JP2011023454A - Method for manufacturing device having ferroelectric film, and heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体膜を有するデバイスの製造方法及び熱処理装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a device having a ferroelectric film and a heat treatment apparatus.
強誘電体膜は、メモリやセンサなど種々のデバイスに応用されている。強誘電体膜を応用したデバイスの中で、最も重要なデバイスは、強誘電体メモリ(Ferroelectric Random Access Memory; 以下、FeRAMと呼ぶ)である。 Ferroelectric films are applied to various devices such as memories and sensors. Among devices using a ferroelectric film, the most important device is a ferroelectric memory (Ferroelectric Random Access Memory; hereinafter referred to as FeRAM).
FeRAMは、強誘電体膜(強誘電体層)の分極反転を利用して情報を記録するメモリである。分極反転を利用するので、FeRAMは、電源を切っても情報を消失しない。更に、FeRAMは、高集積度、高速駆動、高耐久性、低消費電力という優れた特徴を有している。 FeRAM is a memory that records information using polarization inversion of a ferroelectric film (ferroelectric layer). Because it uses polarization reversal, FeRAM does not lose information even when the power is turned off. Furthermore, FeRAM has excellent features such as high integration, high speed drive, high durability, and low power consumption.
ところで、FeRAMの強誘電体層は、次のように形成される。まず、強誘電体酸化物ターゲットをスパッタリングして、基板上に非晶質膜を堆積する。次に、この非晶質膜を熱処理して、強誘電体結晶膜を形成する。 By the way, the ferroelectric layer of FeRAM is formed as follows. First, a ferroelectric oxide target is sputtered to deposit an amorphous film on the substrate. Next, this amorphous film is heat-treated to form a ferroelectric crystal film.
FeRAMの不良品発生率は、強誘電体材料膜(例えば、上記非晶質膜)の熱処理条件に大きく依存する。このため、不良品発生率が最小になるように最適化された条件で、強誘電体材料膜の熱処理が行われる。 The defective product occurrence rate of FeRAM largely depends on the heat treatment conditions of the ferroelectric material film (for example, the amorphous film). For this reason, the heat treatment of the ferroelectric material film is performed under conditions optimized to minimize the defective product occurrence rate.
しかし、最適化された条件で熱処理を行っているにも拘わらず、不良品発生率はばらつき、一定にならなかった。ロット(一緒に処理される基板の集団)毎の不良品発生率を測定すると、不良品発生率が非常に小さくなる場合もあるが、突如増加する場合もある。このため、相当数のロット(例えば、数十ロット)において不良品発生率の平均値を求めると、平均値は、例えば6%という高い値になる。 However, despite the fact that the heat treatment was performed under optimized conditions, the defective product occurrence rate varied and was not constant. When the defective product generation rate for each lot (a group of substrates processed together) is measured, the defective product generation rate may be very small or may suddenly increase. For this reason, when the average value of the defective product occurrence rate is obtained in a considerable number of lots (for example, several tens of lots), the average value is as high as 6%, for example.
そこで、本発明の目的は、強誘電体膜を有するデバイスの不良品発生率のバラツキを小さくすることにより、製品全体としての不良品発生率が小さくなる製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a manufacturing method in which the defective product incidence rate of the entire product is reduced by reducing the variation in the defective product occurrence rate of a device having a ferroelectric film.
上記の目的を達成するために、本製造方法の一観点によれば、まず、基板上に強誘電体材料膜を形成する。次に、上記基板を熱処理炉内に配置し、上記熱処理炉内に熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、上記第1の流量に対応する第2の流量で上記熱処理炉内を排気しながら、上記強誘電体材料膜を加熱して強誘電体膜を形成する。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present manufacturing method, first, a ferroelectric material film is formed on a substrate. Next, the substrate is placed in a heat treatment furnace, a heat treatment atmosphere gas is supplied into the heat treatment furnace at a first flow rate, and the heat treatment furnace is evacuated at a second flow rate corresponding to the first flow rate. Meanwhile, the ferroelectric material film is heated to form a ferroelectric film.
本デバイスの製造方法によれば、強誘電体膜を有するデバイスの不良品発生率を定常的に小さくして、製品全体としての不良品発生率を小さくすることができる。 According to this device manufacturing method, the defective product occurrence rate of a device having a ferroelectric film can be steadily reduced, and the defective product occurrence rate as a whole product can be reduced.
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding part even if drawings differ, The description is abbreviate | omitted.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の熱処理装置の構成を説明する図である。尚、図1には、後述する製造方法の説明を容易にするため、熱処理対象の基板も示されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the heat treatment apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, a substrate to be heat-treated is also shown in order to facilitate the description of the manufacturing method described later.
熱処理装置
本熱処理装置28は、強誘電体材料膜8が形成された基板(例えば、Si基板2)の熱処理を行う熱処理炉14を有している。熱処理炉14は、例えば、急速加熱用のランプ12を有するRTA(Rapid Thermal Annealing)装置である。
Heat treatment apparatus The heat treatment apparatus 28 includes a
更に、本熱処理装置28は、熱処理炉14に熱処理雰囲気ガス16を第1の流量で供給すると共に、第1の流量に対応する第2の流量(好ましくは、第1の流量に等しい流量)で熱処理炉14の内部を排気する供給排気ユニット30を有している。ここで、熱処理雰囲気ガス16は、例えば、酸素とアルゴンの混合ガスである。
Further, the heat treatment apparatus 28 supplies the heat
この供給排気ユニット30は、図1に示すように、ガス供給ユニット18と排気ユニット31を有している。ここで、ガス供給ユニット18は、熱処理炉14に第1の流量で熱処理雰囲気ガス16を供給する装置である。また、排気ユニット31は、第1の流量に対応する第2の流量で熱処理炉内を排気する装置である。
As shown in FIG. 1, the supply /
ガス供給ユニット18は、例えば、ガス供給バルブ(流量制御バルブ)を有し、熱処理の間、熱処理雰囲気ガスの流量が一定に保たれるように、ガス供給バルブの開度をフィードバック制御するマスフローメータである。このマスフローメータ32aのガス流入口は、配管26aによって、ガスボンベ等の熱処理雰囲気ガス貯蔵装置(図示せず)に接続されている。また、ガス供給ユニット18は、マスフローメータ32aのガス流出口を、熱処理炉14のガス供給口20に接続する配管26bを有している。尚、ガス供給ユニット18は、熱処理雰囲気ガスを生成する装置であってもよい(実施例1参照)。
The
一方、排気ユニット31は、排気バルブ(流量制御バルブ)を有し、熱処理の間、熱処理炉14に接続された排気バルブの開度を、第2の流量(排気流量)が一定に保たれるようにフィードバック制御するマスフローメータ32bを有している。
On the other hand, the
また、排気ユニット31は、マスフローメータ32bのガス流入口を、熱処理炉14の排気口22に接続する配管26cを有している。一方、マスフローメータ32bのガス流出口は、配管26dによって排気ダクト24に接続されている。この排気ダクト24には他の製造装置が接続され、排気ダクト24の終端は、集中排気装置に接続されている。
Further, the
更に、熱処理装置28は、図1では省略されているが、ランプ12に電力を供給して点灯させる電源ユニットと、熱処理の間、熱処理対象物(例えば、Si基板2)の温度を監視する温度モニタを有している。また、熱処理装置28は、温度モニタの出力を電源ユニットにフィードバックして、熱処理対象物の温度が一定になるように、上記電源ユニットの出力を制御する温度制御装置を有している。
Further, although not shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 28 is a power supply unit that supplies electric power to the
次に、本熱処理装置28の動作を説明する。 Next, the operation of the heat treatment apparatus 28 will be described.
Si基板2が、熱処理炉14の内部に配置されると、ガス供給ユニット18は、ガス供給口20を通して、熱処理雰囲気ガス16を熱処理炉14の内部に供給する。熱処理炉14に供給された熱処理雰囲気ガス16aは、強誘電体材料膜8の表面に沿って流れ、下流側に開口した排気口22から排気される。
When the
次に、上記電源ユニットがランプ12を点灯して、Si基板2を加熱する。この際、上記温度制御装置は、温度モニタの出力と熱処理温度の設定値が一致するように、上記電源ユニットを制御する。
Next, the power unit turns on the
所定の熱処理時間の経過後、電源ユニットがランプ12を消灯する。そして、熱処理が終了する。
After the elapse of a predetermined heat treatment time, the power supply unit turns off the
ところで、本熱処理装置28の熱処理炉14は、排気ユニット31を介して、排気ダクト24に接続されている。しかし、排気ダクト24に熱処理炉14を直接接続すると、以下のような不都合が生じる。
By the way, the
通常、排気ダクトには、複数の製造装置が接続されている。このため、多くの製造装置を同時に運転すると、排気されるガスの総量が増加し、排気ダクト内の圧力が上昇する。一方、製造装置の運転台数が減少すると、排気ダクト内の圧力は低下する。 Usually, a plurality of manufacturing apparatuses are connected to the exhaust duct. For this reason, when many manufacturing apparatuses are operated simultaneously, the total amount of exhausted gas increases and the pressure in the exhaust duct increases. On the other hand, when the number of operating manufacturing apparatuses decreases, the pressure in the exhaust duct decreases.
