專利名稱：無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法及使用了此方法的半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成以在鐵電體存儲(chǔ)器等半導(dǎo)體裝置中所用的鐵電體膜為代表的無(wú)機(jī)化合物固體的方法。本發(fā)明還涉及一種鐵電體存儲(chǔ)器等半導(dǎo)體裝置的制造方法。
鐵電體存儲(chǔ)器是一種把鐵電體膜用作保持電荷用的電容器的不揮發(fā)性存儲(chǔ)裝置，在高速性、低能耗、高集成度及耐擦寫(xiě)特性方面非常好。當(dāng)把電場(chǎng)加在鐵電體膜上而產(chǎn)生極化時(shí)，在除去電場(chǎng)后該極化仍被保持。由此可以實(shí)現(xiàn)不揮發(fā)性存儲(chǔ)功能。


圖16為表示鐵電體存儲(chǔ)器的單元構(gòu)造的剖視圖。在半導(dǎo)體基板1的表面上由區(qū)域氧化膜2分隔的元件形成區(qū)域上隔開(kāi)間隔形成有雜質(zhì)擴(kuò)散層3、4，在這些雜質(zhì)擴(kuò)散層3、4之間的半導(dǎo)體基板1的表面上夾著柵絕緣膜5形成有柵極6。這樣，晶體管TR就被形成。
柵極6被第1層間絕緣膜7所覆蓋，在此第1層間絕緣膜7上設(shè)有用下部電極11及上部電極12夾著鐵電體膜10而形成的電容器構(gòu)造C。
上部電極12被第2層間絕緣膜8覆蓋著。然后，在此第2層間絕緣膜8上所形成的第1鋁布線9通過(guò)接觸孔14、15與上部電極12及雜質(zhì)擴(kuò)散層4結(jié)合并與上部電極12和雜質(zhì)擴(kuò)散層4導(dǎo)電連接。
在此單元構(gòu)造的鐵電體存儲(chǔ)器中，雜質(zhì)擴(kuò)散層3形成位線，柵極6形成字線，下部電極11形成層線。于是，在位線(雜質(zhì)擴(kuò)散層3)和層線(下部電極11)之間施加適當(dāng)?shù)膶?xiě)入電壓，同時(shí)，當(dāng)在字線(柵極6)上施加選擇電壓并使晶體管TR導(dǎo)通時(shí)，可以在鐵電體膜10上施加電場(chǎng)。由此，可以在鐵電體膜10上產(chǎn)生與所施加的電場(chǎng)的方向及強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的極化。
在讀出時(shí)，在字線(柵極6)上施加適當(dāng)?shù)倪x擇電壓并使晶體管TR導(dǎo)通，同時(shí)，在層線(下部電極11)上施加適當(dāng)?shù)淖x出電壓。此時(shí)，出現(xiàn)在位線(雜質(zhì)擴(kuò)散層3)上的電位根據(jù)鐵電體膜10的極化方向變成2個(gè)不同電位中的一個(gè)。由此，可以檢查此單元是處于“1”狀態(tài)還是處于“0”狀態(tài)。
如圖16所示，在需要多層布線的情況下，第1鋁布線9還被第3層間絕緣膜16所覆蓋。然后，在此第3層間絕緣膜16上再形成第2鋁布線17，此第2鋁布線17通過(guò)接觸孔18被連接到第1鋁布線9上。第2鋁布線17又被保護(hù)膜19所覆蓋。
一般把以PZT(Pb(Zr，Ti)O3)類和SBT(SrBi2Ta2O9)類的材料為代表的復(fù)合氧化物鐵電體用于鐵電體膜的材料。這些薄膜是通過(guò)比如溶膠/凝膠法形成的。所謂溶膠/凝膠法是指把液體(溶膠)狀的原料涂在基板上并通過(guò)熱處理燒成得到所要的膜的方法。在PZT的溶膠/凝膠法中，比如把含有金屬元素的有機(jī)化合物的Pb(CH3Coo)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)4、Ti(i-OC3H7)4的以2-甲氧乙醇為溶劑的溶液等用作起始原料。通過(guò)旋涂法把此有機(jī)化合物溶液涂抹在基板上，在150℃～180℃的溫度下使之干燥后在干燥空氣的氛圍氣體中進(jìn)行400℃、30分鐘的預(yù)燒成，在達(dá)到規(guī)定的膜厚之前反復(fù)進(jìn)行此工序，最后，用600℃～700℃的溫度進(jìn)行熱處理，使整個(gè)膜結(jié)晶化。
但是，在這樣的高溫下的結(jié)晶化處理會(huì)使在此之前形成的晶體管TR的元件特性變差，而且，由于在鐵電體膜10和上部及下部電極11、12之間的界面上的各膜材料的相互擴(kuò)散也會(huì)使鐵電體膜10自身的特性變差。因此，未必能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好特性的鐵電體存儲(chǔ)器。
需要進(jìn)行上述那樣的高溫的結(jié)晶化處理的理由就是在結(jié)晶化處理前的膜中殘留著有機(jī)物。通過(guò)在400℃的溫度下的預(yù)燒成可以在一定程度上除去有機(jī)物，但是，為了充分去除膜中的有機(jī)物就需要在超過(guò)700℃的溫度下進(jìn)行熱處理。但是，在這樣的高溫下，膜材料開(kāi)始結(jié)晶化，因此，預(yù)燒成的目的失去了，而且，對(duì)在半導(dǎo)體基板1上形成的晶體管TR的損傷也加大。
因此，一直以來(lái)都沒(méi)有在低溫?zé)崽幚淼臈l件下形成良好結(jié)晶化的鐵電體膜的方法，因此，無(wú)法提供具有良好特性的鐵電體存儲(chǔ)器。
另一方面，以PZT(Pb(Zr，Ti)O3)類和SBT(SrBi2Ta2O9)類的材料為代表的復(fù)合氧化物鐵電體都是氧化物，因此，對(duì)還原性氛圍氣體敏感。因此，在經(jīng)過(guò)用于改善使用SiH4的層間絕緣膜形成過(guò)程和P-N結(jié)的穩(wěn)定化和接觸電阻特性的H2燒結(jié)工序時(shí)，電容特性有可能變差。
具體來(lái)說(shuō)，在制成圖16的單元構(gòu)造的情況下，在形成鐵電體膜10后形成第2及第3層間絕緣膜8、16及保護(hù)膜19，因此，鐵電體膜10不可避免地被暴露在還原性氛圍氣體中。
還有，鐵電體兼有壓電特性，因此，對(duì)由層間絕緣膜和保護(hù)膜等所引起的應(yīng)力非常敏感，有可能產(chǎn)生特性的不平衡。
因此，鐵電體膜10接受來(lái)自在形成該鐵電體膜10后的后續(xù)工序中所形成的上部電極12、第2及第3層間絕緣膜8及16、第1及第2鋁布線9及17和保護(hù)膜19的應(yīng)力，因此，未必具有所設(shè)計(jì)那樣的電容特性。
還有，在形成鐵電體膜10后的工序中，用于制作上部電極12和第1及第2鋁布線9、17等的布線圖的蝕刻處理是不可避免的，但由于此蝕刻處理，鐵電體膜10會(huì)受到損傷。這也是鐵電體膜10的電容特性變差的原因之一。
眾所周知，上述那樣的鐵電體膜10的特性變差可以通過(guò)在氧氣氛圍氣中的550℃～600℃的熱處理而恢復(fù)。
但是，在這樣的高溫下的熱處理會(huì)引起晶體管TR的元件特性變差，還會(huì)引起鋁布線9及17的熔解。因此，特別是在形成鋁布線9之后不能進(jìn)行400℃以上的熱處理。
因此，對(duì)于被用作鐵電體存儲(chǔ)器的電容膜的鐵電體膜10，實(shí)際上沒(méi)有恢復(fù)變差特性的手段，因此，未必能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好特性的鐵電體膜的鐵電體存儲(chǔ)器。
本發(fā)明的第1目的在于提供一種在用含有金屬元素的有機(jī)化合物材料形成無(wú)機(jī)化合物固體時(shí)可以通過(guò)比較低溫的熱處理形成良好的無(wú)機(jī)化合物固體的方法。
還有，本發(fā)明的第2目的在于提供一種可以通過(guò)比較低溫的熱處理在半導(dǎo)體基板上形成良好的功能性薄膜并由此可以實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體裝置制造方法。
本發(fā)明的第3目的在于提供一種可以良好地恢復(fù)功能性薄膜的變差的特性并制造特性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體裝置制造方法。
還有，本發(fā)明較具體的目的在于提供一種可以通過(guò)比較低溫的熱處理實(shí)現(xiàn)對(duì)功能性薄膜的變差的特性的恢復(fù)并由此良好地恢復(fù)功能性薄膜的變差的特性的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
