微電子結構的製作方法
2023-05-24 12:05:21 5
專利名稱：微電子結構的製作方法
技術領域：
本發明位於半導體技術領域，和涉及包括至少一個襯底和一個第一導電層的微電子結構。尤其是在半導體存儲器中採用這種微電子結構。
以增長的趨勢採用具有高介電常數(Epsilon＞20)或具有鐵電特性的材料，用於進一步提高半導體存儲器上的集成密度。當今處於主要關注中的材料，是在較高溫度下，在存在氧的條件下，澱積出的金屬氧化物電介材料。傑出的代表例如是鈦酸鋇鍶((Ba，Sr)TiO3，BST)，鈦酸鉛鋯(PbZrTiO3，PZT)，鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9，SBT)以及上述材料的衍生物。必要的高澱積溫度以及存在的氧氣氣氛對半導體襯底上已經形成的結構，尤其是對存儲電容器的下電極以及對位於電極下的阻擋層提出高的要求。尤其是已建議使用耐氧的貴金屬作為電極材料。由於這樣的貴金屬，尤其是優先的鉑，與矽形成起幹擾作用的金屬矽化物，所以一種通常布置在電極和矽襯底或多晶矽層之間的阻擋層應阻止矽擴散入鉑電極。阻擋層由鈦或鈦-氮化鈦組成。
在較高的澱積溫度下(500℃以上)鈦卻不利地較迅速被氧化，並且因此阻止電極和矽之間的導電連接。所以已建議一系列措施，以便保護阻擋層在金屬氧化物的澱積期間免受氧化。
一種可能性，例如是在抗氧的氮化物層中掩埋阻擋層，例如在US5,619,393中建議了這種氮化物層。在此解決辦法上，阻擋層是由氮化物層凸緣狀地包圍的，並且在它的上側面上完全由延伸至超越凸緣的電極所覆蓋。這種結構的製造卻是要用較多的工藝步驟的。迴避阻擋層氧化問題的一種其它的可能性在於，採用在其上不是下電極而是上電極經導電層與所分配的選擇電晶體連接的一種結構。因此可以捨棄下電極之下的導電阻擋層。例如在US5,122,477中所說明的這種結構卻不利地要求較多的面積，並且是因而不適合於極高集成的存儲器元件的。
因此本發明的任務在於，建議使簡單而可靠地防護氧敏感層成為可能的一種微電子結構，以及提供用於製造這種結構的一種方法。
在按本發明開始時所述類型的微電子結構上，如此解決此任務，使得第一導電層由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族(Nebengruppe)中的，或來自鑭系中的至少一種元素。
本發明的基本構思在於，用合適的束縛氧的添加物配備導電層。這些添加物應阻止氧的或愛擴散的氧化物的擴散，並且因此保護位於導電層下的結構不受氧化。為此目的第一導電層由至少一種基本材料組成，此基本材料一方面是導電的，而另一方面是在很大程度上抗氧的，並且束縛氧的添加物是儘可能均勻地分布到此基本材料中的。重要的是，束縛氧的添加物是已經在氧作用到要保護的結構中之前存在於基本材料中的，並且因此阻止穿過第一導電層的氧擴散。
至少一種束縛氧的添加物與可以由一個或多個組分組成的基本材料形成一種合金或一個混合層，在此束縛氧的添加物在基本材料中可以至少部分地也作為微細分布的析出物存在著。束縛氧的添加物均勻分布的優點尤其是，第一導電層的均勻的氧再吸收能力，通過第一導電層層厚的變化來適配再吸收能力，和由於氧結合導致均勻的和在很大程度上無應力的體積增加。
尤其是來自第四副族中的，或來自鑭系中的元素已證明為有利的束縛氧的添加物，在此，尤其是優先鋯，鉿，鈰或這些元素的組合物。此外有利的是，以在0.5％和20％之間的，優先在1％和10％之間的重量份額給基本材料添加束縛氧的添加物。
第一導電層的合適的基本材料是貴金屬，尤其是鉑，鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，上述金屬的導電氧化物，或上述化合物和元素的混合物。