熱処理炉が直接排気ダクトに接続されている場合、熱処理炉14から排気される熱処理雰囲気ガス(以下、排気ガスと呼ぶ)の流量は、熱処理14内の圧力と排気ダクト24内の圧力差によって決まる。従って、排気ダクト24内の圧力が変動すると、熱処理炉14から排出される排気ガスの流量も変動する。
When the heat treatment furnace is directly connected to the exhaust duct, the flow rate of the heat treatment atmosphere gas (hereinafter referred to as exhaust gas) exhausted from the
排気ガスの流量が変動すると、熱処理炉14内における熱処理雰囲気ガス16aの流速が変動する。その結果、後述するように、熱処理雰囲気ガス中の酸素濃度や強誘電体材料膜8の温度が変動し、その結果、強誘電体膜の形成に支障が生じる。
When the flow rate of the exhaust gas varies, the flow rate of the heat
そこで、本熱処理装置28では、供給排気ユニット30によって、排気ガスの排気流量を一定にして、熱処理炉内における熱処理雰囲気ガス16aの流速が変動しないようにしている。
Therefore, in the heat treatment apparatus 28, the exhaust flow rate of the exhaust gas is made constant by the
最後に、マスフローメータ32a, 32bの構成を説明する。図2は、マスフローメータ32a, 32bの構成を説明する図である。
Finally, the configuration of the
マスフローメータ32a, 32bは、図2に示すように、流量センサ50、バイパス52、流量制御バルブ54、バルブアクチュエータ55、及び電気回路56を有している。
As shown in FIG. 2, the
ここで、電気回路56は、ブリッジ回路60と、フィードバック回路62と、バルブ駆動回路と64を有している。流量センサ50は、分岐したガス管の一方66と、この分岐したガス管の一方66に巻き付けられた2本の抵抗体68を有している。
Here, the
尚、図2に示した例では、流量制御バルブ54を開閉するバルブアクチュエータ55は、ピエゾアクチュエータである。ピエゾアクチュエータの代わりに、ソレノイドアクチュエータ等を用いてもよい。また、図2に示した流量制御バルブ54は、メタルダイアフラムである。メタルダイアフラムの代わりに、ガスケット取り付けバルブ、ニードルバルブ等を用いてもよい。
In the example shown in FIG. 2, the
マスフローメータ32a, 32bは、まず、ガス流入口58から流入したガスを、流量センサ50とバイパス52に分流する。流量センサ50に分流されたガスは、流量センサ50が有する2本の抵抗体68に、流入ガスの質量流量に比例する抵抗値の差を発生させる。ブリッジ回路60は、この抵抗値の差を電気信号に変換する。フィードバック回路62は、この電気信号と外部からの設定信号の差信号を生成し、バルブ駆動回路64に送信する。バルブ駆動回路64は、この差信号がゼロになる方向に流量制御バルブ54の開度を制御する。従って、マスフローメータ32a,32bのガス流出口70からは、略一定の流量のガスが流出する。
The
このように、マスフローメータ32a,32bは、ガス流出口70から流出するガスの流量が一定に保たれるように流量制御バルブの開度を制御する。尚、後述するマスフローメータ32c,32dも、上記マスフローメータ32a,32bと同様の構造を有している。
Thus, the
製造方法
図3は、本実施の形態におけるFeRAMの製造方法を説明する工程図である。
Manufacturing Method FIG. 3 is a process diagram for explaining a manufacturing method of FeRAM in the present embodiment.
図3(a)に示すように、まずセルトランジスタ等が形成されたSi基板2の上に、層間絶縁膜4と、FeRAMの下部電極となる金属層6を形成する。
As shown in FIG. 3A, first, an interlayer insulating film 4 and a
次に、図3(b)に示すように、強誘電体酸化物ターゲットをスパッタリングして、金属層6の上に強誘電体材料膜8を形成する。この強誘電体材料膜8は非晶質であり、強誘電体としての分極特性は有していない。この強誘電体材料膜8の組成は、ターゲットを形成する強誘電体酸化物に近いが、酸素が欠乏している。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、強誘電体材料膜8を形成したSi基板2を熱処理炉28の内部に配置する。その後、ガス供給排気ユニット30を動作させて、熱処理炉14の内部に熱処理雰囲気ガス16を第1の流量で供給すると共に、第1の流量に対応する第2の流量(好ましくは、第1の流量に等しい流量)で熱処理炉14の内部を排気する。ここで、熱処理雰囲気ガスは、酸素とアルゴンの混合ガスである。
Next, the
この状態を維持したまま、熱処理装置28の電源ユニット等を動作させて、強誘電体材料膜8を加熱(熱処理)し、強誘電体キャパシタの強誘電体層となる強誘電体膜9を形成する(図3(c)参照)。
While maintaining this state, the power supply unit of the heat treatment apparatus 28 is operated to heat (heat treat) the
強誘電体材料膜8は、この熱処理により結晶化して強誘電体膜9になる。また、この時、欠乏していた酸素が、熱処理雰囲気ガスから強誘電体材料膜8に補充される。
The
その後、強誘電体膜9から強誘電体キャパシタを形成し、更に、複数の層間絶縁膜と複数の配線層を順次形成してFeRAMを完成する。 Thereafter, a ferroelectric capacitor is formed from the ferroelectric film 9, and a plurality of interlayer insulating films and a plurality of wiring layers are sequentially formed to complete the FeRAM.
本実施の形態によれば、FeRAMの不良品発生率は、ロットが異なっても略一定の小さな値になる。従って、製品全体におけるFeRAMの不良品発生率も小さくなる(例えば、略1%)。このように不良品発生率が小さくなる理由は、以下のように説明することができる。 According to the present embodiment, the defect occurrence rate of FeRAM becomes a substantially constant small value even if the lots are different. Therefore, the defective occurrence rate of FeRAM in the entire product is also reduced (for example, approximately 1%). The reason why the occurrence rate of defective products is thus reduced can be explained as follows.
熱処理の間、熱処理雰囲気ガス中の酸素は、酸素の欠乏した強誘電体材料膜8と反応して消費される。従って、強誘電体材料膜8に沿って流れる熱処理雰囲気ガス16aの流速が減少すると下流側で酸素濃度が低くなり、形成される強誘電体膜9の膜質が低下する。
During the heat treatment, oxygen in the heat treatment atmosphere gas reacts with the oxygen-deficient
また、強誘電体材料膜8が有する熱は、表面に沿って流れる熱処理雰囲気ガス16aによって奪われる。従って、熱処理雰囲気ガス16aの流速が変化すると、強誘電体材料膜8の温度が最適値から変化して、強誘電体膜の膜質が低下する。
Further, the heat of the
熱処理炉14を直接排気ダクト24に接続した場合、熱処理雰囲気ガス16aの流速は、上述したように、他の製造装置の運転状況によって変動する。このため、強誘電体膜の膜質が、最適化した熱処理条件から期待される品質に達しない場合が頻発する。
When the
しかし、本実施の形態では、熱処理炉14を一定の流量で排気するので、熱処理炉14内の熱処理雰囲気ガス16aの流速は一定になる。従って、本実施の形態によれば、熱処理によって形成される強誘電体膜の膜質(特に、後述する(222)配向率)が高くなり、FeRAMの不良品発生率が小さくなる。
However, in the present embodiment, since the
ところで、第2の流量(排気流量)は、第1の流量(熱処理雰囲気ガスの流量)に等しい事が好ましい。しかし、第2の流量(排気流量)は、必ずしも、第1の流量(熱処理雰囲気ガスの供給流量)に等しくなくてもよい。 Incidentally, it is preferable that the second flow rate (exhaust flow rate) is equal to the first flow rate (flow rate of the heat treatment atmosphere gas). However, the second flow rate (exhaust flow rate) is not necessarily equal to the first flow rate (heat treatment atmosphere gas supply flow rate).
強誘電体材料膜の熱処理に要する時間は、通常、数十秒と短い。従って、第2の流量(排気流量)と第1の流量(熱処理雰囲気ガスの供給流量)が正確に一致していなくても、熱処理中に、熱処理炉内の圧力が大きく変化することはない。従って、熱処理雰囲気ガス16aの流速が、熱処理中(又は、熱処理の度)に変化する等の問題は生じない。
The time required for the heat treatment of the ferroelectric material film is usually as short as several tens of seconds. Therefore, even if the second flow rate (exhaust flow rate) and the first flow rate (heat treatment atmosphere gas supply flow rate) do not exactly match, the pressure in the heat treatment furnace does not change greatly during the heat treatment. Accordingly, there is no problem that the flow rate of the heat
例えば、第2の流量(排気流量)は、第1の流量(熱処理雰囲気ガスの供給量)に対して0.9倍以上1.1倍以下であってもよい。或いは、第2の流量は、第1の流量に対して0.95倍以上1.05倍以下であってもよい。 For example, the second flow rate (exhaust flow rate) may be 0.9 times or more and 1.1 times or less with respect to the first flow rate (supply amount of the heat treatment atmosphere gas). Alternatively, the second flow rate may be 0.95 times or more and 1.05 times or less with respect to the first flow rate.
すなわち、熱処理の間、供給排気ユニット30は、熱処理炉に接続された供給バルブ(マスフローメータ32aの流量制御バルブ)の開度を、熱処理雰囲気ガスの流量が一定に保たれるように制御する。一方、排気ユニット31は、熱処理炉14に接続された排気バルブ(マスフローメータ32bの流量制御バルブ)の開度を、排気流量が一定に保たれるように制御する。
That is, during the heat treatment, the supply /
すなわち、熱処理雰囲気ガスの流量及び排気流量は、上述したように、ガス流量が一定に保たれるように、流量制御バルブの開度を制御して得られる流量である。従って、熱処理雰囲気ガスの流量及び排気流量は、時間に対して厳密には一定ではない。しかし、熱処理雰囲気ガスの流量及び排気流量は、熱処理の間、略一定に保たれる。 That is, the flow rate of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust gas flow rate are flow rates obtained by controlling the opening degree of the flow rate control valve so that the gas flow rate is kept constant as described above. Accordingly, the flow rate of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust flow rate are not strictly constant with respect to time. However, the flow rate of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust flow rate are kept substantially constant during the heat treatment.
