专利名称：强电介质膜的形成方法、强电介质存储器、强电介质存储器的制造方法、半导体装置及半 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种强电介质膜的形成方法、强电介质存储器、强电介质存储器的制造方法、半导体装置及半导体装置制造方法背景技术强电介质存储器(FeRAM)，在电容器部分采用强电介质膜，利用其自发极化保持数据。此外，近年来，采用此种强电介质存储器的半导体装置倍受瞩目。
以往，在形成显示良好特性的强电介质膜时，通过在高温下实施热处理，使强电介质材料结晶化。例如，对于Pb(Zr、Ti)O3(PZT)，结晶化需要600～700℃的高温热处理；对于SrBi2Ta2O9(SBT)，结晶化需要700～800℃的高温热处理。另外，强电介质材料的结晶化，例如，采用热处理炉进行。
但是，高温的热处理对元件的损伤大，例如，原子扩散导致电极等周边部件的特性劣化。此外，当在强电介质存储器上集成晶体管其他半导体器件时，由于高温热处理造成的热负荷，也有时劣化晶体管等的特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种强电介质膜的形成方法，能够降低强电介质的结晶化时的热负荷。此外，本发明的另一目的是提供一种采用本发明的强电介质膜的形成方法的强电介质存储器的制造方法及采用此法形成的强电介质存储器。另外，本发明的又一目的是提供一种采用本发明的强电介质存储器的制造方法的半导体装置的制造方法及采用此法形成的半导体装置。
本发明的强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
图1A～图1D是说明本发明的实施方式1的强电介质存储器的制造工序的图。
图2A是模式表示在本发明的实施方式1的强电介质存储器的制造工序中使用的激光照射装置的图。
图2B是模式表示在本发明的实施方式1的强电介质存储器的制造工序中使用的灯光照射装置的图。
图3A～图3D是模式表示本发明的实施方式1的实施例1～4的强电介质膜的形成工序的图。
图4A～图4D是模式表示本发明的实施方式1的实施例5的强电介质膜的形成工序的图。
图5A～图5D是模式表示本发明的实施方式1的实施例6的强电介质膜的形成工序的图。
图6A～图6D是模式表示本发明的实施方式1的实施例7的强电介质膜的形成工序的图。
图7A～图7D是模式表示本发明的实施方式1的实施例8的强电介质膜的形成工序的图。
图8A～图8D是模式表示本发明的实施方式2的强电介质存储器的制造工序的图。
图9A是模式表示本发明的实施方式3的强电介质存储单元的一制造工序的图。
图9B是图9A的a-a′剖面图。
图10A是模式表示本发明的实施方式3的强电介质存储单元的一制造工序的图。
图10B是图10A的b-b′剖面图。
图11是模式表示本发明的实施方式4的强电介质存储单元阵列的剖面图。
图12A及图12B是模式表示本发明的实施方式4的强电介质存储单元阵列的一制造工序的图。
图13A是模式表示本发明的实施方式5的半导体装置的图。
图13B是模式表示本发明的实施方式5的半导体装置的一制造工序的图。
具体实施例方式
(1)本发明的强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
在该强电介质膜的形成方法中，分多个阶段进行形成在基板上的非晶质的氧化物膜的结晶化。此外，在该强电介质膜的形成方法中，在氧化物膜上形成光透过/吸收膜后，进行氧化物的最终的结晶化。首先，对氧化物膜照射脉冲状的激光或灯光，利用激光或灯光的热能去除杂质，同时，形成氧化物的微结晶核。然后，在该氧化物膜上，形成对于激光或灯光，具有透过及吸收中的至少一方性质的光透过/吸收膜。之后，从光透过/吸收膜的上部，再照射脉冲状的激光或灯光。于是，由于激光或灯光的热能，借助光透过/吸收膜，传递给氧化物膜，所以，能够使氧化物结晶化，形成强电介质膜。
所以，如果采用本发明的强电介质膜的形成方法，通过脉冲状照射能够瞬间给予高能量的激光或灯光，能够进行短时间加热。因此，如果采用该强电介质膜的形成方法，能够降低结晶化部分以外的热负荷。此外，通过在氧化物的结晶化之前照射脉冲状的激光或灯光，能够去除杂质。另外，通过在氧化物的结晶化之前形成光透过/吸收膜，氧化物不会受到为结晶化而照射的激光或灯光的热能而蒸发或升华。因此，在结晶化的强电介质中不产生晶格偏移等造成的变形，能够形成高质量的强电介质膜。
此处，本说明书中的所谓“形成在……的上面”，并不限于直接形成在其上面的情况，包括借助规定的层形成的情况。此外，本说明书中的所谓“脉冲状”，指的是按规定的间隔多次照射激光或灯光的状态，间隔可以是固定的，也可以是不固定的。
(2)此外，本发明的实施方式的强电介质膜的形成方法，包括只对形成在基板上的非晶质的氧化物膜的规定部分，照射脉冲状的激光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的灯光，使规定部分的氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
在本实施方式的强电介质膜的形成方法中，分多个阶段进行非晶质的氧化物膜的结晶化，此点与上述(1)的情况相同。但是，在本实施方式的强电介质膜的形成方法中，在形成氧化物的微结晶核时，只对膜的规定部分照射脉冲状的激光，去除杂质等，同时，形成微结晶核，此点与上述(1)的情况不同。于是，在形成强电介质的工序中，通过对膜照射脉冲状的灯光，能够只使照射激光和灯光双方的规定部分结晶化。
所以，如果采用本实施方式的强电介质膜的形成方法，能够具有与(1)的情况相同的作用效果。此外，如果采用本实施方式的强电介质膜的形成方法，由于只对规定部分照射激光，能够降低热负荷，同时，能够只高效率结晶化所要求的部分。