本發(fā)明更具體的目的在于提供一種可以良好地恢復(fù)作為功能性薄膜的鐵電體膜的變差的特性的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
本發(fā)明是一種燒成含有金屬元素的有機(jī)化合物并形成無(wú)機(jī)化合物固體的方法，包含對(duì)含有金屬元素的有機(jī)化合物材料進(jìn)行使用除熱以外的手段的有機(jī)物去除處理形成無(wú)機(jī)化合物材料的有機(jī)物去除工序、燒成由此有機(jī)物去除工序得到的無(wú)機(jī)化合物材料并使之結(jié)晶化后得到無(wú)機(jī)化合物固體的結(jié)晶化工序。
根據(jù)此方法，通過(guò)使用除熱以外的手段可以充分除去成為結(jié)晶的障礙要因的有機(jī)物。然后再進(jìn)行用于結(jié)晶化的燒成，因此，可以通過(guò)在較低的溫度下的燒成使無(wú)機(jī)化合物材料結(jié)晶化并得到其固體。由此可以防止與無(wú)機(jī)化合物固體相鄰的其他固體相互之間的材料擴(kuò)散，還有，如果有與無(wú)機(jī)化合物固體一起被一體化的別的固體部分，則可以抑制對(duì)這樣的固體部分的熱影響。
也就是說(shuō)，上述結(jié)晶化工序最好要在比與無(wú)機(jī)化合物固體相鄰的其他固體相互之間產(chǎn)生材料擴(kuò)散的溫度更低的溫度下進(jìn)行。同樣，上述結(jié)晶化工序最好要在可以防止對(duì)與無(wú)機(jī)化合物固體一起整體化的其他固體產(chǎn)生熱影響的規(guī)定溫度以下的溫度下進(jìn)行。
上述有機(jī)物去除工序最好包含把上述有機(jī)化合物材料放置在減壓氛圍氣中的減壓工序。由此，通過(guò)把有機(jī)化合物材料放置在減壓氛圍氣中可以促進(jìn)有機(jī)物的揮發(fā)。因此，可以有效地除去有機(jī)物。
還有，在進(jìn)行上述減壓工序的同時(shí)最好在不引起結(jié)晶化的溫度下進(jìn)行加熱處理。還有，此情形的加熱處理最好要在比與有機(jī)化合物固體相鄰的其他固體相互之間產(chǎn)生材料擴(kuò)散的溫度更低的溫度下進(jìn)行。同樣，上述減壓工序最好要在可以防止對(duì)與有機(jī)化合物固體一起接受處理的其他固體產(chǎn)生熱影響的規(guī)定溫度以下的溫度下進(jìn)行。
上述結(jié)晶化工序最好在上述減壓工序之后進(jìn)行。在此情況下，在通過(guò)減壓工序可靠地除去有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物后進(jìn)行結(jié)晶化工序，因此，可以在低溫下順利地進(jìn)行無(wú)機(jī)化合物材料的結(jié)晶化。
例如，包含上述減壓工序的有機(jī)物去除工序和上述結(jié)晶化工序也可以借助于另外的處理裝置進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，例如，有機(jī)物去除工序可以通過(guò)使處理室內(nèi)減壓的燈加熱裝置進(jìn)行，結(jié)晶化工序可以用加熱爐進(jìn)行。
上述減壓工序及上述結(jié)晶化工序也可以通過(guò)在減壓氛圍氣中燒成上述有機(jī)化合物材料而同時(shí)進(jìn)行。
也就是說(shuō)，通過(guò)使處理裝置的處理室內(nèi)減壓并在此處理室內(nèi)加熱有機(jī)化合物材料可以進(jìn)行有機(jī)物去除處理及結(jié)晶化。在此情況下，在材料中還殘留著有機(jī)物的期間，其結(jié)晶化被阻礙，在有機(jī)物被除去成為無(wú)機(jī)化合物材料后開(kāi)始結(jié)晶化。因此，通過(guò)在較低的溫度下的燒成可以得到無(wú)機(jī)化合物固體。
此方法的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)進(jìn)行2個(gè)工序，還有，這些工序可以在1個(gè)處理裝置中進(jìn)行，因此，可以簡(jiǎn)化工序，而且，還可以降低成本。
上述有機(jī)物去除工序最好包含把熱能之外的能量給予上述有機(jī)化合物材料的工序。
通過(guò)把熱能之外的能量給予有機(jī)化合物材料可以除去此有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物。因此，不用高溫加熱有機(jī)化合物材料也可以良好地除去有機(jī)物，因此，可以防止與無(wú)機(jī)化合物固體相鄰的其他固體之間的材料相互擴(kuò)散，還可以防止對(duì)與無(wú)機(jī)化合物固體一起被一體化的別的固體部分的熱影響。
當(dāng)然，也可以在材料的相互擴(kuò)散和對(duì)別的固體部分的熱影響較小的范圍內(nèi)把熱能給予有機(jī)化合物材料，也可以把熱能和除熱能之外的能量并用。
上述給予除熱能之外的能量的工序也可以包含把電磁波供給上述有機(jī)化合物材料的電磁波供給工序。
可以把紫外線和微波作為上述電磁波的例。
還有，除了電磁波之外，還可以借助于比如等離子體等活性粒子把能量給予有機(jī)化合物材料，由此可以進(jìn)行有機(jī)物去除處理。
還有，上述給予除熱能之外的能量的工序也可以包含利用活性化氧粒子處理上述有機(jī)化合物材料的工序。
可以把臭氧(O3)、氧自由基、氧離子(O++、O+)作為上述活化性氧粒子的例。
當(dāng)使有機(jī)化合物材料接觸到活化性氧粒子時(shí)，可以把能量給予材料中的有機(jī)物，由此可以完成有機(jī)物去除處理。
還有，在進(jìn)行此處理時(shí)，如果同時(shí)對(duì)有機(jī)化合物材料進(jìn)行熱處理會(huì)更加有效。此情緒的熱處理最好在不引起有機(jī)化合物材料結(jié)晶化的溫度下進(jìn)行。還有，最好在不產(chǎn)生相鄰的其他固體之間的材料相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行。還有，在該無(wú)機(jī)化合物固體與別的固體部分被一體化的情況下，最好在可以把給予該固體部分的熱影響限定在最小限度的溫度下進(jìn)行。
上述無(wú)機(jī)化合物固體也可以是鐵電體。在此情況下，可以在低溫的熱處理下形成鐵電體的固體。
可以把以PZT(Pb(Zr，Ti)O3)及SBT(SrBi2Ta2O9)為代表的復(fù)合氧化物作為鐵電體的例。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包含借助于上述方法在半導(dǎo)體基板上形成由無(wú)機(jī)化合物固體組成的功能性薄膜的工序。
上述功能性薄膜可以是電容膜，此電容膜也可以是由鐵電體組成的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明，可以在比較低溫的處理過(guò)程中形成功能性薄膜，因此，可以防止膜之間的材料相互擴(kuò)散并防止對(duì)所形成的功能元件的熱影響，由此可以實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置。
也就是說(shuō)，上述功能性薄膜的形成工序不會(huì)在膜界面產(chǎn)生材料的擴(kuò)散，還有，在功能元件形成于半導(dǎo)體基板上的情況下，該工序最好在不使該功能元件的特性變差的溫度下進(jìn)行。
上述方法最好在形成上述功能性薄膜的之前包含用于在上述半導(dǎo)體基板上形成功能元件的元件形成工序。
在本發(fā)明中，可以在低溫的熱處理下實(shí)現(xiàn)功能性薄膜的形成，因此，在此功能性薄膜之前形成的功能元件的特性不會(huì)變差。
上述結(jié)晶化工序最好在不使上述功能元件的特性變差的規(guī)定溫度以下的溫度下進(jìn)行。
由此可以可靠地防止功能元件的特性變差，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置。
還有，可以把場(chǎng)效應(yīng)晶體管等晶體管、電容及電阻等作為功能元件的例。
上述結(jié)晶化工序最好在比在上述功能性薄膜和與此功能性薄膜相鄰的固體之間產(chǎn)生材料相互擴(kuò)散的規(guī)定溫度更低的溫度下進(jìn)行。
