專利名稱：強電介質膜的形成方法、強電介質存儲器、強電介質存儲器的制造方法、半導體裝置及半 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種強電介質膜的形成方法、強電介質存儲器、強電介質存儲器的制造方法、半導體裝置及半導體裝置制造方法背景技術強電介質存儲器(FeRAM)，在電容器部分采用強電介質膜，利用其自發極化保持數據。此外，近年來，采用此種強電介質存儲器的半導體裝置倍受矚目。
以往，在形成顯示良好特性的強電介質膜時，通過在高溫下實施熱處理，使強電介質材料結晶化。例如，對于Pb(Zr、Ti)O3(PZT)，結晶化需要600～700℃的高溫熱處理；對于SrBi2Ta2O9(SBT)，結晶化需要700～800℃的高溫熱處理。另外，強電介質材料的結晶化，例如，采用熱處理爐進行。
但是，高溫的熱處理對元件的損傷大，例如，原子擴散導致電極等周邊部件的特性劣化。此外，當在強電介質存儲器上集成晶體管其他半導體器件時，由于高溫熱處理造成的熱負荷，也有時劣化晶體管等的特性。
發明內容
本發明的目的是提供一種強電介質膜的形成方法，能夠降低強電介質的結晶化時的熱負荷。此外，本發明的另一目的是提供一種采用本發明的強電介質膜的形成方法的強電介質存儲器的制造方法及采用此法形成的強電介質存儲器。另外，本發明的又一目的是提供一種采用本發明的強電介質存儲器的制造方法的半導體裝置的制造方法及采用此法形成的半導體裝置。
本發明的強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
圖1A～圖1D是說明本發明的實施方式1的強電介質存儲器的制造工序的圖。
圖2A是模式表示在本發明的實施方式1的強電介質存儲器的制造工序中使用的激光照射裝置的圖。
圖2B是模式表示在本發明的實施方式1的強電介質存儲器的制造工序中使用的燈光照射裝置的圖。
圖3A～圖3D是模式表示本發明的實施方式1的實施例1～4的強電介質膜的形成工序的圖。
圖4A～圖4D是模式表示本發明的實施方式1的實施例5的強電介質膜的形成工序的圖。
圖5A～圖5D是模式表示本發明的實施方式1的實施例6的強電介質膜的形成工序的圖。
圖6A～圖6D是模式表示本發明的實施方式1的實施例7的強電介質膜的形成工序的圖。
圖7A～圖7D是模式表示本發明的實施方式1的實施例8的強電介質膜的形成工序的圖。
圖8A～圖8D是模式表示本發明的實施方式2的強電介質存儲器的制造工序的圖。
圖9A是模式表示本發明的實施方式3的強電介質存儲單元的一制造工序的圖。
圖9B是圖9A的a-a′剖面圖。
圖10A是模式表示本發明的實施方式3的強電介質存儲單元的一制造工序的圖。
圖10B是圖10A的b-b′剖面圖。
圖11是模式表示本發明的實施方式4的強電介質存儲單元陣列的剖面圖。
圖12A及圖12B是模式表示本發明的實施方式4的強電介質存儲單元陣列的一制造工序的圖。
圖13A是模式表示本發明的實施方式5的半導體裝置的圖。
圖13B是模式表示本發明的實施方式5的半導體裝置的一制造工序的圖。
具體實施例方式
(1)本發明的強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
在該強電介質膜的形成方法中，分多個階段進行形成在基板上的非晶質的氧化物膜的結晶化。此外，在該強電介質膜的形成方法中，在氧化物膜上形成光透過/吸收膜后，進行氧化物的最終的結晶化。首先，對氧化物膜照射脈沖狀的激光或燈光，利用激光或燈光的熱能去除雜質，同時，形成氧化物的微結晶核。然后，在該氧化物膜上，形成對于激光或燈光，具有透過及吸收中的至少一方性質的光透過/吸收膜。之后，從光透過/吸收膜的上部，再照射脈沖狀的激光或燈光。于是，由于激光或燈光的熱能，借助光透過/吸收膜，傳遞給氧化物膜，所以，能夠使氧化物結晶化，形成強電介質膜。
所以，如果采用本發明的強電介質膜的形成方法，通過脈沖狀照射能夠瞬間給予高能量的激光或燈光，能夠進行短時間加熱。因此，如果采用該強電介質膜的形成方法，能夠降低結晶化部分以外的熱負荷。此外，通過在氧化物的結晶化之前照射脈沖狀的激光或燈光，能夠去除雜質。另外，通過在氧化物的結晶化之前形成光透過/吸收膜，氧化物不會受到為結晶化而照射的激光或燈光的熱能而蒸發或升華。因此，在結晶化的強電介質中不產生晶格偏移等造成的變形，能夠形成高質量的強電介質膜。
此處，本說明書中的所謂“形成在……的上面”，并不限于直接形成在其上面的情況，包括借助規定的層形成的情況。此外，本說明書中的所謂“脈沖狀”，指的是按規定的間隔多次照射激光或燈光的狀態，間隔可以是固定的，也可以是不固定的。
(2)此外，本發明的實施方式的強電介質膜的形成方法，包括只對形成在基板上的非晶質的氧化物膜的規定部分，照射脈沖狀的激光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的燈光，使規定部分的氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
在本實施方式的強電介質膜的形成方法中，分多個階段進行非晶質的氧化物膜的結晶化，此點與上述(1)的情況相同。但是，在本實施方式的強電介質膜的形成方法中，在形成氧化物的微結晶核時，只對膜的規定部分照射脈沖狀的激光，去除雜質等，同時，形成微結晶核，此點與上述(1)的情況不同。于是，在形成強電介質的工序中，通過對膜照射脈沖狀的燈光，能夠只使照射激光和燈光雙方的規定部分結晶化。
所以，如果采用本實施方式的強電介質膜的形成方法，能夠具有與(1)的情況相同的作用效果。此外，如果采用本實施方式的強電介質膜的形成方法，由于只對規定部分照射激光，能夠降低熱負荷，同時，能夠只高效率結晶化所要求的部分。
