專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法，特別涉及實(shí)現(xiàn)低電壓工作的半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，利用強(qiáng)電介質(zhì)的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器和利用高介電常數(shù)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)等的研究開發(fā)十分活躍。這些強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器和DRAM包括開關(guān)晶體管，將連接到該開關(guān)晶體管的一個(gè)擴(kuò)散層的電容器作為存儲(chǔ)器單元來(lái)存儲(chǔ)信息。
強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器中包括的強(qiáng)電介質(zhì)電容器使用PZT(PbZrxTi1-xO3)、PLZT(Pb1-yLayZrxTi1-xO3)、SBT(SrBi2Ta2O9)等的強(qiáng)電介質(zhì)薄膜作為電容絕緣膜，通過(guò)使強(qiáng)電介質(zhì)極化，可以存儲(chǔ)非易失性的信息。
另一方面，DRAM中包括的高介電常數(shù)體電容器使用BST(BaxSr1-xTiO)等的高介電常數(shù)體薄膜作為電容絕緣膜，可增大容量并且降低實(shí)際的膜厚。
如圖10所示，現(xiàn)有的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器包括在開關(guān)晶體管上通過(guò)層間絕緣膜依次形成下部電極13、強(qiáng)電介質(zhì)薄膜14、上部電極15的強(qiáng)電介質(zhì)電容器，通過(guò)在層間絕緣膜上形成的接觸孔中填充的栓塞，將開關(guān)晶體管的一個(gè)擴(kuò)散層和下部電極進(jìn)行電連接。其中，強(qiáng)電介質(zhì)薄膜使用濺射法、溶膠凝膠(ゾルゲル)法、CVD法等成膜方法形成在下部電極上，通過(guò)規(guī)定溫度的退火來(lái)進(jìn)行鈣鈦礦型構(gòu)造的結(jié)晶。這樣形成的強(qiáng)電介質(zhì)薄膜是多晶的，在薄膜表面存在凹凸。
但是，強(qiáng)電介質(zhì)薄膜表面的凹凸隨著存儲(chǔ)器單元的微細(xì)化、高密度化而產(chǎn)生以下問(wèn)題。
隨著存儲(chǔ)器單元的微細(xì)化、高密度化，為了確保電容量，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電介質(zhì)薄膜的薄膜化是有利的，但為了獲得良好的強(qiáng)電介質(zhì)特性(極化反向特性等)，需要晶粒的尺寸在50nm以上左右，所以在強(qiáng)電介質(zhì)薄膜的表面上不可避免有接近晶粒尺寸的凹凸。因此，如果膜厚形成得薄，那么就會(huì)有在凹部的膜厚薄的部分容易產(chǎn)生電場(chǎng)集中(泄漏電流)的問(wèn)題。
這種電場(chǎng)集中帶來(lái)強(qiáng)電介質(zhì)薄膜的絕緣性下降和極化反向特性的下降，所以阻礙減小強(qiáng)電介質(zhì)薄膜的膜厚，不可能實(shí)現(xiàn)低電壓工作。
另一方面，為了實(shí)現(xiàn)低電壓工作，可考慮將強(qiáng)電介質(zhì)薄膜表面的凹凸平坦化，但在回流處理的平坦化中，存在因高熱與薄膜相比產(chǎn)生下層的電極和金屬布線等損傷的危險(xiǎn)。
在(日本)特開平2000-81642號(hào)公報(bào)中披露了以下技術(shù)通過(guò)對(duì)含有氫的非晶質(zhì)半導(dǎo)體膜多次照射激光，來(lái)形成表面凹凸少并且晶體粒徑大的結(jié)晶性半導(dǎo)體。即，激光照射用于將非晶質(zhì)硅改變?yōu)槎嗑Ч琛Ｔ诠璧那闆r下，該技術(shù)是不可行的，但在鈣鈦礦型構(gòu)造的強(qiáng)電介質(zhì)的情況下同樣不可行。
例如，在Appl.Phys.Lett(應(yīng)用物理報(bào)告)66(19)，1995年5月8日中，披露了以下技術(shù)將KrF準(zhǔn)分子激光照射非晶PZT膜，使其表面結(jié)晶化。
