專利名稱：具有氧化阻擋層的電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，尤其是電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
具高整合度的半導(dǎo)體器件，如DRAM，其高介電常數(shù)的介電材料被廣為運用以增加電容量。一般而言，作為介電材料，金屬氧化物材料，如Ta2O5、TiO2、TaON、HfO2、Al2O3和ZrO2等，已被發(fā)展。
在高整合度的256M或更高的DRAM器件中，一層氧化鉭層被用來當作包括于內(nèi)存單元中的電容器的介電材料，具有約25的介電常數(shù)，其為堆疊介電層，即一般使用的氧化硅層和氮化硅層的Si3N4(ε＝～7)/SiO2(ε＝～3.8)的三倍或四倍。
圖1為傳統(tǒng)柱狀MIS電容器的示意結(jié)構(gòu)截面圖，其中氧化鉭層當作介電層應(yīng)用于其上。
參照圖1，其提供一半導(dǎo)體襯底11，一晶體管(未示出)和一位線(bit line)(未示出)形成于其上。一中間絕緣層12形成于半導(dǎo)體襯底11的上。一存儲節(jié)點接觸13穿透中間絕緣層12，且連接半導(dǎo)體襯底11。一多晶硅層形成的柱狀下電極連接至存儲節(jié)點接觸13。
然后，一具有高介電常數(shù)的氧化鉭層15形成于柱狀下電極14上，且上電極16形成于氧化鉭層15上。
然而，圖1中所示的MIS電容器，當其應(yīng)用于實際電容器結(jié)構(gòu)時會有一些問題。
例如施行后續(xù)的熱處理工藝，以確保氧化鉭(Ta2O5)層的介電常數(shù)時，一低介電層，如氧化硅層在下電極和氧化鉭層間通過界面作用而形成，使電容量明顯的降低。
一般而言，氧化鉭(Ta2O5)層的后續(xù)熱處理工藝的通過氧氣的等離子體工藝，UV-O3低溫?zé)崽幚砉に噥磉M行。通常由于后續(xù)工藝，氧化鉭(Ta2O5)層本身的介電特性可得到改善。然而，存在于氧化鉭層的氧或后續(xù)工藝中輸入的氧擴散至下電極，因此氧化下電極。因此，總介電層的介電常數(shù)將減低且電容量將減小。
為防止下電極的氧化，一層氧化阻擋層通過使用氨氣氛的快速熱氮化(RTN)、通過氨氣等離子體工藝的表面氮化法或沉積氮化硅(Si3N4)層的沉積法形成。
圖2為解釋依照傳統(tǒng)表面氮化法的氧化阻擋層的制造方法的截面圖。
參照圖2，形成由多晶硅層14組成的下電極，接著氮化層17a形成于多晶硅層14的表面，其使用氮化法，如快速熱氮化或氨氣氛的等離子體工藝。此時，由氧化多晶硅層14表面而形成的氮化層17a為氮化硅(SixNy)層，且在熱處理工藝時當作氧化阻擋層，以確保后續(xù)氧化鉭層的介電特性。
然后，氧化鉭層15沉積于氮化層17a上，且進行O2或N2O的熱處理工藝，以使氧化鉭層15結(jié)晶并降低雜質(zhì)或氧氧消耗。
然而，由表面氮化法形成以耐氧化的氮化層17a，通過僅氮化作為下電極的多晶硅層14的表面所形成，且下電極14由于氧氣的滲入在確保氧化鉭層15的介電特性的熱處理工藝時無法充分地防止而被氧化，。
圖3為顯示當依照傳統(tǒng)沉積方法，形成一耐氧化的氮化物層于下電極上時所導(dǎo)致的問題的截面圖，其中氮化硅層沿著下電極不均勻地形成。
參照圖3，一存儲節(jié)點接觸(storage node contact)13形成于中間絕緣層12內(nèi)且連接至半導(dǎo)體襯底(未示出)。一多晶硅層14組成的下電極形成于存儲節(jié)點接觸13上。一層氮化硅層17b接著以沉積方法，沉積于多晶硅層14上。然后，一層氧化鉭層15沉積于氧化硅層17b上，且施行O2、O3或N2O氣氛的熱處理工藝，以確保氧化鉭層15的介電特性。
在此，作為以沉積法形成的氧化阻擋層的氮化硅層17b，須具有50?；蚋〉暮穸?，以確保其介電特性。
然而，由于在氮化硅層17b沉積前所露出的下電極彼此不相同，因而造成氮化硅層不平坦地沉積的問題。
換言之，如圖3中所示，柱狀下電極穿透中間絕緣層12而連接至存儲節(jié)點接觸13。此時，當柱狀下電極由多晶硅層14形成且氮化硅層17b沉積于多晶硅層14上時，在氮化硅層17b沉積于多晶硅層14前，相鄰的中間絕緣層12和多晶硅層14露出。
