯ，Ｐｔ3Ｏ4，およびＩｒＯ2 を含むことがで
きる。金属−ＭＯx 混合物より成る酸素源層は、Ｐｔと
混合したＰｔＯxを含む。
ることができる。ｘの低い値を有するＭＯx 材料は、典
型的に、侵入型酸素の導入により歪まされたＭ状（Ｍ−
ｌｉｋｅ）構造を有し、ｘの高い値を有するＭＯx 材料
は、典型的に、金属−酸化物状の格子構造、およびＭ−
Ｏ結合を有するであろう。酸素源層は、結晶質または非
晶質、あるいは結晶質相および非晶質相の混合物とする
ことができる。結晶質の酸素源層は、ＰｄＯ，ＰｔＯ
2 ，ＰｔＯ，Ｐｔ3Ｏ4，およびＩｒＯ2 を含むことがで
きる。金属−ＭＯx 混合物より成る酸素源層は、Ｐｔと
混合したＰｔＯxを含む。
【００３６】特に、異なる分解特性を有する、２種類以
上の成分酸化物より成る貴金属合金酸化物（または貴金
属酸化物の混合物）は、酸化物源層に好適である。とい
うのは、それらの分解特性を、成分酸化物の相対比を変
えることにより、調整することができるからである。こ
のような酸素源層の例は、ＩｒyＰｔzＯx またはＰｄ y
ＰｔzＯx を含む。この例においては、高い分解温度を
有する比較的安定な貴金属酸化物（ＩｒＯ2 またはＰｄ
Ｏ）を、低い分解温度を有する比較的不安定な貴金属酸
化物（ＰｄＯx ）と組合せて、中間の分解温度を有する
材料を与えている。
上の成分酸化物より成る貴金属合金酸化物（または貴金
属酸化物の混合物）は、酸化物源層に好適である。とい
うのは、それらの分解特性を、成分酸化物の相対比を変
えることにより、調整することができるからである。こ
のような酸素源層の例は、ＩｒyＰｔzＯx またはＰｄ y
ＰｔzＯx を含む。この例においては、高い分解温度を
有する比較的安定な貴金属酸化物（ＩｒＯ2 またはＰｄ
Ｏ）を、低い分解温度を有する比較的不安定な貴金属酸
化物（ＰｄＯx ）と組合せて、中間の分解温度を有する
材料を与えている。
【００３７】酸素源層は、パターニングしてもよく、ま
たはパターニングしなくてもよく、上部電極への電気的
接続を容易にするために、好ましくは導電性である。し
かし、酸素源層内にコンタクト・ホールを設ける場合に
は、絶縁性酸化物を酸素源に用いることができる。
たはパターニングしなくてもよく、上部電極への電気的
接続を容易にするために、好ましくは導電性である。し
かし、酸素源層内にコンタクト・ホールを設ける場合に
は、絶縁性酸化物を酸素源に用いることができる。
【００３８】図２の層２０，層２２，層２４，層２６
は、この発明の強誘電体キャパシタの１つの可能な構造
を示すことが分かる。他の可能な構造は、図５〜図９に
示される。これらの図において、参照番号２０，２２，
２４，２６は、前に定義した通りである。参照番号２８
は、前に挙げた電極およびバリア材料のいずれかを有す
ることができる、この発明において設けることができる
選択的な導電性電極層を示す。酸素源材料が、この発明
の強誘電体キャパシタの電極層の１つに近接して形成さ
れることが、これらの各図に共通である。図９は、ま
た、この発明の方法を用いて形成することができる３次
元（平坦でない）の強誘電体キャパシタを示す。選択的
な側壁スペーサを、図９に示される構造のパターニング
された層２０，層２６に設けることができる。
は、この発明の強誘電体キャパシタの１つの可能な構造
を示すことが分かる。他の可能な構造は、図５〜図９に
示される。これらの図において、参照番号２０，２２，
２４，２６は、前に定義した通りである。参照番号２８
は、前に挙げた電極およびバリア材料のいずれかを有す
ることができる、この発明において設けることができる
選択的な導電性電極層を示す。酸素源材料が、この発明
の強誘電体キャパシタの電極層の１つに近接して形成さ
れることが、これらの各図に共通である。図９は、ま
た、この発明の方法を用いて形成することができる３次
元（平坦でない）の強誘電体キャパシタを示す。選択的
な側壁スペーサを、図９に示される構造のパターニング
された層２０，層２６に設けることができる。
【００３９】この発明の強誘電体キャパシタを構成する
種々の層は、当業者に周知の通常の付着処理を用いて形
成される。例えば、層２０，層２４，層２６，および選
択的な層２８を、化学的気相成長（ＣＶＤ），プラズマ
・アシステットＣＶＤ，電子ビーム蒸着，熱的蒸着，熱
的酸化，スパッタリング，反応性スパッタリング，メッ
キ，および他の同様の付着方法の単独または組合せによ
り形成される。各層の付着後に、構造を、化学機械研磨
のような通常の方法を用いて、選択的に平坦化すること
ができる。また、パターニングを、通常のリソグラフ
ィ、および反応性イオンエッチングを用いて行うことも
できる。
種々の層は、当業者に周知の通常の付着処理を用いて形
成される。例えば、層２０，層２４，層２６，および選
択的な層２８を、化学的気相成長（ＣＶＤ），プラズマ
・アシステットＣＶＤ，電子ビーム蒸着，熱的蒸着，熱
的酸化，スパッタリング，反応性スパッタリング，メッ
キ，および他の同様の付着方法の単独または組合せによ
り形成される。各層の付着後に、構造を、化学機械研磨
のような通常の方法を用いて、選択的に平坦化すること
ができる。また、パターニングを、通常のリソグラフ
ィ、および反応性イオンエッチングを用いて行うことも
できる。
【００４０】また、強誘電体材料層２２は、化学的液相
成長法（ＣＳＤ），ゾル−ゲル，有機金属分解，スピン
コーティング，スパッタリング，反応性スパッタリン
グ，有機金属化学的気相成長，物理的気相成長，プラズ
マ・アシステット化学的気相成長，パルスレーザ付着，
化学的気相成長，蒸着等の付着方法を含むが、これらに
限定されない当業者に周知の通常の付着方法を用いて形
成される。このとき、高温アニールを、所望の強誘電体
特性を得るために、行う必要があることがある。
成長法（ＣＳＤ），ゾル−ゲル，有機金属分解，スピン
コーティング，スパッタリング，反応性スパッタリン
グ，有機金属化学的気相成長，物理的気相成長，プラズ
マ・アシステット化学的気相成長，パルスレーザ付着，
化学的気相成長，蒸着等の付着方法を含むが、これらに
限定されない当業者に周知の通常の付着方法を用いて形
成される。このとき、高温アニールを、所望の強誘電体
特性を得るために、行う必要があることがある。
【００４１】１つの工程または複数の工程で、全てのキ
ャパシタ層をパターニングすることを含むことができ
る、図２に示した構造を形成した後に、種々の配線レベ
ルを、構造上に形成することができる。選択的なパター
ニング工程を含むこの発明のこの工程は、図３に示され
る。パターニングが行われる場合には、パターニングさ
れたキャパシタ、すなわち層２０，層２２，層２４，層
２６，および選択的な層２８を、選択的な誘電体層（図
示せず）により被覆し、酸素種の外方拡散および水素種
の内方拡散から強誘電体を保護する。選択的な誘電体被
覆層は、一般的に、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮx ，ＳｉＯxＮy，
ＴｉＯ2 ，Ｔａ2Ｏ5，またはＡｌ2Ｏ3のような酸化物、
窒化物、またはオキシ窒化物である。
ャパシタ層をパターニングすることを含むことができ
る、図２に示した構造を形成した後に、種々の配線レベ
ルを、構造上に形成することができる。選択的なパター
ニング工程を含むこの発明のこの工程は、図３に示され
る。パターニングが行われる場合には、パターニングさ
れたキャパシタ、すなわち層２０，層２２，層２４，層
２６，および選択的な層２８を、選択的な誘電体層（図
示せず）により被覆し、酸素種の外方拡散および水素種
の内方拡散から強誘電体を保護する。選択的な誘電体被
覆層は、一般的に、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮx ，ＳｉＯxＮy，
ＴｉＯ2 ，Ｔａ2Ｏ5，またはＡｌ2Ｏ3のような酸化物、
窒化物、またはオキシ窒化物である。
【００４２】配線レベルは、初めに構造上に誘電体材料
３０を形成し、その後に、酸素源層の分解温度よりかな
り低い、例えば、４００℃以下で、好適に動作するＢＥ
ＯＬ処理法を用いて、誘電体材料内に導電層３２を形成
することにより形成される。誘電体層３０を、層１８と
同一または異なる誘電体材料から構成することができ
る。同様に、導電層３２を、導電層１６と同一または異
なる材料から構成することもできる。
３０を形成し、その後に、酸素源層の分解温度よりかな
り低い、例えば、４００℃以下で、好適に動作するＢＥ
ＯＬ処理法を用いて、誘電体材料内に導電層３２を形成
することにより形成される。誘電体層３０を、層１８と
同一または異なる誘電体材料から構成することができ
る。同様に、導電層３２を、導電層１６と同一または異