(3)此外，本发明的实施方式的强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的灯光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，只对规定部分照射脉冲状的激光，使规定部分的氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
即使在本强电介质膜的形成方法中，也能够具有与(1)的情况相同的作用效果。此外，如果采用本实施方式的强电介质膜的形成方法，通过只对规定部分照射脉冲状的激光，能够只结晶化照射灯光和激光双方的部分。所以，能够进一步降低热负荷，同时能够只高效率结晶化所要求的部分。
(4)此外，本发明的强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的激光或灯光的工序；之后，在氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
即使在该强电介质膜的形成方法中，也能够降低对结晶化部分以外的热负荷。此外，在本强电介质膜的形成方法中，能够通过光透过/吸收膜防止强电介质材料的蒸发或升华，能够形成高质量的强电介质膜。
本发明的实施方式的强电介质膜的形成方法，能采取以下方式。
(A)能够包括在配置在与氧化物膜的规定部分不同的部分上的光透过/吸收膜上形成光遮挡膜的工序。
如果采用本方式，通过用光遮挡膜覆盖规定部分以外的部分，不对使强电介质膜结晶化的部分以外的其它部分照射光。因此，能够大幅度降低对其他部分的热负荷。
(B)能够包括，只在氧化物膜的规定部分的上面形成光透过/吸收膜，在与氧化物膜的规定部分不同的部分上形成光遮挡膜的工序。
如果采用本方式，通过用光遮挡膜覆盖规定部分以外的部分，由于也不对使强电介质膜结晶化的部分以外的部分照射光，所以，也能够大幅度降低对其他部分的热负荷。
(C)能够相对于基板，至少借助光反射膜形成非晶质的氧化物膜。
如果采用本方式，由于在照射激光或灯光时，能够通过用光反射膜反射，将通过氧化物膜的光用于热处理，所以，能够以更短的时间高效率进行强电介质膜的结晶化。
(5)此外，本发明的实施方式的强电介质存储器的制造方法，包括采用上述的强电介质膜的形成方法，形成强电介质层。
如果采用本发明的强电介质存储器的制造方法，能够降低形成强电介质层时的热负荷，同时能够防止结晶化的氧化物的蒸发或升华。因此，能够谋求提高器件的特性及器件的成品率，从而提高生产性。
此外，在本实施方式的强电介质存储器的制造方法中，在形成强电介质层时，至少包括腐蚀含有微结晶核的氧化物膜的工序，能够至少在使氧化物结晶化之前，进行腐蚀工序。
如果采用本方式，在通过结晶化氧化物形成强电介质层之前，至少将微结晶核形成后的氧化物膜腐蚀成规定的形状。此时，也能够腐蚀电极等。其后，通过夹持光透过/吸收膜对氧化物膜照射激光或灯光，能够在恢复氧化物膜的腐蚀损伤的同时进行结晶化。
此外，在本实施方式的强电介质存储器的制造方法中，在形成强电介质层时，能够作为电极形成设在强电介质层上的光透过/吸收膜。
(6)此外，本发明的实施方式的强电介质存储器，利用上述的强电介质存储器的制造方法形成。
此外，本发明的实施方式的强电介质存储器，是含有多层叠层在基板上的存储单元阵列的强电介质存储器，存储单元阵列包括，形成条纹状而且交叉地配置的多个下部电极和上部电极，以及在下部电极和上部电极之间，配置在下部电极和上部电极的至少交叉部分的强电介质层，以相邻的存储单元阵列间的交叉部分不重叠的方式配置各存储单元阵列的下部电极和上部电极。
该强电介质存储器，具有在相邻的存储单元间，各存储单元阵列的下部电极和上部电极不重叠的交叉部分的新型结构。
此外，该强电介质存储器优选采用后述的强电介质存储器的制造方法。
即，在该强电介质存储器的制造方法中，能够作为光透过/吸收膜形成多个存储单元阵列的上部电极，利用上述的强电介质膜的形成方法形成强电介质存储器的强电介质层。
如果采用该强电介质存储器的制造方法，从上部照射的激光或灯光，借助各存储单元阵列的上部电极，使氧化物结晶化，由此能够形成强电介质层。因此，如果采用该强电介质存储器的制造方法，能够防止氧化物的蒸发或升华，能够得到良好特性的强电介质存储器。
此外，在该强电介质存储器的制造方法中，在至少叠层2个以上存储单元阵列后，在各存储单元阵列中，能够使氧化物膜结晶化而形成强电介质层。
如果采用该强电介质存储器的制造方法，由于在叠层多个存储单元阵列后的状态下使氧化物膜结晶化，能够提高生产效率。
(7)此外，本发明的实施方式的强电介质存储器的制造方法，适用于含有具有强电介质层的存储单元区域和其他电路区域的半导体装置的制造方法。该半导体装置的制造方法，包括在基板上的规定区域形成存储单元区域的工序；在基板上的与存储单元区域不同的部分形成电路区域的工序；在形成电路区域时，包括在电路区域上形成光遮挡膜的工序；在形成存储单元区域时，至少在形成光遮挡膜后，利用上述强电介质存储器的制造方法形成强电介质层。
如果采用本半导体装置的制造方法，由于能够通过光遮挡膜，降低对含有强电介质层的存储单元区域以外的其他电路区域的热负荷，所以，制造工艺的自由度高。此外，如果采用本半导体装置的制造方法，其他电路区域的热负荷小。因此，如果采用本实施方式的半导体装置的制造方法，例如，不因结晶化所需的热而劣化金属配线等，能够良好地维持制作的器件的特性及器件的成品率。
(8)此外，本发明的实施方式的半导体装置，含有具有强电介质层的存储单元区域和配置在基板上的与存储单元区域不同区域上的其他电路区域，能够采用上述半导体装置的制造方法形成。
