[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580049364.8
• 申請日: 2005-03-30
• 公開（公告）號: CN101151729A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文生
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L27/105
• 分類號: H01L27/105
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張龍哺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及具有使用高電介質(zhì)薄膜或鐵電薄膜作為電介質(zhì)薄膜的電容器的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著近些年數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，對大容量數(shù)據(jù)高速地進(jìn)行存儲、處理等的必要性不斷提高，而對電子設(shè)備所使用的半導(dǎo)體裝置要求高集成化和高性能化。為了響應(yīng)這樣的要求而廣泛地研究開發(fā)這樣一種技術(shù)：例如，在DRAM(Dynamic?Random?Access?Memory：動態(tài)隨機(jī)存儲器)中，為了實現(xiàn)其高集成化，作為構(gòu)成DRAM的電容器的電介質(zhì)薄膜，而使用鐵電材料、高電介質(zhì)材料。

使用了鐵電電容器的鐵電存儲器(FeRAM：Ferroelectric?Random?AccessMemory)是一種非易失性存儲器，其具有可高速工作、電力消耗低、寫入/讀出耐久性優(yōu)越等特征，今后有更廣闊的發(fā)展前景，其中，鐵電電容器使用鐵電薄膜作為電容器的電介質(zhì)薄膜。

FeRAM是利用鐵電體的磁滯特性來存儲信息的存儲器。在具有被一對電極所夾持的鐵電薄膜的鐵電電容器中，鐵電薄膜根據(jù)電極間的施加電壓而產(chǎn)生極化，在停止對電極間施加電壓之后仍有自發(fā)極化。如果反轉(zhuǎn)電極間的施加電壓的極性，則該自發(fā)極化的極性也反轉(zhuǎn)。這樣，在鐵電電容器中，存儲了與鐵電薄膜的自發(fā)極化的極性對應(yīng)的信息，通過檢測出自發(fā)極化，而能夠讀出所存儲的信息。

作為在FeRAM的鐵電電容器所使用的鐵電薄膜的材料，而可以使用PbZr_1-XTi_XO₃(PZT)、Pb_1-XLa_XZr_1-Y?Ti_YO₃(PLZT)、摻雜了微量Ca、Sr、Si的PZT等PZT類鐵電體。另外，也可使用SrBi₂Ta₂O₉(SBT)、SrBi₂(Ta_XNb_1-X)₂O₉(SBTN)等鉍層狀結(jié)構(gòu)鐵電體等。這些鐵電薄膜可以通過溶膠-凝膠法、濺射法、MOCVD(Metal?Organic?Chemical?Vapor?Deposition：金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法等形成。

在鐵電電容器所使用的鐵電薄膜通常在通過上述溶膠-凝膠法等而在下部電極上成膜后，通過熱處理，使其結(jié)晶化為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶或鉍層狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。因此，鐵電電容器的電極材料必須是難以氧化的材料，或者是即使被氧化也仍能夠維持導(dǎo)電性的材料。作為這種電極材料，而廣泛使用Pt、Ir、IrO_X等鉑類金屬或鉑類金屬的氧化物。此外，作為FeRAM中的其他配線材料，而一般使用在通常的半導(dǎo)體器件中所使用的A1等。

另外，F(xiàn)eRAM也與其他半導(dǎo)體同樣存在今后要減少單元面積的問題。作為可實現(xiàn)減少FeRAM的單元面積的結(jié)構(gòu)，堆疊型單元引起人們的關(guān)注。

在堆疊型單元中，在與形成在半導(dǎo)體基板上的晶體管的源極/漏極區(qū)域相連接的插塞的正上方，形成有鐵電電容器。即，在與源極/漏極區(qū)域相連接的插塞上，依次形成有阻擋金屬膜、下部電極、鐵電薄膜、以及上部電極。作為插塞，而使用由鎢構(gòu)成的插塞。另外，阻擋金屬可以起到抑制氧擴(kuò)散的作用。一般形成有兼作下部電極和阻擋金屬的導(dǎo)體膜。因此，雖然難以區(qū)分阻擋金屬與下部電極，但可以研究將TiN、TiAlN、Ir、IrO₂、RuO₂、SrRuO₃(SRO)的組合作為該導(dǎo)體膜的材料。

另外，如上所述，作為鐵電電容器的電極材料，而可以使用鉑類金屬或鉑類金屬的氧化物。但是，Pt相對于氧具有高透過性。因此，在堆疊型單元中，如果在鎢插塞的正上方形成Pt膜來作為下部電極，則氧容易透過Pt膜，有時會因熱處理而容易使鎢插塞氧化。為了抑制這種鎢插塞的氧化，在堆疊型單元中，作為下部電極，而大多使用依次層疊有Ir膜和Pt膜的結(jié)構(gòu)(Pt/Ir結(jié)構(gòu))、依次層疊Ir膜和IrO₂膜和Pt膜的結(jié)構(gòu)(Pt/IrO₂/Ir結(jié)構(gòu))。并且，提出了具有各種層疊結(jié)構(gòu)的下部電極(例如，參照專利文獻(xiàn)1～3)。另外還提出了這樣的技術(shù)：在埋入有鎢插塞的接觸孔的內(nèi)壁面上預(yù)先形成有各種阻擋金屬，從而能夠?qū)崿F(xiàn)防止鎢插塞與下部電極接觸的連接部的電阻增大、防止鐵電電容器的特性劣化等(例如，參照專利文獻(xiàn)4、5)。