此外，在(日本)特開平10-200120號(hào)公報(bào)中披露了以下技術(shù)對(duì)非晶硅膜進(jìn)行激光退火的結(jié)果，是將多晶硅膜表面上產(chǎn)生的凹凸用CMP處理進(jìn)行平坦化。但是，即使將有凹凸的表面用CMP處理進(jìn)行平坦化，也難以形成均勻并且薄的膜厚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法使用有利于存儲(chǔ)器單元的微細(xì)化、高密度化的電介質(zhì)電容器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法使用實(shí)現(xiàn)低電壓工作的電介質(zhì)電容器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法使用不對(duì)金屬布線等產(chǎn)生損傷的電介質(zhì)電容器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法使用具有良好的晶體管特性的電介質(zhì)電容器。
在本發(fā)明的第一方案中，提供具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，該方法包括形成下部電極的第一工序；在所述下部電極上形成在表面上帶有凹凸的多晶的電介質(zhì)薄膜的第二工序；將所述電介質(zhì)薄膜的規(guī)定膜厚的表層部熔融、通過(guò)急熱急冷來(lái)使其表面平坦的第三工序；以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極的第四工序。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，其特征在于，通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的表面粗糙度的最大高度在50nm以上。這是因?yàn)殡娊橘|(zhì)薄膜具有50nm以上的晶體粒徑，可以形成極化磁滯特性良好的電容器。
此外，在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，其特征在于，從通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的下部電極側(cè)底面至最大凸部頂點(diǎn)的厚度最好在200nm以上。這是因?yàn)榧词乖谄教够幚砗螅部梢源_保一定尺寸的晶體粒徑。
此外，在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，其特征在于，通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的晶粒子的長(zhǎng)寬比最好在2.5以上。這是因?yàn)榧词乖谄教够幚砗螅部梢源_保一定尺寸的晶體粒徑。
本發(fā)明的第二方案提供一種具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，該方法包括形成下部電極的第一工序；在所述下部電極上形成包含規(guī)定粒徑的結(jié)晶的多晶的電介質(zhì)薄膜的第二工序；一邊使所述電介質(zhì)薄膜的規(guī)定膜厚的表層部維持使其下層部不失去電介質(zhì)的期望特性的程度的晶體粒徑、一邊形成非晶質(zhì)的微結(jié)晶的處理膜的第三工序；以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極的第四工序。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述電介質(zhì)的期望特性最好是極化磁滯特性。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在所述第三工序和所述第四工序之間，最好包括對(duì)急熱或急冷或非晶質(zhì)的微結(jié)晶的所述表層部進(jìn)行平坦腐蝕的第五工序。這是因?yàn)榭砂l(fā)揮電介質(zhì)原有的良好特性。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，最好包括對(duì)所述腐蝕后所述電介質(zhì)薄膜的表層部進(jìn)行退火處理的第六工序。這是因?yàn)樵陔娊橘|(zhì)薄膜表面因腐蝕而受到損傷的情況下，可以進(jìn)行損傷的修復(fù)。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，最好通過(guò)所述第五工序來(lái)露出多晶的電介質(zhì)薄膜表面的平坦面。這是因?yàn)榭砂l(fā)揮電介質(zhì)原有的良好特性。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述第四工序的電介質(zhì)薄膜最好包含50nm以上的晶體粒徑。這是因?yàn)榭色@得良好的強(qiáng)電介質(zhì)特性。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述第二工序的電介質(zhì)薄膜最好在攝氏500度以下的溫度中通過(guò)化學(xué)氣相生長(zhǎng)而形成。這是因?yàn)椴粫?huì)在金屬布線等上產(chǎn)生損傷。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述第三工序和所述第六工序最好通過(guò)將準(zhǔn)分子激光照射到所述電介質(zhì)薄膜表面上來(lái)進(jìn)行，準(zhǔn)分子激光最好是XeCl準(zhǔn)分子激光。