なる材料から構成することもできる。
【００４３】酸素源層の少なくとも部分的な分解が、強
誘電体／高ε材料の付着、上部電極の付着、選択的被覆
の付着、およびＢＥＯＬ処理のような処理における他の
工程と同時に起こり得る。酸素源層の少なくとも部分的
な分解は、デバイス動作の際に（非常に遅い速度で）、
またはポストＢＥＯＬアニールの際に生じ、特に、酸素
源層から強誘電体キャパシタ内へ所望量の酸素を放出し
て、強誘電体キャパシタの蓄積特性を改善する。ポスト
ＢＥＯＬアニールを、Ｏ2 ，蒸気，Ｏ3 ，Ｎ2Ｏ ，また
はＨ2Ｏ2のような酸化ガスと選択的に混合することがで
きる、実質的に不活性ガス雰囲気内、例えば、真空，Ｈ
ｅ，Ａｒ，およびＮ2内で行うことができる。この発明
で用いることができる好適なアニール温度は、約３５０
〜約７００℃であり、より好適には約３５０〜約５００
℃である。一般的に、アニールは、約１分〜約４時間の
期間、より好適には約１分〜約１０分の期間行われる。
アニール工程を、単−ランプサイクルを用いて行うこと
ができ、または、複数ランプおよびソークサイクルを用
いることもできる。
誘電体／高ε材料の付着、上部電極の付着、選択的被覆
の付着、およびＢＥＯＬ処理のような処理における他の
工程と同時に起こり得る。酸素源層の少なくとも部分的
な分解は、デバイス動作の際に（非常に遅い速度で）、
またはポストＢＥＯＬアニールの際に生じ、特に、酸素
源層から強誘電体キャパシタ内へ所望量の酸素を放出し
て、強誘電体キャパシタの蓄積特性を改善する。ポスト
ＢＥＯＬアニールを、Ｏ2 ，蒸気，Ｏ3 ，Ｎ2Ｏ ，また
はＨ2Ｏ2のような酸化ガスと選択的に混合することがで
きる、実質的に不活性ガス雰囲気内、例えば、真空，Ｈ
ｅ，Ａｒ，およびＮ2内で行うことができる。この発明
で用いることができる好適なアニール温度は、約３５０
〜約７００℃であり、より好適には約３５０〜約５００
℃である。一般的に、アニールは、約１分〜約４時間の
期間、より好適には約１分〜約１０分の期間行われる。
アニール工程を、単−ランプサイクルを用いて行うこと
ができ、または、複数ランプおよびソークサイクルを用
いることもできる。
【００４４】まとめとして、この発明の構成に関して以
下の事項を開示する。 （１）導電性電極層と、前記導電性電極層上に設けられ
た強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された導電性
対向電極層と、前記電極層のうちの１つに近接した、少
なくとも部分的に分解した酸素源層とを備えることを特
徴とする強誘電体キャパシタ。 （２）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた同一また
は異なる導電材料から構成されることを特徴とする
（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （３）前記強誘電体層は、ペロブスカイト型酸化物、パ
イロクロール構造を含む化合物、リン酸二水素カリウ
ム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸塩、ヒ素
のリン酸塩、またはそれらの混合物または多層であるこ
とを特徴とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （４）前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式ＡＢＯ3
を有し、この式においては、Ｂは、元素の周期表のIVＢ
族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，またはＩＢ
族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であり、Ａ
は、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的なカチオ
ンであることを特徴とする（３）に記載の強誘電体キャ
パシタ。 （５）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩をベ
ースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、タングテンブロンズを
ベースとするニオブ酸塩、タングテンブロンズをベース
とするタンタル酸塩、タングテンブロンズをベースとす
るチタン酸塩、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオブ酸
ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであることを特
徴とする（４）に記載の強誘電体キャパシタ。 （６）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビス
マスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸ラン
タン鉛，またはドーパント材料により変成されたこれら
の組成物であることを特徴とする（５）に記載の強誘電
体キャパシタ。 （７）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸化
物であり、この式において、Ｍは、貴金属，非貴金属，
またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約０．
０３〜約３であることを特徴とする（１）に記載の強誘
電体キャパシタ。 （８）前記導電性電極層、導電性対向電極層、または酸
素源層に近接した付加的な導電層をさらに備え、前記付
加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化
物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸化物，金
属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または多層から
成る群から選ばれた材料であることを特徴とする（１）
に記載の強誘電体キャパシタ。 （９）前記キャパシタの最上層上に形成した１つ以上の
誘電体層をさらに備えることを特徴とする（１）に記載
の強誘電体キャパシタ。 （１０）前記導電性電極層は、パターニングされる、ま
たはパターニングされないことを特徴とする（１）に記
載の強誘電体キャパシタ。 （１１）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（１）に記載の
強誘電体キャパシタ。 （１２）前記少なくとも部分的に分解した酸素源層およ
び前記電極層はパターニングされ、前記パターニングさ
れた酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあ
り、前記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層
の上面および側面の両方、および前記パターニングされ
た酸素源層の側面に接触するように設けられることを特
徴とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１３）前記構造は、平坦または平坦でないことを特徴
とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１４）前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する
高ε材料の層により、置き換えられることを特徴とする
（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１５）少なくとも１つのトランジスタを有するＣＭＯ
Ｓ構造と、前記ＣＭＯＳ構造上に形成された強誘電体キ
ャパシタとを備え、前記強誘電体キャパシタは、導電性
電極層と、前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層
と、前記強誘電体層上に形成された導電性対向電極層
と、前記電極層のうちの１つに近接した、少なくとも部
分的に分解した酸素源層とを有し、前記強誘電体キャパ
シタ上に形成された少なくとも１つの配線レベルを備え
ることを特徴とする強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （１６）前記ＣＭＯＳ構造は、半導体基板上に形成され
た少なくとも１つの配線レベルをさらに有することを特
徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構