(3)此外，本發明的實施方式的強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的燈光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，只對規定部分照射脈沖狀的激光，使規定部分的氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
即使在本強電介質膜的形成方法中，也能夠具有與(1)的情況相同的作用效果。此外，如果采用本實施方式的強電介質膜的形成方法，通過只對規定部分照射脈沖狀的激光，能夠只結晶化照射燈光和激光雙方的部分。所以，能夠進一步降低熱負荷，同時能夠只高效率結晶化所要求的部分。
(4)此外，本發明的強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的激光或燈光的工序；之后，在氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
即使在該強電介質膜的形成方法中，也能夠降低對結晶化部分以外的熱負荷。此外，在本強電介質膜的形成方法中，能夠通過光透過/吸收膜防止強電介質材料的蒸發或升華，能夠形成高質量的強電介質膜。
本發明的實施方式的強電介質膜的形成方法，能采取以下方式。
(A)能夠包括在配置在與氧化物膜的規定部分不同的部分上的光透過/吸收膜上形成光遮擋膜的工序。
如果采用本方式，通過用光遮擋膜覆蓋規定部分以外的部分，不對使強電介質膜結晶化的部分以外的其它部分照射光。因此，能夠大幅度降低對其他部分的熱負荷。
(B)能夠包括，只在氧化物膜的規定部分的上面形成光透過/吸收膜，在與氧化物膜的規定部分不同的部分上形成光遮擋膜的工序。
如果采用本方式，通過用光遮擋膜覆蓋規定部分以外的部分，由于也不對使強電介質膜結晶化的部分以外的部分照射光，所以，也能夠大幅度降低對其他部分的熱負荷。
(C)能夠相對于基板，至少借助光反射膜形成非晶質的氧化物膜。
如果采用本方式，由于在照射激光或燈光時，能夠通過用光反射膜反射，將通過氧化物膜的光用于熱處理，所以，能夠以更短的時間高效率進行強電介質膜的結晶化。
(5)此外，本發明的實施方式的強電介質存儲器的制造方法，包括采用上述的強電介質膜的形成方法，形成強電介質層。
如果采用本發明的強電介質存儲器的制造方法，能夠降低形成強電介質層時的熱負荷，同時能夠防止結晶化的氧化物的蒸發或升華。因此，能夠謀求提高器件的特性及器件的成品率，從而提高生產性。
此外，在本實施方式的強電介質存儲器的制造方法中，在形成強電介質層時，至少包括腐蝕含有微結晶核的氧化物膜的工序，能夠至少在使氧化物結晶化之前，進行腐蝕工序。
如果采用本方式，在通過結晶化氧化物形成強電介質層之前，至少將微結晶核形成后的氧化物膜腐蝕成規定的形狀。此時，也能夠腐蝕電極等。其后，通過夾持光透過/吸收膜對氧化物膜照射激光或燈光，能夠在恢復氧化物膜的腐蝕損傷的同時進行結晶化。
此外，在本實施方式的強電介質存儲器的制造方法中，在形成強電介質層時，能夠作為電極形成設在強電介質層上的光透過/吸收膜。
(6)此外，本發明的實施方式的強電介質存儲器，利用上述的強電介質存儲器的制造方法形成。
此外，本發明的實施方式的強電介質存儲器，是含有多層疊層在基板上的存儲單元陣列的強電介質存儲器，存儲單元陣列包括，形成條紋狀而且交叉地配置的多個下部電極和上部電極，以及在下部電極和上部電極之間，配置在下部電極和上部電極的至少交叉部分的強電介質層，以相鄰的存儲單元陣列間的交叉部分不重疊的方式配置各存儲單元陣列的下部電極和上部電極。
該強電介質存儲器，具有在相鄰的存儲單元間，各存儲單元陣列的下部電極和上部電極不重疊的交叉部分的新型結構。
此外，該強電介質存儲器優選采用后述的強電介質存儲器的制造方法。
即，在該強電介質存儲器的制造方法中，能夠作為光透過/吸收膜形成多個存儲單元陣列的上部電極，利用上述的強電介質膜的形成方法形成強電介質存儲器的強電介質層。
如果采用該強電介質存儲器的制造方法，從上部照射的激光或燈光，借助各存儲單元陣列的上部電極，使氧化物結晶化，由此能夠形成強電介質層。因此，如果采用該強電介質存儲器的制造方法，能夠防止氧化物的蒸發或升華，能夠得到良好特性的強電介質存儲器。
此外，在該強電介質存儲器的制造方法中，在至少疊層2個以上存儲單元陣列后，在各存儲單元陣列中，能夠使氧化物膜結晶化而形成強電介質層。
如果采用該強電介質存儲器的制造方法，由于在疊層多個存儲單元陣列后的狀態下使氧化物膜結晶化，能夠提高生產效率。
(7)此外，本發明的實施方式的強電介質存儲器的制造方法，適用于含有具有強電介質層的存儲單元區域和其他電路區域的半導體裝置的制造方法。該半導體裝置的制造方法，包括在基板上的規定區域形成存儲單元區域的工序；在基板上的與存儲單元區域不同的部分形成電路區域的工序；在形成電路區域時，包括在電路區域上形成光遮擋膜的工序；在形成存儲單元區域時，至少在形成光遮擋膜后，利用上述強電介質存儲器的制造方法形成強電介質層。
如果采用本半導體裝置的制造方法，由于能夠通過光遮擋膜，降低對含有強電介質層的存儲單元區域以外的其他電路區域的熱負荷，所以，制造工藝的自由度高。此外，如果采用本半導體裝置的制造方法，其他電路區域的熱負荷小。因此，如果采用本實施方式的半導體裝置的制造方法，例如，不因結晶化所需的熱而劣化金屬配線等，能夠良好地維持制作的器件的特性及器件的成品率。
(8)此外，本發明的實施方式的半導體裝置，含有具有強電介質層的存儲單元區域和配置在基板上的與存儲單元區域不同區域上的其他電路區域，能夠采用上述半導體裝置的制造方法形成。
以下，參照附圖詳細說明本發明的優選實施方式。
1.實施方式1圖1A～圖1D是模式表示本發明的實施方式1的強電介質存儲器1000的一例制造工序的圖。