這是因?yàn)榭梢赃M(jìn)行具有規(guī)定膜厚的比結(jié)晶粒徑小的粒徑的多晶化或非晶化、以及可以對(duì)表面進(jìn)行平坦化。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度最好比所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度低，所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度最好為160～200mJ/cm2，所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度最好為140～160mJ/cm2。這是因?yàn)楸∧け砻媸瞧教沟模⑶铱梢詫⑿×降亩嗑又练蔷拥哪ず褚种频帽?，由此降低極化磁滯特性的惡化。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，用所述第二工序形成的所述電介質(zhì)薄膜最好由鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的電介質(zhì)組成，最好是強(qiáng)電介質(zhì)或高介電常數(shù)體，是PZT更好。
在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述腐蝕是等離子體腐蝕。這是因?yàn)榧庸ぞ雀摺?br> 在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在形成所述電介質(zhì)電容器前，包括有選擇地形成至少一層的金屬布線的工序。根據(jù)本發(fā)明，這是因?yàn)榧词菇饘俨季€形成在電容器下，也不對(duì)金屬布線產(chǎn)生損傷。


圖1是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的局部剖面圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分電路圖。
圖3是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的工序剖面圖(之一)。
圖4是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的工序剖面圖(之二)。
圖5是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)薄膜形成后的剖面的電子顯微鏡照片。
圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)薄膜的激光照射后的剖面的電子顯微鏡照片。
圖8是示意地表示本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。
圖9是示意地表示本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。
圖10是示意地表示現(xiàn)有例的電介質(zhì)電容器的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法中，通過(guò)包括形成下部電極(圖5的13)的第一工序；在所述下部電極上，形成在表面上帶有凹凸的多晶的電介質(zhì)薄膜(圖5的14)的第二工序；將所述電介質(zhì)薄膜的規(guī)定膜厚的表層部熔融，通過(guò)急熱急冷(圖5的30)來(lái)使其表面平坦的第三工序；以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極(圖5的15)的第四工序，來(lái)使電介質(zhì)薄膜表面平坦化，可以防止漏泄電流，可發(fā)揮電介質(zhì)具有的極化磁滯特性等各種特性。實(shí)施例下面使用附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的局部剖面圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分電路圖。
參照?qǐng)D2，存儲(chǔ)器單元22包括開關(guān)晶體管21和電介質(zhì)電容器20。開關(guān)晶體管21的柵極連接到字線23，源/漏的其中一個(gè)連接到位線25，而另一個(gè)通過(guò)電介質(zhì)電容器20連接到平板線24。
參照?qǐng)D1，該半導(dǎo)體器件在硅襯底1上有MOS型的開關(guān)晶體管21，在開關(guān)晶體管21上有夾置層間絕緣膜5、8、11的電介質(zhì)電容器20。
在第一層間絕緣膜5和第二層間絕緣膜8之間，有選擇地形成以Ti等的阻擋金屬和Al或Cu作為主要成分的合金構(gòu)成的第一金屬布線7，第一金屬布線7通過(guò)栓塞6與開關(guān)晶體管的擴(kuò)散層3電連接。一個(gè)第一金屬布線7用作將電介質(zhì)電容器20和開關(guān)晶體管21連接的布線，而另一個(gè)第一金屬布線7用作圖2的位線25。