(1)デバイス構造
図4は、本実施例で製造するFeRAM102の構成を説明する断面図である。図4には、メモリセル118と周辺回路(センスアンプ等)120が接する領域の構成が示されている。以下、メモリセル118の構成を中心に説明する。図5は、FeRAM102を形成する強誘電体キャパシタ124の構成を説明する拡大断面図である。
(1) Device Structure FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the
本実施例のFeRAM102は、1T−1C(1 Transistor - 1 Capacitor)型のFeRAMである。図4に示すように、Si基板2の上部には、各素子領域を分離する素子分離層104が設けられている。また、素子分離層104で分離された各素子領域には、pウェル106が設けられている。メモリセル118には、1つのpウェル106に対し2つのトランジスタT1,T2が形成されている。すなわち、メモリセル118のpウェル106の上には2本のゲート電極108が相互に平行に形成されている。ゲート電極108の両側には、トランジスタT1,T2のソース/ドレインとなる低濃度n型不純物領域110及び高濃度n型不純物領域112が形成されている。同様に、周辺回路120には、トランジスタT3が形成されている。
The
また、Si基板2の上には、ゲート電極108を覆うように、SiON膜114が形成されている。SiON膜114の上には第1の層間絶縁膜116が形成されている。この第1の層間絶縁膜116の上面は平坦化されている。尚、後述するように、第1の層間絶縁膜116は、酸化膜の2度の堆積によって形成される。
A
図5に示すように、第1の層間絶縁膜116の上には、水素及び水分の侵入を防止するための第1の水素バリア層(以下、「水素バリア層」という)122が形成されている。水素バリア層122は、AlO(酸化アルミニウム)膜である。この第1の水素バリア層122の上には、下部電極126、強誘電体層(強誘電体膜)128及び上部電極130を下からこの順で積層した強誘電体キャパシタ124が形成されている。ここで、強誘電体層128は、強誘電体によって形成されている。
As shown in FIG. 5, a first hydrogen barrier layer (hereinafter referred to as “hydrogen barrier layer”) 122 for preventing entry of hydrogen and moisture is formed on the first
強誘電体キャパシタ124の上には、第2の水素バリア層132が形成されている。更に、第2の水素バリア層132の上には、強誘電体キャパシタ124の側面を覆い、第1の層間絶縁膜116の上に延在する第3の水素バリア層134が形成されている。
A second
尚、第2の水素バリア層132及び第3の水素バリア層134は、第1の水素バリア層122と同様、AlO膜で形成されている。また、図4では、各バリア層122,132,134は、簡略化されている。
Note that the second
図5に示すように、第3の水素バリア層134の上には、第2の層間絶縁膜136が形成されている。この層間絶縁膜136の表面は、平坦化されている。
As shown in FIG. 5, a second
図4に示すように、本FeRAM102には、この第2の層間絶縁膜136の上面から、トランジスタT1,T2,T3の高濃度不純物領域112及び(ゲート108と同一面内の)配線139に到達するプラグ144が、形成されている。
As shown in FIG. 4, this
更に、第2の層間絶縁膜136の上には、複数の配線を有する第1の配線層138が形成されている。図5に示すように、第1の配線層層138に含まれる配線の一部140は、プラグ146aを介して強誘電体キャパシタ124の上部電極130に電気的に接続されている。上記配線の他の一部142は、プラグ146bを介して下部電極126に電気的に接続されている。
Further, a
図4に示すように第1の配線層138の配線及び第2の層間絶縁膜136の上には、第3の層間絶縁膜150が形成されている。この第3の層間絶縁膜150内には、第3の層間絶縁膜150を上下方向に貫通して第1の配線層138の配線に電気的に接続する複数のWプラグ152が形成されている。また、第3の層間絶縁膜150の上には、複数の配線を有する第2の配線層154が形成されている。図4に示すように、これらの配線はプラグ152を介して第1配線層138の配線に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 4, a third
同様に、第2の配線層154及び第3の層間絶縁膜150の上には、第4の層間絶縁膜156、第3の配線層158、プラグ160が形成されている(図4参照)。更に、第3の配線層158及び第4の層間絶縁膜156の上には、第5の層間絶縁膜160、第4の配線層162、プラグ164が形成されている。
Similarly, a fourth
そして、第4の配線層162及び第5の層間絶縁膜160の上には、第1のパッシベーション膜165aと第2のパッシベーション膜165bが、順次形成されている。
On the
そして、第4の配線層162に含まれる外部端子(図示せず)の上で、第1のパッシベーション膜165a及び第2のパッシベーション膜165bが除去されている。
Then, the
(2)熱処理装置
図6は、本実施例の熱処理装置34の構成を説明する図である。本熱処理装置34は、図1を参照して説明した実施の形態1の熱処理装置28の構成と共通する部分を有している。従って、重複する部分については説明を省略する。
(2) Heat treatment apparatus FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the
本熱処理装置34は、強誘電体材料膜が形成された基板の熱処理を行う熱処理炉14aを有している。この熱処理炉14aは、回転軸38が接続された基板載置台40を有している。この回転軸38は、図示されていない駆動装置に接続されている。この駆動装置は、熱処理の間、基板載置台40を回転する。また、熱処理炉14aは、基板載置台40の上下に配置された強化ガラス42を有している。熱処理の間、熱処理雰囲気ガスは、この強化ガラス42で仕切られた空間を流れる。
The
更に、本熱処理装置34は、熱処理炉14aに熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、第1の流量に対応する第2の流量(好ましくは、第1の流量に等しい流量)で熱処理炉内を排気する供給排気ユニット30bを有している。
Furthermore, the
本供給排気ユニット30bは、図6に示すように、ガス供給ユニット18aと、図1を参照して説明した、実施の形態1の排気ユニット31を有している。すなわち、排気ユニット31は、排気バルブ(流量制御バルブ)を有し、熱処理の間、排気バルブの開度を、第2の流量(排気流量)が一定に保たれるように制御するマスフローメータ32bを有している。また、排気ユニット31は、マスフローメータ32bのガス流入口を、熱処理炉14aの排気口22に接続する配管26cを有している。そして、マスフローメータ32bのガス流出口は、配管26dによって排気ダクト24に接続されている。
As shown in FIG. 6, the main supply /
一方、本供給排気ユニット30bのガス供給ユニット18aは、酸素ガスの貯蔵装置(図示せず)にガス流入口が接続されたマスフローメータ32cを有している。このマスフローメータ32cは、ガス供給バルブ(流量制御バルブ)を有し、熱処理の間、このガス供給バルブの開度を、酸素の流量が一定に保たれるように制御する。更に、ガス供給ユニット18aは、アルゴンガスの貯蔵装置(図示せず)にガス流入口が接続されたマスフローメータ32dを有している。このマスフローメータ32dも、ガス供給バルブ(流量制御バルブ)を有し、熱処理の間、このガス供給バルブの開度を、アルゴンの流量が略一定に保たれるように制御する。
On the other hand, the
更に、ガス供給ユニット18aは、マスフローメータ32cが供給する酸素ガスとマスフローメータ32dが供給するアルゴンガスを混合し、熱処理炉14aに供給するガス混合器36を有している。
Further, the
更に、ガス供給ユニット18aは、マスフローメータ32cのガス流出口をガス混合器36の第1のガス流入口に接続する配管26eと、マスフローメータ32dのガス流出口をガス混合器36の第2のガス流入口に接続する配管26fを有している。また、ガス供給ユニット18aは、ガス混合器36のガス流出口を、熱処理炉14aのガス供給口20に接続する配管26gを有している。
Furthermore, the
このような構成により、ガス供給ユニット18aは、酸素ガスとアルゴンガスを混合して、濃度及び流量が一定の熱処理雰囲気ガスを生成し、熱処理炉14aに供給する。
With such a configuration, the
尚、図6にはガス供給口20は、一つだけ示されている。しかし、熱処理炉14a内に、ガス供給口20を複数設けてもよい。同様に、排気口22を複数設けてもよい。
In FIG. 6, only one
(3)製造方法
図7〜図12は、本実施例のFeRAMの製造方法を説明する工程断面図である。
(3) Manufacturing Method FIGS. 7 to 12 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the FeRAM of this example.
(i)熱処理前の工程(図7〜図9(a))
まず、図7(a)に示すように、Si基板2の上に、トランジスタT1,T2,T3、配線139、及び素子分離層104を形成する(特許文献1参照)。
(I) Process before heat treatment (FIGS. 7-9 (a))
First, as shown in FIG. 7A, transistors T1, T2, T3, a
次に、図7(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。まず、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、Si基板2の上側全面に、厚さ200nmのSiON膜114を形成する。更に、プラズマCVD法により、SiON膜114の上に、厚さ600nmのTEOS−NSG(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate -Nondoped Silicate Glass; SiO)膜166aを形成する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing; 化学的機械研磨)法により、このTEOS−NSGを約200nm研磨して表面を平坦化する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, a 200 nm
次に、図8(a)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。まず、平坦化したTEOS−NSG膜166aの上に、厚さ100nmのTEOS−NSG膜166bを形成する。次に、TEOS−NSG膜166a,166bの形成されたSi基板2を、窒素雰囲気中で、熱処理温度が650℃で熱処理時間が30分の条件で熱処理して、TEOS−NSG膜166a,166bの脱水処理を行う。このTEOS−NSG膜166a,166bが、第1の層間絶縁膜116になる。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, a 100 nm thick TEOS-
次に、図8(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。まず、第1の層間絶縁膜116の上に、酸化アルミニウムターゲットをスパッタリングして、厚さ20nmのAlO膜(アルミナ膜)168aを形成する。このAlO膜は、第1の水素バリア層122になる(図5参照)。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, an aluminum oxide target is sputtered on the first
次に、このAlO膜(アルミナ膜)168aを形成したSi基板2をRTA装置内に載置して、熱処理を実施する。この熱処理は、酸素の供給流量が20リットル/分、温度が650℃、処理時間が60秒の条件で行う。尚、ガスの流量は、標準状態における流量である(以下の説明でも、同じである。)。
Next, the
次に、AlO膜168aの上に強誘電体キャパシタの下部電極となる厚さ155nmのPt膜170を形成する。尚、Pt膜の代わりに、Ir膜、Ru膜、Rh膜、Re膜、Os膜、又はこれらの導電性酸化物を形成してもよい。
Next, a 155 nm-
次に、図9(a)に示すように、Pt膜170の上に、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)ターゲットをスパッタリングして、厚さ150nm−200nmの強誘電体材料膜172を形成する。この強誘電体材料膜172は、非晶質である。
Next, as shown in FIG. 9A, a PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) target is sputtered on the
(ii)熱処理工程(図9(b))
図13は、強誘電体材料膜172の熱処理工程を説明するフローチャートである。
(Ii) Heat treatment step (FIG. 9B)
FIG. 13 is a flowchart for explaining a heat treatment process for the
まず、強誘電体材料膜172を形成したSi基板2を、熱処理炉14aの内部に搬入し、その後基板載置台40の上に配置する(ステップ2)。
First, the
尚、本実施例では、基板載置台40は回転させない。しかし、ここで基板載置台40の回転を開始し、熱処理の間、基板載置台40の回転を継続してもよい。 In this embodiment, the substrate mounting table 40 is not rotated. However, the rotation of the substrate mounting table 40 may be started here, and the rotation of the substrate mounting table 40 may be continued during the heat treatment.