因此，各多晶硅層14和中間絕緣層12的熟成(incubation)時間彼此不相同。換言之，氮化硅層17b沿著下層的沉積速率不相同。因此，雖然氮化硅層17b沉積于多晶硅層14上至所需的厚度，但沉積在中間絕緣層12上的具有較薄的厚度。因而，氧氣在后續(xù)的熱處理工藝中經(jīng)由厚度較薄的氮化硅層17b與中間絕緣層12之間的界面滲入，以氧化多晶硅層14。
另外，因氮化硅層17b的厚度不均的特性，會導(dǎo)致電容器漏電流的產(chǎn)生和增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在提供一種電容器，其能夠用于防止下電極在后續(xù)的熱處理工藝中被氧化，及其制造方法。
為達成上述目的，提供一種電容器，其包括一下電極；一形成于該下電極上的氧化阻擋層，其中該氧化阻擋層至少由雙重氮化層所形成；一形成于該氧化阻擋層上的介電層；以及，一形成于該介電層上的上電極。
另外，為達成上述目的，提供一種電容器的制造方法，其中該方法包括下列步驟a)形成下電極；b)形成第一氮化層于該下電極上；c)形成第二氮化層于該第一氮化層上；d)形成介電層于該第二氮化層上；e)施行熱處理工藝以確保介電層的介電特性；以及，f)形成上電極于該介電層上。


本發(fā)明的其它目的和觀點，將經(jīng)由參照相關(guān)附圖的下列優(yōu)選實施例的敘述而變得非常明顯。
圖1為顯示傳統(tǒng)柱狀MIS電容器示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2為說明通過傳統(tǒng)氮化法制造氧化阻擋層的方法的截面圖；圖3為顯示傳統(tǒng)氮化硅層的不均勻沉積特性的截面圖；圖4為顯示依照本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件的MIS電容器示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5解釋依照本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件的MIS電容器的制造方法的流程圖；圖6為解釋依照本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件的MIS電容器的制造方法的流程圖；圖7A為顯示依照本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體器件的MIS電容器示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7B為顯示防止氧氣滲入如圖7A中所示電容器的截面圖；圖8為解釋依照本發(fā)明第五實施例的半導(dǎo)體器件的MIS電容器的制造方法的流程圖；圖9為本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比的漏電流特性的曲線圖；以及圖10為顯示依照本發(fā)明第六實施例的MIS電容器的下電極結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式
圖4為顯示本發(fā)明第一實施例的MIS電容器的截面圖；圖5為解釋本發(fā)明第二實施例中如圖4所示的MIS電容器的制造方法的流程圖。
參照圖4，其提供半導(dǎo)體襯底21，一晶體管(未示出)和一位線(未示出)形成于其上。中間絕緣層22形成于半導(dǎo)體襯底21上。存儲節(jié)點接觸23穿透中間絕緣層22且連接至半導(dǎo)體襯底21。由多晶硅層形成的柱狀下電極24連接至存儲節(jié)點接觸23。
然后，一層氧化阻擋層，其由第一氮化硅層25和第二氮化硅層26所組成，形成于多晶硅層24上。氧化鉭層27形成于第二氮化硅層26上，及上電極28形成于氧化鉭層27上。上電極28由氮化鈦層或氮化鈦層/多晶硅層的堆疊層所形成。
圖5顯示依照本發(fā)明第二實施例的MIS電容器的制造方法。參照圖5，MIS電容器的制造方法包括下列步驟；形成一晶體管和位線31；形成存儲節(jié)點接觸32；形成由多晶硅層33組成的下電極；施行快速熱氮化工藝34a；于爐沉積一層氮化硅層；沉積氧化鉭層36；施行一熱處理工藝以結(jié)晶氧化鉭層且降低雜質(zhì)和氧氣消耗；以及，形成一上電極38。