由此，可以可靠地防止功能性薄膜和與此相鄰的固體(其他薄膜等)之間的材料相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置。
在上述功能性薄膜為鐵電體膜的情況下，可以構(gòu)成把上述鐵電體膜用作電荷保持膜的鐵電體存儲(chǔ)裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可以把在比較低溫的熱處理下被良好地結(jié)晶化了的鐵電體膜用作電荷保持膜，因此，可以實(shí)現(xiàn)良好的鐵電體存儲(chǔ)裝置。特別是在利用鐵電體的極化保持特性實(shí)現(xiàn)了可寫(xiě)入的不揮發(fā)性存儲(chǔ)裝置的情況下，在反轉(zhuǎn)極化特性、可寫(xiě)入次數(shù)及低電壓驅(qū)動(dòng)等方面可以實(shí)現(xiàn)顯著改善。
本發(fā)明在其他方面與半導(dǎo)體裝置的制造方法相關(guān)，該制造方法包含在半導(dǎo)體基板上形成功能性薄膜的工序和用于恢復(fù)由在形成此功能性薄膜后的工序的影響所導(dǎo)致的上述功能性薄膜的特性變差的恢復(fù)工序，上述恢復(fù)工序包含把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序和把熱能給予上述功能性薄膜的熱處理工序。
對(duì)于在上述恢復(fù)工序中的把除熱能之外的能量給予功能性薄膜的處理工序和熱處理工序，可以先進(jìn)行其中任何一方后進(jìn)行另一方，但最好同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)工序。
根據(jù)本發(fā)明，同時(shí)使用熱能和除熱能之外的能量實(shí)現(xiàn)對(duì)功能性薄膜的特性變差的恢復(fù)。因此，在恢復(fù)工序被給予半導(dǎo)體基板的熱能可以比較少。由此，對(duì)功能性薄膜以外的部分的熱的影響減少。此外，因在功能性薄膜上同時(shí)使用熱能和除熱能之外的能量，因此，可以供給足夠的能量。由此，經(jīng)過(guò)了恢復(fù)工序的功能性薄膜可以具有良好的特性。也就是說(shuō)，通過(guò)比較低溫的熱處理可以良好地恢復(fù)功能性薄膜的變差的特性。
上述功能性薄膜可以是復(fù)合氧化物薄膜。可以把PZT(Pb(Zr，Ti)O3)及SBT(SrBi2Ta2O9)作為構(gòu)成復(fù)合氧化物薄膜的復(fù)合氧化物的例。
當(dāng)復(fù)合氧化物薄膜在絕緣膜形成過(guò)程或H2燒結(jié)等工序中被暴露在還原性氛圍氣體中時(shí)，特性(特別是電容特性)會(huì)變差。因此，通常都需要基于上述恢復(fù)工序的功能恢復(fù)。
上述恢復(fù)工序也可以還包含把氧化性氣體導(dǎo)入到形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板的表面上的氧導(dǎo)入工序。
氧化性氣體為含氧的氣體，例如，可以是氧氣(O2)，臭氧(O3)、Nox等。
對(duì)于此氧導(dǎo)入工序，非熱處理工序(把除熱能之外的能量給予功能性薄膜的處理工序)及/或熱處理工序最好同時(shí)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，在使功能性薄膜的特性恢復(fù)的恢復(fù)工序中，可以把半導(dǎo)體基板放置在氧氣氛圍氣中。由此可以促進(jìn)對(duì)被暴露在還原性氛圍氣體中而特性變差的功能性薄膜的氧化，因此，可以良好地恢復(fù)其特性。因此，氧導(dǎo)入工序在功能性薄膜是由復(fù)合氧化物組成的情況下特別有效。
上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序也可以包含把形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板放置在氧活性化粒子氛圍氣體中的氧活性化粒子處理工序。
可以把臭氧、氧自由基及等離子作為上述氧活性化粒子的例。
通過(guò)把半導(dǎo)體基板放置在氧活性化粒子氛圍氣體中可以把能量給予功能性薄膜并恢復(fù)此功能性薄膜變差的特性。特別是在功能性薄膜是由復(fù)合氧化物組成的情況下，借助于氛圍氣體中的氧被激活可以恢復(fù)其損傷。
在此情況下，氧氣等氧化性氣體最好被導(dǎo)入到半導(dǎo)體基板附近，由此可以更有效地恢復(fù)功能性薄膜的特性。
上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序也可以包含把電磁波供給上述功能性薄膜的電磁波供給工序。通過(guò)把電磁波供給功能性薄膜可以供給除熱能之外的能量并恢復(fù)功能性薄膜的特性。
可以把紫外線和微波作為上述電磁波的例。
上述功能性薄膜也可以為鐵電體膜。在此情況下，如果鐵電體膜的電容特性或極化特性變差，則可以借助于形成鐵電體膜后的各種工序良好地恢復(fù)此變差的特性。
上述半導(dǎo)體裝置也可以是把上述鐵電體膜用作電荷保持膜的鐵電體存儲(chǔ)裝置。在此情況下，借助于恢復(fù)工序可以良好地恢復(fù)鐵電體膜的電容特性及極化特性，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良特性的存儲(chǔ)裝置(存儲(chǔ)器)。上述方法也可以包含用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成布線的布線形成工序。
在用于特性變差了的功能性薄膜的功能恢復(fù)的恢復(fù)工序中，熱能和除熱能之外的能量被同時(shí)使用，因此，可以在比較低的溫度下恢復(fù)其特性。由此，不會(huì)給布線帶來(lái)?yè)p傷，同時(shí)，可以恢復(fù)功能性薄膜的特性，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置。
也就是說(shuō)，如果上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述布線劣化的規(guī)定溫度，則進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)就不會(huì)給布線帶來(lái)?yè)p傷。
例如，在用鋁形成上述布線的情況下，上述規(guī)定溫度最好被設(shè)在400℃以下。
上述方法也可以包含用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成功能元件的元件形成工序。
可以把場(chǎng)效應(yīng)晶體管等晶體管、電容及電阻等作為上述功能元件的例。
在本發(fā)明中，可以在比較低的溫度下恢復(fù)功能性薄膜的特性，因此，不會(huì)對(duì)在上述恢復(fù)工序之前形成的功能元件帶來(lái)?yè)p傷。由此，可以實(shí)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體裝置。
也就是說(shuō)，如果上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述功能元件劣化的規(guī)定溫度，則進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)就不會(huì)使功能元件的特性變差。
例如，為了保護(hù)在半導(dǎo)體基板上形成的晶體管等功能元件，上述規(guī)定溫度最好被設(shè)在400℃以下。
本發(fā)明中的上述或另外其他的目的、特征及效果將隨著參照附圖對(duì)下述的實(shí)施例的說(shuō)明變得更加明了。
下面對(duì)附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
圖1為表示用于制造鐵電體存儲(chǔ)器的制造工序的流程圖。
圖2為用于詳細(xì)說(shuō)明鐵電體膜的形成工序的流程圖。
圖3為表示用于實(shí)施例1及實(shí)施例2中的熱處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。
圖4為表示在實(shí)施例1中的正式燒成工序中所用的熱處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。