次に、マスフローメータ32cを動作させて、0.05〜0.15リッタ/分(例えば、0.1リッタ/分)の流量で酸素をガス混合器36に供給する(ステップS4)。
Next, the
次に、マスフローメータ32dを動作させて、1.0〜3.0リッタ/分(例えば、1.9リッタ/分)の流量でアルゴンをガス混合器36に供給する(ステップS6)。尚、アルゴンの流量は、1.9リッタ/分に限られない。
Next, the
ガス混合器36は、酸素とアルゴンを混合して、熱処理雰囲気ガスを生成する。ガス混合器36は、生成された熱処理雰囲気ガスを、一定の流量(2.0リッタ/分)で熱処理炉14aの内部に供給する。
The
次に、排気ユニット(マスフローメータ32b)に設けられた排気バルブを開放して、熱処理炉14aの内部を1分間排気する(ステップS8)。熱処理炉14aの内部体積は、2.0リッタである。従って、本ステップにより、熱処理炉14aの内部は、熱処理雰囲気ガスによって置換される。
Next, the exhaust valve provided in the exhaust unit (
このように、本実施例では、Si基板2を熱処理炉内に配置してからSi基板の加熱を開始するまでの間に、熱処理雰囲気ガスを熱処理炉に供給して、熱処理炉の内部を熱処理雰囲気ガスで置換する。ここで、供給する熱処理雰囲気ガスの量は、熱処理炉内部の体積以上であることが好ましい。但し、供給量が多くなると置換に要する時間が長くなるので、供給する熱処理雰囲気ガスの量は、熱処理炉の内部体積の10倍以下であることが好ましい。
As described above, in this embodiment, the heat treatment atmosphere gas is supplied to the heat treatment furnace between the time when the
ところで、ステップ2のSi基板2の搬入は、熱処理炉14aの扉を開けて行う。この際、熱処理炉14aの内部には、大気が侵入する。この大気が熱処理炉内に残留していると、熱処理雰囲気ガスの組成が変化して、FeRAMの不良品発生率が増加する。しかし、本実施例では、熱処理炉内を熱処理雰囲気ガスで置換するので、熱処理雰囲気ガスの組成が変化することはない。従って、FeRAMの不良品発生率が高くなることはない。
By the way, loading of the
次に、マスフローメータ32bの流量すなわち排気流量を、2.0リッタ/分に設定する。このまま、熱処理炉14a内のガスの流れが安定するまで、10〜30秒待機する(ステップS10)。
Next, the flow rate of the
次に、熱処理雰囲気ガスの供給及び熱処理炉の排気を継続したまま、熱処理装置34の電源ユニット、温度モニタ、及び温度制御装置を動作させて、強誘電体材料膜174の形成されたSi基板2を加熱する(ステップS12)。
Next, while the supply of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust of the heat treatment furnace are continued, the power supply unit, the temperature monitor, and the temperature control device of the
熱処理温度は550℃〜570℃(例えば、563℃)であり、熱処理時間は60秒〜120秒(例えば、90秒)である。この熱処理の間、排気流量は、排気ユニット31によって、一定になるように制御されている。従って、排気ダクト24内の圧力が変動しても、熱処理炉14a内の熱処理雰囲気ガスの流速は変動しない。故に、熱処理条件は最適化された条件に保たれ、熱処理によって形成される強誘電体膜の膜質は高く維持される。従って、FeRAMの不良品発生率が低下することはない。
The heat treatment temperature is 550 ° C. to 570 ° C. (eg, 563 ° C.), and the heat treatment time is 60 seconds to 120 seconds (eg, 90 seconds). During this heat treatment, the exhaust flow rate is controlled by the
図14は、熱処理期間中のSi基板2の温度変化を説明する図である。縦軸はSi基板2の温度である。横軸は、ランプ12が点灯してからの経過時間である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the temperature change of the
図14に示すように、ランプ12が点灯するとSi基板2の温度は、急速に上昇する(期間I)。その後、Si基板2の温度は、上述した温度モニタ及び温度制御装置の働きにより、例えば、563℃に90秒間保持される(期間II)。その後、ランプ12が消灯し、Si基板2の温度は除々に低下する(領域III)。
As shown in FIG. 14, when the
そして、Si基板2の温度が、例えば350℃に低下した時点で、Si基板2を熱処理炉14aから搬出する(ステップS14)。
Then, when the temperature of the
次に、Si基板2を、クールプレートに載置する(ステップS16)。
Next, the
以上の工程により、強誘電体材料膜172を形成したSi基板2の熱処理が終了する。
Through the above steps, the heat treatment of the
本実施例では、熱処理雰囲気ガスの供給流量と熱処理炉14aの排気流量を等しくする。しかし、熱処理雰囲気ガスの供給流量と熱処理炉14aの排気流量は、等しくなくてもよい。例えば、熱処理炉14aの排気流量は、熱処理雰囲気ガスの供給流量の0.9倍以上1.1倍以下であってもよい。
In the present embodiment, the supply flow rate of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust flow rate of the
熱処理時間が例えば90秒である場合、熱処理炉14a内の圧力は、熱処理終了時点で、大気圧の0.85倍〜1.15倍になる。しかし、熱処理炉内の圧力がこの程度変化しても、熱処理ガスの供給流量及び熱処理炉の排気流量を一定に保つことは可能である。
When the heat treatment time is, for example, 90 seconds, the pressure in the
熱処理炉14aの排気流量が、熱処理雰囲気ガスの供給流量の0.95倍以上1.05倍以下の場合は、熱処理終了時点における熱処理炉内の圧力が大気圧の0.93倍〜1.8倍以下なので、更に好ましい。
When the exhaust flow rate of the
(iii)熱処理後の工程(図10〜図12)
次に、図10(a)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
(Iii) Process after heat treatment (FIGS. 10 to 12)
Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、結晶化した強誘電体膜174の上に、スパッタリングにより、厚さ50nmのIrO2膜を形成する。尚、Pt膜の代わりに、Ru膜、Rh膜、Re膜、Os膜、又はこれらの導電性酸化物を形成してもよい。
First, an IrO 2 film having a thickness of 50 nm is formed on the crystallized
次に、IrO2膜を形成したSi基板2を、酸素とアルゴンの混合ガスを熱処理雰囲気ガスとして供給しながら、700℃〜720℃(例えば、708℃)で10秒間〜30秒間(例えば、20秒間)の条件で熱処理する。酸素の流量は0.01リッタ/分〜0.03リッタ/分(例えば、0.02リッタ/分)であり、アルゴンの流量は1.0リッタ/分〜3.0リッタ/分(例えば、2.0リッタ/分)である。この熱処理により、図9(b)を参照して説明した熱処理工程により結晶化した、強誘電体膜174の膜質が向上する。
Next, the
尚、以上のように熱処理を2度行わず、1度の熱処理により強誘電体膜を形成してもよい。その場合には、熱処理温度を、1度目の熱処理温度より高くする(例えば、590℃)。 As described above, the ferroelectric film may be formed by one heat treatment without performing the heat treatment twice. In that case, the heat treatment temperature is set higher than the first heat treatment temperature (for example, 590 ° C.).
