用於製造半導體器件的電容器的方法及電容器結構的製作方法
2023-05-13 21:28:06
專利名稱：用於製造半導體器件的電容器的方法及電容器結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的電容器，特別是涉及適用於高集成度的半導體器件的電容器。而且，本發明還涉及用於製造該電容器結構的方法。
隨著半導體器件被高度集成，元件在尺寸上變得更小，而難於保證與存儲電極的表面積成比例的足夠存儲電容量。尤其是，在DRAM器件的情況下，其單元元件由一個MOS電晶體和一個電容器組成，高集成度的關鍵點是提高電容器的存儲電容量，而電容器佔據了晶片中的很大面積，同時要減小由電容器所佔據的面積。
已經建議了各種技術來提高由下式所代表的電容器的存儲電容量；C=EoErAT]]>其中，C代表電容器的存儲電容量，Eo代表真空介電常數，Er代表介電膜的介電常數，A代表電容器的面積，T代表電容器的厚度。
例如，具有高介電常數的介電膜由薄BST((Ba，Sr)TiO3)或PZT(Pb(ZryTix)O3)膜形成，每種膜都具有高介電常數Er，使得半導體器件可被高度集成。但是，該技術存在下述缺陷在構成電容器的下電極的表面上產生了小丘針孔，而使該器件的電性能不穩定以及使再現性變壞。
為了克服該缺陷，提出了另一項技術電容器由下電極和上電極組成，兩者都由氧化釕(RuO2)或鉑(Pt)形成，並經過熱處理使之穩定。
當使用氧化釕作電極時，在熱處理中會在介電膜和上電極之間產生應力。進而，由於氧或矽從上和/或下電極擴散至介電膜中而使介電膜的特性變壞。另一個缺點是氧化釕膜形成較慢。
在上和下電極由鉑形成的情況下，在熱處理中在200-300℃下會在鉑的表面上形成矽或矽化物，而導致大大地提高了漏電流。這樣，不但電極的電性能變差，而且對絕緣膜的粘合性變得更差。而且，鉑同樣會因應力而產生小丘，並且薄膜的特性會隨著時間的推移而降低。
在「Integrated Ferroelectrics，1995，Vol.8，P151-163，H.N.Al-Shareef」中公開的形成電極的技術，就是為了解決上述問題，並保持氧化釕和鉑的優點。但是，上述現有的技術仍存在下列缺點電容器的製造方法非常複雜，而使半導體器件的可靠性降低。而且，該複雜的方法也提高了生產成本，降低了生產率。
因而，上述現有的半導體器件的電容器的製造技術已不適合於半導體器件的高度集成。
本發明的目的是為了克服現有技術中存在的上述問題，而提供一種半導體器件的電容器結構，對於半導體器件的高集成度具有足夠高的電容器。
本發明的另一個目的是提供一種用於製造電容器結構的方法。
根據本發明的一個方案，用於製造半導體器件的電容器的方法包括依次進行的下列步驟設置一個半導體基片；在該半導體基片上形成釕-鉑膜；對該釕-鉑膜進行熱處理以在該釕-鉑膜上生長出氧化釕-鉑；在該氧化釕-鉑上形成介電膜和導電層。
根據本發明的另一個方案，用於製造半導體器件的電容器的方法包括下列依次進行的步驟設置一個半導體基片；在所述半導體基片上形成下絕緣層，所述下絕緣層具有從暴露的所述半導體基片的預定面積中穿過的接觸孔；在所述下絕緣層的所述接觸孔中形成一接觸栓(Contact plug)；在所述接觸栓和所述下絕緣層上形成鈦膜和氮化鈦膜；在所述氮化鈦膜上形成釕-鉑膜；對所述釕-鉑膜進行熱處理以在所述釕-鉑膜上生長出氧化釕-鉑；對所述氧化釕-鉑、所述釕-鉑膜、所述氧化鈦和鈦膜進行刻圖；在形成的結構上形成介電膜和平板電極。
根據本發明的另一方案，半導體器件的電容器包括在半導體基片上的一個下電極，一個介電膜和一個上電極，其中所述下電極包括釕-鉑膜和氧化釕-鉑。