此后，該MIS電容器的制造法將依圖4和圖5更詳細的敘述。開始時，晶體管和位線用傳統(tǒng)的方法于半導(dǎo)體襯底上形成。
形成存儲節(jié)點接觸的步驟32以下列方法執(zhí)行。首先，中間絕緣層22形成于半導(dǎo)體襯底上，晶體管和位線形成于該半導(dǎo)體襯底上，其次形成穿透中間絕緣層22且連接至半導(dǎo)體基21的存儲節(jié)點接觸23。在此，該存儲節(jié)點接觸23可能是多晶硅插塞的堆疊層、硅化鈦(TiSi2)層和氮化鈦合(TiN)層。
然后，施行形成柱狀下電極的步驟33。例如，在決定下電極高度的犧牲層沉積于存儲節(jié)點接觸23形成于其上的中間絕緣層上之后，該犧牲層被蝕刻因而形成下電極將建構(gòu)于其中的凹面狀。多晶硅層24被沉積于具有凹狀面的犧牲層上。然后，回蝕(etch back)工藝或化學(xué)機械拋光(CMP)施行于多晶硅層24上，因此僅在凹狀面內(nèi)保留多晶硅層24。其后，去除犧牲層，以形成由多晶硅層24構(gòu)成的柱狀下電極。
其次，由上述方面形成的多晶硅層24表面使用HF或HF/NH4OH洗凈。
然后，施行快速熱氮化的步驟34a被執(zhí)行。該快速熱氮化是形成氧化阻擋層的工藝，以防止多晶硅層24(即下電極)因為后續(xù)的氧氣氛的高溫工藝而被氧化。施行NH3氣氛的快速熱氮化(RTN)以氮化多晶硅層24的表面，因而形成第一氮化硅層25。
此時，NH3氣氛的快速熱氮化(RTN)在溫度為500℃至850℃，NH3的流速為1sccm至20sccm及維持高壓力的條件下，施行60秒至180秒。
然后，沉積第二氮化硅層26的步驟35被執(zhí)行。該氮化硅層的沉積程序也是形成氧化阻擋層的步驟，且第二氮化硅層26在爐中沉積。
該第二氮化層26使用包括NH3和SiH2Cl2來源氣體或包括NH3和SiH4的源氣體，在爐中沉積3分鐘至60分鐘，該爐維持在溫度在500℃至850℃、壓力在0.05乇(torr)至1乇的條件下。
然后，沉積氧化鉭層的步驟36被施行。首先，該氧化鉭層27通過化學(xué)汽相沉積(CVD)法沉積于第二氮化硅層26上。例如，乙醇化鉭〔Ta(OC2H5)5〕在反應(yīng)室內(nèi)當作源材料流過載體氣體(N2)。此時，N2的流速為350sccm至450sccm。在氧氣于反應(yīng)室內(nèi)作為反應(yīng)氣體(或氧化劑)以流速10sccm至1000sccm通過后，提供于被加熱到200℃至500℃的半導(dǎo)體襯底上的乙醇化鉭高溫分解，以沉積氧化鉭層27。此時，反應(yīng)室的壓力為0.2乇至10乇。同時，廣泛地用于形成氧化鉭層27的原料的乙醇化鉭在室溫時為液態(tài)，而在溫度為145℃時蒸發(fā)。因此，為了方便地反應(yīng)乙醇化鉭，該液態(tài)原料須改變至氣態(tài)。換言之，在以保持溫度在170℃至190℃的蒸發(fā)器改變乙醇化鉭至氣態(tài)后，其以氮氣運載供應(yīng)入反應(yīng)室。
然后，施行熱處理工藝的步驟37被執(zhí)行，以結(jié)晶氧化鉭層且降低雜質(zhì)和氧氣消耗。在此，熱處理工藝以N2O或O2氣氛、于溫度600℃至900℃下施行，以結(jié)晶氧化鉭層27，移除如碳的雜質(zhì)及補償氧氣消耗。
然后，形成上電極的步驟38被施行。氮化鈦(TiN)層28或多晶硅層/氮化鈦層的堆疊層沉積于氧化鉭層27上，且熱處理工藝事先施行于其上，由此，完成MIS電容器的構(gòu)造。
圖6顯示依照本發(fā)明第三實施例的MIS電容器的制造方法。
參照圖4和圖6，形成晶體管和位線的步驟31、形成存儲節(jié)點接觸(32)的步驟32和形成下電極(33)的步驟33依上述工藝，照順序而執(zhí)行。
其次，施行等離子體工藝的步驟34b被執(zhí)行。該NH3氣氛的等離子體工藝是形成氧化阻擋層以防止多晶硅層24(即下電極)因后續(xù)的氧氣氛的高溫?zé)崽幚砉に嚩趸某绦颉Ｊ┬蠳H3氣氛的等離子體工藝，以氮化多晶硅層24的表面，因而形成第一氮化硅層25。
此時，NH3氣氛的等離子體工藝，在NH3的流速為10sccm至1000sccm，產(chǎn)生等離子體的RF功率為50W至400W和壓力為0.1乇至2乇的條件下，施行30秒至300秒。