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
1.实施方式1图1A～图1D是模式表示本发明的实施方式1的强电介质存储器1000的一例制造工序的图。
首先，如图1A所示，在基板11上形成晶体管16的基体10上，依次叠层形成下部电极20、强电介质材料的氧化物膜30。晶体管16是由源极及漏极12、15、栅绝缘膜13、栅极14构成的MOS晶体管。另外，晶体管16可用众所周知的方法形成。
下面，如图1B所示，对氧化物膜30照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核40。然后，在含有该微结晶核40的膜上形成上部电极22。作为对于在后述的氧化物的结晶化时照射的激光或灯光，至少具有透过/吸收中一方性质的光透过/吸收膜，形成该上部电极22。另外，也能够由氧化物导电体形成该上部电极22。作为其具体例有，ITO(Indium TinOxide:In2O3-SnO2)、SRO(SrRuOx)、LSCO(LaxSr1-xCoO3)、YBCO(YBa2Cu3O7)、IrOx等。这些材料由于具有透过及吸收中的至少一方的性质，因此，即使在形成上部电极22后，也能够进行利用激光或灯光的氧化物的结晶化。
下面，如图1C所示，通过从上部电极22的上部照射脉冲状的激光或灯光，通过完全使氧化物结晶化，形成强电介质膜50。
上述的图1A～图1C中的工序以下称为膜形成工序。另外，在膜形成工序中，通过结晶化氧化物30形成强电介质膜50的部分，可以是膜整体，也可以只是与后述的腐蚀工序的关系中所需部分。
下面，通过腐蚀下部电极20、强电介质膜50及上部电极22，形成强电介质电容器100。在上述腐蚀工序中，可以采用众所周知的腐蚀方法。
另外，图1C所示的氧化物的结晶化工序也可以在上述腐蚀工序后进行。此时，在通过结晶化氧化物形成强电介质膜50之前，将微结晶核40形成后的氧化物膜、上部电极20、下部电极22腐蚀成规定的形状。此时，只要至少腐蚀氧化物膜就可以。其后，通过借助上部电极22向氧化物膜照射脉冲状的激光或灯光，能够在恢复氧化物膜的腐蚀损伤的同时，进行结晶化。
另外，当在该强电介质电容器100上形成绝缘膜23后，通过用配线层24连接晶体管16和强电介质电容器100，形成图1D所示的强电介质存储器1000。
另外，当在基板11上形成多个强电介质存储器1000时，各强电介质存储器1000，通过形成元件分离区域17，能够与其他的强电介质存储器1000进行元件分离。此外，强电介质电容器100和晶体管16，如果形成在基体10上，通过由氧化硅等构成的层间绝缘膜18，能够在配线层24以外电绝缘。
以下，说明本实施方式的强电介质存储器1000的制造方法中的膜形成工序的实施例。
在各实施例中，例如，采用如图2A及图2B所示的光照射装置，进行氧化物的结晶化。
图2A是模式表示一例激光照射装置的图。在该激光照射装置中，借助反射镜5、透镜6，能够向搭载在载物台2上的靶子1照射从输出规定波长的激光器4输出的激光。载物台2及激光器4，由控制装置3控制，按规定间隔反复进行激光的输出及非输出，对靶子1的所要求的部分照射脉冲状的光，如此形成。
图2B是模式表示一例灯光照射装置的图。在该灯光照射装置中，能够向搭载在载物台2上的靶子1照射由灯7输出的灯光。灯4，由控制装置3控制，按规定间隔反复进行灯光的输出及非输出，向靶子1照射脉冲状的光，如此形成。
1-1.实施例1在实施例1中，参照图3A～图3D说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用在溶剂正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸锶、2-乙基己酸铋、2-乙基己酸钽的溶液。如图3A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，260℃、4分钟干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图3B所示，对该氧化物膜30，用1msec的脉冲宽度，按10μJ/cm2的强度，使氙灯发光10次，照射灯光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图3C所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图3D所示，再从上部电极22的上部，按20μJ/cm2的强度，10次发光，照射灯光，使氧化物结晶化，能够形成具有层状钙钛矿型晶格结构的SBT强电介质膜50。
1-2.实施例2在实施例2中，参照图3A～图3D说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用在溶剂正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸锶、2-乙基己酸铋、2-乙基己酸钽的溶液。如图3A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，260℃、4分钟干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图3B所示，对该氧化物膜30，按50mJ/cm2的强度，100次扫描照射波长248nm的受激准分子激光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图3C所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图3D所示，再从上部电极22的上部，按200mJ/cm2的强度，200次扫描照射248nm的受激准分子激光，使氧化物结晶化，能够形成具有层状钙钛矿型晶格结构的SBT强电介质膜50。