圖5為表示在使正式燒成時(shí)的溫度做各種各樣不同改變的情況下鐵電體膜的極化飽和特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
圖6為表示根據(jù)不進(jìn)行有機(jī)物去除處理就進(jìn)行正式燒成的以往的方法制作的鐵電體膜的極化飽和特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
圖7為表示在施加各種強(qiáng)度的反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的情況下的極化的變化的特性圖。
圖8為表示根據(jù)不進(jìn)行有機(jī)物去除處理的以往的技術(shù)方法制作的鐵電體膜對(duì)各種強(qiáng)度的施加電場(chǎng)的極化的變化的特性圖。
圖9為表示鐵電體膜的膜疲勞特性的圖。
圖10為表示鐵電體膜的數(shù)據(jù)保持特性的圖。
圖11為表示用于實(shí)施恢復(fù)工序的處理裝置的構(gòu)成的圖解圖。
圖12為表示紫外線燈及臭氧噴出口的配置的仰視圖。
圖13為表示鐵電體膜的開(kāi)關(guān)電荷量(剩余極化)的測(cè)定值例的曲線圖。
圖14為表示用于在本發(fā)明的實(shí)施例3中進(jìn)行有機(jī)物去除處理的處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。
圖15為圖14的裝置的紫外線燈等的仰視圖。
圖16為表示鐵電體存儲(chǔ)器的單元構(gòu)造的剖視圖。
實(shí)施例圖1為表示用于制造具有圖16所示的單元構(gòu)造的鐵電體存儲(chǔ)器的制造工序的流程圖。參照此圖1和上述圖16對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
首先在半導(dǎo)體基板1上形成區(qū)域氧化膜2，然后形成雜質(zhì)擴(kuò)散層3、4、柵絕緣膜5及柵極6，由此形成作為功能元件的晶體管TR(步驟S1)。接著形成第1層間絕緣膜7并覆蓋柵極6(步驟S2)。
然后，為了形成電容構(gòu)造C，在晶體管TR的上方位置上的第1層間絕緣膜7上形成有由比如IrO2組成的下部電極11(步驟S3)。鐵電體膜10被疊層在此第1層間絕緣膜7上(步驟S4)。這些是以相同的模式被成型的。
在形成鐵電體膜10后，上部電極12被形成在鐵電體膜10上并通過(guò)蝕刻被成型(步驟S5)。
然后，借助于把SiH4等用作原料氣體的CVD法等在整個(gè)基板上形成由硅氧化物等絕緣物組成的第2層間絕緣膜8(步驟S6)。然后，借助于蝕刻在第1及第2層間絕緣膜7、8上形成接觸孔14及15，使上部電極12及雜質(zhì)擴(kuò)散層露出。
接著，借助于比如濺射法把鋁沉積在第2層間絕緣膜8上，再通過(guò)蝕刻使之成型并形成第1鋁布線9(步驟S7)。
然后，借助于把SiH4等用作原料氣體的CVD法等在整個(gè)基板上形成由硅氧化物等絕緣物組成的第3層間絕緣膜16(步驟S8)。然后，借助于蝕刻在此第3層間絕緣膜16上形成到達(dá)第1鋁布線9的接觸孔18。
接著，借助于比如濺射法把鋁沉積在第3層間絕緣膜16上，再通過(guò)蝕刻使之成型并形成鋁布線17(步驟S9)。
接著，在整個(gè)基板上形成保護(hù)膜19(步驟S10)。保護(hù)膜19比如由硅氧化物組成，在此情況下，可以借助于把SiH4等用作原料氣體的CVD法等形成。
當(dāng)用上述方法完成單元構(gòu)造時(shí)，接著執(zhí)行用于恢復(fù)鐵電體膜10的變差的特性(步驟S20)。對(duì)于因形成鐵電體膜10后的后續(xù)工序的影響所導(dǎo)致的鐵電體膜10的特性變差已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，因此就不再言及。
圖2為用于詳細(xì)說(shuō)明鐵電體膜10的形成工序(步驟S4)的流程圖。鐵電體膜10的形成是通過(guò)比如溶膠/凝膠法進(jìn)行的。所謂溶膠/凝膠法是指把液體(溶膠)狀的原料涂在基板上并通過(guò)熱處理燒成得到所要的膜的方法。
在PZT的溶膠/凝膠法中，比如把含有金屬元素的有機(jī)化合物的Pb(CH3Coo)2·3H2O、Zr(n-OC4H9)4、Ti(i-OC3H7)4的以2-甲氧基乙醇為溶劑的溶液等用作起始原料。通過(guò)旋涂法把此有機(jī)化合物溶液涂抹在基板上(步驟S41)，在150℃～180℃的溫度下使之干燥(步驟S42)后在干燥空氣的氛圍氣體中進(jìn)行400℃(不引起結(jié)晶化的溫度)、30分鐘的預(yù)燒成(步驟S43)，在達(dá)到規(guī)定的膜厚之前反復(fù)進(jìn)行此工序(步驟S44)，然后進(jìn)行用于除去膜中有機(jī)物的有機(jī)物去除處理(步驟S45)。最后，進(jìn)行正式燒成并使整個(gè)膜結(jié)晶化。
有機(jī)物去除處理(步驟S45)比如是通過(guò)在大約50Torr的減壓氛圍氣體中的快速熱退火(Rapid Thermal Anneal)并通過(guò)大約550℃(不引起有機(jī)化合物材料結(jié)晶化的溫度)的熱處理執(zhí)行的。也就是說(shuō)，通過(guò)在減壓氛圍氣體中的熱處理使膜中的有機(jī)物揮發(fā)到膜外并被除去，由此完成有機(jī)物去除處理。
阻礙結(jié)晶化的有機(jī)物成分被除去了的膜(無(wú)機(jī)化合物材料的膜)的正式燒成(步驟S46)是在比較低溫的熱處理下完成的，例如，通過(guò)在大約550℃下的熱處理可以得到良好地結(jié)晶化了的鐵電體膜10。在大約550℃的溫度下的熱處理中不會(huì)引起晶體管TR的元件特性變差，而且，不會(huì)在鐵電體膜10和與之相鄰的各膜(下部電極11及上部電極12)之間產(chǎn)生材料的相互擴(kuò)散。
圖3為表示用于有機(jī)物去除處理(步驟S45)的熱處理裝置(RTARapid Thermal Anneal)的構(gòu)成例的圖解圖。此熱處理裝置在處理室31內(nèi)備有晶片支架32。晶片支架32在其上表面具有幾乎水平的晶片保持面32a，在此晶片保持面32a上可以保持構(gòu)成半導(dǎo)體基板1的晶片W(經(jīng)過(guò)了圖2的步驟S44為止的工序所得到的)。晶片支架32是由裝配在沿鉛垂線方向配設(shè)的旋轉(zhuǎn)軸33的上端上的板狀體組成，借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34使旋轉(zhuǎn)軸33旋轉(zhuǎn)，由此，以保持晶片W的狀態(tài)圍繞鉛垂的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
在處理室31內(nèi)與晶片支架32的晶片保持面32a相向的位置上還幾乎同心地配設(shè)有直徑不同的多個(gè)圓環(huán)狀紅外線燈35、36、37。這些紅外線燈35、36、37從燈驅(qū)動(dòng)源38得到電力，向著晶片W產(chǎn)生紅外線，由此構(gòu)成加熱晶片W的加熱手段。
在處理室31上形成有排氣口40。此排氣口40通過(guò)減壓管41被連接到由真空泵等組成的減壓機(jī)構(gòu)42。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，在進(jìn)行有機(jī)物去除處理時(shí)把晶片W保持在晶片支架32上，在借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)此晶片支架32的狀態(tài)下減壓機(jī)構(gòu)42被驅(qū)動(dòng)，處理室31內(nèi)被減壓到比如50Torr左右。然后，再借助于燈驅(qū)動(dòng)源38把電力供給紅外線燈35、36、37，晶片W被加熱。由此，晶片W被急速升溫至大約550℃并被保持在該溫度1秒～幾分鐘的時(shí)間。然后，停止從燈驅(qū)動(dòng)源38把電力供給紅外線燈35、36、37并停止加熱。借助于在這樣的減壓氛圍氣體中的熱處理使用于構(gòu)成鐵電體膜的有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物被抽出，成為無(wú)機(jī)化合物材料的膜。