然后，沉積氮化硅層26的步驟35，沉積氧化鉭層27的步驟37和形成上電極的步驟38依上述工藝，照順序執(zhí)行，由此完成MIS電容器的構(gòu)造。
依照本發(fā)明的第一，第二和第三實施例，在后續(xù)的工藝中，通過插入作為氧化阻擋的雙重層可防止氧氣滲入多晶硅層24，該雙重層由第一氮化硅層25和第二氮化硅層26所組成，位于多晶硅層24(即下電極)與氧化鉭層27之間。同時，第一硅氧化層25使用表面氮化法形成，且第二氮化硅層26使用沉積法形成。
此時，雖然以上實施例敘述利用氨氣的快速熱氮化或NH3氣氛的等離子體工藝的表面氮化法，以形成第一氮化硅層25，在爐中施行熱處理工藝以形成第一氮化硅層25也是可以的。此時，爐維持在溫度500℃至850℃、壓力為10乇至100乇、及熱處理工藝時間為30分鐘至180分鐘。此即所謂EFN(有效爐氮化)工藝。一層EFN層由氮化硅層、氮氧化硅層和氮化硅層依序堆疊組合而成。
圖7A顯示依照本發(fā)明第四實施例的MIS電容器的示意結(jié)構(gòu)的截面圖，及圖7B顯示防止氧氣滲入如圖7A所示電容器的截面圖。
參照圖7A，提供半導(dǎo)體襯底41，一晶體管和一位線形成于其上。中間絕緣層42形成于半導(dǎo)體襯底41上。存儲節(jié)點接觸43穿透中間絕緣層42且連接至半導(dǎo)體襯底41。以多晶硅層44形成的柱狀下電極連接至存儲節(jié)點接觸43。
然后，由第一氮化硅層45、氮氧化硅層46和第二氮化硅層47所組成的增強式爐雙重氮化(EF2N)層形成于多晶硅層44上。該第一氮化硅層45通過施行爐中的NH3氣氛的熱處理工藝而形成，且氮化多晶硅層4的表面。該氮氧化硅層46源于第一氮化硅層45，及第二氮化硅層47以低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)設(shè)備沉積。
然后，氧化鉭層48及上電極49順序形成于此EF2N層上。上電極49為氮化鈦層，或氮化鈦層與多晶硅層的堆疊結(jié)構(gòu)。
如圖7A和圖7B中所示，在依照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的MIS電容器中，作為氧化阻擋層的由第一氮化硅層45、氮氧化硅層46和第二氮化硅層47所組成EF2N層，插入多晶硅層44(即下電極)與氧化鉭層48之間。
因此，由三重層(即EF2N)所組成的氧化阻擋層，其在用于結(jié)晶化后續(xù)的氧化鉭層和通過減少雜質(zhì)和氧氣消耗確保介電特性的熱處理工藝中可防止氧氣滲入下電極。
圖8顯示依照本發(fā)明第五實施例的MIS電容器的制造方法。參照圖8，MIS電容器的制造方法，包括步驟形成一晶體管和位線(51)；形成存儲節(jié)點接觸(52)；形成由多晶硅層組成的下電極(53)；使用NH3氣氛的爐熱處理工藝施行氮化(54)；形成氮氧化硅層(55)；以LPCVD設(shè)備形成氮化硅層(56)；沉積氧化鉭層(57)；施行熱處理工藝以結(jié)晶化氧化鉭層且減少雜質(zhì)和氧氣消耗(58)；以及，形成上電極(59)。該氮氧化硅層在襯底自氮化工藝已在其中施行的爐中卸下時施行。
此后，MIS電容器的制造方法，將參照圖8和7A而詳細敘述。開始時，晶體管和位線使用傳統(tǒng)方法形成于襯底上。
形成存儲節(jié)點接觸的步驟52以下列方法執(zhí)行。首先，中間絕緣層42形成于晶體管和位線已在其上的半導(dǎo)體襯底41上，然后形成穿透中間絕緣層42且連接至半導(dǎo)體襯底41的存儲節(jié)點接觸43。此處，該存儲節(jié)點接觸43可以是多晶硅插塞，硅化鈦(TiSi2)層和氮化鈦(TiN)層的堆疊層。
接著，形成柱狀下電極的步驟53被執(zhí)行。例如，在決定下電極高度的犧牲層被沉積在存儲節(jié)點接觸43已形成于其上的中間絕緣層42上后，該犧牲層被蝕刻而形成下電極將被形成于其中的凹狀面。多晶硅層44沉積于具有凹狀面的犧牲層上。
然后，回蝕(etch-back)工藝或化學(xué)機械拋光(CMP)施行于多晶硅層44上，因此僅保留在凹狀面內(nèi)的多晶硅層44。其后，該犧牲層自多晶硅層44組成的柱狀下電極移除。