1-3.实施例3在实施例3中，参照图3A～图3C说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用在溶剂正辛烷和醋酸正丁酯中，溶解了2-乙基己酸锶、2-乙基己酸铋、2-乙基己酸钽的溶液。如图3A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，260℃、4分钟干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图3B所示，对该氧化物膜30，按50mJ/cm2的强度，100次扫描照射波长248nm的受激准分子激光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图3C所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图3D所示，再从上部电极22的上部，以1msec的脉冲宽度，按20μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，照射灯光，使氧化物结晶化，能够形成具有层状钙钛矿型晶格结构的SBT强电介质膜50。
1-4.实施例4在实施例4中，参照图3A～图3C说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用在溶剂正辛烷和醋酸正丁酯中溶解2-乙基己酸锶、2-乙基己酸铋、2-乙基己酸钽的溶液。如图3A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，260℃、4分钟干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图3B所示，对该氧化物膜30，按50mJ/cm2的强度，100次扫描照射波长248nm的受激准分子激光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图3C所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图3D所示，再从上部电极22的上部，以1msec的脉冲宽度，按20μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，照射灯光，使氧化物结晶化，能够形成具有层状钙钛矿型晶格结构的SBT强电介质膜50。
1-5.实施例1～4的效果如果采用实施例1～4的膜形成工序，通过脉冲状照射能够瞬间给予高能量的激光或灯光，能够进行短时间加热。因此，能够降低对结晶化部分以外，例如下部电极20等的热负荷。此外，通过在氧化物的结晶化前照射脉冲状的激光或灯光，能够去除杂质。另外，通过在氧化物的结晶化之前形成成为光透过/吸收膜的上部电极22，为结晶化而照射的激光或灯光的热能不蒸发或升华氧化物。因此，在结晶化的强电介质中不产生晶格偏移等造成的变形，能够形成高质量的强电介质膜50。
1-6.实施例5在实施例5中，参照图4A～图4D说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作为溶剂的溶液。如图4A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图4B所示，在该氧化物膜30，按50mJ/cm2的强度，只对成为强电介质电容器100的部分，50次扫描照射波长248nm的受激准分子激光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图4C所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图4D所示，再从上部电极22的上部，以1msec的脉冲宽度，按15μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，向膜整面照射灯光。结果，只结晶化同时照射激光和灯光的部分，能够形成具有钙钛矿型晶格结构的PZT强电介质膜50。
1-7.实施例6在实施例6中，参照图5A～图5D说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作为溶剂的溶液。如图5A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图5B所示，对该氧化物膜30，以1msec的脉冲宽度，按10μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，向膜整面照射灯光，形成氧化物的微结晶核40。然后，如图5D所示，在含有微结晶核40的膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，如图5D所示，再从上部电极22的上部，以按150mJ/cm2的强度，仅对成为强电介质电容器100的部分，200次扫描照射波长248nm的受激准分子激光。结果，只结晶化同时照射激光和灯光的部分，能够形成具有钙钛矿型晶格结构的PZT强电介质膜50。
1-8.实施例5、6的效果如果采用实施例5、6的膜形成工序，能够具有与实施例1～4时同样的效果。此外，如果采用实施例5、6的膜形成工序，由于只对规定部分照射脉冲状的激光，只结晶化照射灯光和激光双方的部分，所以，例如，能够进一步降低对下部电极20等的其它部位的热负荷，同时能够只高效率结晶化所要求的部分。
