[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580051451.7
• 申請(qǐng)日: 2005-09-01
• 公開（公告）號(hào): CN101253621A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 中村亙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士通株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/8246
• 分類號(hào): H01L21/8246;H01L27/105
• 代理公司: 隆天國際知識(shí)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)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

作為即使切斷電源也可以存儲(chǔ)信息的非易失性存儲(chǔ)器，閃存或鐵電存儲(chǔ)器已被公知。

其中，閃存具有浮柵，所述浮柵填埋在絕緣柵極型的場效應(yīng)晶體管(IGFET)的柵極絕緣膜中，并且通過表示存儲(chǔ)信息的電荷存儲(chǔ)到浮柵中由此存儲(chǔ)信息。但是，在這種閃存中存在如下缺點(diǎn)，即，信息的寫入或刪除時(shí)，需要向柵極絕緣膜通隧道電流，并需要較高的電壓。

相對(duì)于此，鐵電存儲(chǔ)器也被稱之為FeRAM(Ferroelectric?Random?AccessMemory)，其利用鐵電電容器具有的鐵電膜的磁滯特性來存儲(chǔ)信息。該鐵電膜，根據(jù)施加在電容器的上部電極和下部電極之間的電壓產(chǎn)生極化，即使去掉該電壓也殘留自發(fā)極化。當(dāng)使施加的電壓的極性反相時(shí)，該自發(fā)極化也顛倒，通過將其自發(fā)極化的方向與“1”和“0”相對(duì)應(yīng)，而向鐵電膜寫入信息。FeRAM具有以下優(yōu)點(diǎn)：該寫入所需的電壓比閃存的電壓還低，另外，比閃存還要高速地寫入。

圖1是該FeRAM的電容器Q的剖面圖。

如該圖所示，電容器Q是在基底膜100上依次層疊下部電極101、電容器電介質(zhì)膜102及上部電極103而成的。

這些當(dāng)中，作為電容器電介質(zhì)膜102，一般使用PZT(Pb(Zr_x，Ti_1-x)O₃)膜，該P(yáng)ZT膜的殘留極化電荷等鐵電體特性是很大程度上依賴于PZT結(jié)晶的取向，其取向越在(111)方向上一致則越能夠提高上述鐵電體的特性。

另一方面，作為下部電極101，使用例如，將鈦(Ti)膜和鉑(Pt)膜，依次形成的疊層膜。在該疊層膜中，鈦膜中的鈦沿著鉑膜的晶界擴(kuò)散至鉑膜的表面，通過濺射法在其上形成PZT膜時(shí)，上述的鈦被包含在PZT中的微量的氧氣氧化，而形成氧化鈦(TiO₂)核，該氧化鈦成為PZT膜的初期生長核，并且PZT膜的取向在(111)方向上一致。

另外，該氧化鈦核能夠通過如下方式形成，即，將PZT膜在氧氣環(huán)境中進(jìn)行退火并使之結(jié)晶化時(shí)，環(huán)境中的氧氣將上述鈦氧化。

還有，Pt(111)和PZT(111)的晶格失配小，所以還能夠?qū)ZT膜良好地形成在鉑膜上，所述PZT可減少與晶格失配相伴的缺陷。

另外，用于這種電容器Q上的電容器電介質(zhì)膜102，需要高密度的結(jié)晶，以便即使將電容器微細(xì)化也能得到高鐵電性。因此，為了滿足該要求，作為電容器電介質(zhì)膜102的成膜方法，理想地，不是溶膠凝膠法或?yàn)R射法，而是采用MOCVD(Metal?Organic?CVD)法

但是，用MOCVD法形成PZT膜時(shí)，PZT膜中的鉛(Pb)和下部電極101的鉑反應(yīng)而在下部電極101上產(chǎn)生表面粗糙，因該表面粗糙而難以使PZT膜的取向在(111)方向上一致。

另外，還有以下方法，即形成氧化銥(IrO_x)膜等的氧化物作為下部電極101，并通過該氧化物的取向作用，使PZT膜沿著(111)方向取向。但是，當(dāng)在由氧化物構(gòu)成下部電極101上通過MOCVD法形成PZT膜時(shí)，因?yàn)檠趸锉籔ZT還原且下部電極101成為非晶狀態(tài)，所以無法通過下部電極101的取向控制PZT膜的取向。

因此，用MOCVD法形成PZT膜時(shí)，作為下部電極101形成銥(Ir)膜的情況多。這時(shí)，為了在下部電極101上形成成為PZT的初期生長核的氧化鈦，可以在銥?zāi)は滦纬赦伳ぃ⒀刂灥木Ы缡乖撯仈U(kuò)散到銥的上表面為止。

但是，銥?zāi)け绕鹨呀?jīng)敘述的鉑膜，晶粒小而密，因此，無法期望沿著銥的晶界的鈦的擴(kuò)散，不發(fā)生上述的由氧化鈦構(gòu)成的初期生長核。由此，將銥?zāi)ず外伳さ寞B層膜作為下部電極101的情況下，利用氧化鈦的初期生長核難以使PZT沿著(111)方向取向。

而且，Ir(111)的晶格常數(shù)比PZT(111)的還小，銥?zāi)ず蚉ZT膜的晶格失配大，所以導(dǎo)致形成在銥?zāi)ど系腜ZT膜，向與極化方向不同的(100)方向取向或隨機(jī)取向。

在上述中，對(duì)使用氧化鈦?zhàn)鳛镻ZT的初期生長核的這一點(diǎn)進(jìn)行了說明，但在下面記載的專利文獻(xiàn)1中將PbTiO₃作為其成長核來使用。

但是，因?yàn)镻bTiO₃是三元化合物，所以存在難以控制其組成比率的問題。

另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了成為下部電極的銥?zāi)ど闲纬裳趸伳ぃ⒃撗趸伳ぷ鳛楹诵纬蒔ZT膜。

但是，TiO₂等的氧化鈦，以氧化溫度和環(huán)境成為各種組合狀態(tài)，因此，難以控制其取向。