在第二層間絕緣膜8和第三層間絕緣膜11之間，有選擇地形成以Ti等的阻擋金屬和Al或Cu作為主要成分的合金構(gòu)成的第二金屬布線10，第二金屬布線10通過(guò)鎢等構(gòu)成的第一通孔9與第一金屬布線7電連接。一個(gè)第二金屬布線10通過(guò)第二通孔12與下部電極13電連接。于是，在第一實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元22中形成第一金屬布線7和第二金屬布線10組成的多層金屬布線構(gòu)造。
在該多層金屬布線構(gòu)造上，通過(guò)第三層間絕緣膜11來(lái)設(shè)置電介質(zhì)電容器20。電介質(zhì)電容器20依次形成下部電極13、電介質(zhì)薄膜14、上部電極15。下部電極13和擴(kuò)散層3通過(guò)栓塞6、第一金屬布線7、第一通孔9、第二金屬布線10、第二通孔12進(jìn)行電連接。
在下部電極13和上部電極15中，為了防止氧缺損造成的強(qiáng)電介質(zhì)的自發(fā)極化特性的惡化，使用與氧的親和力弱的金屬Pt、Pd、Ir、Rh、Os、Au、Ag、Ru或?qū)щ娦匝趸tOx、PdOx、IrOx、RhOx、OsOx、AuOx、AgOx、RuOx等。雖然未圖示，但在下部電極13和第二通孔12之間，最好形成TiN等導(dǎo)電性氮化膜組成的阻擋層，以便防止下部電極13的Pt等和第二通孔12的鎢等的相互反應(yīng)和相互擴(kuò)散。
電介質(zhì)薄膜14是BaTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT、SBT等強(qiáng)電介質(zhì)薄膜、BST等高介電常數(shù)體薄膜。
在電介質(zhì)電容器20上形成第四層間絕緣膜16，在第四層間絕緣膜16上形成的接觸孔至其上部有選擇地形成第三金屬布線17。第三金屬布線17用作圖2中的平板布線24。
于是，與第一實(shí)施例中的存儲(chǔ)器單元22的下部電極13相比，下方的構(gòu)造與沒(méi)有電容器的LSI相同。因此，可以使用現(xiàn)有的邏輯電路按普通的制造工序來(lái)制造。
下面，說(shuō)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工序。圖3和圖4是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的工序剖面圖。圖5是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)薄膜形成后的剖面的電子顯微鏡照片。圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)薄膜的激光照射后的剖面的電子顯微鏡照片。
首先，如圖3(A)所示，通過(guò)普通的LSI的制造過(guò)程，在硅襯底1上形成存儲(chǔ)器單元部和邏輯電路等的MOS晶體管。即，在硅襯底1上有選擇地形成氧化膜2，通過(guò)氧化膜2來(lái)劃定元件形成區(qū)域，接著，形成柵極4和擴(kuò)散層3。進(jìn)而，在硅襯底1上成膜第一層間絕緣膜5。成膜的第一層間絕緣膜5按照CMP法、回流法等進(jìn)行平坦化。
接著，形成連接第一金屬布線7、第一金屬布線7和擴(kuò)散層3的栓塞6。
作為它們的形成方法，有在通過(guò)鎢栓塞等形成栓塞6后，對(duì)第一金屬布線7進(jìn)行成膜、加工的方法，以及將第一層間絕緣膜5加工成栓塞6和第一金屬布線7的形狀后，埋入金屬，然后除去多余的金屬，同時(shí)形成栓塞6和第一金屬布線7的雙波形花紋法。
在前者的情況下，在通過(guò)腐蝕對(duì)栓塞6進(jìn)行開孔后，進(jìn)行接觸注入和有源化，成膜Ti、TiN等阻擋金屬，接著，按照CMP法或反向腐蝕來(lái)除去表面的鎢，形成鎢栓塞。鎢栓塞也可以通過(guò)鎢的有選擇生長(zhǎng)來(lái)形成。
接著，如圖3(B)所示，在栓塞6上有選擇地形成第一金屬布線7。第一金屬布線7通過(guò)以Ti、TiN等阻擋金屬、Al、Cu等為主要成分的合金層、TIN等防止反射膜組成的復(fù)合層來(lái)構(gòu)成，分別通過(guò)濺射法或CVD法堆積后，通過(guò)腐蝕進(jìn)行加工。
然后，如圖3(C)所示，在成膜第二層間絕緣膜8、并進(jìn)行平坦化后，在第一金屬布線7上形成第一通孔9和第二金屬布線10。第一通孔9和第二金屬布線10按照與栓塞6和第一金屬布線7相同的方法來(lái)形成。
然后，如圖3(D)所示，在形成第三層間絕緣膜11后，在第二金屬布線10上通過(guò)與栓塞6同樣的鎢栓塞等來(lái)形成第二通孔12。此時(shí)，最好通過(guò)CMP法來(lái)除去表面的鎢。這是因?yàn)榭梢栽谕耆教沟谋砻嫔闲纬珊竺嬉纬傻碾娊橘|(zhì)電容器。