然后，使用NH3氣氛的爐熱處理工藝施行氮化工藝的步驟54被執(zhí)行。在步驟54中，形成氧化阻擋層以防止多晶硅層44(即下電極)因后續(xù)的高溫?zé)崽幚砉に嚤谎趸?。在裝載多晶硅層44已形成于其上的半導(dǎo)體襯底41進入爐后，NH3氣氛的熱處理工藝被施行，以氮化多晶硅層44的表面。此時，熱處理工藝在溫度為500℃至850℃、反壓力為10乇至100乇的條件下，施行30分鐘至180分鐘。如上所述，第一氮化硅層45使用爐中的NH3氣氛的熱處理工藝，形成于多晶硅層44的表面。該熱處理工藝施行直到第一氮化硅層45形成具3至5的厚度。第一氮化硅層45的厚度可如氮化硅(Si3N4)層一樣利用作為厚度測量方法之一的橢圓測厚儀(ellipsometer)來測量。
然后，在半導(dǎo)體襯底41自爐中卸除出來后，該半導(dǎo)體襯底41曝露在空氣中，且因而形成如氮氧化硅(SiOxNy)層46的自然氧化層于第一氮化硅層45上。
然后，以LPCVD設(shè)備沉積氮化硅層的步驟56被執(zhí)行。氮氧化硅層46已形成于其上的半導(dǎo)體襯底41被裝載入LPCVD器件的反應(yīng)室，接著第二氮化硅層47沉積于氮化硅層46上。
此時，第二氮化硅層的沉積，使用包括NH3和SiH2Cl2的源氣體或包括NH3和SiH4的源氣體，在溫度為500℃至850℃和壓力為0.05乇至1乇下形成。
若第二氮化硅層47以LPCVD器件沉積，第一氮化硅層45、氮氧化硅層46和第二氮化硅層47，被形成為5至50的總厚度。
此時，第二氮化硅層47沉積于具有相同氧化物材料的氮氧化硅層46和中間絕緣層42之上，因而確保厚度的一致性。
該EP2N工藝由使用NH3氣氛的爐熱處理工藝作為表面氮化方法以施行氮化的步驟54、形成硅氧氮化物層的步驟55和在LPCVD器件中沉積氮化硅層的步驟56而提供。第一氮化硅層45、氮氧化硅層46和第二氮化硅層47，均由EP2N工藝形成，其被稱為EF2N層。
然后，沉積氧化鉭層的步驟57被執(zhí)行。首先，氧化鉭層48被沉積于第二氮化硅層47上。同時，氧化鉭層48被沉積至20到150的厚度。使用CVD法的氧化鉭層48沉積工藝，將作為實例而敘述。乙醇化鉭〔Ta(OC2H5)5〕在反應(yīng)室內(nèi)當作源材料，流過載體氣體(N2)。此時，氮氣的流速為350sccm至450sccm。在氧氣作為反應(yīng)氣(或氧化劑)于反應(yīng)室內(nèi)以流速10sccm至1000sccm當作反應(yīng)氣體通過后，該乙醇化鉭提供于加熱到200℃至500℃的半導(dǎo)體襯底上，高溫分解以沉積氧化鉭層48。此時反應(yīng)室的壓為0.2乇至10乇。
此時，廣泛地用于氧化鉭層48的源料的乙醇化鉭在室溫時為液態(tài)，而在溫度為145℃時蒸發(fā)。因此，為了方便反應(yīng)鉭乙醇化合物，該液態(tài)源料須改變至液態(tài)。換言之，以保持在溫度170℃至190℃的蒸發(fā)器改變鉭乙醇化合物至氣態(tài)后，其由氮氣載運供應(yīng)入反應(yīng)室。
然后施行熱處理工藝的步驟58被執(zhí)行，以結(jié)晶氧化鉭層且降低雜質(zhì)和氧氣消耗。在此，熱處理工藝的執(zhí)行使用氧氣氛，NO2或O2用來作為氧供應(yīng)氣體，快速熱氧化法或爐法用于600℃至900℃的高溫時。
然后形成上電極的步驟59都被執(zhí)行。該氮化鈦(TiN)層或多晶硅層/氮化鈦層的堆疊層沉積于氧化鉭層48上，從而完成MIS電容器構(gòu)造。
依照本發(fā)明第二實施例，在后續(xù)氧氣氛的熱處理工藝中，通過形成由第一氮化硅層45和第二氮化硅層于下電極(即多晶硅層44)與氧化鉭層48之間所組成的氧化阻擋層，可以雙重防止氧氣滲入多晶硅層44。
另外，因氮氧化硅(SiOxNy)層46插入第一氮化硅層45與第二氮化硅層47之間，且具有很高的氧集中度，其可以同時作為氧化阻擋層，因此可三倍地防止多晶硅層44(即下電極)的氧化。
再者，在多晶硅層44與氧化鉭層48間的界面層，成為氮化硅(Si3N4)富集層，具有約為7的介電常數(shù)(ε)，使得總電容量增加。
雖然本發(fā)明的第二實施例，在形成第一氮化層的步驟利用爐熱處理工藝，其也可采用其它表面氮化法，如快速熱氮化法或等離子體工藝。