此外，在实施例5、6中，作为强电介质存储器1000的绝缘层23的一部分，也能够采用结晶化的规定部分以外的氧化物膜40。如果采用本方式，能够降低形成强电介质电容器100的腐蚀工序中对强电介质膜50的损伤，同时能够简化绝缘层23的形成工序。
1-9.实施例7在实施例7中，参照图6A～图6C说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作为溶剂的溶液。如图6A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶质的氧化物膜30。然后，如图6B所示，在该氧化物膜30，按50mJ/cm2的强度，只对成为强电介质电容器100的部分，50次扫描照射波长248nm的受激准分子激光，形成氧化物的微结晶核40。此时，光遮挡膜60下面的氧化物膜30由于未被照射光，还是非晶质原状。然后，如图6C所示，在该氧化物膜30上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，依次叠层形成上部电极22，和，例如由Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ir等金属构成的光遮挡膜60。然后，如图6D所示，以1msec的脉冲宽度，按15μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，对膜整面照射灯光。结果，只结晶化同时照射激光和灯光的部分，能够形成具有钙钛矿型晶格结构的PZT强电介质膜50。
另外，在本实施方式中，在形成上部电极22和光遮挡膜60的工序中，只在形成微结晶核40的规定部分上形成上部电极22，也可以在其他非晶质的氧化物膜30上直接形成光遮挡膜60。
1-10.实施例8在实施例8中，参照图7A～图7D说明膜形成工序。
首先，作为形成强电介质的氧化物膜30的原料，采用以Pb(CH3COO)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)、Ti(i-OC3H7)4的2-甲氧基乙醇作为溶剂的溶液。如图7A所示，例如，用旋转涂布法涂布该溶液，160℃、90秒，400℃、60秒干燥，形成非晶质的氧化物膜30。此外，在该氧化物膜30上，形成例如由Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ir等金属构成的光遮挡膜60。然后，如图7B所示，以1msec的脉冲宽度，按10μJ/cm2的强度，10次使氙灯发光，对氧化膜30膜整面照射灯光，形成氧化物的微结晶核40。此时，光遮挡膜60下面的氧化物膜30由于未被照射光，还是非晶质原状。然后，如图7B所示，在通过例如腐蚀等去除光遮挡膜60后，在该整个膜上，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，形成上部电极22。然后，再如图6D所示，从上部电极22的上部，按150mJ/cm2的强度，只对成为强电介质电容器100的部分，200次扫描照射波长248nm的受激准分子激光。结果，只结晶化同时照射激光和灯光的部分，能够形成具有钙钛矿型晶格结构的PZT强电介质膜50。
另外，在本实施方式中，在形成上部电极22的工序中，也可以不去除形成在非晶质的氧化物膜30上的光遮挡膜60，只在形成微结晶核40的规定部分上形成上部电极22。
1-11.实施例7、8的效果如果采用实施例7、8的膜形成工序，能够具有与实施例1～4时同样的效果。此外，如果采用实施例7、8的膜形成工序，通过用光遮挡膜60覆盖规定部分以外的部分，由于除结晶化强电介质的部分以外，不照射光，所以，例如，能够进一步降低对下部电极20等的其它部位的热负荷。
此外，在实施例7、8中，也与实施例5、6时一样，作为强电介质存储器1000的绝缘层23的一部分，也能够采用结晶化的规定部分以外的氧化物膜30。如果采用本方式，能够降低形成强电介质电容器100的腐蚀工序中对强电介质膜50的损伤，同时能够简化绝缘层23的形成工序。
1-12.其他实施例也可以根据实施例1～8所示以外的方式，实施本实施方式的膜形成工序。
例如，在实施例1～8中，通过用反射激光或灯光的材料(例如，Ir、Pt等金属)形成在基体10上形成的下部电极20，在照射光时，可以用光反射膜反射通过氧化物膜30(或40)的光并用于热处理。如果采用本方式，能够更短时间地高效率进行强电介质的结晶化。另外，在不将下部电极20用作光反射膜时，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，能够相同地或增大结晶化的光照射强度地，设定照射非晶质的氧化物膜30的光的强度和其后为结晶化氧化物所照射光的强度。所以，在多阶段照射的光的强度，不局限于实施例1～8所示的情况，可根据强电介质材料的结晶化温度，设定最佳的强度。
此外，例如，能够相同地或增大结晶化的光脉冲数地，设定照射非晶质的氧化物膜30的光的脉冲数(照射次数)和其后为结晶化的氧化物所照射光的脉冲数(照射次数)。所以，在多阶段照射的光的脉冲数，不局限于实施例1～8所示的情况，可根据强电介质材料的结晶化温度，设定最佳的脉冲数。
此外，在实施例1～4中说明了形成SBT强电介质膜时的情况，在实施例5～8中说明了形成PZT强电介质膜时的情况，但在膜形成工序中，能够采用各实施例所示的方法，由众所周知的强电介质材料形成任意的强电介质膜。作为如上所示以外的强电介质材料，例如，有在PZT、SBT中添加铌或镍、镁等金属的强电介质材料。此外，作为其他的强电介质材料的具体例，可以采用钛酸铅(PbTiO3)、锆酸铅(PbZrO3)、钛酸铅镧((Pb、La)TiO3)、锆酸钛铅镧((Pb、La)(Zr、Ti)O3)或镁铌酸锆钛酸铅(Pb(Zr、Ti)(Mg、Nb)O3)等。