首先，如圖1A所示，在基板11上形成晶體管16的基體10上，依次疊層形成下部電極20、強電介質材料的氧化物膜30。晶體管16是由源極及漏極12、15、柵絕緣膜13、柵極14構成的MOS晶體管。另外，晶體管16可用眾所周知的方法形成。
下面，如圖1B所示，對氧化物膜30照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核40。然后，在含有該微結晶核40的膜上形成上部電極22。作為對于在后述的氧化物的結晶化時照射的激光或燈光，至少具有透過/吸收中一方性質的光透過/吸收膜，形成該上部電極22。另外，也能夠由氧化物導電體形成該上部電極22。作為其具體例有，ITO(Indium TinOxide:In2O3-SnO2)、SRO(SrRuOx)、LSCO(LaxSr1-xCoO3)、YBCO(YBa2Cu3O7)、IrOx等。這些材料由于具有透過及吸收中的至少一方的性質，因此，即使在形成上部電極22后，也能夠進行利用激光或燈光的氧化物的結晶化。
下面，如圖1C所示，通過從上部電極22的上部照射脈沖狀的激光或燈光，通過完全使氧化物結晶化，形成強電介質膜50。
上述的圖1A～圖1C中的工序以下稱為膜形成工序。另外，在膜形成工序中，通過結晶化氧化物30形成強電介質膜50的部分，可以是膜整體，也可以只是與后述的腐蝕工序的關系中所需部分。
下面，通過腐蝕下部電極20、強電介質膜50及上部電極22，形成強電介質電容器100。在上述腐蝕工序中，可以采用眾所周知的腐蝕方法。
另外，圖1C所示的氧化物的結晶化工序也可以在上述腐蝕工序后進行。此時，在通過結晶化氧化物形成強電介質膜50之前，將微結晶核40形成后的氧化物膜、上部電極20、下部電極22腐蝕成規定的形狀。此時，只要至少腐蝕氧化物膜就可以。其后，通過借助上部電極22向氧化物膜照射脈沖狀的激光或燈光，能夠在恢復氧化物膜的腐蝕損傷的同時，進行結晶化。
另外，當在該強電介質電容器100上形成絕緣膜23后，通過用配線層24連接晶體管16和強電介質電容器100，形成圖1D所示的強電介質存儲器1000。
另外，當在基板11上形成多個強電介質存儲器1000時，各強電介質存儲器1000，通過形成元件分離區域17，能夠與其他的強電介質存儲器1000進行元件分離。此外，強電介質電容器100和晶體管16，如果形成在基體10上，通過由氧化硅等構成的層間絕緣膜18，能夠在配線層24以外電絕緣。
以下，說明本實施方式的強電介質存儲器1000的制造方法中的膜形成工序的實施例。
在各實施例中，例如，采用如圖2A及圖2B所示的光照射裝置，進行氧化物的結晶化。
圖2A是模式表示一例激光照射裝置的圖。在該激光照射裝置中，借助反射鏡5、透鏡6，能夠向搭載在載物臺2上的靶子1照射從輸出規定波長的激光器4輸出的激光。載物臺2及激光器4，由控制裝置3控制，按規定間隔反復進行激光的輸出及非輸出，對靶子1的所要求的部分照射脈沖狀的光，如此形成。
圖2B是模式表示一例燈光照射裝置的圖。在該燈光照射裝置中，能夠向搭載在載物臺2上的靶子1照射由燈7輸出的燈光。燈4，由控制裝置3控制，按規定間隔反復進行燈光的輸出及非輸出，向靶子1照射脈沖狀的光，如此形成。
1-1.實施例1在實施例1中，參照圖3A～圖3D說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用在溶劑正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸鍶、2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鉭的溶液。如圖3A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，260℃、4分鐘干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖3B所示，對該氧化物膜30，用1msec的脈沖寬度，按10μJ/cm2的強度，使氙燈發光10次，照射燈光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖3C所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖3D所示，再從上部電極22的上部，按20μJ/cm2的強度，10次發光，照射燈光，使氧化物結晶化，能夠形成具有層狀鈣鈦礦型晶格結構的SBT強電介質膜50。
1-2.實施例2在實施例2中，參照圖3A～圖3D說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用在溶劑正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸鍶、2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鉭的溶液。如圖3A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，260℃、4分鐘干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖3B所示，對該氧化物膜30，按50mJ/cm2的強度，100次掃描照射波長248nm的受激準分子激光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖3C所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖3D所示，再從上部電極22的上部，按200mJ/cm2的強度，200次掃描照射248nm的受激準分子激光，使氧化物結晶化，能夠形成具有層狀鈣鈦礦型晶格結構的SBT強電介質膜50。