圖4為表示在實(shí)施例1中的正式燒成工序(步驟S46)中所用的熱處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。此熱處理裝置具備有石英制的爐50、用于加熱爐50內(nèi)部的加熱器51、把電力供給加熱器51的加熱器驅(qū)動(dòng)部52和把多片晶片W一并保持在爐50內(nèi)的晶片支架53。根據(jù)此構(gòu)成，把被實(shí)施有機(jī)物去除處理后的晶片W放入爐50內(nèi)，對(duì)加熱器51通電，晶片W被加熱。在此時(shí)的加熱中，晶片W的溫度大約被設(shè)為550℃并被進(jìn)行30分鐘的加熱。
有機(jī)物去除處理(步驟S45)的結(jié)果使阻礙結(jié)晶的要素被消除，因此，可以借助于在比較低的溫度下的爐內(nèi)加熱使鐵電體膜結(jié)晶。
圖5為表示在把正式燒成時(shí)的溫度設(shè)為550℃、650℃、675℃、725℃的各情況下鐵電體膜10的極化飽和特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖。由此特性圖可知，在其中任一溫度下鐵電體膜10的極化飽和特性都沒(méi)有大的差異，通過(guò)在低溫(約550℃)下的燒成可以產(chǎn)生良好的極化。
圖6為表示根據(jù)不進(jìn)行有機(jī)物去除處理就進(jìn)行正式燒成的以往的方法制作的鐵電體膜的極化飽和特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖。在圖6中顯示有在把正式燒成時(shí)的溫度設(shè)為550℃、650℃、675℃、725℃的各情況下的測(cè)定結(jié)果。由此圖6可知，極化特性對(duì)燒成時(shí)的溫度的依賴性大，如果不進(jìn)行700℃以上的高溫?zé)崽幚砭筒荒軐?shí)現(xiàn)所要求的極化特性。
在圖7中顯示有在約50Torr的減壓下以大約550℃的溫度進(jìn)行有機(jī)物去除處理、然后通過(guò)大約550℃的的爐內(nèi)加熱使鐵電體膜結(jié)晶化的情形的極化飽和特性并表示有在施加各種強(qiáng)度的反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的情況下的極化的變化，同時(shí)標(biāo)上與各曲線對(duì)應(yīng)的施加電壓的值。
還有，在圖8中顯示有不進(jìn)行有機(jī)物去除處理并在約760Torr(常壓)、約650℃下進(jìn)行正式燒成而制作的基于以往的技術(shù)的鐵電體膜的同樣的極化飽和特性，同時(shí)標(biāo)上與各曲線對(duì)應(yīng)的施加電壓的值。
由圖7和圖8的比較可知，盡管正式燒成溫度比較低，根據(jù)本實(shí)施例的方法所制作的鐵電體膜也顯示了良好的極化特性。由此可知，根據(jù)本實(shí)施例的方法所制作的鐵電體膜可以通過(guò)施加弱電場(chǎng)產(chǎn)生大的極化。因此，在使用了此鐵電體膜的鐵電體存儲(chǔ)器中，可以通過(guò)低電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行良好的寫(xiě)入/擦除。
圖9為表示鐵電體膜的膜疲勞特性的圖。顯示了不進(jìn)行此有機(jī)物去除處理并在約760Torr(常壓)、約650℃下進(jìn)行正式燒成而制作的基于以往的技術(shù)的鐵電體膜的同樣的極化飽和特性。顯示了不進(jìn)行有機(jī)物去除處理并在約760Torr(常壓)、約650℃下進(jìn)行正式燒成而制作的基于以往的技術(shù)的鐵電體膜的同樣的極化飽和特性。在圖9中表示了在反復(fù)施加極化反轉(zhuǎn)電壓的情況下開(kāi)關(guān)電荷量相對(duì)于極化反轉(zhuǎn)循環(huán)數(shù)的變化。用符號(hào)“○”表示與上述實(shí)施例對(duì)應(yīng)的鐵電體膜的膜疲勞特性，用符號(hào)“◆”表示不進(jìn)行有機(jī)物去除處理并在約650℃、約760Torr(常壓)下燒成而成的基于以往的技術(shù)的鐵電體膜的膜疲勞特性。
由圖9可知，在膜疲勞特性上，根據(jù)此實(shí)施例制作的鐵電體膜也遠(yuǎn)好于用以往的方法制作的鐵電體膜。由此，可以實(shí)現(xiàn)可改寫(xiě)次數(shù)比以往有顯著提高的鐵電體存儲(chǔ)器。
圖10表示鐵電體膜的數(shù)據(jù)保持特性。在經(jīng)過(guò)了108次的極化反轉(zhuǎn)循環(huán)后的狀態(tài)下把反轉(zhuǎn)電場(chǎng)施加在鐵電體膜上時(shí)，顯示了呈現(xiàn)在此鐵電體膜上的電荷量和此后在單方向施加了電場(chǎng)的狀態(tài)下以150℃的溫度進(jìn)行加速試驗(yàn)并在10小時(shí)后進(jìn)行同樣測(cè)定的情況下的測(cè)定值。與圖9的情形一樣，用符號(hào)“○”表示對(duì)根據(jù)上述實(shí)施例制作的鐵電體膜的測(cè)定結(jié)果，用符號(hào)“◆”表示對(duì)根據(jù)以往的方法制作的鐵電體膜的測(cè)定結(jié)果。
由此圖10可知，與用以往的方法制作的鐵電體膜相比，根據(jù)上述實(shí)施例制作的鐵電體膜可以保持極化狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)得多，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有良好的數(shù)據(jù)保持特性的鐵電體存儲(chǔ)器。
這樣，通過(guò)在減壓狀態(tài)下的加熱處理可以充分地除去有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物。然后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正式燒成工序并使鐵電體膜10結(jié)晶，由此，即便在正式燒成工序中的溫度較低也可以得到結(jié)晶良好的鐵電體膜10。因此，不會(huì)產(chǎn)生因晶體管TR的特性變差或因在鐵電體膜10和與之相鄰的其他膜之間的材料的相互擴(kuò)散所導(dǎo)致的特性變差，由此，可以改善各種特性。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)特性明顯優(yōu)于以往的鐵電體存儲(chǔ)器。
圖11為表示用于執(zhí)行上述恢復(fù)工序的處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。此處理裝置在處理室131內(nèi)備有晶片支架132。晶片支架132在其上表面具有幾乎水平的晶片保持面132a，在此晶片保持面132a上可以保持構(gòu)成半導(dǎo)體基板1的晶片W(經(jīng)過(guò)了圖1的步驟S1～S10的工序所得到的)。晶片支架132是由裝配在沿鉛垂線方向配設(shè)的旋轉(zhuǎn)軸133的上端上的板狀體組成，借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)134使旋轉(zhuǎn)軸133旋轉(zhuǎn)，由此，以保持晶片W的狀態(tài)圍繞鉛垂的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
加熱器145內(nèi)藏于晶片支架132中，此加熱器145從加熱器驅(qū)動(dòng)源146得到電力并發(fā)熱，構(gòu)成對(duì)被保持在晶片保持面132a上的晶片W加熱的熱處理機(jī)構(gòu)。
在處理室131內(nèi)與晶片支架132的晶片保持面132a相向的位置上還幾乎同心地配設(shè)有直徑不同的多個(gè)圓環(huán)狀紫外線燈135、136、137。這些紫外線燈135、136、137從燈驅(qū)動(dòng)源138得到電力，構(gòu)成向著晶片W產(chǎn)生紫外線的紫外線處理機(jī)構(gòu)(非熱處理機(jī)構(gòu)、基于除熱能之外的能量的處理機(jī)構(gòu))。
圖12為紫外線燈135、136、137的仰視圖。多個(gè)臭氧噴出口139與被保持在晶片保持面132a上的晶片W相向著被配設(shè)在避開(kāi)紫外線燈135、136、137的配設(shè)位置的位置上。臭氧化器140(參照?qǐng)D11)所產(chǎn)生的臭氧通過(guò)臭氧供給管141被供給臭氧噴出口139。也就是說(shuō)，臭氧噴出口139、臭氧化器140及臭氧供給管141構(gòu)成作為一種氧活性化粒子處理手段的臭氧處理機(jī)構(gòu)。