下面參照附圖對實施例進行的描述，將使本發明的其他目的和方案變得更明確，其中
圖1至7是表示根據本發明的用於製造半導體器件的電容器的方法的截面圖。
參照附圖將會更好地理解本發明優選實施例的使用，其中相同的標號分別用於相同或相應部分。
如圖1所示，下絕緣層13首先形成在半導體基片11上，其具有使由元件隔離膜(未示出)、柵氧化膜(未示出)和柵極(未示出)組成的全部結構平面化的目標。在形成該柵極之後，可以形成位線。下絕緣層13由具有優良流動性的絕緣材料製成。
然後，使用接觸掩模(未示出)，通過有選擇地使下絕緣層13露出以形成穿過半導體基片11的預定區域的接觸孔15，即使雜質注入區露出，來進行刻蝕處理。
接著，在包括下絕緣層13和接觸孔15的所形成的結構上，澱積多晶矽的覆蓋層，然後再次刻蝕以在接觸孔15中形成接觸栓多晶矽膜17。
圖2是在鈦膜19和氮化鈦膜21依次形成在其結構上之後的截面，接著使釕-鉑膜23澱積在氮化鈦膜21上。鈦膜19具有約100-300埃的厚度，而氮化鈦膜21具有約200-400埃的厚度。給釕-鉑膜23提供一個以2000至5000埃範圍的厚度。濺射處理被用於釕-鉑膜23的澱積，其中釕和鉑同時間用作為靶。該用於釕-鉑膜23的澱積處理具有使用DC或RF磁源的濺射的優點。該澱積處理最好是在1mTorr-100Torr下以50-5000瓦的功率在室溫至700℃的基片溫度範圍內進行1-10分鐘。作為氣氛，可使用氮氣、氬氣或氧氣。
然後在氧氣氣氛中進行約0.5-2小時的熱處理，以在釕-鉑膜23的表面上生成出氧化物25，如圖3所示那樣。用RuxOyPt2(X、Y和Z代表具有X+Y+Z＝1的組成率)來代表該釕-鉑氧化物25。在約500-850℃的溫度下進行熱處理。
圖4是在其結構上形成光敏膜圖形27之後的截面圖。為此，光敏膜(未示出)形成在所形成的結構上並且使用存儲電極掩模(未示出)來進行刻蝕。
圖5是在使用光敏膜圖形27作為掩模之後的截面圖，依次對釕-鉑氧化物25、釕-鉑膜23、氮化鈦膜21和鈦膜19進行刻蝕以分別形成釕-鉑氧化物圖形25a-釕-鉑圖形23a、氮化鈦圖形21a和鈦膜圖形19a，然後除去光敏膜圖形27。
然後，如圖6所示，在所形成的結構上以一定的厚度形成具有高介電常數的介電膜29。作為介電膜(29)，使用具有高介電常數的絕緣膜，例如BST或BIT。介電膜29最好其有約300-600埃的厚度。
最後，在介電膜29上澱積一導電層以形成一平板電極31，由此產生對高集成度的半導體器件具有足夠高電容量的電容器。
如上述那樣，由於釕和鉑不形成複雜的組合結構而是同時作為用於澱積的靶，就能簡化製造。進而，根據本發明，能夠容易地控制釕和鉑的組合，因而就能調整介電膜的特性。而且，釕-鉑靶使得氧氣氛可被用於形成釕-鉑氧化物的下電極，即，存儲電極。
因而，根據本發明半導體器件的電性能和可靠性可以得到大大改善，並最終提供半導體器件的高集成度的基礎。
本發明是以說明的方式被描述，應當知道所使用的術語僅是用於說明而不是限定。
可以根據上述教導進行本發明的多種改型和變化。應當清楚在權利要求所限定的範圍中，可以用除上述特例之外的方法實施。
權利要求
1.一種用於製造半導體器件的電容器的方法，包括下列依次進行的步驟設定一個半導體基片；在半導體基片上形成釕-鉑膜；對釕鉑膜進行熱處理以在釕-鈀膜上生成出釕-鉑氧化物；及在釕-鉑氧化物膜上形成介電膜和導電層。
2.根據權利要求1的方法，進一步下列步驟在半導體基片與釕-鉑膜之間形成鈦膜和氮化鈦膜。
3.根據權利要求1的方法，其中以濺射處理形成所述釕-鉑膜，其中釕-鉑同時作為靶。