1-3.實施例3在實施例3中，參照圖3A～圖3C說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用在溶劑正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸鍶、2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鉭的溶液。如圖3A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，260℃、4分鐘干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖3B所示，對該氧化物膜30，按50mJ/cm2的強度，100次掃描照射波長248nm的受激準分子激光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖3C所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖3D所示，再從上部電極22的上部，以1msec的脈沖寬度，按20μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，照射燈光，使氧化物結晶化，能夠形成具有層狀鈣鈦礦型晶格結構的SBT強電介質膜50。
1-4.實施例4在實施例4中，參照圖3A～圖3C說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用在溶劑正辛烷和醋酸正丁酯中溶解2-乙基己酸鍶、2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鉭的溶液。如圖3A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，260℃、4分鐘干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖3B所示，對該氧化物膜30，按50mJ/cm2的強度，100次掃描照射波長248nm的受激準分子激光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖3C所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖3D所示，再從上部電極22的上部，以1msec的脈沖寬度，按20μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，照射燈光，使氧化物結晶化，能夠形成具有層狀鈣鈦礦型晶格結構的SBT強電介質膜50。
1-5.實施例1～4的效果如果采用實施例1～4的膜形成工序，通過脈沖狀照射能夠瞬間給予高能量的激光或燈光，能夠進行短時間加熱。因此，能夠降低對結晶化部分以外，例如下部電極20等的熱負荷。此外，通過在氧化物的結晶化前照射脈沖狀的激光或燈光，能夠去除雜質。另外，通過在氧化物的結晶化之前形成成為光透過/吸收膜的上部電極22，為結晶化而照射的激光或燈光的熱能不蒸發或升華氧化物。因此，在結晶化的強電介質中不產生晶格偏移等造成的變形，能夠形成高質量的強電介質膜50。
1-6.實施例5在實施例5中，參照圖4A～圖4D說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作為溶劑的溶液。如圖4A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖4B所示，在該氧化物膜30，按50mJ/cm2的強度，只對成為強電介質電容器100的部分，50次掃描照射波長248nm的受激準分子激光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖4C所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖4D所示，再從上部電極22的上部，以1msec的脈沖寬度，按15μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，向膜整面照射燈光。結果，只結晶化同時照射激光和燈光的部分，能夠形成具有鈣鈦礦型晶格結構的PZT強電介質膜50。
1-7.實施例6在實施例6中，參照圖5A～圖5D說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作為溶劑的溶液。如圖5A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖5B所示，對該氧化物膜30，以1msec的脈沖寬度，按10μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，向膜整面照射燈光，形成氧化物的微結晶核40。然后，如圖5D所示，在含有微結晶核40的膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，如圖5D所示，再從上部電極22的上部，以按150mJ/cm2的強度，僅對成為強電介質電容器100的部分，200次掃描照射波長248nm的受激準分子激光。結果，只結晶化同時照射激光和燈光的部分，能夠形成具有鈣鈦礦型晶格結構的PZT強電介質膜50。
1-8.實施例5、6的效果如果采用實施例5、6的膜形成工序，能夠具有與實施例1～4時同樣的效果。此外，如果采用實施例5、6的膜形成工序，由于只對規定部分照射脈沖狀的激光，只結晶化照射燈光和激光雙方的部分，所以，例如，能夠進一步降低對下部電極20等的其它部位的熱負荷，同時能夠只高效率結晶化所要求的部分。
