[發(fā)明專利]制造超晶格材料的快速遞變退火方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01800486.5
• 申請日: 2001-02-07
• 公開（公告）號: CN1364313A
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 內山潔;有田浩二;納拉楊·索拉亞鵬;卡羅斯·A·帕茲德阿羅
• 申請（專利權）人: 塞姆特里克斯公司;松下電器產業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L27/11
• 分類號: H01L27/11;C30B29/68
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蹇煒

???????????????????本發(fā)明的背景技術

1、本發(fā)明的技術領域

概括地來說，本發(fā)明涉及層狀超晶格材料的制作，更具體地來說，是涉及一種構成鐵電集成電路器件的制造方法，通過利用低溫快速遞變退火技術，鐵電集成電路器件包括具有高極化率、低疲勞和低漏電流特性的層狀超晶格材料的薄膜。

2、問題的提出

鐵電化合物具有良好的特性而用于非易失性集成電路存儲器。參見米勒的美國專利5046043。當鐵電器件(例如電容器)具有所需的電特性時，例如高剩余極化、良好的矯頑場、高疲勞電阻和低漏電流，它可用作非易失性存儲器。層狀超晶格材料氧化物已被研究而用于集成電路。在Watanabe等人的美國專利5434102(1995年7月18日公布)和Yoshimori等人的美國專利5468684(1995年11月21日公布)中，描述了將這些材料集成于實際的集成電路中的過程。層狀超晶格材料表現(xiàn)出鐵電存儲器中的特性，其數(shù)量級優(yōu)于PZT(鋯鈦酸鉛)及PLZT(鋯鈦酸鉛鑭)化合物。

集成電路中一種典型的鐵電存儲器包含半導體襯底和金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)，它電連接一個鐵電器件，一般是鐵電電容器。目前應用和開發(fā)的層狀超晶格材料包括金屬氧化物。在傳統(tǒng)的制作方法中，產生所需電子特性的金屬氧化物的晶化需要在含氧氣體中以高溫進行熱處理。在氧氣中的加熱步驟一般是在800℃到900℃范圍之溫度下進行30分鐘到2小時。由于存在高溫的活性氧，在半導體硅襯底的單晶結構中產生很多缺陷，例如懸掛鍵，導致MOSFET的電子特性的退化。在現(xiàn)有技術中利用約700℃之加熱溫度的處理來晶化層狀超晶格材料，可獲得良好的鐵電特性。參見lto等人的美國專利5508226(1996年4月16日公布)。然而，在現(xiàn)有技術中公開的低溫方法中的退火和其它加熱時間為3至6小時之范圍內，這在經濟上不實用。更重要的是，在長達幾個小時的時間中處于氧氣之中，即使溫度范圍有所降低，會導致對半導體襯底和CMOS電路的其它元件的氧破壞。

集成電路制成后，氧化物的存在仍會引發(fā)問題，因為來自金屬氧化物層狀超晶格材料的薄膜的氧原子往往通過包含于集成電路中的各種材料擴散，并與襯底中及半導體層中的原子結合，形成不需要的氧化物。所形成的氧化物干擾集成電路的功能；例如，它們在半導體特性區(qū)域起著絕緣體的作用，因此構成虛電容器。原子從底層襯底和其它電路層擴散到鐵電金屬氧化物，這也是一個問題；例如，來自硅襯底和來自多晶硅接觸層的硅被認為擴散到層狀超晶格材料并使其鐵電特性退化。對于較低密度的應用，鐵電存儲電容器被設置在底層CMOS電路之側面，這可能會稍微減小電路元件之間不希望出現(xiàn)的原子擴散之問題。然而，隨著對制造高密度電路的市場要求和技術能力的增大，電路元件之間的距離減小，元件之間的分子及原子擴散之問題變得更加尖銳。為了通過減小電路面積而獲得高電路密度，存儲單元的鐵電電容器幾乎被設置在開關元件(一般是場效應晶體管，以下記為“FET”)的頂部，該開關和電容器的底部電極通過導電插件實現(xiàn)電連接。為了抑制不需要的擴散，在鐵電氧化物下、電容器的底部電極和底層之間設置一個隔離層。該隔離層不僅必須阻止氧和其它可能引發(fā)問題的化學成分的擴散，它還必須是導電的，使得電容器與開關之間實現(xiàn)電連接。對于當前的隔離技術，可允許的最大處理溫度約為700℃。在700℃以上的溫度下，最高溫度的隔離材料降低并失去其擴散-隔離特性。另一方面，在現(xiàn)有技術中所用層狀超晶格材料的最小可用制造處理溫度約為800℃，在該溫度下，所涂覆的超晶格材料(例如鉭酸鍶鉍)被退火而獲得良好的晶化。

在該技術中常見的是，在爐內退火(furnace?annealing)前應用快速熱處理(“RTP”)，以改進所涂覆的(特別是層狀超晶格材料的)金屬氧化物薄膜的鐵電或介電特性。在帕茲德阿羅等人的美國專利5648114(1997年7月15日公布)和Watanabe等人的美國專利5825057(1998年10月20日公布)中描述了在氧退火前利用RTP的方法，在現(xiàn)有技術中公開的RTP一般是在700℃至850℃溫度下進行約30秒的維持時間，然后再在800℃進行氧爐內退火達30至60分鐘。這些處理溫度都超出了以上所述的小于700℃之所需范圍。

因此，基于以上原因，采用低溫方法制造鐵電集成電路中的層狀超晶格材料將是有益的，它使得在高溫下暴露于氧的時間被減至最小，并減小所用的最大溫度。

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