2度目の熱処理後、上記IrO2膜の上に、スパッタリングにより厚さ200nmのIrO2膜を再度形成する。このような2度のIrO2膜の形成により、強誘電体膜174の上に、IrO2膜175を形成する(図10(a)参照)。このIrO2膜175は、強誘電体キャパシタ124の上部電極130になる。
After the second heat treatment, an IrO 2 film having a thickness of 200 nm is formed again on the IrO 2 film by sputtering. By forming the IrO 2 film twice as described above, the IrO 2 film 175 is formed on the ferroelectric film 174 (see FIG. 10A). This IrO 2 film 175 becomes the
次に、図10(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。まず、フォトリソグラフィ法により、強誘電体キャパシタの上部電極形成領域の上を覆うレジスト膜を形成する。その後、このレジスト膜をマスクとしてIrO2膜175をエッチングして、上部電極130を形成する。次いで、上部電極130の上のレジスト膜を除去する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, a resist film that covers the upper electrode formation region of the ferroelectric capacitor is formed by photolithography. Thereafter, the IrO 2 film 175 is etched using this resist film as a mask to form the
次に、強誘電体膜174の回復アニールを実施する。すなわち、Si基板2を加熱炉内に載置し、例えば酸素供給流量が20リットル/分、温度が650℃、処理時間が60分間の条件で熱処理を行う。
Next, recovery annealing of the
強誘電体膜175の回復アニール処理後、フォトリソグラフィ法により、強誘電体キャパシタ形成領域の上方を覆うレジスト膜を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして強誘電体膜174をエッチングして、強誘電体層128を形成する。その後、強誘電体層128の上方のレジスト膜を除去する。
After the recovery annealing treatment of the
次に、Si基板2を加熱炉内に載置し、強誘電体層128の回復アニールを実施する。この回復アニールは、例えば加熱炉内への酸素供給流量が20リットル/分、温度が350℃、処理時間が60分間の条件で行う。
Next, the
次に、回復アニール後、スパッタリングにより、Si基板2の全面にAlO膜(図示せず)を50nm形成する。このAlO膜は、第2の水素バリア層132になる(図5参照)。その後、Si基板2を加熱炉内に載置して、熱処理を実施する。この熱処理は、酸素供給流量が20リットル/分、温度が550℃、処理時間が60分間の条件で行う。
Next, after recovery annealing, an AlO film (not shown) of 50 nm is formed on the entire surface of the
次に、フォトリソグラフィ法により、強誘電体キャパシタの下部電極形成領域の上方を覆うレジスト膜を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、上記AlO膜及びPt膜170をエッチングし、下部電極126を形成する。その後、下部電極126の上方のレジスト膜を除去する。
Next, a resist film is formed by photolithography to cover the lower electrode formation region of the ferroelectric capacitor. Then, using the resist film as a mask, the AlO film and the
次に、Si基板2を加熱炉内に載置し、強誘電体層128の回復アニールを実施する。この回復アニールは、例えば加熱炉内への酸素供給流量が20リットル/分、温度が650℃、処理時間が60分間の条件で行う。このようにして、強誘電体キャパシタ124が完成する(図10(b)参照)。
Next, the
次に、強誘電体キャパシタ124を形成したSi基板2の全面に、スパッタリングにより、AlO膜(図示せず)を50nm形成する。このAlO膜は、第3の水素バリア層134になる(図5参照)。その後、Si基板2を加熱炉内に載置して、熱処理を実施する。この熱処理は、酸素供給流量が20リットル/分、温度が550℃、処理時間が60分間の条件で行う。
Next, an AlO film (not shown) of 50 nm is formed on the entire surface of the
次に、図11(a)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、Si基板2の上側全面に、例えばプラズマCVD法によりTEOS−NSGを1500nmの厚さに堆積させて第2の層間絶縁膜136を形成し、この第2の層間絶縁膜136により強誘電体キャパシタ124を覆う。その後、CMP研磨により第2の層間絶縁膜136の上面を平坦化する。
First, a second
次に、第2の層間絶縁膜136の表面が平坦化されたSi基板2をプラズマCVD装置に載置して、例えば基板温度が350℃で処理時間が2分間の条件で、第2の層間絶縁膜136のプラズマアニールを行う。プラズマの原料ガスは、N2Oガスである。このプラズマアニールによって、第2の層間絶縁膜136の表面が窒化される。
Next, the
次に、図11(b)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、第2の層間絶縁膜136の上にフォトレジスト膜176を形成する。そして、このフォトレジスト膜176を露光及び現像処理して、所定の位置に開口部178を形成する。その後、このフォトレジスト膜176をマスクとするエッチング処理を実施して、第2の層間絶縁膜136の上面から高濃度不純物領域112(トランジスタのソース/ドレイン)に到達するコンタクトホール180を形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, a
なお、図11(b)に示すように、周辺回路形成領域において、コンタクトホール180と同時に、第2の層間絶縁膜136の上面から素子分離膜104上の配線139に到達するコンタクトホール180aを形成する。
As shown in FIG. 11B, in the peripheral circuit formation region, a
次に、図12に示す構造を形成するまでの工程について説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、フォトレジスト膜176を除去する。その後、コンタクトホール180,1182aを形成したSi基板2の上側全面に、例えばスパッタリングにより、厚さが20nmのTi膜と厚さが50nmのTiN膜(いずれも図示せず)とを順次形成する。その後、Si基板2の上側全面に、例えばCVD法によりWを堆積して、第2の層間絶縁膜136上にW膜を形成するとともに、コンタクトホール180,180aにWを充填する。
First, the
次に、CMP法により、第2の層間絶縁膜136上のW膜、TiN膜及びTi膜を除して、Wが充填されたプラグ144を形成する。
Next, the
次に、図4に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、図11(b)及び図12を参照して説明したプラグ144の形成工程と同様の手順によって、図5に示すように、強誘電体キャパシタ124の下部電極126及び上部電極130に接続するWプラグ146a, 146bを形成する。
First, as shown in FIG. 5, it is connected to the
次に、Si基板2の上側全面に、TiNを150nm、Al−Cu合金を550nm、Tiを5nm、TiNを150nmの厚さで順次堆積したアルミニウム積層膜を形成する。
Next, an aluminum laminated film is formed on the entire upper surface of the
次に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、このアルミニウム積層膜をパターニングして、第1配線層の配線138を形成する。第1配線層の配線138を形成した後、例えば窒素供給流量が20リットル/分、温度が350℃、処理時間が30分間の条件で熱処理を実施する。
Next, the aluminum laminated film is patterned by a photolithography method and an etching method to form the
その後、上述した第2の層間絶縁膜136の形成工程、プラグ144の形成工程、及び第1の配線層138の形成工程と同様の手順を繰り返して、第3の層間絶縁膜150〜第5の層間絶縁膜160、プラグ152,160,164、第2の配線層154〜第4の配線層162を形成する。
Thereafter, the same procedures as those of the second
そして、プラズマCVD法により、第4の配線層162を形成したSi基板2の上側全面にTEOS−NSGを約100nmの厚さに堆積して、第4の配線層162を覆う第1のパッシベーション膜165aを形成する。次に、この第1のパッシベーション膜165aに、プラズマアニールを施す。その後、第1のパッシベーション膜165aの上に、プラズマCVD法により、SiN膜を350nm堆積して、第2のパッシベーション膜165bを形成する。
Then, TEOS-NSG is deposited to a thickness of about 100 nm on the entire upper surface of the
最後に、第2のパッシベーション膜165bの表面をポリイミド膜で覆い、第4の配線層162に含まれている外部端子の上で、パッシベーション膜165a,165bを除去する。
Finally, the surface of the
以上の工程により、図4を参照して説明したFeRAMが完成する。 Through the above steps, the FeRAM described with reference to FIG. 4 is completed.
(4)不良品発生率
図15は、上記製造方法によって形成したFeRAMの不良品発生率を説明する図である。図15に示す不良品発生率は、リテンション(Retention)不良率である。横軸は、ロットの処理順番を示すロット番号である。縦軸は、各ロットのリテンション不良率である。尚、夫々のロットは、直径8インチのSiウエハを24枚有している。また、評価用のFeRAMを製造する際、上記製造方法において一定の範囲で示した製造条件(ガス流量、熱処理温度等)は、括弧内に例示した値を用いた(下記「(5)疲労特性」でも、同様である。)。
(4) Defective Product Incidence Rate FIG. 15 is a diagram for explaining a defective product incidence rate of FeRAM formed by the above manufacturing method. The defective product occurrence rate shown in FIG. 15 is a retention defect rate. The horizontal axis represents a lot number indicating the processing order of lots. The vertical axis represents the retention failure rate of each lot. Each lot has 24 Si wafers having a diameter of 8 inches. Moreover, when manufacturing FeRAM for evaluation, the values exemplified in parentheses were used for the manufacturing conditions (gas flow rate, heat treatment temperature, etc.) shown in a certain range in the above manufacturing method (see “(5) Fatigue characteristics” below). The same is true for "."
リテンション(Retention)不良率は、以下のように測定する。 The retention failure rate is measured as follows.
まず、測定対象のロットから得られたFeRAMチップを全て動作させ、正常に動作するものを抽出する(1次試験)。 First, all FeRAM chips obtained from the lot to be measured are operated, and those that operate normally are extracted (primary test).
次に、この1次試験に合格したチップに所定のデータパターン(例えば、”0”)を書込む。その後、温度が250℃で時間が4時間の条件で、このチップに1回目のエージング処理(熱処理)を施す。 Next, a predetermined data pattern (for example, “0”) is written on the chip that has passed the primary test. Thereafter, the chip is subjected to a first aging treatment (heat treatment) under the conditions of a temperature of 250 ° C. and a time of 4 hours.
次に、1回目のエージング処理を施した全FeRAMチップを動作させて、書き込んだデータパターンが正しく保持されているチップを抽出する(2次試験)。 Next, all FeRAM chips that have been subjected to the first aging process are operated to extract chips in which the written data pattern is correctly held (secondary test).
この2次試験に合格したチップに、最初に書き込んだデータパターンとは逆のデータパターン(例えば、”1”)を書込む。その後、このチップに2回目のエージング処理(熱処理)を施す。2回目のエージング処理の温度及び時間も、夫々、1回目のエージング処理と同じ250℃及び4時間である。 A data pattern (for example, “1”) opposite to the data pattern written first is written on the chip that has passed the secondary test. Thereafter, the chip is subjected to a second aging treatment (heat treatment). The temperature and time of the second aging treatment are also the same 250 ° C. and 4 hours as the first aging treatment, respectively.
次に、2回目のエージング処理を施した全FeRAMチップを動作させて、上記逆のデータパターンが正しく保持されているチップを抽出する(3次試験)。 Next, all FeRAM chips that have been subjected to the second aging process are operated to extract chips in which the reverse data pattern is correctly held (third test).
この3時試験に合格したチップの数と1次試験に合格したチップの数の比が、各ロットのリテンション不良率である。 The ratio of the number of chips that passed the 3 o'clock test to the number of chips that passed the primary test is the retention defect rate of each lot.
図15に示すように、本実施例によれば、いずれのロットに対してもリテンション不良率は1%前後であり、リテンション不良率のバラツキは小さい。従って、全ロットにおけるリテンション不良率の平均値も、約1%と小さくなっている。 As shown in FIG. 15, according to the present embodiment, the retention failure rate is around 1% for any lot, and the variation in the retention failure rate is small. Therefore, the average retention failure rate in all lots is also as small as about 1%.
図16は、排気口を直接排気ダクトに接続した熱処理炉を用いて製造したFeRAMの不良品発生率を説明する図である。すなわち、排気流量を一定に制御しない熱処理装置で、強誘電体材料膜172を熱処理して得たFeRAMのリテンション不良率である。但し、熱処理時の酸素流量は、0.055リッタ/分である。この酸素流量は、熱処理炉を直接排気ダクトに接続した場合の最適値である。尚、熱処理炉の排気口を直接排気ダクトに接続してFeRAMを製造する場合、その製造例を比較例と呼ぶこととする。比較例の製造工程は、上記酸素流量以外は、本実施例の製造方法と同じである。
FIG. 16 is a diagram for explaining the defective product occurrence rate of FeRAM manufactured using a heat treatment furnace in which an exhaust port is directly connected to an exhaust duct. That is, the retention failure rate of FeRAM obtained by heat-treating the
図16に示すように、比較例においても、リテンション不良率が、1%以下になる場合がある。この値は、本実施例のリテンション不良率の最低値と略同じである。しかし、図16の比較例では、リテンション不良率が大きく変動している。その結果、全ロットにおけるリテンション不良率の平均値は、約6%と大きな値になる。 As shown in FIG. 16, even in the comparative example, the retention failure rate may be 1% or less. This value is substantially the same as the minimum value of the retention failure rate in this embodiment. However, in the comparative example of FIG. 16, the retention defect rate varies greatly. As a result, the average retention failure rate in all lots is a large value of about 6%.
一方、上述したように、本実施例のリテンション不良率の平均値は、約1%である。このため、本実施例によれば、リテンション不良率の平均値すなわち製品全体としての不良品発生率が小さくなる。 On the other hand, as described above, the average retention failure rate in this embodiment is about 1%. For this reason, according to the present embodiment, the average retention defect rate, that is, the defective product occurrence rate of the entire product is reduced.