此外，在實施例5、6中，作為強電介質存儲器1000的絕緣層23的一部分，也能夠采用結晶化的規定部分以外的氧化物膜40。如果采用本方式，能夠降低形成強電介質電容器100的腐蝕工序中對強電介質膜50的損傷，同時能夠簡化絕緣層23的形成工序。
1-9.實施例7在實施例7中，參照圖6A～圖6C說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作為溶劑的溶液。如圖6A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶質的氧化物膜30。然后，如圖6B所示，在該氧化物膜30，按50mJ/cm2的強度，只對成為強電介質電容器100的部分，50次掃描照射波長248nm的受激準分子激光，形成氧化物的微結晶核40。此時，光遮擋膜60下面的氧化物膜30由于未被照射光，還是非晶質原狀。然后，如圖6C所示，在該氧化物膜30上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，依次疊層形成上部電極22，和，例如由Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ir等金屬構成的光遮擋膜60。然后，如圖6D所示，以1msec的脈沖寬度，按15μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，對膜整面照射燈光。結果，只結晶化同時照射激光和燈光的部分，能夠形成具有鈣鈦礦型晶格結構的PZT強電介質膜50。
另外，在本實施方式中，在形成上部電極22和光遮擋膜60的工序中，只在形成微結晶核40的規定部分上形成上部電極22，也可以在其他非晶質的氧化物膜30上直接形成光遮擋膜60。
1-10.實施例8在實施例8中，參照圖7A～圖7D說明膜形成工序。
首先，作為形成強電介質的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作為溶劑的溶液。如圖7A所示，例如，用旋轉涂布法涂布該溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶質的氧化物膜30。此外，在該氧化物膜30上，形成例如由Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ir等金屬構成的光遮擋膜60。然后，如圖7B所示，以1msec的脈沖寬度，按10μJ/cm2的強度，10次使氙燈發光，對氧化膜30膜整面照射燈光，形成氧化物的微結晶核40。此時，光遮擋膜60下面的氧化物膜30由于未被照射光，還是非晶質原狀。然后，如圖7B所示，在通過例如腐蝕等去除光遮擋膜60后，在該整個膜上，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，形成上部電極22。然后，再如圖6D所示，從上部電極22的上部，按150mJ/cm2的強度，只對成為強電介質電容器100的部分，200次掃描照射波長248nm的受激準分子激光。結果，只結晶化同時照射激光和燈光的部分，能夠形成具有鈣鈦礦型晶格結構的PZT強電介質膜50。
另外，在本實施方式中，在形成上部電極22的工序中，也可以不去除形成在非晶質的氧化物膜30上的光遮擋膜60，只在形成微結晶核40的規定部分上形成上部電極22。
1-11.實施例7、8的效果如果采用實施例7、8的膜形成工序，能夠具有與實施例1～4時同樣的效果。此外，如果采用實施例7、8的膜形成工序，通過用光遮擋膜60覆蓋規定部分以外的部分，由于除結晶化強電介質的部分以外，不照射光，所以，例如，能夠進一步降低對下部電極20等的其它部位的熱負荷。
此外，在實施例7、8中，也與實施例5、6時一樣，作為強電介質存儲器1000的絕緣層23的一部分，也能夠采用結晶化的規定部分以外的氧化物膜30。如果采用本方式，能夠降低形成強電介質電容器100的腐蝕工序中對強電介質膜50的損傷，同時能夠簡化絕緣層23的形成工序。
1-12.其他實施例也可以根據實施例1～8所示以外的方式，實施本實施方式的膜形成工序。
例如，在實施例1～8中，通過用反射激光或燈光的材料(例如，Ir、Pt等金屬)形成在基體10上形成的下部電極20，在照射光時，可以用光反射膜反射通過氧化物膜30(或40)的光并用于熱處理。如果采用本方式，能夠更短時間地高效率進行強電介質的結晶化。另外，在不將下部電極20用作光反射膜時，也可以以另外的用途在氧化物膜30下面形成光反射膜。
此外，例如，能夠相同地或增大結晶化的光照射強度地，設定照射非晶質的氧化物膜30的光的強度和其后為結晶化氧化物所照射光的強度。所以，在多階段照射的光的強度，不局限于實施例1～8所示的情況，可根據強電介質材料的結晶化溫度，設定最佳的強度。
此外，例如，能夠相同地或增大結晶化的光脈沖數地，設定照射非晶質的氧化物膜30的光的脈沖數(照射次數)和其后為結晶化的氧化物所照射光的脈沖數(照射次數)。所以，在多階段照射的光的脈沖數，不局限于實施例1～8所示的情況，可根據強電介質材料的結晶化溫度，設定最佳的脈沖數。
此外，在實施例1～4中說明了形成SBT強電介質膜時的情況，在實施例5～8中說明了形成PZT強電介質膜時的情況，但在膜形成工序中，能夠采用各實施例所示的方法，由眾所周知的強電介質材料形成任意的強電介質膜。作為如上所示以外的強電介質材料，例如，有在PZT、SBT中添加鈮或鎳、鎂等金屬的強電介質材料。此外，作為其他的強電介質材料的具體例，可以采用鈦酸鉛(PbTiO3)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鈦酸鉛鑭((Pb、La)TiO3)、鋯酸鈦鉛鑭((Pb、La)(Zr、Ti)O3)或鎂鈮酸鋯鈦酸鉛(Pb(Zr、Ti)(Mg、Nb)O3)等。
此外，作為上述的實施例中的氧化物膜30的形成方法，例如，可以采用利用溶膠凝膠原料或MOD材料的旋轉涂敷法或浸漬法等、濺射法、MOCVD法、激光燒蝕法等眾所周知的成膜方法。