例如快速熱氮化法，其在溫度為500℃至850℃、NH3的流速為1slm至20slm和在高壓力的條件下，執(zhí)行60秒至180秒。
再者，第一氮化層可通過NH3氣氛的等離子體工藝形成。此時，等離子體工藝在NH3的流速為10sccm至100sccm，產(chǎn)生等離子體的RF功率為50W至400W和壓力為0.1乇至2乇的條件下，執(zhí)行30分鐘至300分鐘。
表1顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)工藝條件的比較，其中氧化鉭層在兩者中均沉積至80的厚度，且后續(xù)熱處理工藝以5分鐘，在溫度800℃時執(zhí)行。然而，現(xiàn)有技術(shù)的氧化阻擋層通過NH3氣氛的等離子體工藝形成，而本發(fā)明的氧化阻擋層通過EF2N法形成?！脖?〕

圖9為本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)比較的漏電流特性曲線。在圖9中，X軸和Y軸分別表示掃描電壓(Sweep voltage)(V)和漏電流(A/單元)。
參照圖9，若掃描電壓為正，現(xiàn)有技術(shù)的漏電流特性和本發(fā)明類似。相反地，若掃描電壓為負，本發(fā)明中使用EF2N層當作氧化阻擋層的漏電流，比現(xiàn)有技術(shù)中以NH3氣氛的等離子體工藝形成僅有的氮化層當作氧化阻擋層相比，會明顯地減少。
表2顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)比較的電學(xué)特性。
〔表2〕

參照表2，其顯示掃描電壓分別是1.0V和-1.0V時，每一單元的電容量和漏電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有較大的每單元電容量(Cs)和明顯地減少的漏電流。再者，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的擊穿電壓(B.V)較低，但在DRAM器件操作中可被接受。
如前所述，參照圖9和表2，與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有改良的電學(xué)特性。
圖10顯示依照本發(fā)明第三實施例的MIS電容器。
參照圖10，電容器的下結(jié)構(gòu)與第一和第二實施例中相同。作為氧化阻擋層的EF2N層62，形成在具有如半球鍵(HSG)狀的不平整表面的多晶硅層61上。氧化鉭層63形成于EF2N層62上，且由鈦氮化物層所組成的上電極64形成于氧化鉭層63上。
結(jié)果，在本發(fā)明的第六實施例中，通過插入多晶硅層61與氧化鉭層63之間的EF2N層62，可以防止氧氣在后續(xù)的熱處理工藝中滲入，因而防止多晶硅層61被氧化。
除了MIS電容器，本發(fā)明可用于金屬-絕緣器-金屬(MIM)電容器，半導(dǎo)體-絕緣體-半導(dǎo)體(SIS)電容器，柱狀電容器和凹面型式電容器。例如，若一金屬層用于當作下電極，氧化阻擋可以是由雙層氮化層組成而不是由氮化硅層，或氮化層、氮氧化層和氮化層所組成的三重層。
雖然氧化鉭層如前所述作為介電層的一個示例，其也可用金屬氧化物材料，如TiO2、TaON、HfO2、Al2O3和ZrO2等。
如前所述，本發(fā)明可通過防止下電極由于后續(xù)熱處理工藝中被氧化而確保電容器的電學(xué)特性。
另外，因下電極與介電層之間的界面層平整地形成，漏電流特性被改善。與傳統(tǒng)SiO2層相比，在下電極與介電層之間的界面層，為氮化硅富集層，且具有約7的介電常數(shù)，使總電容量增加。
再者，因傳統(tǒng)的氧-氮-氧(ONO)工藝的器件可在無任何修改下使用，發(fā)展新材料所需費用可以減少。
雖然本發(fā)明是依照上述特定的優(yōu)選實施例敘述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明中如所附權(quán)力要求所定義的范疇內(nèi)，作不同的變化和修改，是極為明顯的。
權(quán)利要求
1.一種電容器，其包含一下電極；一形成于該下電極上的氧化阻擋層，其中該氧化阻擋層至少由兩個氮化層所形成；一形成于該氧化阻擋層上的介電層；以及一形成于該介電層上的上電極。