造。 （１７）前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合物，お
よび有機半導体から成る群から選ばれた半導体材料であ
ることを特徴とする（１６）に記載の強誘電体／ＣＭＯ
Ｓ集積化構造。 （１８）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた、同一ま
たは異なる導電材料から構成されることを特徴とする
（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （１９）前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化
物，パイロクロール構造を含む化合物，リン酸二水素カ
リウム，ルビジウムのリン酸塩，セシウムのリン酸塩，
ヒ素のリン酸塩，またはそれらの混合物または多層であ
ることを特徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯ
Ｓ集積化構造。 （２０）前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式ＡＢＯ
3 を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期律表の
IVＢ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，または
ＩＢ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であ
り、Ａは、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的な
カチオンであることを特徴とする（１９）に記載の強誘
電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２１）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩を
ベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タングテンブ
ロンズ、タンタル酸タングテンブロンズ、チタン酸タン
グテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオブ
酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであることを
特徴とする（２０）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化
構造。 （２２）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビ
スマスストロンチウム、ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム、チタン酸ビスマス、ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコン酸チタ
ン酸鉛、またはドーパント材料により変成されたこれら
の組成物であることを特徴とする（２１）に記載の集積
化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 （２３）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸
化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非貴金
属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約
０．０３〜約３であることを特徴とする（１５）に記載
の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２４）前記導電性電極層、導電性対向電極層、または
酸素源層に近接した付加的な導電層をさらに備え、前記
付加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化
物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸化物，金
属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または多層から
なる群から選ばれた材料であることを特徴とする（１
５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２５）前記導電性電極は、パターニングされる、また
はパターニングされないことを特徴とする（１５）に記
載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２６）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（１５）に記載
の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２７）前記少なくとも部分的に分解した酸素源層およ
び前記電極層はパターニングされ、前記パターニングさ
れた酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあ
り、前記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層
の上面および側面の両方、および前記パターニングされ
た酸素源層の側面に接触するように設けられることを特
徴する（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構
造。 （２８）前記配線レベルは、少なくとも１つの導電層、
および少なくとも１つの誘電体層を含むことを特徴とす
る（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２９）前記強誘電体キャパシタは、平担または平担で
ないことを特徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭ
ＯＳ集積化構造。 （３０）前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する
高ε材料の層と置き換えられることを特徴とする（１
５）に記載の集積化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 （３１）強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造を作製する方法
において、（ａ）半導体ウェハ上に、少なくとも１つの
相補型金属−酸化膜−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを形
成する工程と、（ｂ）前記ＣＭＯＳデバイス上に強誘電
体キャパシタを形成する工程とを含み、前記強誘電体キ
ャパシタは、１つの強誘電体層と、導電性電極層に近接
する１つの酸素源層を少なくとも備え、前記酸素源層
は、７００℃より低い温度で少なくとも部分的に分解で
き、（ｃ）４５０℃より低い温度で、前記強誘電体キャ
パシタ上に、配線レベルを形成する工程と、（ｄ）前記
強誘電体キャパシタ内へ酸素を放出するために、前記酸
素源層を少なくとも部分的に分解するように、３００〜
７００℃の温度で前記構造をアニールする工程と含むこ
とを特徴とする方法。 （３２）前記ＣＭＯＳデバイスは、トランジスタ領域と
半導体基板とを含むことを特徴とする方法。 （３３）前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合物、お
よび有機半導体から成る群から選ばれた半導体材料であ
ることを特徴とする（３２）に記載の方法。 （３４）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた同一また
は異なる導電材料から構成されることを特徴とする（３
１）に記載の方法。 （３５）前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化
物、パイロクロール構造を含む化合物、リン酸二水素カ
リウム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸塩、
またはヒ素のリン酸塩、およびそれらの混合物または多
層であることを特徴とする（３１）に記載の方法。 （３６）前記ペロブスカイト酸化物は、化学式ＡＢＯ3
