專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及能夠以高密度集成電路制造的尺寸減小的存儲(chǔ)電容器。
半導(dǎo)體器件要求越來越大的存儲(chǔ)密度。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)單元是存儲(chǔ)器的一種類型的例子。

圖1表示包括晶體管5和電容器15的DRAM存儲(chǔ)器單元25的示意圖。晶體管5的源/漏區(qū)與位線20電連接，晶體管5的另一源/漏區(qū)與電容器10的一個(gè)電極電連接。晶體管5的柵極與字線15電連接。電容器10的另一電極與VSS電連接或基本上保持不變電勢(未示出)。單晶體管、單電容器鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)也如此，只是電容器10的電極與驅(qū)動(dòng)線(drive line)電連接而不是與VSS或基本上的常數(shù)電勢電連接。
當(dāng)存儲(chǔ)單元25縮小時(shí)，電容器10的電容量必須保持足夠高以容許存儲(chǔ)單元25的正確讀出。當(dāng)在0.5μm以下進(jìn)行制造技術(shù)時(shí)，是有困難的。電容量由下面的公式表示C=κ·ϵ0·Ad]]>二氧化硅是常用類型的電容器介質(zhì)。但是，它的厚度不能作得低于40埃，因?yàn)樗荒茉谥圃飙h(huán)境中無缺陷地重復(fù)制造。另外，厚度減小會(huì)增加電勢漏電流，這將影響更新存儲(chǔ)單元所需要的時(shí)間。介電常數(shù)高于10的非傳統(tǒng)的高介電常數(shù)材料一般具有工藝兼容性問題。不能使用多晶硅電極，因?yàn)樵S多非傳統(tǒng)的高介電常數(shù)材料可能對其有負(fù)作用。
增加電容量的另一嘗試是增加電容器面積。為了不占據(jù)額外的襯底面積而實(shí)現(xiàn)較高的電容器面積，電容器包含有如圖2中所示的垂直部件。存儲(chǔ)單元25包括用虛線表示的晶體管5和電容器10。晶體管5通過寬度為“f”的接觸栓26電連接到電容器10上。該電容器包括“U”形的下電極30、電容器絕緣層40和上電極35。電容器10具有在Z方向取向的側(cè)面延伸部分，如圖2所示。Z方向取向使存儲(chǔ)單元25的制造復(fù)雜化。形成電容器10的膜可能需要保角地淀積，隨后淀積層間絕緣層(未示出)和進(jìn)行平面化，但不能對上電極35產(chǎn)生負(fù)作用或形成空位。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)DRAM位單元的電路圖；圖2是圖1的現(xiàn)有技術(shù)DRAM位單元的截面圖；圖3-10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成電容器的方法的連續(xù)步驟的截面圖；圖11-16是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例形成電容器的方法的截面圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例形成電容器的方法的截面圖。
本發(fā)明提供制造與用于0.5μm以下半導(dǎo)體技術(shù)的多層(multilevel)金屬工藝相容的高密度位單元電容器。如上所述，一些現(xiàn)有技術(shù)的制造較小結(jié)構(gòu)電容器的方法是試圖利用電容量與電容器面積的關(guān)系。在一個(gè)例子中，電容器的垂直高度增加，該方法導(dǎo)致總的平面化降低。本發(fā)明避免了與現(xiàn)有技術(shù)方法相關(guān)的許多問題。本發(fā)明對動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)電路和例如鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)器件的永久性鐵電存儲(chǔ)器的制造是有利的。
圖3-10表示制造本發(fā)明第一實(shí)施例的電容器的方法，圖11-16表示制造本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器的方法；圖17表示制造本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器的方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種鑲嵌式(inlaid)電容器，其中每個(gè)電極是用耐氧材料形成的，絕緣材料具有高的介電常數(shù)。其制造工藝如圖3-10所示。