還有，在處理室131內(nèi)在晶片支架132的側(cè)部的位置上配設(shè)有用于把氧氣供給晶片W的表面的氧噴出口142。來(lái)自氧供給源143的氧通過(guò)氧氣供給管144被供給此氧噴出口142。
根據(jù)上述構(gòu)成，在恢復(fù)工序中，晶片W被保持在晶片支架132的晶片保持面132a上，在此狀態(tài)下，加熱器145借助于加熱器驅(qū)動(dòng)源146被通電(熱處理工序)，同時(shí)，紫外線燈135、136、137借助于燈驅(qū)動(dòng)源138被通電(電磁波供給工序、基于除熱能之外的能量的處理工序)。由此，在熱能被供給晶片W并被實(shí)施熱處理的同時(shí)，紫外線能量也被也被供給晶片W并同時(shí)被實(shí)施非熱處理(非熱能處理使用了除熱能之外的能量的處理)。
在恢復(fù)工序中，臭氧從臭氧化器140通過(guò)臭氧供給管141由臭氧噴出口139供給晶片W的表面(氧活性化粒子處理工序)，而且，作為氧化性氣體的氧氣從氧供給源143通過(guò)氧氣供給管144被供給(氧導(dǎo)入工序)。由此，在晶片W上被同時(shí)實(shí)施基于來(lái)自臭氧的能量供給的非熱處理。還有，因晶片W被放在氧氛圍氣體中，因此，可以使氧化反應(yīng)良好低進(jìn)行。在晶片W的處理中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)134始終被通電，使晶片支架132在保持了晶片W的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。由此，可以使來(lái)自紫外線燈135、136、137的紫外線均勻地照射在晶片W的各部上，而且還可以均勻地供給臭氧及氧氣。
從加熱器驅(qū)動(dòng)源146往加熱器145的通電被控制為使晶片W的溫度為不使鋁布線9、17(參照?qǐng)D16)熔解的400℃左右。只通過(guò)此較低溫的熱處理還不能充分恢復(fù)在圖1的步驟S5～S10的各工序中所產(chǎn)生的鐵電體膜10的特性變差，但是，在此實(shí)施例中，借助于紫外線及臭氧的供給可以補(bǔ)充不足的能量，由此可以良好地恢復(fù)鐵電體膜10的特性。
圖13為表示鐵電體膜10的開(kāi)關(guān)電荷量(剩余極化)的測(cè)定值例的曲線圖。在具有圖16所示的單元構(gòu)造的鐵電體存儲(chǔ)器中，對(duì)第1鋁布線9被形成后的狀態(tài)(其后的進(jìn)行第3層間絕緣膜16等的形成工序前的狀態(tài))、第2鋁布線17及保護(hù)膜19被形成后的狀態(tài)(進(jìn)行恢復(fù)工序前的狀態(tài))及進(jìn)行了上述恢復(fù)工序(UV退火)后的狀態(tài)分別測(cè)定開(kāi)關(guān)電荷量。
如此圖13的曲線圖所示，作為鐵電體膜10的重要特性的開(kāi)關(guān)電荷量因第1鋁布線9被形成后的工序而劣化，但是，此特性劣化可以通過(guò)上述恢復(fù)工序恢復(fù)到約90％。
這樣，根據(jù)此實(shí)施例，在用于恢復(fù)鐵電體膜10的特性劣化的恢復(fù)工序中，通過(guò)把除熱能之外的能量，即紫外線能量及作為氧活性粒子的臭氧授予晶片W就可以用少的熱能實(shí)現(xiàn)鐵電體膜10的功能恢復(fù)。由此，借助于不致使第1及第2鋁布線9、17熔解的低溫處理可以良好地恢復(fù)鐵電體膜10的功能，因此，可以實(shí)現(xiàn)帶有具有良好電容特性及極化特性的鐵電體膜10的鐵電體存儲(chǔ)器。而且，可以用低溫處理進(jìn)行鐵電體膜10的功能恢復(fù)，因此，對(duì)形成在半導(dǎo)體基板1內(nèi)的雜質(zhì)擴(kuò)散層3、4的損傷減少，由此可以實(shí)現(xiàn)鐵電體存儲(chǔ)器的特性的提高。
下面再次參照上述圖3說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2的方法。
在實(shí)施例2中，有機(jī)物去除工序和正式燒成工序被同時(shí)執(zhí)行。具體來(lái)說(shuō)，借助于圖3所示的熱處理裝置把晶片W保持在晶片支架32上并借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34使晶片支架32旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，從燈驅(qū)動(dòng)源38把電力供給紅外線燈35、36、37并進(jìn)行晶片W的燈加熱。然后，使減壓機(jī)構(gòu)42工作，使處理室31內(nèi)減壓至比如大約50Torr。
基于紅外線燈35、36、37的加熱需要足夠的溫度(比如550℃左右)及時(shí)間(比如30分鐘左右)，以便使晶片W上的鐵電體膜10結(jié)晶。
在加熱開(kāi)始初期的期間，膜的結(jié)晶化因在鐵電體膜10的材料中殘留著有機(jī)物而受阻礙。當(dāng)此有機(jī)物在被減壓了的處理室31中被揮發(fā)并除去時(shí)，膜就開(kāi)始結(jié)晶，通過(guò)連續(xù)加熱所需要的時(shí)間就可以得到整體結(jié)晶化了的鐵電體膜10。
這樣，此實(shí)施例所具有的特征是通過(guò)1個(gè)處理裝置同時(shí)(或連續(xù))進(jìn)行有機(jī)物去除工序和正式燒成工序，由此可以減少工序數(shù)并可以降低生產(chǎn)成本。
圖14為表示用于在本發(fā)明的實(shí)施例3中進(jìn)行有機(jī)物去除處理的處理裝置的構(gòu)成例的圖解圖。此處理裝置在處理室61內(nèi)備有晶片支架62。晶片支架62在其上表面具有幾乎水平的晶片保持面62a，在此晶片保持面62a上可以保持構(gòu)成半導(dǎo)體基板1的晶片W(經(jīng)過(guò)了圖2的步驟S44為止的工序所得到的)。晶片支架62是由裝配在沿鉛垂線方向配設(shè)的旋轉(zhuǎn)軸63的上端上的板狀體組成，借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)64使旋轉(zhuǎn)軸63旋轉(zhuǎn)，由此，以保持晶片W的狀態(tài)圍繞鉛垂的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
加熱器75內(nèi)藏于晶片支架62中，此加熱器75從加熱器驅(qū)動(dòng)源76得到電力并發(fā)熱，構(gòu)成對(duì)被保持在晶片保持面62a上的晶片W加熱的熱處理機(jī)構(gòu)。
在處理室61內(nèi)與晶片支架62的晶片保持面62a相向的位置上還幾乎同心地配設(shè)有直徑不同的多個(gè)圓環(huán)狀紫外線燈65、66、67。這些紫外線燈65、66、67從燈驅(qū)動(dòng)源68得到電力，構(gòu)成向著晶片W產(chǎn)生紫外線的紫外線處理機(jī)構(gòu)。
圖15為紫外線燈65、66、67的仰視圖。多個(gè)臭氧噴出口69與被保持在晶片保持面62a上的晶片W相向著被配設(shè)在避開(kāi)紫外線燈65、66、67的配設(shè)位置的位置上。臭氧化器70(參照?qǐng)D14)所產(chǎn)生的臭氧通過(guò)臭氧供給管71被供給臭氧噴出口69。也就是說(shuō)，臭氧噴出口69、臭氧化器70及臭氧供給管71構(gòu)成作為一種氧活性化粒子處理手段的臭氧處理機(jī)構(gòu)。
根據(jù)上述構(gòu)成，在有機(jī)物去除工序(圖2的步驟S45)中，晶片W被保持在晶片支架62的晶片保持面62a上，在此狀態(tài)下，加熱器75借助于加熱器驅(qū)動(dòng)源76被通電(熱處理工序)，同時(shí)，紫外線燈65、66、67借助于燈驅(qū)動(dòng)源68被通電(電磁波供給工序、基于除熱能之外的能量的處理工序)。由此，在熱能被供給晶片W并被實(shí)施熱處理的同時(shí)，紫外線能量也被也被供給晶片W并同時(shí)被實(shí)施非熱處理。由此，有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物被除去。