此外優先的是，微電子結構具有至少部分地覆蓋第一導電層的金屬氧化物電介層。金屬氧化物電介層尤其是在半導體存儲器上用作為電容器電介層的，在此第一導電層至少是存儲電容器的一個電極的部分。由於通常將金屬氧化物電介層直接安放到第一導電層上，在含氧氣氛中澱積金屬氧化物電介層時要保護尤其位於第一導電層下的阻擋層免受氧氣侵蝕。在第一導電層中通過束縛氧的添加物，尤其是通過鉿實現這一點。
金屬氧化物電介層優先由普遍形式ABO的化合物組成，在此O代表氧，A和B各自代表來自鋇，鍶，鉭，鈦，鉛，鋯，鈮，鑭，鈣和鉀這組中的至少一個元素。一般的化合物ABO常常具有類似鈣鈦礦的晶體結構，這種晶體結構對於所謀求的介電(高介電常數)特性，或對於鐵電特性起著決定性的作用。這種化合物的一個實例是SrBi2Ta2O9。
為了改善金屬氧化物電介層的電性能，優先在第一導電層和金屬氧化物電介層之間布置了優先由尤其是鉑的貴金屬組成的一個第二導電層。此附加的導電層一方面是用於金屬氧化物電介層生長的一種惰性和光滑的界面，和另一方面輔助金屬氧化物電介層在其澱積期間的，或在以後的熱處理期間的晶體生長，並且除此之外是一種附加的氧化防護。
應通過添加物多少的適當選擇調節第一導電層在氧方面的束縛容量，使得其它附加的阻止氧擴散的層是不必要的。因此為了幾乎完全抑制在金屬氧化物電介層澱積時或熱處理時出現的，穿過具有約100nm厚度的第一導電層的氧擴散，例如在8和10％之間的添加物是足夠的。因此為了節省費用可以較薄地實施第一導電層。
通過用於製造包括至少一個襯底和一個第一導電層的微電子結構的一種方法解決本發明任務的第二部分，在此第一導電層由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素，此方法具有以下的步驟-準備襯底；和-同時將基本材料和束縛氧的添加物澱積到襯底上用於形成第一導電層。
在此方法上，優先同時將基本材料和束縛氧的添加物澱積到襯底上，使得在那裡第一導電層逐漸形成為由基本材料和束縛氧的添加物組成的混合物。在合適地選擇澱積溫度和束縛氧的添加物的添加量多少時，可以至少部分地從基本材料中澱積後者，或共同與基本材料形成一種混合晶體。
通過物理的霧化方法(濺射)將基本材料和束縛氧的添加物澱積到襯底上是有利的。優先在採用基本材料和束縛氧的添加物的一個共同源的條件下實現這一點，在此以簡單的方式和方法，通過由基本材料組成的，帶有被安放上的包含束縛氧的添加物的薄片的濺射靶來實現這一點。因此提供一種混合源是不必要的。更準確地說，以簡單的方式和方法可以變化束縛氧的添加物的種類和它的添加量的大小。
例如為了製造具有束縛氧的鉿添加物的銥層，優先在約0.02毫巴壓力和約200℃的襯底溫度下工作。
在安放第一導電層之後藉助MOCVD法或旋轉塗覆(spin-on)法放置金屬氧化物電介層。
優先在存儲裝置中採用微電子結構，在此，第一導電層是一個第一電極，此第一電極與一個其它的電極和布置在這些電極之間的金屬氧化物電介層共同形成一個存儲電容器。許多這樣的存儲電容器是優先布置在一個襯底上的。
除此之外，微電子結構一般適合於作為氧擴散阻擋，以便保護微電子結構的，尤其是半導體結構的氧敏感的範圍免受氧侵蝕。
以下藉助實施例說明和在附圖中展示本發明。這些附圖是
圖1至3為在採用按本發明的微電子結構條件下存儲電容器的不同實施結構，和圖4為用於製造這種微電子結構的一種濺射反應器。
圖1中示出了布置在襯底10上的一種存儲電容器5。此存儲電容器5包括由一個氧化銥層20，一個銥層25和一個鉑層30成層地構造的一個下電極15。選擇地採用氧化釕和釕代替氧化銥和銥也是可能的。氧化銥層20和銥層25一起是第一導電層。氧化銥層20及銥層25中的至少一個含有優先由鉿形成的一種束縛氧的添加物。此添加物取決於它的在1％和10％之間的添加量的多少與有關的層可以形成一種混合晶體，或部分地作為析出物存在。