圖3是制造本發(fā)明第一實(shí)施例的工藝中的第一步驟的截面圖。在圖3中，襯底65具有襯底層間絕緣材料45，并帶有疊加在襯底層間絕緣材料45上的腐蝕停止層(etch stop)55。腐蝕停止層55一般為氮化硅，但是，也可以使用其它材料。接觸栓50位于襯底層間絕緣材料45和腐蝕停止層55內(nèi)部。第一層間絕緣層60疊加在襯底65上。第一步驟是在襯底65上淀積第一層間絕緣層60。第一層間絕緣層60具有上表面66。接下來，如圖4所示，在第一層間絕緣層60中形成第一電容器腔69。形成第一電容器腔69并沿著接觸栓50周圍的腐蝕停止層55的部分暴露接觸栓50。第一電容器腔69的壁可以調(diào)節(jié)，這取決于后來的層是怎樣保角地淀積在腔69內(nèi)的。在第一電容器腔69的整個(gè)表面上均勻的保角淀積層容許第一電容器腔69的壁是垂直的(未示出)。相反，在保角淀積層在整個(gè)第一電容器腔69表面上不均勻的情況下，例如一般由濺射淀積產(chǎn)生的，第一電容器腔69的壁可能呈錐形，如圖5所示。呈錐形是由常規(guī)工藝所得到的。但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，后來的層，特別是電容器的電極層，可以通過鍍敷(plating)形成，鍍敷包括無電鍍敷和電鍍(電解電鍍)。下面詳細(xì)說明本發(fā)明的這些方案。
圖5是進(jìn)一步處理之后本發(fā)明第一實(shí)施例的截面圖。在圖5中，第一電容器電極層70淀積疊加在第一層間絕緣層60的上表面66上并位于第一電容器腔69內(nèi)，以疊加在腐蝕停止層55的暴露部分和接觸栓50上。第一電容器電極層70是導(dǎo)電層，它可以由下列金屬構(gòu)成貴金屬(鉑(Pt)、鈀(Pd)、等)，能夠形成導(dǎo)電金屬氧化物的金屬(釕(Ru)、錸(Re)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋨(Os)、等)，導(dǎo)電金屬氧化物(氧化釕(RuO2)、氧化錸(ReO2、ReO3)、氧化銥(IrO2)、氧化鋨(OsO2)等)，或其混合物。也可以使用合金或多層，例如Pt-Ti、Pt-Pd、Pt-Ir等。其它例子包括釕酸鍶(SrRuO3)、鑭鍶鈷氧化物(LSCO)或釔鋇銅氧化物(YBCO)。注意，第一電容器電極層70也可以作為下電極。
本發(fā)明一個(gè)修改的例子，首先形成包括第一電容器腔69和用接觸栓50填充的區(qū)域的接觸栓開口，如圖4所示。根據(jù)此修改的例子，第一電容器電極層70淀積在接觸栓開口內(nèi)，填滿接觸栓50并保角地給第一電容器腔69加襯里。
圖6是附加的工藝步驟后本發(fā)明的第一實(shí)施例的截面圖。如圖6所示，在第一電容器電極層70上淀積電容器絕緣層75。電容器絕緣層75是通過化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射淀積等形成的高-k絕緣層(k≥10)。電容器絕緣層75可以由下面的材料構(gòu)成鈦酸鍶鋇(BST)、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶(STO)、鈦酸鉛(PT)、鋯酸鉛(PZ)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋯酸鑭鉛(PLZT)、鉭酸鍶鉍(SBT)、鈮酸鍶鉍(SBN)、或鉭酸鈮酸鍶鉍(SBNT)。對于DRAM應(yīng)用來說，電容器絕緣層75最好包括BST或鈦酸鍶(ST)原子。
在電容器絕緣層75上形成第二電容器電極層80。第二電容器電極層80可以由關(guān)于第一電容器電極層70列出的任何材料構(gòu)成。一般第二電容器電極層80是耐氧導(dǎo)體。兩電容器電極層70和80可以包括相同或不同的材料。在處理中，此時(shí)可對該結(jié)構(gòu)退火。退火是在大約600-800℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行不長于一個(gè)小時(shí)的時(shí)間。退火是通過使用基本上惰性或氧化氣氛進(jìn)行的。希望絕緣材料處于鈣鈦礦相(perovskite phase)或分層的鈣鈦礦相，這可以通過在淀積后的上述退火工藝達(dá)到，或者也可以通過在合適的淀積條件下淀積電容器絕緣層75達(dá)到。如果形成FeRAM單元，退火是使用氧化氣氛以把電容器電極層75轉(zhuǎn)化為它的鈣鈦礦狀態(tài)而進(jìn)行的。因?yàn)殡娙萜麟姌O層70和80包括耐氧材料，所以氧化氣氛不會(huì)對它們有不利影響。然后，在第二電極層80上形成犧牲層85，以完全填滿第一電容器腔69的剩余部分。