此外，作为上述的实施例中的氧化物膜30的形成方法，例如，可以采用利用溶胶凝胶原料或MOD材料的旋转涂敷法或浸渍法等、溅射法、MOCVD法、激光烧蚀法等众所周知的成膜方法。
此外，在上述的实施例中，下部电极20的材料及成膜方法不特别限定，可以采用众所周知的材料及成膜方法。作为电极材料，例如，举例有Ir、IrOx、Pt、Ru、RuOx、SrRuOx、LaSrCoOx等。此外，作为电极膜的成膜方法，例如，可以采用气相法、液相法等。
如上所述，如果采用本实施方式的强电介质存储器1000的制造方法，能够降低形成强电介质层50的工序中的热负荷。此外，如果采用本实施方式的强电介质存储器1000的制造方法，能够防止被结晶化的氧化物的蒸发或升华。因此，能够提高器件的特性及成品率，能够提高生产性。
2.实施方式2图8A～图8D是模式表示本发明的实施方式2的强电介质存储器1100的一例制造工序的图。对于具有实质上与图1A～图1D所示的部件相同的功能的部件，附加相同的符号，省略详细的说明。
首先，如图8A所示，在基板11上形成晶体管16及插塞电极26的基体10上，依次叠层形成下部电极20、强电介质材料的氧化物膜30。
下面，如图8B所示，对非晶质的氧化物膜30照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核40。然后，在含有该微结晶核40的膜上形成上部电极22。
下面，如图8C所示，通过从上部电极22的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使结晶化，形成强电介质膜50。之后，在强电介质膜50上，作为光透过/吸收膜，形成由氧化物导电体构成的上部电极22。另外，在图8A～图8C所示的膜形成工序中，通过结晶化氧化物膜30形成强电介质膜50的部分，可以是膜整体，也可以只是在与后述的腐蚀工序的关系中所要求的部分。在膜形成工序中，能够形成根据在实施方式1中说明的实施例而结晶化的强电介质膜50。
下面，如图8D所示，通过腐蚀下部电极20、强电介质膜50及上部电极22，形成强电介质电容器100。此时，强电介质电容器100和晶体管16，通过插塞电极26连接。其后，当在该强电介质电容器100上形成绝缘膜23后，能够通过形成与外部接触的配线层24，形成强电介质存储器1100。
因此，如果采用本实施方式的强电介质存储器1100的制造方法，能够降低形成强电介质层50的工序中的热负荷。此外，如果采用本实施方式的强电介质存储器1100的制造方法，能够防止被结晶化的氧化物的蒸发或升华。因此，能够提高器件的特性及成品率，能够提高生产性。
另外，图8C所示的氧化物的结晶化工序，也可以在上述腐蚀工序后进行。此时，在通过结晶化氧化物形成强电介质膜50之前，将微结晶核40形成后的氧化物膜、上部电极20、下部电极22腐蚀成规定的形状。此时，只要至少腐蚀氧化物膜就可以。其后，通过借助上部电极22向氧化物膜照射脉冲状的激光或灯光，能够在恢复氧化物膜的腐蚀损伤的同时进行结晶化。
3.实施方式3图9A、图9B、图10A及图10B是模式表示本发明的实施方式3的强电介质存储单元阵列1200的一例制造工序的图。上述强电介质存储单元阵列1200，通过与选择、驱动各存储单元的周边电路组合，构成强电介质存储装置，关于此点，由于能够采用众所周知的结构及制造方法，省略图示及详细说明。此外，对于与在实施方式1或实施方式2中说明的部件具有相同功能的部件，附加相同符号，并省略其说明。此外，在图9A及图10A中，为方便说明，省略未结晶化的氧化物膜30(或40)的图示。
在本实施方式的强电介质存储单元阵列1200的制造方法中，如图9A及图9B所示，在基体10上形成条纹状的多个下部电极20。然后，如图9A及图9B所示，采用实施方式1中说明的实施例的膜形成工序，在下部电极20上形成氧化物膜30后，通过只对规定的部分照射激光，形成氧化物的微结晶核40。另外，通过对氧化物膜30的整体照射激光或灯光，也能够在膜整体上形成氧化物的微结晶核40。
下面，如图10A及图10B所示，至少在规定的部分，在含有氧化物的微结晶核40的膜上，与下部电极20直交地形成条纹状的多个上部电极22。该上部电极22，可由具有透过及吸收中的至少一方性质的氧化物导电体形成。另外，通过从该上部电极22的上部照射激光或灯光，使氧化物结晶化，至少在下部电极20和上部电极22相交的部分形成强电介质50。
通过以上工序，能够在下部电极20和上部电极22之间形成夹持强电介质膜50的强电介质存储单元阵列1200。另外，在上述强电介质膜形成工序中未结晶化的非晶质的氧化物膜30(或含有微结晶核40的氧化物膜)，能够形成绝缘各电极间的绝缘膜。通过如此的构成，能够省略强电介质膜50的腐蚀工序或绝缘膜的形成工序，能够简化制造工艺。
如上所述，如果采用本实施方式的强电介质存储单元阵列1200的制造方法，能够降低形成强电介质层50的工序中的热负荷，同时，能够防止被结晶化的氧化物的蒸发或升华。因此，能够提高器件的特性及成品率，能够提高生产性。
另外，绝缘各电极间的绝缘膜，也可以另外设置，但需要腐蚀工序。因此，此时，在通过结晶化氧化物形成强电介质膜50之前，至少将微结晶核40形成后的氧化物膜腐蚀成规定形状。之后，通过借助上部电极22，对氧化物膜照射脉冲状的激光或灯光，能够恢复氧化物膜的腐蚀损伤，同时进行结晶化。如果在结束该结晶化工序后形成绝缘膜，能够得到优良的强电介质膜50。