然后，在含有氫的環(huán)境中進(jìn)行退火。退火溫度最好在300℃以上、500℃以下。這是因?yàn)樵?00℃以下時(shí)，晶體管特性改善的效果小，而在500℃以上時(shí)，有引起金屬布線7、10斷線等危險(xiǎn)。
以上的過(guò)程與沒(méi)有電介質(zhì)薄膜電容的普通的LSI處理相同。不進(jìn)行任何用于將電介質(zhì)薄膜電容連接到擴(kuò)散層3的特別處理的變更或追加。
接著，在第三層間絕緣膜11上形成電介質(zhì)電容器，以便與第二通孔12連接。電介質(zhì)電容器按以下的步驟形成。
首先，如圖4(E)所示，通過(guò)濺射法以外的其他方法，在第三層間絕緣膜11上形成Pt、Ir、Ru等貴金屬或IrO2、RuO2等導(dǎo)電性氧化物組成的下部電極13。
這種情況下，為了防止第二通孔12的鎢和下部電極13的Pt等的相互反應(yīng)和相互擴(kuò)散，將TiN等組成的阻擋膜形成在這些貴金屬或?qū)щ娦匝趸飳拥南旅妗?br> 接著，在下部電極13上按照CVD法等來(lái)形成Pb(Zr、Ti)O3(PZT)、(Ba、Sr)TiO3(BST)、SrTiO3(ST)等組成的電介質(zhì)薄膜14。
在形成PZT薄膜的情況下，在普通的溶膠凝膠法和濺射法中，為了獲得良好的PZT薄膜，需要進(jìn)行600℃以上的加熱。在這樣的高溫下會(huì)導(dǎo)致金屬布線的斷線或高阻抗化，不適合于本構(gòu)造。因此，如CVD法那樣，最好在450℃左右的低溫下進(jìn)行成膜。PZT薄膜通過(guò)CVD法在350℃至500℃的溫度范圍內(nèi)可以形成結(jié)晶狀態(tài)良好的膜(晶粒的尺寸在50nm以上左右)。
此外，ST薄膜如International electron devices meeting technicaldigest(1994第八31頁(yè))中所述的那樣，可以通過(guò)ECR-CVD法在450℃下形成。
再有，通過(guò)CVD法獲得的PZT薄膜的表面形成凹凸，所以考慮到以后的平坦化處理，從PZT薄膜的下部電極側(cè)底面至最大凸部的頂點(diǎn)的厚度最好在200nm以上。即，最低限度所需的PZT的最小粒徑為50nm、XeCl準(zhǔn)分子激光的能量對(duì)PZT的到達(dá)深度為100nm、表面粗糙度的最大高度為50nm左右，其合計(jì)為200nm。
PZT薄膜剖面的電子顯微鏡照片示于圖6。PZT薄膜的表面粗糙度的最大高度Rmax(依據(jù)JIS B 0601；從最大凹部的底點(diǎn)至最大凸部的頂點(diǎn)的距離)在50nm以上，凸部呈刃狀。此時(shí)的PZT晶粒是柱狀結(jié)晶，其長(zhǎng)寬比在2.5以上。如果生長(zhǎng)可以發(fā)揮PZT的極化磁滯特性的晶粒(50nm以上)，那么要生成這樣大的凹凸。其中，如果在PZT薄膜表面為這樣的凹凸?fàn)顟B(tài)下形成上部電極，那么在其凹部上部電極和下部電極之間的距離變短，容易引起電場(chǎng)集中，帶來(lái)絕緣性的下降和極化反向特性的下降。因此，進(jìn)行以下那樣的電介質(zhì)薄膜表面的平坦化處理。
用準(zhǔn)分子激光30照射電介質(zhì)薄膜14的表面。即，僅熔融電介質(zhì)薄膜14的表面附近來(lái)進(jìn)行急熱急冷。因此，薄膜的表層部進(jìn)行晶粒直徑比激光未到達(dá)的下層部的晶粒直徑小的微晶化的非晶質(zhì)化，同時(shí)薄膜表面(表層部)被平坦化(參照?qǐng)D(7))。這樣的情況考慮是隨著溫度的急劇變化、結(jié)晶相的相轉(zhuǎn)移和體積變化等原因。再者，準(zhǔn)分子激光是ArF(λ＝126nm)、KrF準(zhǔn)分子激光(λ＝248nm)、XeCl準(zhǔn)分子激光(λ＝308nm)等。
在對(duì)PZT薄膜進(jìn)行照射的情況下，如果使用XeCl準(zhǔn)分子激光，那么能量的到達(dá)深度距表面100nm左右，有一定的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以大致均勻地形成微晶化的結(jié)晶至非晶質(zhì)化的表層部的膜厚。此時(shí)的PZT薄膜14的表面開始熔化的XeCl準(zhǔn)分子激光的能量密度為160～200mJ/cm2(大氣中或其減壓下)左右。此時(shí)的PZT薄膜的剖面的電子顯微鏡照片示于圖7。較之，該表面的平坦情況之好是圖6所示的照射前表面所無(wú)法相提并論的。此外，在KrF準(zhǔn)分子激光的情況下，能量的到達(dá)深度為距表面50nm左右。
接著，在按上述方法形成的電介質(zhì)薄膜14上，按照與下部電極13相同的方法來(lái)形成上部電極15。
然后，通過(guò)腐蝕來(lái)加工下部電極13、電介質(zhì)薄膜14和上部電極15。于是，形成圖4(E)所示的電介質(zhì)電容器。