を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期律表のIV
Ｂ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，およびＩ
Ｂ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であり、
Ａは、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的なカチ
オンであることを特徴とする（３５）に記載の方法。 （３７）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩を
ベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タングテンブ
ロンズ、タンタル酸タングステンブロンズ、チタン酸タ
ングテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオ
ブ酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであること
を特徴とする（３６）に記載の方法。 （３８）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビ
スマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸チタ
ン酸鉛，またはドーパント材料により変成されるこれら
の材料の組成物であることを特徴とする（３７）に記載
の方法。 （３９）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸
化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非貴金
属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約
０．０３〜約３であることを特徴とする（３１）に記載
の方法。 （４０）前記導電性電極は、パターニングされる、また
はパターニングされないことを特徴とする（３１）に記
載の方法。 （４１）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（３１）に記載
の方法。 （４２）前記アニール工程は、約３５０〜約７００℃の
温度で、約１分〜約４時間の期間を行われることを特徴
とする（３１）に記載の方法。 （４３）前記アニール工程は、約３５０〜約５００℃の
温度で、約１分〜約１０分の期間を行われることを特徴
とする（４２）に記載の方法。 （４４）前記アニール工程は、酸化ガスと選択的に混合
することができる不活性ガス雰囲気内で行われることを
特徴とする（３１）に記載の方法。 （４５）前記強誘電体キャパシタは、平担または平担で
ないことを特徴とする（３１）に記載の方法。 （４６）前記アニール工程は、強誘電体の付着，上部電
極の付着，選択的な被覆の付着，ＢＥＯＬ処理，および
デバイス動作から成る群から選ばれた工程の際に、酸素
源層を分解することを可能とする工程により置き換えら
れることを特徴とする（３１）に記載の方法。 （４７）前記強誘電体キャパシタの前記強誘電体層は、
２０以上の誘電率を有する高ε層と置き換えられること
を特徴とする（３１）に記載の方法。
下の事項を開示する。 （１）導電性電極層と、前記導電性電極層上に設けられ
た強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された導電性
対向電極層と、前記電極層のうちの１つに近接した、少
なくとも部分的に分解した酸素源層とを備えることを特
徴とする強誘電体キャパシタ。 （２）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた同一また
は異なる導電材料から構成されることを特徴とする
（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （３）前記強誘電体層は、ペロブスカイト型酸化物、パ
イロクロール構造を含む化合物、リン酸二水素カリウ
ム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸塩、ヒ素
のリン酸塩、またはそれらの混合物または多層であるこ
とを特徴とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （４）前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式ＡＢＯ3
を有し、この式においては、Ｂは、元素の周期表のIVＢ
族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，またはＩＢ
族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であり、Ａ
は、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的なカチオ
ンであることを特徴とする（３）に記載の強誘電体キャ
パシタ。 （５）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩をベ
ースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、タングテンブロンズを
ベースとするニオブ酸塩、タングテンブロンズをベース
とするタンタル酸塩、タングテンブロンズをベースとす
るチタン酸塩、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオブ酸
ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであることを特
徴とする（４）に記載の強誘電体キャパシタ。 （６）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビス
マスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸ラン
タン鉛，またはドーパント材料により変成されたこれら
の組成物であることを特徴とする（５）に記載の強誘電
体キャパシタ。 （７）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸化
物であり、この式において、Ｍは、貴金属，非貴金属，
またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約０．
０３〜約３であることを特徴とする（１）に記載の強誘
電体キャパシタ。 （８）前記導電性電極層、導電性対向電極層、または酸
素源層に近接した付加的な導電層をさらに備え、前記付
加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化
物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸化物，金
属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または多層から
成る群から選ばれた材料であることを特徴とする（１）
に記載の強誘電体キャパシタ。 （９）前記キャパシタの最上層上に形成した１つ以上の
誘電体層をさらに備えることを特徴とする（１）に記載
の強誘電体キャパシタ。 （１０）前記導電性電極層は、パターニングされる、ま
たはパターニングされないことを特徴とする（１）に記
載の強誘電体キャパシタ。 （１１）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（１）に記載の
強誘電体キャパシタ。 （１２）前記少なくとも部分的に分解した酸素源層およ
び前記電極層はパターニングされ、前記パターニングさ
れた酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあ
り、前記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層
の上面および側面の両方、および前記パターニングされ
た酸素源層の側面に接触するように設けられることを特
徴とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１３）前記構造は、平坦または平坦でないことを特徴
とする（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１４）前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する