2.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中該氧化阻擋層包括一形成于該下電極上的第一氮化層；一形成于該第一氮化層上的氮氧化層；以及一形成于該氮氧化層上的第二氮化層。
3.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中該下電極由多晶硅層或金屬層形成。
4.一種半導(dǎo)體器件，包括一半導(dǎo)體襯底；一形成于該半導(dǎo)體襯底上的中間絕緣層；一經(jīng)由該中間絕緣層連接至該半導(dǎo)體襯底的插塞；一形成于該插塞上的下電極；一覆蓋該下電極和該中間絕緣層的氧化阻擋層，其中該氧化阻擋層由至少兩個氮化層所形成；一形成于該氧化阻擋層上的介電層；以及一形成于該介電層上的上電極。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中該氧化阻擋包括一形成于該下電極上的第一氮化層；一形成于該第一氮化層上的氮氧化層；以及一形成于該氮氧化層上的第二氮化層。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中該下電極由多晶硅層和金屬層形成。
7.一種制造電容器的方法，該方法包括下列步驟形成下電極；形成第一氮化層于該下電極上；形成第二氮化層于該第一氮化層上；形成介電層于該第二氮化層上；施行熱處理工藝以確保該介電層的介電特性；以及形成上電極于該介電層上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一氮化層通過執(zhí)行NH3氣氛下的快速熱氮化工藝、爐中維持NH3氣氛的熱處理工藝和NH3氣氛下的等離子體工藝形成。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該快速熱氮化工藝在溫度為500℃至850℃、NH3的流速為1slm至20slm及高壓力的條件下，施行60秒至180秒。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該爐中的熱處理工藝在溫度為500℃至850℃、壓力為10乇至100乇的條件下，執(zhí)行30分鐘至180分鐘。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該等離子體工藝在NH3的流速為10sccm至1000sccm、RF功率為50W至400W和壓力為0.1乇至2乇的條件下，執(zhí)行30秒至300秒。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第二氮化層使用包含NH3和SiH2Cl2的源氣體或包含NH3和SiH4的源氣體，在爐中沉積3分鐘至60分鐘而成，該爐維持在溫度為500℃至850℃和壓力在0.05乇至1乇。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在該第一氮化層與該第二氮化層之間形成氮氧化層的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該氮氧化層通過在空氣中暴露該第一氮化層而形成。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該第一氮化層、氮氧化層和第二氮化層的總厚度為5至50。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電容器及其制造方法，其應(yīng)用于防止下電極在后續(xù)熱處理工藝中被氧化。此電容器包括一下電極；形成于該下電極上的氧化阻擋層，其中該氧化阻擋層至少由兩個氮化層所形成；一形成于該氧化阻擋層上的介電層；以及，一形成于該介電質(zhì)上的上電極。
文檔編號H01L21/02GK1467853SQ0311048
公開日2004年1月14日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者吳勛靜, 金京民, 樸鐘范 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司