此外，在上述的實施例中，下部電極20的材料及成膜方法不特別限定，可以采用眾所周知的材料及成膜方法。作為電極材料，例如，舉例有Ir、IrOx、Pt、Ru、RuOx、SrRuOx、LaSrCoOx等。此外，作為電極膜的成膜方法，例如，可以采用氣相法、液相法等。
如上所述，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1000的制造方法，能夠降低形成強電介質層50的工序中的熱負荷。此外，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1000的制造方法，能夠防止被結晶化的氧化物的蒸發或升華。因此，能夠提高器件的特性及成品率，能夠提高生產性。
2.實施方式2圖8A～圖8D是模式表示本發明的實施方式2的強電介質存儲器1100的一例制造工序的圖。對于具有實質上與圖1A～圖1D所示的部件相同的功能的部件，附加相同的符號，省略詳細的說明。
首先，如圖8A所示，在基板11上形成晶體管16及插塞電極26的基體10上，依次疊層形成下部電極20、強電介質材料的氧化物膜30。
下面，如圖8B所示，對非晶質的氧化物膜30照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核40。然后，在含有該微結晶核40的膜上形成上部電極22。
下面，如圖8C所示，通過從上部電極22的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使結晶化，形成強電介質膜50。之后，在強電介質膜50上，作為光透過/吸收膜，形成由氧化物導電體構成的上部電極22。另外，在圖8A～圖8C所示的膜形成工序中，通過結晶化氧化物膜30形成強電介質膜50的部分，可以是膜整體，也可以只是在與后述的腐蝕工序的關系中所要求的部分。在膜形成工序中，能夠形成根據在實施方式1中說明的實施例而結晶化的強電介質膜50。
下面，如圖8D所示，通過腐蝕下部電極20、強電介質膜50及上部電極22，形成強電介質電容器100。此時，強電介質電容器100和晶體管16，通過插塞電極26連接。其后，當在該強電介質電容器100上形成絕緣膜23后，能夠通過形成與外部接觸的配線層24，形成強電介質存儲器1100。
因此，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1100的制造方法，能夠降低形成強電介質層50的工序中的熱負荷。此外，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1100的制造方法，能夠防止被結晶化的氧化物的蒸發或升華。因此，能夠提高器件的特性及成品率，能夠提高生產性。
另外，圖8C所示的氧化物的結晶化工序，也可以在上述腐蝕工序后進行。此時，在通過結晶化氧化物形成強電介質膜50之前，將微結晶核40形成后的氧化物膜、上部電極20、下部電極22腐蝕成規定的形狀。此時，只要至少腐蝕氧化物膜就可以。其后，通過借助上部電極22向氧化物膜照射脈沖狀的激光或燈光，能夠在恢復氧化物膜的腐蝕損傷的同時進行結晶化。
3.實施方式3圖9A、圖9B、圖10A及圖10B是模式表示本發明的實施方式3的強電介質存儲單元陣列1200的一例制造工序的圖。上述強電介質存儲單元陣列1200，通過與選擇、驅動各存儲單元的周邊電路組合，構成強電介質存儲裝置，關于此點，由于能夠采用眾所周知的結構及制造方法，省略圖示及詳細說明。此外，對于與在實施方式1或實施方式2中說明的部件具有相同功能的部件，附加相同符號，并省略其說明。此外，在圖9A及圖10A中，為方便說明，省略未結晶化的氧化物膜30(或40)的圖示。
在本實施方式的強電介質存儲單元陣列1200的制造方法中，如圖9A及圖9B所示，在基體10上形成條紋狀的多個下部電極20。然后，如圖9A及圖9B所示，采用實施方式1中說明的實施例的膜形成工序，在下部電極20上形成氧化物膜30后，通過只對規定的部分照射激光，形成氧化物的微結晶核40。另外，通過對氧化物膜30的整體照射激光或燈光，也能夠在膜整體上形成氧化物的微結晶核40。
下面，如圖10A及圖10B所示，至少在規定的部分，在含有氧化物的微結晶核40的膜上，與下部電極20直交地形成條紋狀的多個上部電極22。該上部電極22，可由具有透過及吸收中的至少一方性質的氧化物導電體形成。另外，通過從該上部電極22的上部照射激光或燈光，使氧化物結晶化，至少在下部電極20和上部電極22相交的部分形成強電介質50。
通過以上工序，能夠在下部電極20和上部電極22之間形成夾持強電介質膜50的強電介質存儲單元陣列1200。另外，在上述強電介質膜形成工序中未結晶化的非晶質的氧化物膜30(或含有微結晶核40的氧化物膜)，能夠形成絕緣各電極間的絕緣膜。通過如此的構成，能夠省略強電介質膜50的腐蝕工序或絕緣膜的形成工序，能夠簡化制造工藝。
如上所述，如果采用本實施方式的強電介質存儲單元陣列1200的制造方法，能夠降低形成強電介質層50的工序中的熱負荷，同時，能夠防止被結晶化的氧化物的蒸發或升華。因此，能夠提高器件的特性及成品率，能夠提高生產性。
另外，絕緣各電極間的絕緣膜，也可以另外設置，但需要腐蝕工序。因此，此時，在通過結晶化氧化物形成強電介質膜50之前，至少將微結晶核40形成后的氧化物膜腐蝕成規定形狀。之后，通過借助上部電極22，對氧化物膜照射脈沖狀的激光或燈光，能夠恢復氧化物膜的腐蝕損傷，同時進行結晶化。如果在結束該結晶化工序后形成絕緣膜，能夠得到優良的強電介質膜50。