高ε材料の層により、置き換えられることを特徴とする
（１）に記載の強誘電体キャパシタ。 （１５）少なくとも１つのトランジスタを有するＣＭＯ
Ｓ構造と、前記ＣＭＯＳ構造上に形成された強誘電体キ
ャパシタとを備え、前記強誘電体キャパシタは、導電性
電極層と、前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層
と、前記強誘電体層上に形成された導電性対向電極層
と、前記電極層のうちの１つに近接した、少なくとも部
分的に分解した酸素源層とを有し、前記強誘電体キャパ
シタ上に形成された少なくとも１つの配線レベルを備え
ることを特徴とする強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （１６）前記ＣＭＯＳ構造は、半導体基板上に形成され
た少なくとも１つの配線レベルをさらに有することを特
徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構
造。 （１７）前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合物，お
よび有機半導体から成る群から選ばれた半導体材料であ
ることを特徴とする（１６）に記載の強誘電体／ＣＭＯ
Ｓ集積化構造。 （１８）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた、同一ま
たは異なる導電材料から構成されることを特徴とする
（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （１９）前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化
物，パイロクロール構造を含む化合物，リン酸二水素カ
リウム，ルビジウムのリン酸塩，セシウムのリン酸塩，
ヒ素のリン酸塩，またはそれらの混合物または多層であ
ることを特徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯ
Ｓ集積化構造。 （２０）前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式ＡＢＯ
3 を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期律表の
IVＢ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，または
ＩＢ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であ
り、Ａは、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的な
カチオンであることを特徴とする（１９）に記載の強誘
電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２１）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩を
ベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タングテンブ
ロンズ、タンタル酸タングテンブロンズ、チタン酸タン
グテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオブ
酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであることを
特徴とする（２０）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化
構造。 （２２）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビ
スマスストロンチウム、ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム、チタン酸ビスマス、ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコン酸チタ
ン酸鉛、またはドーパント材料により変成されたこれら
の組成物であることを特徴とする（２１）に記載の集積
化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 （２３）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸
化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非貴金
属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約
０．０３〜約３であることを特徴とする（１５）に記載
の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２４）前記導電性電極層、導電性対向電極層、または
酸素源層に近接した付加的な導電層をさらに備え、前記
付加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化
物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸化物，金
属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または多層から
なる群から選ばれた材料であることを特徴とする（１
５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２５）前記導電性電極は、パターニングされる、また
はパターニングされないことを特徴とする（１５）に記
載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２６）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（１５）に記載
の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２７）前記少なくとも部分的に分解した酸素源層およ
び前記電極層はパターニングされ、前記パターニングさ
れた酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあ
り、前記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層
の上面および側面の両方、および前記パターニングされ
た酸素源層の側面に接触するように設けられることを特
徴する（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構
造。 （２８）前記配線レベルは、少なくとも１つの導電層、
および少なくとも１つの誘電体層を含むことを特徴とす
る（１５）に記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 （２９）前記強誘電体キャパシタは、平担または平担で
ないことを特徴とする（１５）に記載の強誘電体／ＣＭ
ＯＳ集積化構造。 （３０）前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を有する
高ε材料の層と置き換えられることを特徴とする（１
５）に記載の集積化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 （３１）強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造を作製する方法
において、（ａ）半導体ウェハ上に、少なくとも１つの
相補型金属−酸化膜−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを形
成する工程と、（ｂ）前記ＣＭＯＳデバイス上に強誘電
体キャパシタを形成する工程とを含み、前記強誘電体キ
ャパシタは、１つの強誘電体層と、導電性電極層に近接
する１つの酸素源層を少なくとも備え、前記酸素源層
は、７００℃より低い温度で少なくとも部分的に分解で
き、（ｃ）４５０℃より低い温度で、前記強誘電体キャ
パシタ上に、配線レベルを形成する工程と、（ｄ）前記
強誘電体キャパシタ内へ酸素を放出するために、前記酸
素源層を少なくとも部分的に分解するように、３００〜
７００℃の温度で前記構造をアニールする工程と含むこ
とを特徴とする方法。 （３２）前記ＣＭＯＳデバイスは、トランジスタ領域と