還有，在有機(jī)物去除工序(步驟S45)中，臭氧從臭氧化器70通過(guò)臭氧供給管71由臭氧噴出口69供給晶片W的表面(氧活性化粒子處理工序)。由此，在晶片W上被同時(shí)實(shí)施基于來(lái)自臭氧的能量供給的非熱處理。由此，可以更有效地除去有機(jī)化合物材料中的有機(jī)物。
在晶片W的處理中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)64始終被通電，使晶片支架62在保持了晶片W的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。由此，可以使來(lái)自紫外線燈65、66、67的紫外線均勻地照射在晶片W的各部上，而且還可以均勻地供給臭氧及氧氣。
從加熱器驅(qū)動(dòng)源76往加熱器75的通電被設(shè)定為使晶片W的溫度為不引起晶體管TR的元件特性變差并不引起鐵電體膜10和與此相鄰的各膜之間的材料的相互擴(kuò)散的溫度。
還有，在此實(shí)施例中，如果借助于減壓機(jī)構(gòu)使處理室61內(nèi)減壓則可以更有效地除去有機(jī)物。
在有機(jī)物去除工序之后，通過(guò)基于圖4所示的構(gòu)成的熱處理裝置的爐內(nèi)加熱就可以進(jìn)行正式燒成工序(圖2的步驟S46)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)把紫外線能量及作為氧活性粒子的臭氧授予有機(jī)化合物材料就可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除處理。由此可以減少對(duì)晶體管TR等的熱應(yīng)力，因此，可以改善鐵電體存儲(chǔ)器的特性。
以上對(duì)本發(fā)明的3個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，本發(fā)明也可以以其他的方式實(shí)施。例如，在上述實(shí)施例3中，在有機(jī)物去除工序中在對(duì)晶片W加熱的同時(shí)還同時(shí)進(jìn)行紫外線照射及臭氧的供給，但也可以只進(jìn)行晶片W加熱、紫外線照射及臭氧供給中的某1個(gè)或只進(jìn)行其中任意組合的2個(gè)。
還有，在上述實(shí)施例中，鐵電體膜10的形成是借助于把有機(jī)物去除處理及低溫的正式燒成工序的各工序包括進(jìn)去的溶膠/凝膠法進(jìn)行的，并以此為例進(jìn)行了說(shuō)明，但上述恢復(fù)工序?qū)τ诓贿M(jìn)行有機(jī)物去除處理而在進(jìn)行高溫(600℃～725℃，特別是在700℃以上)的正式燒成工序之前通過(guò)溶膠/凝膠法形成的鐵電體膜也可以適用。
還有，濺射法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal Organic Deposition)法、激光磨蝕法、離子束濺射法等其他方法也可適用于鐵電體膜10的形成，也可以對(duì)由這些方法形成的鐵電體膜進(jìn)行上述恢復(fù)工序。
還有，在上述實(shí)施例中，在恢復(fù)工序中在對(duì)晶片W加熱的同時(shí)還同時(shí)進(jìn)行紫外線照射及臭氧的供給，但也可以只進(jìn)行紫外線照射及臭氧供給中的某1個(gè)。還有，在上述實(shí)施例中，在恢復(fù)工序把晶片W的氛圍氣設(shè)為氧氣氛圍氣，但問(wèn)題主要是由施加在鐵電體膜10上應(yīng)力所導(dǎo)致的特性變差，在由鐵電體膜10的還原反應(yīng)所導(dǎo)致的特性變差的恢復(fù)不那么重要的情況下，未必非要把晶片W的氛圍氣設(shè)為氧氣氛圍氣(氧氣性氣體氛圍氣)。
還有，在上述實(shí)施例中，對(duì)使內(nèi)藏于晶片支架32中的加熱器45所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到晶片W上進(jìn)行晶片W的熱處理的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以采用借助于比如紅外線燈的輻射熱加熱晶片W的構(gòu)成。
還有，在上述實(shí)施例中，對(duì)制造鐵電體存儲(chǔ)器的情形進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明也可以適用于利用了鐵電體電容特性的裝置、使用了高介電常數(shù)(比如BST((BaSr)TiO3)等)的DRAM、使用了壓電體(ZrO等)或熱電體的各種傳感器等其他種類的半導(dǎo)體裝置的制造。
雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但這些只不過(guò)是用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容的具體例，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限定于這些具體例。
此申請(qǐng)根據(jù)1998年11月27日在日本國(guó)專利廳提交的特愿平10-337323號(hào)及1998年12月25日在日本國(guó)專利廳提交的特愿平10-370807號(hào)為基礎(chǔ)，并要求優(yōu)先權(quán)，本申請(qǐng)的全部公開(kāi)都在所引用中。
如上所述，本發(fā)明可以用于形成代表用于鐵電體存儲(chǔ)器的鐵電體膜的有機(jī)化合物固體，而且，還適用于代表鐵電體存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體裝置的制造。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，是燒成含有金屬元素的有機(jī)化合物并形成無(wú)機(jī)化合物固體的方法，其特征在于包含對(duì)含有金屬元素的有機(jī)化合物材料進(jìn)行使用除熱以外的手段的有機(jī)物去除處理形成無(wú)機(jī)化合物材料的有機(jī)物去除工序、燒成由該有機(jī)物去除工序得到的無(wú)機(jī)化合物材料并使之結(jié)晶化后得到無(wú)機(jī)化合物固體的結(jié)晶化工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述有機(jī)物去除工序包含把上述有機(jī)化合物材料放置在減壓氛圍氣中的減壓工序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于在上述減壓工序之后進(jìn)行上述結(jié)晶化工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述減壓工序及上述結(jié)晶化工序通過(guò)在減壓氛圍氣中燒成上述有機(jī)化合物材料而同時(shí)進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述有機(jī)物去除工序包含把熱能之外的能量給予上述有機(jī)化合物材料的工序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述給予除熱能之外的能量的工序包含把電磁波供給上述有機(jī)化合物材料的電磁波供給工序。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述給予除熱能之外的能量的工序包含利用活性化氧粒子處理上述有機(jī)化合物材料的工序。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)化合物固體的形成方法，其特征在于上述無(wú)機(jī)化合物固體是鐵電體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述無(wú)機(jī)化合物固體是復(fù)合氧化物。
10. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包含通過(guò)上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法在半導(dǎo)體基板上形成由無(wú)機(jī)化合物固體組成的功能性薄膜的工序。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包含用于恢復(fù)由在形成上述功能性薄膜后的工序的影響所導(dǎo)致的上述功能性薄膜的特性變差的恢復(fù)工序，上述恢復(fù)工序包含把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序和把熱能給予上述功能性薄膜的熱處理工序。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述恢復(fù)工序還包含把氧化性氣體導(dǎo)入形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板的表面上的氧導(dǎo)入工序。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序包含把形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板放置在氧活性化粒子氛圍氣體中的氧活性化粒子處理工序。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序包含把電磁波供給上述功能性薄膜的電磁波供給工序。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包含用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成布線的布線形成工序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)要使上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述布線劣化的規(guī)定溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包含用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成功能元件的元件形成工序。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)要使上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述功能元件劣化的規(guī)定溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10至18中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在形成上述功能性薄膜的之前包含用于在上述半導(dǎo)體基板上形成功能元件的元件形成工序。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述結(jié)晶化工序在不使上述功能元件的特性變差的規(guī)定溫度以下的溫度下進(jìn)行。
21. 根據(jù)權(quán)利要求10至20中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述結(jié)晶化工序在比在上述功能性薄膜和與此功能性薄膜相鄰的固體之間產(chǎn)生材料相互擴(kuò)散的規(guī)定溫度更低的溫度下進(jìn)行。
22. 根據(jù)權(quán)利要求10至21中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述功能性薄膜為鐵電體膜，上述半導(dǎo)體裝置為把上述鐵電體膜用作電荷保持膜的鐵電體存儲(chǔ)裝置。
23. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包含在半導(dǎo)體基板上形成功能性薄膜的工序和用于恢復(fù)由在形成此功能性薄膜后的工序的影響所導(dǎo)致的上述功能性薄膜的特性變差的恢復(fù)工序，上述恢復(fù)工序包含把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序和把熱能給予上述功能性薄膜的熱處理工序。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述功能性薄膜為復(fù)合氧化物薄膜。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述恢復(fù)工序還包含把氧化性氣體導(dǎo)入形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板的表面上的氧導(dǎo)入工序。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序包含把形成有上述功能性薄膜的半導(dǎo)體基板放置在氧活性化粒子氛圍氣體中的氧活性化粒子處理工序。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23至26中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述把除熱能之外的能量給予上述功能性薄膜的處理工序包含把電磁波供給上述功能性薄膜的電磁波供給工序。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23至27中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述包含用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成布線的布線形成工序。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)要使上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述布線劣化的規(guī)定溫度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23至29中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述用于在上述恢復(fù)工序之前在上述半導(dǎo)體基板上形成功能元件的元件形成工序。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行上述熱處理工序時(shí)要使上述半導(dǎo)體基板的溫度低于不使上述功能元件劣化的規(guī)定溫度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23至31中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述上述功能性薄膜為鐵電體膜。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體裝置為把上述鐵電體膜用作電荷保持膜的鐵電體存儲(chǔ)裝置。
全文摘要
用含有金屬元素的有機(jī)化合物材料,通過(guò)比較低溫的熱處理形成良好的無(wú)機(jī)化合物固體(鐵電體膜等)的方法。在形成鐵電體膜時(shí),含有金屬元素的有機(jī)化合物材料的溶液被涂抹在半導(dǎo)體基板上(S41)。使此溶液干燥(S42)并預(yù)燒成此溶液(S43)。在達(dá)到規(guī)定的膜厚之前反復(fù)進(jìn)行此工序(S44),然后進(jìn)行有機(jī)物去除處理(S45)。有機(jī)物去除處理比如是通過(guò)在減壓氛圍氣體中(大約50Torr)的加熱處理(大約550℃)進(jìn)行的。對(duì)由有機(jī)物去除處理得到的無(wú)機(jī)化合物材料進(jìn)行正式燒成(S46)。正式燒成比如是在大約550℃的溫度下進(jìn)行的,由此使無(wú)機(jī)化合物材料結(jié)晶化。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK1326425SQ99813501
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期1999年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月27日
發(fā)明者中村孝, 藤森敬和 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司