而且，在第三層間絕緣膜11至電介質(zhì)電容器上形成第四層間絕緣膜16后，在電容器上部進(jìn)行接觸孔的開孔。然后，如圖4(F)所示，與第一金屬布線7、第二金屬布線10同樣形成作為平板線的第三金屬布線17。
第三金屬布線17僅用作平板線24，在其他的邏輯電路中不使用。因此，在邏輯電路中，完全沒(méi)有因形成使用電介質(zhì)電容器的存儲(chǔ)器陣列部造成的器件變更。在該第三金屬布線17上形成SiON等組成的鈍化膜(未圖示)。
下面，用附圖來(lái)說(shuō)明第二實(shí)施例。圖8是示意地表示本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。
參照?qǐng)D8，(A)在下部電極13上與第一實(shí)施例同樣按照CVD法形成PZT薄膜14，(B)在與第一實(shí)施例同樣用準(zhǔn)分子激光30照射PZT薄膜14的表面的情況下，激光照射到達(dá)的薄膜的表面附近(深度100nm左右)形成粒子尺寸小的多晶至非晶。如果在這樣平坦化的PZT薄膜14上形成上部電極15，那么在避免電場(chǎng)集中上沒(méi)有問(wèn)題，但通過(guò)小的多晶至非晶(難以顯示強(qiáng)介電性的區(qū)域)的作用，會(huì)稍稍降低原來(lái)可以發(fā)揮的極化磁滯特性(反向電荷量稍稍減少)。因此，(C)最好通過(guò)高頻(RF)等離子體腐蝕除去PZT薄膜的表層部中的粒徑小的多晶至非晶的PZT。在腐蝕氣體中，使用HBr/Ar/CF4，各自的流速為20/8/30sccm，氣體壓力為0.532Pa(4mTorr)，腐蝕速度為2nm/sec，在25秒內(nèi)腐蝕50nm左右的厚度。
因此，可以發(fā)揮原有的PZT的極化磁滯特性。再者，PZT薄膜表面經(jīng)腐蝕，多少會(huì)受到損傷，但此時(shí)的薄膜的表面粗糙度的最大高度比激光照射前的薄膜表面的起伏(約70nm)小(幾nm)，所以與不照射激光的薄膜相比，具有不易引起電場(chǎng)集中的優(yōu)點(diǎn)。再者，也可以考慮在激光照射前進(jìn)行腐蝕，則原來(lái)電介質(zhì)薄膜表面的凹凸情況就不被形成得太平坦。
在腐蝕后，(D)在PTZ薄膜14上與第一實(shí)施例同樣形成上部電極15也可以。
下面，使用附圖來(lái)說(shuō)明第三實(shí)施例。圖9是示意地表示本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電介質(zhì)電容器的制造方法的工序剖面圖。
參照?qǐng)D9，(A)如第一實(shí)施例所示那樣，按照CVD法在下部電極13上形成PZT薄膜14，(B)如第一實(shí)施例所示那樣用準(zhǔn)分子激光照射PZT薄膜14的表面，(C)在對(duì)PZT薄膜14表層部的粒子尺寸小的多晶至非晶部分進(jìn)行如第二實(shí)施例所示那樣的等離子體腐蝕31的情況下，薄膜表面受到損傷，在表面上產(chǎn)生缺陷，該缺陷成為引起電場(chǎng)集中的原因。因此，(D)最好通過(guò)對(duì)受到損傷的部分再次照射準(zhǔn)分子激光32來(lái)進(jìn)行退火。作為該退火的結(jié)果，使PZT薄膜表面上的缺陷被除去而變得平坦，所以可以避免電場(chǎng)集中。
再者，通過(guò)該退火，PZT薄膜表層部進(jìn)行微晶化至非晶化，極化磁滯特性會(huì)下降，但通過(guò)腐蝕，隨著PZT薄膜14表面上出現(xiàn)的缺陷起伏(參照?qǐng)D9(C))的大小比第一次準(zhǔn)分子激光30照射前的PZT薄膜表面的起伏(參照?qǐng)D9(A))小，所以通過(guò)第一次準(zhǔn)分子激光30照射，與微晶化至非晶化的PZT薄膜表層部的膜厚相比，可以進(jìn)行薄化處理。因此，(D)第二次準(zhǔn)分子激光32照射最好進(jìn)行比第一次準(zhǔn)分子激光30照射的能量密度(160～200mJ/cm2)小的(140～160mJ/cm2)照射。其結(jié)果，可以使PZT薄膜表面平坦化，并且可以將微晶化至非晶化的表層部的膜厚抑制得薄，所以可以抑制極化磁滯特性的下降，并且避免電場(chǎng)集中。
在平坦化后，(E)在PZT薄膜14上與第一實(shí)施例同樣形成上部電極15就可以。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得表面平坦化的電介質(zhì)薄膜，所以可以防止電場(chǎng)集中，有利于存儲(chǔ)器單元的微細(xì)化、高密度化。
此外，在強(qiáng)電介質(zhì)薄膜的情況下，即使減小膜厚，也可以獲得良好的絕緣特性、極化反向特性。其結(jié)果，可以制作能夠進(jìn)行低電壓工作的強(qiáng)電介質(zhì)電容器。該強(qiáng)電介質(zhì)電容器的主要應(yīng)用是低電壓工作強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器，但即使在利用強(qiáng)電介質(zhì)的其他器件中，也可以實(shí)現(xiàn)低電壓工作(3V→2.5V→1.8V)。