半導体基板とを含むことを特徴とする方法。 （３３）前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合物、お
よび有機半導体から成る群から選ばれた半導体材料であ
ることを特徴とする（３２）に記載の方法。 （３４）前記導電性電極層および前記導電性対向電極層
は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およびそれ
らの混合物および多層から成る群から選ばれた同一また
は異なる導電材料から構成されることを特徴とする（３
１）に記載の方法。 （３５）前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型酸化
物、パイロクロール構造を含む化合物、リン酸二水素カ
リウム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸塩、
またはヒ素のリン酸塩、およびそれらの混合物または多
層であることを特徴とする（３１）に記載の方法。 （３６）前記ペロブスカイト酸化物は、化学式ＡＢＯ3
を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期律表のIV
Ｂ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，およびＩ
Ｂ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であり、
Ａは、約１〜約３の正の形式電荷を有する付加的なカチ
オンであることを特徴とする（３５）に記載の方法。 （３７）前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸塩を
ベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとする材
料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タングテンブ
ロンズ、タンタル酸タングステンブロンズ、チタン酸タ
ングテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオ
ブ酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであること
を特徴とする（３６）に記載の方法。 （３８）前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル酸ビ
スマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロンチウ
ム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマスス
トロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸チタ
ン酸鉛，またはドーパント材料により変成されるこれら
の材料の組成物であることを特徴とする（３７）に記載
の方法。 （３９）前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金属酸
化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非貴金
属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、約
０．０３〜約３であることを特徴とする（３１）に記載
の方法。 （４０）前記導電性電極は、パターニングされる、また
はパターニングされないことを特徴とする（３１）に記
載の方法。 （４１）前記酸素源層は、パターニングされる、または
パターニングされないことを特徴とする（３１）に記載
の方法。 （４２）前記アニール工程は、約３５０〜約７００℃の
温度で、約１分〜約４時間の期間を行われることを特徴
とする（３１）に記載の方法。 （４３）前記アニール工程は、約３５０〜約５００℃の
温度で、約１分〜約１０分の期間を行われることを特徴
とする（４２）に記載の方法。 （４４）前記アニール工程は、酸化ガスと選択的に混合
することができる不活性ガス雰囲気内で行われることを
特徴とする（３１）に記載の方法。 （４５）前記強誘電体キャパシタは、平担または平担で
ないことを特徴とする（３１）に記載の方法。 （４６）前記アニール工程は、強誘電体の付着，上部電
極の付着，選択的な被覆の付着，ＢＥＯＬ処理，および
デバイス動作から成る群から選ばれた工程の際に、酸素
源層を分解することを可能とする工程により置き換えら
れることを特徴とする（３１）に記載の方法。 （４７）前記強誘電体キャパシタの前記強誘電体層は、
２０以上の誘電率を有する高ε層と置き換えられること
を特徴とする（３１）に記載の方法。
【図１】ＦＥキャパシタ／ＣＭＯＳ集積化構造を作製す
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
【図２】ＦＥキャパシタ／ＣＭＯＳ集積化構造を作製す
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
【図３】ＦＥキャパシタ／ＣＭＯＳ集積化構造を作製す
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
るこの発明の第１の実施例で用いられる処理工程を示す
図である。
【図４】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【図５】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【図６】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【図７】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【図８】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【図９】酸素源層が構造の異なる部分に示されるこの発
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
明の他の強誘電体キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板
１２ 拡散領域
１４ トランジスタ領域
１６，３２ 導電層
１８，３０ 誘電体領域層
２０ 導電性電極層
２２ 強誘電体層
２４ 導電性対向電極層
２６ 酸素源層
２８ 付加的導電性電極層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 シリル・キャブラ，ジュニア
アメリカ合衆国 10562 ニューヨーク
州 オッシニング シャーマン プレイ
ス ４
(72)発明者 アルフレッド・グリル
アメリカ合衆国 10605 ニューヨーク
州 ホワイト プレインズ オーヴァー
ルック ロード 85
(72)発明者 デボラー・アン・ニューメイヤー
アメリカ合衆国 06811 コネチカット
州 ダンベリー オーク レーン ３
(72)発明者 ウィルバー・デヴィッド・プライサー
アメリカ合衆国 05445 バーモント州
シャルロッテ スペア ストリート
5524
(72)発明者 カサリン・リン・セーンガー
アメリカ合衆国 10562 ニューヨーク
州 オッシニング アンダーヒル ロー
ド 115
(72)発明者 トーマス・マッカロール・ショウ
アメリカ合衆国 10598 ニューヨーク
州 ピークスキル エルム ストリート
1210
(56)参考文献 特開 平11−135743（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/822
H01L 21/8242
H01L 27/04
H01L 27/10
H01L 27/108
Claims (47)
- 【請求項１】導電性電極層と、 前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層と、 前記強誘電体層上に形成された導電性対向電極層と、前記導電性対向電極層上に、ラインの後工程（ＢＥＯ
Ｌ）において形成された配線層と 、前記電極層の下及び／又は前記対向電極層の上に設けら
れた 部分的に分解した酸素源層と、 を備えることを特徴とする強誘電体キャパシタ。 - 【請求項２】前記導電性電極層および前記導電性対向電
極層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，および
それらの混合物および多層から成る群から選ばれた同一
または異なる導電材料から構成されることを特徴とする