4.实施方式4图11是模式表示本发明的实施方式4的强电介质存储器1300的剖面图。对于与在实施方式1、实施方式2及实施方式3中说明的部件具有相同功能的部件，附加相同符号，并省略其说明。该强电介质存储器1300，作为基本构成，具有叠层强电介质存储单元阵列1310、1320的结构，该强电介质存储单元阵列1310、1320矩阵状配置如图12A及图12B所示的强电介质存储单元。此外，强电介质存储单元阵列1310、1320各自采用与实施方式3的强电介质存储单元1200相同的构成。此外，在强电介质存储器1300中，另外含有选择、驱动该强电介质存储单元阵列1310、1320的周边电路部，关于此点，由于能够采用众所周知的构成，省略图示及详细说明。
在该强电介质存储器1300中，采用以相邻的强电介质存储单元阵列1310、1320间的电极的交叉部分不重叠地，配置各强电介质存储单元阵列1310、1320的下部电极35(或37)和上部电极36(或38)的新型结构。该强电介质存储器1300，也可以采用在实施方式3中说明的方法，通过形成各强电介质存储单元阵列1310、1320，依次叠层，但也可以通过后述的制造方法形成。
以下，参照图11、图12A及图12B，说明上述强电介质存储器1300的其他一例制造方法。
首先，如图11、图12A所示，通过夹持绝缘膜34，在基体10上形成下部电极35、非晶质的氧化物膜(图示省略)。之后，采用在实施方式1中说明的实施例中记载的方法，至少在交叉下部电极35和后述的上部电极36的部分，形成氧化物的微结晶核(图示省略)。另外，形成在基体10上的绝缘膜34不是必需的构成要素，可根据需要设置。
然后，作为由氧化物导电体构成的光透过/吸收膜，在含有该微结晶核的膜上，形成上部电极22，另外，在整个膜上，例如，利用SiO2等形成层间绝缘膜33。该层间绝缘膜33可由透光材料形成。由此，形成强电介质存储单元阵列1310。另外，此时，在下部电极35和上部电极36的交叉部位，氧化物不结晶化。
下面，利用与上述相同的方法，在强电介质存储单元阵列1310上形成强电介质存储单元阵列1320。此时，形成在强电介质存储单元阵列1320上的层间绝缘膜39可由透光材料形成。在形成上述强电介质存储单元阵列1320时，如图12A及图12B所示，不重叠强电介质存储单元阵列1310的下部电极35及上部电极36的交叉部分和强电介质存储单元阵列1320的下部电极37及上部电极38的交叉部分地，形成下部电极37及上部电极38。
然后，通过从元件的上部照射脉冲状的激光或灯光，使配置在各强电介质存储单元阵列1310、1320的电极的交叉部分的氧化物，形成强电介质层50。
此时，不重叠地配置各强电介质存储单元阵列1310、1320的电极的交叉部分。因此，在强电介质存储单元阵列1320的电极的交叉部分，夹持上部电极38进行结晶化。此外，在强电介质存储单元阵列1310的电极的交叉部分，夹持层间绝缘膜33、39及上部电极36进行结晶化。
因此，如果采用本实施方式的强电介质存储器1300的制造方法，能够防止强电介质材料的氧化物的蒸发或升华，能够得到良好特性的强电介质存储器。此外，如果采用本实施方式的强电介质存储器1300的制造方法，由于能够在叠层多个强电介质存储单元阵列1310、1320的状态下，同时使氧化物结晶化，所以能够简化制造工艺，能够提高生产效率。
另外，在本实施方式中，说明了2层叠层强电介质存储单元阵列时的情况，但并不局限于此，也可以叠层3层以上。此外，在叠层了3层以上强电介质存储单元阵列时，能够至少采用上述制造方法，使2层以上的强电介质存储单元阵列的强电介质层50结晶化。
此外，在形成绝缘强电介质存储单元阵列1310、1320间的层间绝缘膜33、39时，有时需要腐蚀工序。因此，此时，在通过结晶化氧化物形成强电介质膜50之前，至少与电极的交叉部分的形状对照地腐蚀微结晶核形成后的氧化物膜。其后，通过夹持上部电极36、38照射脉冲状的激光或灯光，能够恢复氧化物膜的腐蚀损伤，同时进行结晶化。通过在该结晶化工序结束后形成层间绝缘膜33、39，能够得到优质的强电介质膜50。
5.实施方式5图13A是模式表示本发明的实施方式5的半导体装置2000的图。该半导体装置，通过在同一基板上形成由含有强电介质电容器的存储单元区域1500、半导体电路200、300、400构成的其他电路区域500而构成。在存储单元区域1500上，例如，配置多个在第1及实施方式2中说明的强电介质存储器1000、1100，或由在实施方式3及实施方式4中说明的强电介质存储单元阵列1200、1310、1320等构成。作为半导体电路200、300、400，例如，有存储单元区域1500用的驱动电路或运算电路、其他存储装置等。
在具有此构成的半导体装置2000中，在强电介质电容器的形成中，为进行高温的热处理，如果在存储单元100之前在基板上形成电路区域500，存在劣化电路区域500中的各半导体电路200、300、400的特性的问题。
为此，在本实施方式的半导体装置2000中，如图13B所示，在形成电路区域500后，在该电路区域500上形成例如由金属构成的光遮挡膜60后，在基板上形成存储单元100。此时，包括在存储单元区域1500内的强电介质电容器，可以采用在实施方式1的实施例中说明的强电介质膜的形成方法形成。
即，为使氧化物结晶化而照射的激光或灯光，通过光遮挡膜60，不影响该膜下面的电路区域500。因此，如果采用本实施方式的半导体装置2000的制造方法，由于能够通过光遮挡膜60降低对包括强电介质层的存储单元区域1500以外的其他电路区域500的热负荷，所以制造工艺的自由度高。此外，如果采用上述制造方法，由于对其他电路区域500的热负荷小，所以，例如，不因热而劣化电路中的金属配线等，能够保证半导体电路200、300、400的特性，同时，能够提高半导体装置2000的成品率。
以上，介绍了本发明的优选的实施方式，但本发明并不局限于此，在本发明的宗旨的范围内能采用各种方式。
权利要求
1.一种强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