鉑層30在本實施結構上是第二導電層。優先通過三個層20，25和30的共同刻蝕結構化成層地構造的下電極15。例如通過具有例如在氬濺射過程時達到的高度物理組分的各向異性的刻蝕過程來實現這一點。輔助地可以給氬等離子體添加氯或溴化氫(HBr)。
含鈦的阻擋層35位於下電極15之下。此阻擋層35一方面用於改善襯底10上的下電極15的附著性能，並且另一方面用於阻止矽擴散。由於下電極15是通過襯底10中用多晶矽充填的接觸孔40與在這裡未詳示的選擇電晶體連接的，這一點因而尤其是必要的。將由鈦-氮化鈦組成的阻擋層35優先共同與下電極15結構化。因此對於由下電極15和阻擋層35組成的結構只需一個單個刻蝕步驟。
由一個SBT層45完全覆蓋了下電極15，在此，後者是金屬氧化物電介層。SBT層45因此也有通向阻擋層35邊緣範圍的直接接觸。這意味著，這些範圍在SBT層45澱積時是未受保護的。然而由於氧擴散入阻擋層35中的擴散深度是有限的，所以不是氧化整個阻擋層35，而是僅氧化直接毗鄰到SBT層45上的範圍。在通過布置在其上的下電極15，和尤其是通過位於氧化銥層20或銥層25中的鉿添加物防止氧化來保護阻擋層35的，尤其是位於接觸孔40範圍中的中心範圍。此外，銥層25本身已經起著保護層的作用，因為在S BT工藝條件下(約800℃，含氧氣氛)至少部分地將銥氧化，並且因此阻止氧擴散。
在放上SBT層之後，整個面積地將一個其它的電極50澱積到SBT層45上。其它的電極50與下電極15和SBT層45一起形成鐵電的存儲電容器5。
用圖2中所示的結構是可能改善阻擋層35的保護的。在這種結構上，鉑層30也覆蓋由阻擋層35，氧化銥層20和銥層25組成的層堆的側面範圍，使得SBT層45沒有通向阻擋層35的直接的接觸。此外，在這種結構上有利的是，由鉑層30形成下電極15通向SBT層45的整個界面，並且因此改善了SBT層45的界面特性和存儲器性能。
圖3中表示了一種其它的結構。在這種結構上，僅在接觸孔40的範圍中構成了阻擋層35，使得阻擋層35是完全由氧化銥層20覆蓋的。因此在SBT澱積時阻擋層35是完全受保護防止氧化的。在這種結構上也可以選擇地將鉑層30敷設到氧化銥層20和銥層25的側面範圍上，以便改善電容器性能。
已經指明，在採用鉿時的氧吸納僅導致氧化銥層或銥層20，25的較小的體積增加，使得也許因而出現的機械應力不導至損傷。
為了說明用於製造微電子結構的按本發明方法請參閱圖4，在此微電子結構上第一導電層由基本材料和束縛氧的添加物組成。這裡示意地表示了具有襯底載體60和靶支架65的濺射反應器55，這些襯底載體60和靶支架65同時用作為陰極或陽極。在進一步工藝中體現為襯底10的矽晶片70位於襯底載體60上。在布置在矽晶片70對面的靶支架65上固定了安放上鉿片80的銥片75。這些片一起是濺射工藝期間的共同的源。通過鉿片的大小的選擇可以調節澱積的鉿的份額。通過在濺射反應器55中激勵的氬等離子體從各自的源中共同射出鉿和銥，並且作為混合物堆積到矽晶片70上。由氧化銥片代替銥片75也是可能的。
為了改善在矽晶片70上所濺射的層的附著強度，可以通過置放在晶片之下的加熱器加熱此矽晶片70。有利的溫度在200°至500℃的範圍中。
參考符號清單5存儲電容器10襯底15下電極20氧化銥層(氧化釕)/第一導電層25銥層(釕)/第一導電層30鉑層/第二導電層35阻擋層40接觸孔45 SBT層/金屬氧化物電介層50其它的電極55濺射反應器60襯底載體65靶支架70矽晶片75銥片80鉿片
權利要求
1.包括至少一個襯底(10)和一個第一導電層(20，25)的微電子結構，其特徵在於，第一導電層(20，25)由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素。