請求項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項３】前記強誘電体層は、ペロブスカイト型酸化
物、パイロクロール構造を含む化合物、リン酸二水素カ
リウム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸塩、
ヒ素のリン酸塩、またはそれらの混合物または多層であ
ることを特徴とする請求項１記載の強誘電体キャパシ
タ。 - 【請求項４】前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式Ａ
ＢＯ3 を有し、この式においては、Ｂは、元素の周期表
のIVＢ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，また
はＩＢ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物であ
り、Ａは、１〜３の正の形式電荷を有する付加的なカチ
オンであることを特徴とする請求項３記載の強誘電体キ
ャパシタ。 - 【請求項５】前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸
塩をベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースとす
る材料、銅酸塩をベースとする材料、タングテンブロン
ズをベースとするニオブ酸塩、タングテンブロンズをベ
ースとするタンタル酸塩、タングテンブロンズをベース
とするチタン酸塩、層状タンタル酸ビスマス、層状ニオ
ブ酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであること
を特徴とする請求項４記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項６】前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタル
酸ビスマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロン
チウム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビスマ
スストロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン酸
ランタン鉛，またはドーパント材料により変成されたこ
れらの組成物であることを特徴とする請求項５記載の強
誘電体キャパシタ。 - 【請求項７】前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する金
属酸化物であり、この式において、Ｍは、貴金属，非貴
金属，またはそれらの混合物および合金であり、ｘは、
０．０３〜３であることを特徴とする請求項１記載の強
誘電体キャパシタ。 - 【請求項８】前記導電性電極層、導電性対向電極層、ま
たは酸素源層に近接した付加的な導電層をさらに備え、
前記付加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性
酸化物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸化
物，金属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または多
層から成る群から選ばれた材料であることを特徴とする
請求項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項９】前記配線層は誘電体層内に形成された導電
層からなることを特徴とする請求項１記載の強誘電体キ
ャパシタ。 - 【請求項１０】前記導電性電極層は、パターニングされ
る、またはパターニングされないことを特徴とする請求
項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項１１】前記酸素源層は、パターニングされる、
またはパターニングされないことを特徴とする請求項１
記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項１２】前記部分的に分解した酸素源層および前
記電極層はパターニングされ、前記パターニングされた
酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあり、前
記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層の上面
および側面の両方、および前記パターニングされた酸素
源層の側面に接触するように設けられることを特徴とす
る請求項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項１３】前記構造は、平坦または平坦でないこと
を特徴とする請求項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項１４】前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を
有する高ε材料の層により、置き換えられることを特徴
とする請求項１記載の強誘電体キャパシタ。 - 【請求項１５】少なくとも１つのトランジスタを有する
ＣＭＯＳ構造と、 前記ＣＭＯＳ構造上に形成された強誘電体キャパシタと
を備え、前記強誘電体キャパシタは、導電性電極層と、
前記導電性電極層上に設けられた強誘電体層と、前記強
誘電体層上に形成された導電性対向電極層と、前記導電
性対向電極層上に、ラインの後工程（ＢＥＯＬ）におい
て形成された配線層と、前記電極層の下及び／又は前記
対向電極層の上に設けられた部分的に分解した酸素源層
とを備えることを特徴とする強誘電体／ＣＭＯＳ集積化
構造。 - 【請求項１６】前記ＣＭＯＳ構造は、半導体基板上に形
成された少なくとも１つの配線レベルをさらに有するこ
とを特徴とする請求項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集
積化構造。 - 【請求項１７】前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧ
ｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合
物，および有機半導体から成る群から選ばれた半導体材
料であることを特徴とする請求項１６記載の強誘電体／
ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項１８】前記導電性電極層および前記導電性対向
電極層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およ
びそれらの混合物および多層から成る群から選ばれた、
同一または異なる導電材料から構成されることを特徴と
する請求項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項１９】前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型
酸化物，パイロクロール構造を含む化合物，リン酸二水
素カリウム，ルビジウムのリン酸塩，セシウムのリン酸
塩，ヒ素のリン酸塩，またはそれらの混合物または多層
であることを特徴とする請求項１５記載の強誘電体／Ｃ
ＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２０】前記ペロブスカイト型酸化物は、化学式
ＡＢＯ3 を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期
律表のIVＢ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，
またはＩＢ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物
であり、Ａは、１〜３の正の形式電荷を有する付加的な
カチオンであることを特徴とする請求項１９記載の強誘
電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２１】前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン
酸塩をベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースと
する材料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タング