4.實施方式4圖11是模式表示本發明的實施方式4的強電介質存儲器1300的剖面圖。對于與在實施方式1、實施方式2及實施方式3中說明的部件具有相同功能的部件，附加相同符號，并省略其說明。該強電介質存儲器1300，作為基本構成，具有疊層強電介質存儲單元陣列1310、1320的結構，該強電介質存儲單元陣列1310、1320矩陣狀配置如圖12A及圖12B所示的強電介質存儲單元。此外，強電介質存儲單元陣列1310、1320各自采用與實施方式3的強電介質存儲單元1200相同的構成。此外，在強電介質存儲器1300中，另外含有選擇、驅動該強電介質存儲單元陣列1310、1320的周邊電路部，關于此點，由于能夠采用眾所周知的構成，省略圖示及詳細說明。
在該強電介質存儲器1300中，采用以相鄰的強電介質存儲單元陣列1310、1320間的電極的交叉部分不重疊地，配置各強電介質存儲單元陣列1310、1320的下部電極35(或37)和上部電極36(或38)的新型結構。該強電介質存儲器1300，也可以采用在實施方式3中說明的方法，通過形成各強電介質存儲單元陣列1310、1320，依次疊層，但也可以通過后述的制造方法形成。
以下，參照圖11、圖12A及圖12B，說明上述強電介質存儲器1300的其他一例制造方法。
首先，如圖11、圖12A所示，通過夾持絕緣膜34，在基體10上形成下部電極35、非晶質的氧化物膜(圖示省略)。之后，采用在實施方式1中說明的實施例中記載的方法，至少在交叉下部電極35和后述的上部電極36的部分，形成氧化物的微結晶核(圖示省略)。另外，形成在基體10上的絕緣膜34不是必需的構成要素，可根據需要設置。
然后，作為由氧化物導電體構成的光透過/吸收膜，在含有該微結晶核的膜上，形成上部電極22，另外，在整個膜上，例如，利用SiO2等形成層間絕緣膜33。該層間絕緣膜33可由透光材料形成。由此，形成強電介質存儲單元陣列1310。另外，此時，在下部電極35和上部電極36的交叉部位，氧化物不結晶化。
下面，利用與上述相同的方法，在強電介質存儲單元陣列1310上形成強電介質存儲單元陣列1320。此時，形成在強電介質存儲單元陣列1320上的層間絕緣膜39可由透光材料形成。在形成上述強電介質存儲單元陣列1320時，如圖12A及圖12B所示，不重疊強電介質存儲單元陣列1310的下部電極35及上部電極36的交叉部分和強電介質存儲單元陣列1320的下部電極37及上部電極38的交叉部分地，形成下部電極37及上部電極38。
然后，通過從元件的上部照射脈沖狀的激光或燈光，使配置在各強電介質存儲單元陣列1310、1320的電極的交叉部分的氧化物，形成強電介質層50。
此時，不重疊地配置各強電介質存儲單元陣列1310、1320的電極的交叉部分。因此，在強電介質存儲單元陣列1320的電極的交叉部分，夾持上部電極38進行結晶化。此外，在強電介質存儲單元陣列1310的電極的交叉部分，夾持層間絕緣膜33、39及上部電極36進行結晶化。
因此，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1300的制造方法，能夠防止強電介質材料的氧化物的蒸發或升華，能夠得到良好特性的強電介質存儲器。此外，如果采用本實施方式的強電介質存儲器1300的制造方法，由于能夠在疊層多個強電介質存儲單元陣列1310、1320的狀態下，同時使氧化物結晶化，所以能夠簡化制造工藝，能夠提高生產效率。
另外，在本實施方式中，說明了2層疊層強電介質存儲單元陣列時的情況，但并不局限于此，也可以疊層3層以上。此外，在疊層了3層以上強電介質存儲單元陣列時，能夠至少采用上述制造方法，使2層以上的強電介質存儲單元陣列的強電介質層50結晶化。
此外，在形成絕緣強電介質存儲單元陣列1310、1320間的層間絕緣膜33、39時，有時需要腐蝕工序。因此，此時，在通過結晶化氧化物形成強電介質膜50之前，至少與電極的交叉部分的形狀對照地腐蝕微結晶核形成后的氧化物膜。其后，通過夾持上部電極36、38照射脈沖狀的激光或燈光，能夠恢復氧化物膜的腐蝕損傷，同時進行結晶化。通過在該結晶化工序結束后形成層間絕緣膜33、39，能夠得到優質的強電介質膜50。
5.實施方式5圖13A是模式表示本發明的實施方式5的半導體裝置2000的圖。該半導體裝置，通過在同一基板上形成由含有強電介質電容器的存儲單元區域1500、半導體電路200、300、400構成的其他電路區域500而構成。在存儲單元區域1500上，例如，配置多個在第1及實施方式2中說明的強電介質存儲器1000、1100，或由在實施方式3及實施方式4中說明的強電介質存儲單元陣列1200、1310、1320等構成。作為半導體電路200、300、400，例如，有存儲單元區域1500用的驅動電路或運算電路、其他存儲裝置等。
在具有此構成的半導體裝置2000中，在強電介質電容器的形成中，為進行高溫的熱處理，如果在存儲單元100之前在基板上形成電路區域500，存在劣化電路區域500中的各半導體電路200、300、400的特性的問題。
為此，在本實施方式的半導體裝置2000中，如圖13B所示，在形成電路區域500后，在該電路區域500上形成例如由金屬構成的光遮擋膜60后，在基板上形成存儲單元100。此時，包括在存儲單元區域1500內的強電介質電容器，可以采用在實施方式1的實施例中說明的強電介質膜的形成方法形成。
即，為使氧化物結晶化而照射的激光或燈光，通過光遮擋膜60，不影響該膜下面的電路區域500。因此，如果采用本實施方式的半導體裝置2000的制造方法，由于能夠通過光遮擋膜60降低對包括強電介質層的存儲單元區域1500以外的其他電路區域500的熱負荷，所以制造工藝的自由度高。此外，如果采用上述制造方法，由于對其他電路區域500的熱負荷小，所以，例如，不因熱而劣化電路中的金屬配線等，能夠保證半導體電路200、300、400的特性，同時，能夠提高半導體裝置2000的成品率。
以上，介紹了本發明的優選的實施方式，但本發明并不局限于此，在本發明的宗旨的范圍內能采用各種方式。
權利要求