図17は、本実施例における熱処理後の強誘電体膜174の(222)配向率を説明する図である。横軸は(222)配向率である。縦軸は、(222)配向率が横軸に示す各値になったSi基板の枚数である。測定した全Si基板の枚数は100枚である。
FIG. 17 is a view for explaining the (222) orientation ratio of the
(222)配向率は、強誘電体膜174をX線回折(X-ray diffraction)で測定し、得られた主な結晶面のピーク強度の総和に対する(222)結晶面のピーク強度の比である。ここで、主な結晶面とは、(222)結晶面、(101)結晶面、及び(100)結晶面である。XDR測定は、2回目の熱処理(結晶化後の再熱処理)の後に行った。
The (222) orientation ratio is the ratio of the peak intensity of the (222) crystal plane to the total peak intensity of the main crystal plane obtained by measuring the
強誘電体材料膜172を熱処理すると、(222)方向に配向した結晶が成長する。但し、この結晶は、(100)方向及び(101)方向に配向した微結晶を含有している。
When the
これらの結晶のうち、(222)方向に配向した部分が、強誘電体膜128の分極に寄与する。一方、(100)方向に配向した部分は、分極に寄与しない。更に、(101)方向に配向した部分は、強誘電体層の分極を阻害する。
Of these crystals, the portion oriented in the (222) direction contributes to the polarization of the
ところで、強誘電体層128の分極量が大きいほど、FeRAMのデータ保持力が高くなり、リテンション不良率が小さくなる。従って、強誘電体膜174の(222)配向率が高いほど、リテンション不良率は小さくなる。
By the way, the larger the amount of polarization of the
図18は、上記比較例における強誘電体膜の(222)配向率を説明する図である。 図17と図18を比較すると明らかなように、本実施例における(222)配向率(図17参照)のバラツキは、比較例の配向率(図18参照)のバラツキより小さい。この(222)配向率のバラツキがリテンション不良率に反映され、本実施例のリテンション不良率のバラツキ(図15参照)を、比較例のリテンション不良率のバラツキ(図16参照)より小さくしていると考えられる。 FIG. 18 is a diagram for explaining the (222) orientation rate of the ferroelectric film in the comparative example. As is clear from comparison between FIG. 17 and FIG. 18, the variation in the (222) orientation ratio (see FIG. 17) in this example is smaller than the variation in the orientation ratio (see FIG. 18) in the comparative example. This variation in the (222) orientation rate is reflected in the retention failure rate, and the variation in the retention failure rate in this embodiment (see FIG. 15) is made smaller than the variation in the retention failure rate in the comparative example (see FIG. 16). it is conceivable that.
(5)疲労特性
図19は、本実施例によって製造したFeRAMの疲労特性を説明する図である。横軸は、FeRAMに"1"と"0"を交互に書き込んだ回数である。縦軸は、書き込みを横軸に示す回数を繰り返した後、強誘電体キャパシタに発生する残留分極量を測定した値である。図20は、上記比較例によって製造したFeRAMの疲労特性を説明する図である。
(5) Fatigue Properties FIG. 19 is a diagram for explaining the fatigue properties of the FeRAM manufactured according to this example. The horizontal axis is the number of times "1" and "0" are written alternately in FeRAM. The vertical axis is a value obtained by measuring the amount of remanent polarization generated in the ferroelectric capacitor after repeating the number of times of writing shown on the horizontal axis. FIG. 20 is a diagram for explaining the fatigue characteristics of the FeRAM manufactured by the comparative example.
図19には、同じ熱処理炉を用いて10枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性184と、20枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性186と、30枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性188が示されている。
In FIG. 19, the
同じく、図20には、同じ熱処理炉を用いて10枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性184aと、20枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性186aと、30枚目に熱処理したSi基板から得られたFeRAMの疲労特性188aが示されている。
Similarly, FIG. 20 shows the
図19に示すように、本実施例によれば、同じ熱処理炉を用いて強誘電体材料膜の熱処理を繰り返しても、得られるFeRAMの疲労特性は殆ど変化しない。一方、図20に示すように、比較例によると、同じ熱処理炉を用いて強誘電体材料膜の熱処理を繰り返すことによって、得られるFeRAMの疲労特性は除々に劣化していく。 As shown in FIG. 19, according to this example, even if the heat treatment of the ferroelectric material film is repeated using the same heat treatment furnace, the fatigue characteristics of the obtained FeRAM hardly change. On the other hand, as shown in FIG. 20, according to the comparative example, the fatigue characteristics of the obtained FeRAM gradually deteriorate by repeating the heat treatment of the ferroelectric material film using the same heat treatment furnace.
FeRAMの疲労特性の劣化は、熱処理炉内に蓄積したPb等の低融点金属が、熱処理中に、強誘電体膜に再付着するために起きると考えられる。比較例では、熱処理炉の排気が、排気ダクト24の状態によって変動する。従って、熱処理によって強誘電体材料膜から蒸発したPb等の低融点金属が、円滑に排気されない。このため、Pb等の低融点金属が、熱処理炉内に蓄積しやすい。このため、熱処理回数が増えるほど、図20に示すように、疲労特性が劣化すると考えられる。
It is considered that the deterioration of the fatigue characteristics of FeRAM occurs because low melting point metals such as Pb accumulated in the heat treatment furnace reattach to the ferroelectric film during the heat treatment. In the comparative example, the exhaust of the heat treatment furnace varies depending on the state of the
一方、本実施例では、熱処理の間、熱処理炉を一定の流量で排気しているので、熱処理炉は常に円滑に排気されている。従って、熱処理炉内へのPb等の蓄積が起こり難い。故に、同じ熱処理炉を用いて熱処理を繰り返しても、図19に示すように、疲労特性は劣化しない。 On the other hand, in this embodiment, since the heat treatment furnace is exhausted at a constant flow rate during the heat treatment, the heat treatment furnace is always exhausted smoothly. Therefore, accumulation of Pb or the like in the heat treatment furnace hardly occurs. Therefore, even if the heat treatment is repeated using the same heat treatment furnace, the fatigue characteristics do not deteriorate as shown in FIG.
ところで、強誘電体材料膜の熱処理の間、熱処理雰囲気ガスの供給及び排気を停止しても、所定の性能を備えたFeRAMの製造は可能である。しかし、熱処理雰囲気ガスの供給及び排気を行わずにFeRAMの製造を続けると、疲労特性が、熱処理回数の増加とともに劣化する。しかも、熱処理回数に対する劣化の速度は、図20に示す比較例における劣化速度より速い。 By the way, even if the supply and exhaust of the heat treatment atmosphere gas are stopped during the heat treatment of the ferroelectric material film, it is possible to manufacture FeRAM having a predetermined performance. However, if the manufacture of FeRAM is continued without supplying and exhausting the heat treatment atmosphere gas, the fatigue characteristics deteriorate as the number of heat treatments increases. Moreover, the deterioration rate with respect to the number of heat treatments is faster than the deterioration rate in the comparative example shown in FIG.
熱処理炉の排気を行わないと、熱処理炉内は、熱処理の度Pb等の低融点金属によって確実に汚染される。このため、熱処理炉の排気を行わずに熱処理を行うと、疲労特性が急速に劣化する。 If the heat treatment furnace is not evacuated, the inside of the heat treatment furnace is reliably contaminated with a low melting point metal such as Pb every time the heat treatment is performed. For this reason, if the heat treatment is performed without exhausting the heat treatment furnace, the fatigue characteristics are rapidly deteriorated.
一方、本実施例では、熱処理の間、熱処理炉内を常に所定の流量(>0)で排気する。従って、同じ熱処理炉を用いて繰り返し熱処理を行っても、FeRAMの疲労特性が劣化することはない。 On the other hand, in this embodiment, the inside of the heat treatment furnace is always evacuated at a predetermined flow rate (> 0) during the heat treatment. Therefore, even if heat treatment is repeatedly performed using the same heat treatment furnace, the fatigue characteristics of FeRAM do not deteriorate.
(6)変形例
上述したFeRAMの製造方法では、熱処理の間、基板載置台40を静止させている。しかし、Si基板2を載置した基板載置台72を回転させながら、熱処理を行ってもよい。Si基板が回転すると、熱処理雰囲気ガスが、強誘電体材料膜172に均等に供給される。このため、強誘電体材料膜172の結晶化が強誘電体材料膜の表面全体に亘って均一に進み、同一基板内における膜質のバラツキが小さくなる。このため、FeRAMの不良品発生率が小さくなる。
(6) Modification In the above-described FeRAM manufacturing method, the substrate mounting table 40 is stationary during the heat treatment. However, heat treatment may be performed while rotating the substrate mounting table 72 on which the
本実施例では、熱処理後の冷却期間(図14の期間III)中も、熱処理中と同じ流量の熱処理雰囲気ガスを供給しながら熱処理炉を排気する。しかし、基板を冷却期している間、熱処理雰囲気ガス及び熱処理炉の排気流量を増加させもよい。例えば、冷却期間中のガス供給流量を、熱処理中のガス供給流量の1.1倍から10倍に増加させてもよい。 In this embodiment, the heat treatment furnace is exhausted while supplying the heat treatment atmosphere gas at the same flow rate as that during the heat treatment even during the cooling period after the heat treatment (period III in FIG. 14). However, the heat treatment atmosphere gas and the exhaust flow rate of the heat treatment furnace may be increased while the substrate is being cooled. For example, the gas supply flow rate during the cooling period may be increased from 1.1 times to 10 times the gas supply flow rate during the heat treatment.