其理由在于，通過(guò)將多晶膜造成的表面凹凸用激光處理來(lái)進(jìn)行平坦化，從而消除電場(chǎng)集中。
此外，在比較低的溫度下進(jìn)行電介質(zhì)薄膜的形成、表面處理，所以可以提供金屬層上沒(méi)有損傷的高質(zhì)量的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，用于具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該方法包括形成下部電極的第一工序；在所述下部電極上，形成在表面上帶有凹凸的多晶的電介質(zhì)薄膜的第二工序；將所述電介質(zhì)薄膜的規(guī)定膜厚的表層部熔融，通過(guò)急熱急冷來(lái)使其表面平坦的第三工序；以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極的第四工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的表面粗糙度的最大高度在50nm以上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，從通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的下部電極側(cè)底面至最大凸部頂點(diǎn)的厚度在200nm以上。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，通過(guò)所述第二工序形成的電介質(zhì)薄膜的晶粒的長(zhǎng)寬比在2.5以上。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，用于具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該方法包括形成下部電極的第一工序；在所述下部電極上形成包含規(guī)定粒徑的結(jié)晶的多晶的電介質(zhì)薄膜的第二工序；一邊使所述電介質(zhì)薄膜的規(guī)定膜厚的表層部維持使其下層部不失去電介質(zhì)的期望特性程度的晶體粒徑，一邊形成非晶質(zhì)的微結(jié)晶的處理膜的第三工序；以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極的第四工序。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述電介質(zhì)的期望特性是極化磁滯特性。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第三工序和所述第四工序之間，包括對(duì)急熱或急冷或非晶質(zhì)的微結(jié)晶的所述表層部進(jìn)行平坦腐蝕的第五工序。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第五工序和所述第四工序之間，包括對(duì)所述腐蝕后的所述電介質(zhì)薄膜的表層部進(jìn)行退火處理的第六工序。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，通過(guò)所述第五工序來(lái)露出多晶的電介質(zhì)薄膜表面的平坦面。
10.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第四工序的電介質(zhì)薄膜包含50nm以上的晶體粒徑。
11.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二工序的電介質(zhì)薄膜在攝氏500度以下的溫度中通過(guò)化學(xué)氣相生長(zhǎng)而形成。
12.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第三工序和所述第六工序通過(guò)將準(zhǔn)分子激光照射到所述電介質(zhì)薄膜表面上來(lái)進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述準(zhǔn)分子激光是XeCl準(zhǔn)分子激光。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度比所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度低。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度為160～200mJ/cm2。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度為140～160mJ/cm2。
17.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用所述第二工序形成的所述電介質(zhì)薄膜由鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的電介質(zhì)組成。