1.一種強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
2.一種強電介質膜的形成方法，包括只對形成在基板上的非晶質的氧化物膜的規定部分，照射脈沖狀的激光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的燈光，使規定部分的氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
3.一種強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的燈光，形成氧化物的微結晶核的工序；在含有微結晶核的氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，只對規定部分照射脈沖狀的激光，使規定部分的氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
4.一種強電介質膜的形成方法，包括對形成在基板上的非晶質的氧化物膜，照射脈沖狀的激光或燈光的工序；之后，在氧化物膜上形成光透過/吸收膜的工序；從光透過/吸收膜的上部，照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質的工序。
5.如權利要求2或3所述的強電介質膜的形成方法，包括在配置在與氧化物膜的規定部分不同的部分上的光透過/吸收膜上形成光遮擋膜的工序。
6.如權利要求2或3所述的強電介質膜的形成方法，包括光透過/吸收膜只形成在氧化物膜的規定部分上，并且在配置在與氧化物膜的規定部分不同的部分上形成光遮擋膜的工序。
7.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中采用氧化物導電體形成光透過/光吸收膜。
8.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中相對于基板，至少通過夾持光反射膜形成非晶質的氧化物膜。
9.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中照射在非晶質的氧化物膜的光的強度與為使氧化物結晶化所照射的光的強度不同。
10.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中照射在非晶質的氧化物膜的光的脈沖數與為使氧化物結晶化所照射的光的脈沖數不同。
11.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中上述強電介質具有鈣鈦礦型晶格結構。
12.如權利要求1～4中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，其中上述強電介質具有層狀鈣鈦礦型晶格結構。
13.一種強電介質存儲器的制造方法，包括采用如權利要求1～12中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，形成強電介質層。
14.如權利要求13所述的強電介質存儲器的制造方法，其中在形成強電介質層時，包括至少腐蝕含有微結晶核的氧化物膜的工序；至少在使氧化物結晶化之前進行腐蝕。
15.如權利要求13所述的強電介質存儲器的制造方法，其中在形成強電介質層時，作為電極形成設在強電介質層上的光透過/吸收膜。
16.一種強電介質存儲器，采用如權利要求13～15中任何一項所述的強電介質存儲器的制造方法形成。
17.如權利要求16所述的強電介質存儲器，其中配置在強電介質層周邊的絕緣層具有氧化物的微結晶核。
18.如權利要求16所述的強電介質存儲器，其中配置在強電介質層下的電極具有反射光的性質。
19.一種強電介質存儲器，含有多個疊層在基板上的存儲單元陣列，其中存儲單元陣列，具有形成條形狀且交叉地配置的多個下部電極及上部電極、以及在下部電極及上部電極之間的配置于下部電極與上部電極的至少交叉部分的強電介質層；以相鄰的存儲單元陣列間的交叉部分不重疊的方式配置各存儲單元陣列的下部電極及上部電極。
20.一種強電介質存儲器的制造方法，其中，作為光透過/吸收膜，形成權利要求19所述的強電介質存儲器中含有的多個存儲單元陣列的上部電極，利用權利要求1～12中任何一項所述的強電介質膜的形成方法，形成強電介質存儲器的強電介質層。
21.如權利要求20所述的強電介質存儲器的制造方法，其中，在疊層至少2個以上存儲單元陣列后，在各存儲單元陣列中，使氧化物膜結晶化，形成強電介質層。
22.一種半導體裝置的制造方法，是含有具有強電介質層的存儲單元區域和其他電路區域的半導體裝置的制造方法，其中，包括在基板上的規定區域形成存儲單元區域的工序、在不同于基板上的存儲單元區域的部分形成電路區域的工序；在形成電路區域時，包括在電路區域的上面形成光遮擋膜的工序；在形成存儲單元區域時，至少在形成光遮擋膜后，采用權利要求13～15、20及21中任何一項所述的強電介質存儲器的制造方法，形成上述強電介質層。
23.一種半導體裝置，其中含有具有強電介質層的存儲單元區域及配置在基板上的與存儲單元區域不同區域上的其他電路區域，采用如權利要求22所述的半導體裝置的制造方法形成。
全文摘要
一種強電介質膜的形成方法，對形成在基板(10)上的非晶質的氧化物膜(30)照射脈沖狀的激光或燈光，形成氧化物的微結晶核(40)。然后，在含有微結晶核(40)的氧化物膜上形成光透過/吸收膜(22)。再從光透過/吸收膜(22)的上部照射脈沖狀的激光或燈光，使氧化物結晶化，形成強電介質(50)。
文檔編號H01L21/8246GK1545734SQ0380086
公開日2004年11月10日 申請日期2003年3月28日 優先權日2002年3月29日
發明者澤崎立雄 申請人:精工愛普生株式會社