このようにすると、強誘電体材料膜172から蒸発した低融点金属を、熱処理炉内から効率的に除去することができる。従って、FeRAMの疲労特性の劣化速度を、更に遅くすることができる。この際、熱処理雰囲気ガスを予め加熱してから熱処理炉内に供給すると、より効果的である。熱処理雰囲気ガスの加熱は、熱処理炉14aとガス混合器36の間に加熱器を設けて行えばよい。
Thus, the low melting point metal evaporated from the
尚、熱処理期間中における基板載置台40の回転数は、1回転以上が好ましい。回転数が2回転以上で且つ整数回であれば、更に好ましい。基板載置台40を回転させるためには、回転軸38に接続された駆動装置を動作させればよい。
Note that the number of rotations of the substrate mounting table 40 during the heat treatment period is preferably one rotation or more. More preferably, the number of rotations is 2 or more and an integer number. In order to rotate the substrate mounting table 40, a driving device connected to the
本実施例は、実施例1と同様、FeRAMの製造方法に関するものである。従って、実施例1と重複する部分は、説明を省略する。 The present embodiment, like the first embodiment, relates to a method for manufacturing FeRAM. Therefore, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図21は、本実施例で使用する熱処理装置72の構成を説明する断面図である。図22は、本熱処理装置72の基板載置台40及びその近傍の構成を説明する平面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
本実施例の熱処理装置72は、図21及び図22に示すように、滑らかな閉曲線(円、楕円など)に沿って設けられ内壁74と、この内壁74の内側に設けられた基板載置台40を有している。そして、本熱処理装置72では、この内壁74の内側に、熱処理雰囲気ガスの供給口20と熱処理炉の排気口22が設けられている。
As shown in FIGS. 21 and 22, the
本実施例における強誘電体材料膜172の熱処理は、以下のように行われる。
The heat treatment of the
まず、熱処理炉14aの側面に設けられた扉(図示せず)及び内壁74の側面に設けられた扉(図示せず)を開ける。次に、内壁74の内側に設けられた基板載置台40に、強誘電体材料膜172を形成したSi基板2を配置する。
First, a door (not shown) provided on the side surface of the
次に、マスフローメータ32c,32dを動作させて熱処理雰囲気ガスを生成し、
内壁74の内側に設けられたガス供給口20を通して、一定流量の熱処理雰囲気ガスを内壁74の内側に供給する。
Next, the
Through the
次に、マスフローメータ32bの排気バルブを開放し、内壁74の内側に設けられた排気口22を通して、熱処理炉14aの内部を排気する。そのまま所定の時間(例えば、1分間)待機し、熱処理炉14aの内部を、熱処理雰囲気ガスで置換する。
Next, the exhaust valve of the
次に、マスフローメータ32b(排気ユニット)の流量を一定値(例えば、熱処理雰囲気ガスの流量に等しい値)に設定して、熱処理炉14a内のガスの流量が整流するまで待機する。
Next, the flow rate of the
その後、実施例1のステップS12〜S16と同様の工程を実施する。以上により、本実施例による強誘電体材料膜の熱処理工程が完了する。 Then, the process similar to step S12-S16 of Example 1 is implemented. Thus, the heat treatment process for the ferroelectric material film according to this embodiment is completed.
ところで、実施例1では熱処理炉が箱型なので、熱処理雰囲気ガスが、熱処理炉の隅に滞留しやすくなっている。 By the way, in Example 1, since the heat treatment furnace is a box type, the heat treatment atmosphere gas tends to stay in the corner of the heat treatment furnace.
しかし、本実施例では、熱処理雰囲気ガスが滑らかな閉曲線に沿って設けられ内壁の内側に供給されるので、熱処理雰囲気ガスの滞留は殆ど起こらない。従って、本実施例によれば、熱処理炉内へのPb等の付着が抑制されので、Pb等の再付着によるFeRAMの疲労劣化の速度は更に遅くなる。 However, in this embodiment, the heat treatment atmosphere gas is provided along a smooth closed curve and is supplied to the inside of the inner wall, so that the heat treatment atmosphere gas hardly remains. Therefore, according to the present embodiment, the adhesion of Pb or the like in the heat treatment furnace is suppressed, and therefore the rate of fatigue deterioration of FeRAM due to the reattachment of Pb or the like is further reduced.
本実施例は、実施例1と同様、FeRAMの製造方法に関するものである。従って、実施例1と重複する部分は、説明を省略する。図23は、本実施例の熱処理装置の基板載置台40及びその近傍の構成を示す平面図である。 The present embodiment, like the first embodiment, relates to a method for manufacturing FeRAM. Therefore, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted. FIG. 23 is a plan view showing the configuration of the substrate mounting table 40 and its vicinity in the heat treatment apparatus of this embodiment.
本熱処理装置では、図23に示すように、基板載置台40の外周に沿って複数のガス供給口20aが設けられている。複数のガス供給口20aは,複数のグループ190a,グループ190b,グループ190c,グループ190dに分割れている。夫々のグループに属するガス供給口は、同時に熱処理雰囲気ガスを供給する。一方、夫々のグループは、他のグループが熱処理雰囲気ガスを供給している間は、熱処理雰囲気ガスを供給しない。そして、熱処理の間、所定の回転方向(右回り又は左回り)に沿って、熱処理雰囲気ガスを供給するグループが移動して行く(例えば、グループ190a→グループ190b→グループ190c→グループ190d→グループ190a)。
In this heat treatment apparatus, as shown in FIG. 23, a plurality of
すなわち、本実施例では、熱処理雰囲気ガスの供給が、Si基板2の外周に沿って周回するガス供給位置(熱処理雰囲気ガスを供給しているグループの位置)を通して行われる。
That is, in this embodiment, the supply of the heat treatment atmosphere gas is performed through a gas supply position (position of a group supplying the heat treatment atmosphere gas) that circulates along the outer periphery of the
同様に、本熱処理装置では、図23に示すように、基板載置台40の外周に沿って複数の排気口22aが設けられている。排気口22aは、複数のグループ192a,グループ192b,グループ192c,グループ192dに分割されている。夫々のグループに属する排気口は、同時に熱処理炉を排気する。一方、夫々のグループは、他のグループが熱処理炉を排気している間は、熱処理炉を排気しない。
Similarly, in this heat treatment apparatus, as shown in FIG. 23, a plurality of
そして、熱処理の間、所定の回転方向(右回り又は左回り)に沿って、熱処理炉を排気するグループが移動して行く(例えば、グループ192a→グループ192b→グループ192c→グループ1902d→グループ192a)。
Then, during heat treatment, a group for exhausting the heat treatment furnace moves along a predetermined rotation direction (clockwise or counterclockwise) (for example,
すなわち、本実施例では、熱処理炉の排気が、Si基板2の外周に沿って周回する排気位置(熱処理炉を排気しているグループの位置)を通して行われる。ここで、熱処理雰炉を排気しているグループ(例えば、グループ192a)は、熱処理雰囲気ガスを供給しているガス供給口のグループ(例えば、グループ190c)と、Si基板2(基板載置台40)を挟んで対向するように周回する。
That is, in this embodiment, the heat treatment furnace is exhausted through an exhaust position (a position of a group exhausting the heat treatment furnace) that circulates along the outer periphery of the
尚、図23に示すように、ガス供給口20aは、Si基板2の外周の外側であって、Si基板2の上側に開口している。一方、排気口22aは、Si基板2の外周の内側であって、Si基板2の下側に開口している。
As shown in FIG. 23, the
本実施例では、熱処理雰囲気ガスの供給位置及び熱処理炉の排気位置がSi基板の外周に沿って周回するので、熱処理の間、Si基板2を回転しなくても、熱処理雰囲気ガスを強誘電体材料膜172の表面に均等に供給することができる。従って、強誘電体材料膜の結晶化が強誘電体材料膜の表面全体に亘って均一に進むので、同一基板内における膜質のバラツキが小さくなる。このため、FeRAMの不良品発生率が、更に小さくなる。
In this embodiment, the supply position of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust position of the heat treatment furnace circulate along the outer periphery of the Si substrate, so that the heat treatment atmosphere gas can be made ferroelectric without having to rotate the
尚、グループ化された複数のガス供給口の代わりに、円弧状のガス吸気口を用いてもよい。同様に、グループ化された排気口の代わりに、円弧状の排気口を用いてもよい。 An arcuate gas inlet may be used instead of the grouped gas supply ports. Similarly, an arcuate exhaust port may be used instead of the grouped exhaust ports.
ところで、以上の例(実施例等)で製造するデバイスはFeRAMであるが、強誘電体膜を有する他のデバイス、例えば、圧電素子や焦電素子等の他のデバイスを製造してもよい。 By the way, although the device manufactured by the above example (Example etc.) is FeRAM, you may manufacture other devices which have a ferroelectric film, for example, other devices, such as a piezoelectric element and a pyroelectric element.
また、以上の例で製造するFeRAMは、1T1C型のFeRAMである。しかし、MFSFET(Metal Ferroelectric Insulator Semicondutor Fied Effect Transistor)型FeRAM等を、製造してもよい。 Further, the FeRAM manufactured in the above example is a 1T1C type FeRAM. However, a MFSFET (Metal Ferroelectric Insulator Semiconductor Effector Transistor) type FeRAM or the like may be manufactured.
また、以上の例では、Si基板を用いているが、化合物半導体基板、金属基板、セラミック基板等の他の基板を用いてもよい。 Moreover, although the Si substrate is used in the above example, other substrates such as a compound semiconductor substrate, a metal substrate, and a ceramic substrate may be used.
また、以上の例で説明した強誘電体膜は、PZTである。しかし、強誘電体膜は、他の強誘電体、例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する強誘電体酸化物(例えば、SBT(SrBi2Ta2O9))であってもよい。 The ferroelectric film described in the above example is PZT. However, the ferroelectric film may be another ferroelectric, for example, a ferroelectric oxide having a perovskite crystal structure (for example, SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 )).
また、以上の例では、強誘電体材料膜を、強誘電体酸化物ターゲットをスッパターリングして形成している。しかし、ゾルゲル法により、強誘電体材料膜を形成してもよい。 In the above example, the ferroelectric material film is formed by sputtering the ferroelectric oxide target. However, the ferroelectric material film may be formed by a sol-gel method.
また、以上の例では、熱処理雰囲気ガスは、酸素とアルゴンの混合ガスである。しかし、熱処理雰囲気ガスは、他のガスであってもよい。例えば、酸素とキセンノン(或いは、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガス)との混合ガスであってもよい。 In the above example, the heat treatment atmosphere gas is a mixed gas of oxygen and argon. However, the heat treatment atmosphere gas may be another gas. For example, a mixed gas of oxygen and xenon (or an inert gas such as helium, neon, or nitrogen) may be used.