2.按權利要求1的微電子結構，其特徵在於，束縛氧的添加物是鋯(Zr)，鉿(Hf)，鈰(Ce)或這些元素的組合。
3.按權利要求1或2的微電子結構，其特徵在於，束縛氧的添加物在第一導電層(20，25)中，以在0.5％至20％之間的，優先在1％至10％之間的重量份額存在。
4.按以上權利要求之一的微電子結構，其特徵在於，基本材料由一種貴金屬尤其是鉑，由鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，由上述金屬的一種導電氧化物，或由上述化合物和元素的一種混合物組成。
5.按以上權利要求之一的微電子結構，其特徵在於，微電子結構具有至少部分地覆蓋第一導電層(20，25)的一種金屬氧化物電介層(45)。
6.按權利要求5的微電子結構，其特徵在於，微電子結構具有至少布置在第一導電層(20，25)和金屬氧化物電介層(45)之間的一個第二導電層(30)。
7.按權利要求6的微電子結構，其特徵在於，第二導電層(30)由尤其是鉑的一種貴金屬組成。
8.按以上權利要求之一的微電子結構，其特徵在於，阻擋層(35)是布置在第一導電層(20，25)和襯底(10)之間的。
9.按權利要求8的微電子結構，其特徵在於，阻擋層(35)是一種含鈦的層。
10.用於製造包括至少一個襯底(10)和一個第一導電層(20，25)的微電子結構的方法，在此，第一導電層(20，25)由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素，具有以下的步驟-準備襯底(10)；和-同時將基本材料和束縛氧的添加物澱積到襯底(10)上，用於形成第一導電層(20，25)。
11.按權利要求10的方法，其特徵在於，通過用一種共同源(75，80)的物理霧化法(濺射)將基本材料和束縛氧的添加物澱積到襯底(10)上。
12.按權利要求10或11之一的方法，其特徵在於，基本材料由一種貴金屬尤其是鉑，由鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，由上述金屬的一種導電氧化物，或由上述化合物和元素的一種混合物組成。
13.按權利要求10至12之一的方法，其特徵在於，束縛氧的添加物在第一導電層(20，25)中，以在0.5％至20％之間的，優先在1％至10％之間的重量份額存在。
14.按權利要求10至13之一的方法，其特徵在於，束縛氧的添加物包括鋯(Zr)，鉿(Hf)，鈰(Ce)或這些元素的組合。
15.按權利要求10至14之一的方法，其特徵在於，將金屬氧化物電介層(45)澱積到第一導電層(20，25)上。
16.按權利要求15的方法，其特徵在於，在澱積金屬氧化物電介層(45)之前將一個第二導電層(30)澱積到第一導電層(20，25)上。
17.按權利要求16的方法，其特徵在於，第二導電層(30)由鉑組成。
18.在存儲裝置中採用按權利要求1至9之一的微電子結構，在此，由微電子結構的第一導電層(20，25)所形成的一個電極(15)，一個其它的電極(50)和布置在這些電極(15，50)之間的金屬氧化物電介層(45)形成存儲裝置中的至少一個存儲電容器(5)。
全文摘要
本發明建議一種微電子結構,在其上第一導電層(20,25)阻止氧擴散。為此,第一導電層(20,25)由一種基本材料和至少一種束縛氧的添加物組成。此添加物具有來自第四副族中的,或來自鑭系中的至少一種元素。在具有金屬氧化物電介層的半導體存儲組件上優先採用這種微電子結構作為電容器電介層。
文檔編號H01L21/02GK1334960SQ99816134
公開日2002年2月6日 申請日期1999年12月1日 優先權日1998年12月10日
發明者R·布魯赫豪斯, C·馬祖雷－埃斯佩霍, R·普裡米格 申請人:因芬尼昂技術股份公司