2.一种强电介质膜的形成方法，包括只对形成在基板上的非晶质的氧化物膜的规定部分，照射脉冲状的激光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的灯光，使规定部分的氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
3.一种强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的灯光，形成氧化物的微结晶核的工序；在含有微结晶核的氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，只对规定部分照射脉冲状的激光，使规定部分的氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
4.一种强电介质膜的形成方法，包括对形成在基板上的非晶质的氧化物膜，照射脉冲状的激光或灯光的工序；之后，在氧化物膜上形成光透过/吸收膜的工序；从光透过/吸收膜的上部，照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质的工序。
5.如权利要求2或3所述的强电介质膜的形成方法，包括在配置在与氧化物膜的规定部分不同的部分上的光透过/吸收膜上形成光遮挡膜的工序。
6.如权利要求2或3所述的强电介质膜的形成方法，包括光透过/吸收膜只形成在氧化物膜的规定部分上，并且在配置在与氧化物膜的规定部分不同的部分上形成光遮挡膜的工序。
7.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中采用氧化物导电体形成光透过/光吸收膜。
8.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中相对于基板，至少通过夹持光反射膜形成非晶质的氧化物膜。
9.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中照射在非晶质的氧化物膜的光的强度与为使氧化物结晶化所照射的光的强度不同。
10.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中照射在非晶质的氧化物膜的光的脉冲数与为使氧化物结晶化所照射的光的脉冲数不同。
11.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中上述强电介质具有钙钛矿型晶格结构。
12.如权利要求1～4中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，其中上述强电介质具有层状钙钛矿型晶格结构。
13.一种强电介质存储器的制造方法，包括采用如权利要求1～12中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，形成强电介质层。
14.如权利要求13所述的强电介质存储器的制造方法，其中在形成强电介质层时，包括至少腐蚀含有微结晶核的氧化物膜的工序；至少在使氧化物结晶化之前进行腐蚀。
15.如权利要求13所述的强电介质存储器的制造方法，其中在形成强电介质层时，作为电极形成设在强电介质层上的光透过/吸收膜。
16.一种强电介质存储器，采用如权利要求13～15中任何一项所述的强电介质存储器的制造方法形成。
17.如权利要求16所述的强电介质存储器，其中配置在强电介质层周边的绝缘层具有氧化物的微结晶核。
18.如权利要求16所述的强电介质存储器，其中配置在强电介质层下的电极具有反射光的性质。
19.一种强电介质存储器，含有多个叠层在基板上的存储单元阵列，其中存储单元阵列，具有形成条形状且交叉地配置的多个下部电极及上部电极、以及在下部电极及上部电极之间的配置于下部电极与上部电极的至少交叉部分的强电介质层；以相邻的存储单元阵列间的交叉部分不重叠的方式配置各存储单元阵列的下部电极及上部电极。
20.一种强电介质存储器的制造方法，其中，作为光透过/吸收膜，形成权利要求19所述的强电介质存储器中含有的多个存储单元阵列的上部电极，利用权利要求1～12中任何一项所述的强电介质膜的形成方法，形成强电介质存储器的强电介质层。
21.如权利要求20所述的强电介质存储器的制造方法，其中，在叠层至少2个以上存储单元阵列后，在各存储单元阵列中，使氧化物膜结晶化，形成强电介质层。
22.一种半导体装置的制造方法，是含有具有强电介质层的存储单元区域和其他电路区域的半导体装置的制造方法，其中，包括在基板上的规定区域形成存储单元区域的工序、在不同于基板上的存储单元区域的部分形成电路区域的工序；在形成电路区域时，包括在电路区域的上面形成光遮挡膜的工序；在形成存储单元区域时，至少在形成光遮挡膜后，采用权利要求13～15、20及21中任何一项所述的强电介质存储器的制造方法，形成上述强电介质层。
23.一种半导体装置，其中含有具有强电介质层的存储单元区域及配置在基板上的与存储单元区域不同区域上的其他电路区域，采用如权利要求22所述的半导体装置的制造方法形成。
全文摘要
一种强电介质膜的形成方法，对形成在基板(10)上的非晶质的氧化物膜(30)照射脉冲状的激光或灯光，形成氧化物的微结晶核(40)。然后，在含有微结晶核(40)的氧化物膜上形成光透过/吸收膜(22)。再从光透过/吸收膜(22)的上部照射脉冲状的激光或灯光，使氧化物结晶化，形成强电介质(50)。
文档编号H01L21/8246GK1545734SQ0380086
公开日2004年11月10日 申请日期2003年3月28日 优先权日2002年3月29日
发明者泽崎立雄 申请人:精工爱普生株式会社