4.根據權利要求3的方法，其中用DC濺射處理在室溫到700℃以50-5000瓦的功率在大約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
5.根據權利要求3的方法，其中用RF濺射處理在室溫至700℃以50-5000瓦的功率在大約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
6.根據權利要求1的方法，其中所述熱處理步驟在500-850℃下進行0.5-2小時。
7.一種用於製造半導體器件的電容器的方法，包括下列依次進行的步驟設置一半導體基片；在所述半導體基片上形成下絕緣層，所述下絕緣層具有穿過暴露的所述半導體器件的預定區域的接觸孔；在所述下絕緣層的所述接觸孔中形成接觸栓；依次在所述接觸栓和所述下絕緣層上形成鈦膜和氮化鈦膜；在所述氮化鈦膜上形成釕-鉑膜；對所述鉑-釕膜進行熱處理以在所述釕-鉑膜上生成出釕-鉑氧化物；對所述釕-鉑氧化物、所述釕-鉑膜所述氮化鈦和鈦膜進行刻圖；及在所形成的結構上形成介電膜和平板電極。
8.根據權利要求7的方法，其中所述下絕緣層由具有優良流動性的絕緣材料形成。
9.根據權利要求7的方法，其中所述接觸栓由多晶矽形成。
10.根據權利要求7的方法，其中所述鈦膜形成為約100-300埃的厚度。
11.根據權利要求7的方法，其中所述氮化鈦膜形成為約200-400埃的厚度。
12.根據權利要求7的方法，其中以濺射處理所述釕-鉑膜，其中釕-鉑膜同時作為一個靶。
13.根據權利要求12的方法，其中用DC濺射處理在室溫至700℃以50-5000瓦的功率在大約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
14.根據權利要求12的方法，其中用RF濺射處理在室溫至700℃以50-5000瓦的功率在大約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
15.根據權利要求7的方法，其中在約500-850℃下進行約0.5-2小時的所述熱處理步驟。
16.根據權利要求7的方法，其中所述介電膜形成為300-600埃的厚度。
17.一種半導體器件的電容器，包括在半導體基片上的下電極，介電膜和上電極，其中所述電極包括釕-鉑和釕-鉑氧化物。
18.根據權利要求16的電容器，其中所述下電極進一步包括鈦膜和氮化鈦膜。
19.根據權利要求16的電容器，其中所述下電極穿過一接觸栓而同所述半導體基片電接觸。
20.根據權利要求17的電容器，其中用DC濺射處理在室溫至700℃以50-5000瓦的功率在約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
21.權利要求17的電容器，其中用RF濺射處理在室溫至700℃以50-5000瓦的功率在大約1mTorr至100Torr的澱積壓力下持續1-10分鐘地形成所述釕-鉑膜。
22.根據權利要求17的電容器，其中以大約500-850℃進行0.5-2小時的所述熱處理步驟。
全文摘要
一種用於高度集成的半導體器件的電容器，以下列方法依次進行下列步驟設置半導體基片；在半導體基片上形成釕-鉑膜；對釕鉑膜進行熱處理以在釕-鉑膜上生成釕-鉑氧化物；及在釕-鉑氧化物上形成介電膜和電導層。
文檔編號H01L21/822GK1158498SQ9612075
公開日1997年9月3日 申請日期1996年11月28日 優先權日1995年11月30日
發明者崔璟根 申請人:現代電子產業株式會社