18.如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用所述第二工序形成的所述電介質(zhì)薄膜由強(qiáng)電介質(zhì)或高介電常數(shù)物質(zhì)構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述腐蝕是等離子體腐蝕。
20.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在形成所述電介質(zhì)電容器前，包括有選擇地形成至少一層的金屬布線的工序。
21.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在上述第二工序中，在上述多晶的電介質(zhì)薄膜中通過(guò)結(jié)晶生長(zhǎng)而形成的表面凹凸具有大于能夠充分表現(xiàn)出上述電介質(zhì)薄膜的極化磁滯特性的尺寸。
22.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第三工序和所述第四工序之間，包括對(duì)急熱或急冷或非晶質(zhì)的微結(jié)晶的所述表層部進(jìn)行平坦腐蝕的第五工序。
23.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第五工序和所述第四工序之間，包括對(duì)所述腐蝕后的所述電介質(zhì)薄膜的表層部進(jìn)行退火處理的第六工序。
24.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，通過(guò)所述第五工序來(lái)露出多晶的電介質(zhì)薄膜表面的平坦面。
25.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第四工序的電介質(zhì)薄膜包含50nm以上的晶體粒徑。
26.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二工序的電介質(zhì)薄膜在攝氏500度以下的溫度中通過(guò)化學(xué)氣相生長(zhǎng)而形成。
27.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第三工序和所述第六工序通過(guò)將準(zhǔn)分子激光照射到所述電介質(zhì)薄膜表面上來(lái)進(jìn)行。
28.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述準(zhǔn)分子激光是XeCl準(zhǔn)分子激光。
29.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度比所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度低。
30.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第三工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度為160～200mJ/cm2；所述第六工序的準(zhǔn)分子激光的能量密度為140～160mJ/cm2。
31.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用所述第二工序形成的所述電介質(zhì)薄膜由鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的電介質(zhì)組成。
32.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用所述第二工序形成的所述電介質(zhì)薄膜由強(qiáng)電介質(zhì)或高介電常數(shù)物質(zhì)構(gòu)成。
全文摘要
提供一種使用實(shí)現(xiàn)低電壓工作的陶瓷電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法。在具有電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體器件的制造方法中,其特征在于,包括:形成下部電極的第一工序;在所述下部電極上,形成在表面上帶有凹凸的多晶的電介質(zhì)薄膜的第二工序;將所述電介質(zhì)薄膜的預(yù)定膜厚的表層部熔融,通過(guò)急熱急冷來(lái)使其表面平坦的第三工序;以及在所述電介質(zhì)薄膜上形成上部電極的第四工序。
文檔編號(hào)H01L27/105GK1384541SQ0211911
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月8日
發(fā)明者宮坂洋一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社