また、以上の例では、マスフローメータにより排気流量等を一定にしている。しかし、マスフローメータの代わりに、圧力補償付流量制御弁など他の流量制御バルブを用いてもよい。 In the above example, the exhaust flow rate is made constant by the mass flow meter. However, other flow control valves such as a pressure compensation flow control valve may be used instead of the mass flow meter.
以上の実施例1〜3を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following appendices are further disclosed with respect to the embodiments including the first to third embodiments.
(付記1)
基板上に強誘電体材料膜を形成する第1の工程と、
前記強誘電体材料膜を形成した前記基板を熱処理炉内に配置し、前記熱処理炉内に熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、前記第1の流量に対応する第2の流量で前記熱処理炉内を排気しながら、前記強誘電体材料膜を加熱して強誘電体膜を形成する第2の工程とを有する、
強誘電体膜を有するデバイスの製造方法。
(Appendix 1)
A first step of forming a ferroelectric material film on the substrate;
The substrate on which the ferroelectric material film is formed is disposed in a heat treatment furnace, and a heat treatment atmosphere gas is supplied into the heat treatment furnace at a first flow rate, and at a second flow rate corresponding to the first flow rate. A second step of heating the ferroelectric material film while evacuating the heat treatment furnace to form a ferroelectric film.
A method for manufacturing a device having a ferroelectric film.
(付記2)
付記1のデバイスの製造方法において、
前記第2の流量が、前記第1の流量に対して、0.9倍以上1.1倍以下であることを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 2)
In the device manufacturing method of
The second flow rate is 0.9 times or more and 1.1 times or less than the first flow rate.
A device manufacturing method.
(付記3)
付記1又は2に記載のデバイスの製造方法において、
前記第2の工程を実施している間、前記熱処理炉に接続された排気バルブの開度を、前記第2の流量が一定に保たれるように制御することを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 3)
In the device manufacturing method according to
While performing the second step, controlling the opening of the exhaust valve connected to the heat treatment furnace so that the second flow rate is kept constant,
A device manufacturing method.
(付記4)
付記1乃至3のいずれか1項に記載のデバイスの製造方法において、
前記第2の工程における前記基板の配置が、滑らかな閉曲線に沿って前記熱処理炉内に設けられた内壁の内側で行われ、
前記第2の工程における前記熱処理雰囲気ガスの供給が、前記内壁の内側に設けられたガス供給口を通して行われ、
前記第2の工程における前記熱処理炉内の排気が、前記内壁の内側に設けられた排気口を通して行われることを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 4)
In the device manufacturing method according to any one of
The placement of the substrate in the second step is performed inside an inner wall provided in the heat treatment furnace along a smooth closed curve,
Supply of the heat treatment atmosphere gas in the second step is performed through a gas supply port provided inside the inner wall,
The exhaust in the heat treatment furnace in the second step is performed through an exhaust port provided inside the inner wall.
A device manufacturing method.
(付記5)
付記1乃至4のいずれか1項に記載のデバイスの製造方法において、
前記第2の工程において、前記基板を回転することを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 5)
In the device manufacturing method according to any one of
In the second step, rotating the substrate;
A device manufacturing method.
(付記6)
付記1乃至4のいずれか1項に記載のデバイスの製造方法において、
前記第2の工程における前記熱処理雰囲気ガスの供給が、前記基板の外周に沿って周回するガス供給位置を通して行われ、
前記第2の工程における前記熱処理炉内の排気が、前記ガス供給位置に対向しながら、前記外周に沿って周回するガス排気位置を通して行われることを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 6)
In the device manufacturing method according to any one of
The supply of the heat treatment atmosphere gas in the second step is performed through a gas supply position that circulates along the outer periphery of the substrate,
The exhaust in the heat treatment furnace in the second step is performed through a gas exhaust position that circulates along the outer periphery while facing the gas supply position.
A device manufacturing method.
(付記7)
付記1乃至6のいずれか1項に記載のデバイスの製造方法において、
前記第1の工程と前記第2の工程の間に、前記熱処理炉内部の体積以上の前記熱処理雰囲気ガスを前記熱処理炉に供給して、前記熱処理炉の内部を前記熱処理雰囲気ガスで置換することを、
特徴とするデバイスの製造方法。
(Appendix 7)
In the device manufacturing method according to any one of
Between the first step and the second step, supplying the heat treatment atmosphere gas in a volume greater than or equal to the volume inside the heat treatment furnace to the heat treatment furnace, and replacing the inside of the heat treatment furnace with the heat treatment atmosphere gas. The
A device manufacturing method.
(付記8)
強誘電体材料膜が形成された基板の熱処理を行う熱処理炉と、
前記熱処理炉に熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、前記第1の流量に対応する第2の流量で前記熱処理炉内を排気する供給排気ユニットを、
有する熱処理装置。
(Appendix 8)
A heat treatment furnace for performing heat treatment of the substrate on which the ferroelectric material film is formed;
A supply / exhaust unit for supplying a heat treatment atmosphere gas to the heat treatment furnace at a first flow rate and exhausting the heat treatment furnace at a second flow rate corresponding to the first flow rate,
Heat treatment apparatus having.
(付記9)
付記8に記載の熱処理装置において、
前記熱処理炉が前記基板を熱処理している間、前記供給排気ユニットが、前記第2の流量が一定に保たれるように、前記熱処理炉に接続された排気バルブの開度を制御することを、
特徴とする熱処理装置。
(Appendix 9)
In the heat treatment apparatus according to
While the heat treatment furnace heat-treats the substrate, the supply exhaust unit controls an opening degree of an exhaust valve connected to the heat treatment furnace so that the second flow rate is kept constant. ,
A heat treatment device characterized.
(付記10)
付記8又は9に記載の熱処理装置において、
前記熱処理炉が、滑らかな閉曲線に沿って設けられた内壁と、前記内壁の内側に設けられた基板載置台を有し、
前記熱処理雰囲気ガスのガス供給口と前記熱処理炉の排気口が、前記内壁の内側に設けられていることを、
特徴とする熱処理装置。
(Appendix 10)
In the heat treatment apparatus according to
The heat treatment furnace has an inner wall provided along a smooth closed curve, and a substrate mounting table provided inside the inner wall,
The gas supply port of the heat treatment atmosphere gas and the exhaust port of the heat treatment furnace are provided inside the inner wall,
A heat treatment device characterized.
(付記11)
付記8又は9に記載の熱処理装置において、
基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台の外周に沿って配置された複数のガス供給口と、
前記基板載置台の外周に沿って配置された複数の排気口とを有し、
熱処理の間、所定の回転方向に沿って、前記熱処理雰囲気ガスを供給しているガス供給口が移動し、
熱処理の間、前記所定の回転方向沿って、前記熱処理炉を排気している前記排気口が移動することを、
特徴とする熱処理装置。
(Appendix 11)
In the heat treatment apparatus according to
A substrate mounting table for mounting the substrate;
A plurality of gas supply ports arranged along the outer periphery of the substrate mounting table;
A plurality of exhaust ports arranged along the outer periphery of the substrate mounting table;
During the heat treatment, the gas supply port supplying the heat treatment atmosphere gas moves along a predetermined rotation direction,
During the heat treatment, the exhaust port exhausting the heat treatment furnace moves along the predetermined rotation direction.
A heat treatment device characterized.
2・・・Si基板
8・・・強誘電体材料膜 9・・・強誘電体膜
14・・・熱処理炉 16,16a・・・熱処理雰囲気ガス
20,20a・・・ガス供給口 22・・・排気口
30,30a, 30b・・・供給排気ユニット
2 ...
Claims (5)
前記強誘電体材料膜を形成した前記基板を熱処理炉内に配置し、前記熱処理炉内に熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、前記第1の流量に対応する第2の流量で前記熱処理炉内を排気しながら、前記強誘電体材料膜を加熱して強誘電体膜を形成する第2の工程とを有する、
強誘電体膜を有するデバイスの製造方法。 A first step of forming a ferroelectric material film on the substrate;
The substrate on which the ferroelectric material film is formed is disposed in a heat treatment furnace, and a heat treatment atmosphere gas is supplied into the heat treatment furnace at a first flow rate, and at a second flow rate corresponding to the first flow rate. A second step of heating the ferroelectric material film while evacuating the heat treatment furnace to form a ferroelectric film.
A method for manufacturing a device having a ferroelectric film.
前記第2の流量が、前記第1の流量に対して、0.9倍以上1.1倍以下であることを、
特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device of Claim 1,
The second flow rate is 0.9 times or more and 1.1 times or less than the first flow rate.
A device manufacturing method.
前記第2の工程を実施している間、前記熱処理炉に接続された排気バルブの開度を、前記第2の流量が一定に保たれるように制御することを、
特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device of Claim 1 or 2,
While performing the second step, controlling the opening of the exhaust valve connected to the heat treatment furnace so that the second flow rate is kept constant,
A device manufacturing method.
前記第2の工程における前記基板の配置が、滑らかな閉曲線に沿って前記熱処理炉内に設けられた内壁の内側で行われ、
前記第2の工程における前記熱処理雰囲気ガスの供給が、前記内壁の内側に設けられたガス供給口を通して行われ、
前記第2の工程における前記熱処理炉内の排気が、前記内壁の内側に設けられた排気口を通して行われることを、
特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device according to any one of claims 1 to 3,
The placement of the substrate in the second step is performed inside an inner wall provided in the heat treatment furnace along a smooth closed curve,
Supply of the heat treatment atmosphere gas in the second step is performed through a gas supply port provided inside the inner wall,
The exhaust in the heat treatment furnace in the second step is performed through an exhaust port provided inside the inner wall.
A device manufacturing method.
前記熱処理炉に熱処理雰囲気ガスを第1の流量で供給すると共に、前記第1の流量に対応する第2の流量で前記熱処理炉内を排気する供給排気ユニットを、
有する熱処理装置。 A heat treatment furnace for performing heat treatment of the substrate on which the ferroelectric material film is formed;
A supply / exhaust unit for supplying a heat treatment atmosphere gas to the heat treatment furnace at a first flow rate and exhausting the heat treatment furnace at a second flow rate corresponding to the first flow rate,
Heat treatment apparatus having.
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- 2009-07-14 JP JP2009165546A patent/JP2011023454A/en active Pending
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