テンブロンズ、タンタル酸タングテンブロンズ、チタン
酸タングテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層状
ニオブ酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスである
ことを特徴とする請求項２０記載の強誘電体／ＣＭＯＳ
集積化構造。 - 【請求項２２】前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタ
ル酸ビスマスストロンチウム、ニオブ酸ビスマスストロ
ンチウム、チタン酸ビスマス、ニオブ酸タンタル酸ビス
マスストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコン
酸チタン酸鉛、またはドーパント材料により変成された
これらの組成物であることを特徴とする請求項２１記載
の集積化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 - 【請求項２３】前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する
金属酸化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非
貴金属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘ
は、０．０３〜３であることを特徴とする請求項１５記
載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２４】前記導電性電極層、導電性対向電極層、
または酸素源層に近接した付加的な導電層をさらに備
え、前記付加的な導電層は、貴金属，貴金属酸化物，導
電性酸化物，金属窒化物，金属シリコン窒化物，金属酸
化物，金属オキシ窒化物，およびそれらの混合物または
多層からなる群から選ばれた材料であることを特徴とす
る請求項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２５】前記導電性電極は、パターニングされ
る、またはパターニングされないことを特徴とする請求
項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２６】前記酸素源層は、パターニングされる、
またはパターニングされないことを特徴とする請求項１
５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２７】前記部分的に分解した酸素源層および前
記電極層はパターニングされ、前記パターニングされた
酸素源層は、パターニングされた電極層の下にあり、前
記強誘電体層は、前記パターニングされた電極層の上面
および側面の両方、および前記パターニングされた酸素
源層の側面に接触するように設けられることを特徴する
請求項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項２８】前記配線レベルは、少なくとも１つの導
電層、および少なくとも１つの誘電体層を含むことを特
徴とする請求項１５記載の強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構
造。 - 【請求項２９】前記強誘電体キャパシタは、平担または
平担でないことを特徴とする請求項１５記載の強誘電体
／ＣＭＯＳ集積化構造。 - 【請求項３０】前記強誘電体層は、２０以上の誘電率を
有する高ε材料の層と置き換えられることを特徴とする
請求項１５記載の集積化強誘電体／ＣＭＯＳ構造。 - 【請求項３１】強誘電体／ＣＭＯＳ集積化構造を作製す
る方法において、 （ａ）半導体ウェハ上に、少なくとも１つの相補型金属
−酸化膜−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを形成する工程
と、 （ｂ）前記ＣＭＯＳデバイス上に強誘電体キャパシタを
形成する工程とを含み、前記強誘電体キャパシタは、１
つの強誘電体層と、導電性電極層に近接する１つの酸素
源層を少なくとも備え、前記酸素源層は、７００℃より
低い温度で少なくとも部分的に分解でき、 （ｃ）４５０℃より低い温度で、前記強誘電体キャパシ
タ上に、配線レベルを形成する工程と、 （ｄ）前記強誘電体キャパシタ内へ酸素を放出するため
に、前記酸素源層を部分的に分解するように、３００〜
７００℃の温度で前記構造をアニールする工程と含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項３２】前記ＣＭＯＳデバイスは、トランジスタ
領域と半導体基板とを含むことを特徴とする請求項３１
記載の方法。 - 【請求項３３】前記半導体基板は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧ
ｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，他のIII／Ｖ 族化合
物、および有機半導体から成る群から選ばれた半導体材
料であることを特徴とする請求項３２記載の方法。 - 【請求項３４】前記導電性電極層および前記導電性対向
電極層は、貴金属，貴金属酸化物，導電性酸化物，およ
びそれらの混合物および多層から成る群から選ばれた同
一または異なる導電材料から構成されることを特徴とす
る請求項３１記載の方法。 - 【請求項３５】前記強誘電体材料は、ペロブスカイト型
酸化物、パイロクロール構造を含む化合物、リン酸二水
素カリウム、ルビジウムのリン酸塩、セシウムのリン酸
塩、またはヒ素のリン酸塩、およびそれらの混合物また
は多層であることを特徴とする請求項３１記載の方法。 - 【請求項３６】前記ペロブスカイト酸化物は、化学式Ａ
ＢＯ3 を有し、この式においては、Ｂは、原子の周期律
表のIVＢ族，ＶＢ族，VIＢ族，ＶIIＢ族，IIIＡ 族，お
よびＩＢ族の金属を含む少なくとも１種の酸性酸化物で
あり、Ａは、１〜３の正の形式電荷を有する付加的なカ
チオンであることを特徴とする請求項３５記載の方法。 - 【請求項３７】前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン
酸塩をベースとする強誘電体、マンガン酸塩をベースと
する材料、銅酸塩をベースとする材料、ニオブ酸タング
テンブロンズ、タンタル酸タングステンブロンズ、チタ
ン酸タングテンブロンズ、層状タンタル酸ビスマス、層
状ニオブ酸ビスマス、または層状チタン酸ビスマスであ
ることを特徴とする請求項３６記載の方法。 - 【請求項３８】前記ペロブスカイト型酸化物は、タンタ
ル酸ビスマスストロンチウム，ニオブ酸ビスマスストロ
ンチウム，チタン酸ビスマス，ニオブ酸タンタル酸ビス
マスストロンチウム，チタン酸ジルコン酸鉛，ジルコン
酸チタン酸鉛，またはドーパント材料により変成される
これらの材料の組成物であることを特徴とする請求項３
７記載の方法。 - 【請求項３９】前記酸素源層は、化学式ＭＯx を有する
金属酸化物であり、この式において、Ｍは、貴金属、非
貴金属、またはそれらの混合物および合金であり、ｘ
は、０．０３〜３であることを特徴とする請求項３１記
載の方法。 - 【請求項４０】前記導電性電極は、パターニングされ
る、またはパターニングされないことを特徴とする請求
項３１記載の方法。 - 【請求項４１】前記酸素源層は、パターニングされる、
またはパターニングされないことを特徴とする請求項３
１記載の方法。 - 【請求項４２】前記アニール工程は、３５０〜７００℃
の温度で、１分〜４時間の期間を行われることを特徴と
する請求項３１記載の方法。 - 【請求項４３】前記アニール工程は、３５０〜５００℃
の温度で、１分〜１０分の期間を行われることを特徴と
する請求項４２記載の方法。 - 【請求項４４】前記アニール工程は、酸化ガスと選択的
に混合することができる不活性ガス雰囲気内で行われる
ことを特徴とする請求項３１記載の方法。 - 【請求項４５】前記強誘電体キャパシタは、平担または
平担でないことを特徴とする請求項３１記載の方法。 - 【請求項４６】前記アニール工程は、強誘電体の付着，
上部電極の付着，選択的な被覆の付着，ＢＥＯＬ処理，
およびデバイス動作から成る群から選ばれた工程の際
に、酸素源層を分解することを可能とする工程により置
き換えられることを特徴とする請求項３１記載の方法。 - 【請求項４７】前記強誘電体キャパシタの前記強誘電体
層は、２０以上の誘電率を有する高ε層と置き換えられ
ることを特徴とする請求項３１記載の方法。
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