在圖7中，使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或深腐蝕工序，對圖6的器件進(jìn)行去掉淀積層的暴露部分的處理，從而實(shí)現(xiàn)圖7的器件。具體地說，使用這些工序中的一種，去掉了犧牲層85、第二電容器電極層80、電容器絕緣層75和第一電容器電極層70等暴露部分并被平面化，從而形成平坦表面90，如圖7所示。圖7的犧牲層85一般為氧化硅，但是由于這樣的層通常是在附加處理之前被去掉的，所以也可以是其它材料。使用氧化硅材料的優(yōu)點(diǎn)是，在附加的處理過程中犧牲層85可以保持在第一電容器腔69內(nèi)。如圖7所示的得到的結(jié)構(gòu)是鑲嵌式(in-laid)電容器82，其避免了在形成第二層間絕緣層之前形成Z方向延伸，如現(xiàn)有技術(shù)那樣，并且便于在晶片上進(jìn)行表面整平(即提高了整體平面化)。鑲嵌式電容器82包括第一電容器電極層70、電容器絕緣層75、和第二電容器電極層80。
注意，在對暴露表面90進(jìn)行平面化的工藝過程中，電容器絕緣層75的作用只是將第一電容器電極層70和第二電容器電極層80分開絕緣層厚度“t”，但是有存在短路產(chǎn)生漏電流的可能性。短路可能是由對電容器絕緣層75的損壞造成的，或者是由深腐蝕或拋光剩余物造成的，這易造成漏電流。可以進(jìn)行去掉電容器電極層70和80的小部分的短腐蝕(short-etch)，以減少電短路的可能。
圖8表示如圖3-7中的器件的進(jìn)一步處理。圖8是晶片的大部分的截面圖，其包括襯底93、襯底層間絕緣層92、接觸栓100和102、腐蝕停止層94、第一層間絕緣層96、和通過作為下電極的第一電容器電極層104、電容器絕緣層106、和作為上電極的第二電容器電極層108形成的電容器109，與圖7中的電容器相似。注意，為電容器產(chǎn)生的腔用犧牲層98填滿。第一電容器電極層104和電容器絕緣層106的尺寸之和用“a”表示。除了根據(jù)圖3-7中所示的方法制造的結(jié)構(gòu)外，圖8所示的晶片包括接觸結(jié)構(gòu)95。
緊接著圖8，接觸結(jié)構(gòu)95可以用做接觸栓100(在結(jié)構(gòu)上與圖3中的接觸栓50相似)和形成在通路(via)112中的接觸或接觸結(jié)構(gòu)95(未示出)上的金屬層之間的接觸。接觸結(jié)構(gòu)95是在與形成圖4的第一電容器腔69相同的處理步驟過程中通過形成通孔而形成的。形成通孔之后，在淀積第一電容器電極層104(與第一電容器電極層70相似)的相同的步驟中用導(dǎo)電材料填滿通孔。一般情況下，通孔內(nèi)的導(dǎo)電材料是與用于第一電容器電極層104的材料相同。在表面97，通孔的寬度通常不大于2a。否則第二電容器材料層108的一部分將形成在通孔中，結(jié)果得到不希望的電容器結(jié)構(gòu)。
圖9是在已經(jīng)進(jìn)行了附加的處理步驟之后的圖8的器件的截面圖。在圖9中，在圖8的器件上形成第二層間絕緣層105。形成第二層間絕緣層105之后，在疊加在接觸結(jié)構(gòu)95上的第二層間絕緣層105內(nèi)形成通路112，沿著電容器絕緣層106在通過第一和第二電容器電極層104和108形成的電容器上疊加形成通路110。通路110與第二電容器電極層108接觸。
完成圖10中的互連，其中在第二層間絕緣層105上形成金屬互連層120，與形成在通路110和112中的接觸相接觸。通過金屬互連層120，在通路110和112之間的區(qū)域中通過腐蝕或其它處理可以暴露第二層間絕緣層105。正如由電路設(shè)計(jì)決定的，金屬互連層120的構(gòu)圖可以使層120在通路110和120之間是連續(xù)的，以提供電耦合。附加的工藝在層120上形成鈍化層140，并且為暴露在通路110和112之間的部分接觸第二層間絕緣層105。在處理中的此時(shí)，基本上形成了成品半導(dǎo)體器件。在DRAM單元或FeRAM單元中，將形成晶體管(未示出)。位線可以在金屬互連層120的左邊部分。位線將電連接到晶體管的一個(gè)源/漏區(qū)上?；蛘?，位線可以是掩埋的位線(圖10中未示出)。金屬互連層120的右邊部分電連接到第二電容器電極層108上，同時(shí)第一電容器電極層104電耦合到晶體管的另一源/漏區(qū)上。如果形成DRAM單元，則右邊部分電耦合到VSS電極或基本不變的電勢源上。如果形成FeRAM單元，則右邊部分電連接到驅(qū)動(dòng)線上。
圖10表示鑲嵌式位單元電容器109，其中第一電極層104耦合到接觸栓102，第二電容器電極層108通過通路110與金屬互連層120耦合。另外，圖10表示用與第一電容器電極層104相同的材料形成接觸結(jié)構(gòu)95。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接觸結(jié)構(gòu)95是用與用于形成第一電容器電極層104相同的材料形成的。本例在一個(gè)掩模步驟中形成電容器。根據(jù)另一個(gè)修改的例子，接觸區(qū)域，例如接觸結(jié)構(gòu)95，是由傳統(tǒng)的接觸材料構(gòu)成的，例如鎢或多晶硅。該修改的實(shí)施例是在兩個(gè)掩模步驟中形成的。另一個(gè)實(shí)施例把與存儲(chǔ)區(qū)域的連接和與邏輯區(qū)域的連接區(qū)別開來。對于存儲(chǔ)區(qū)域的連接，接觸區(qū)域是由用于第一電容器電極層104的材料完成的，同時(shí)，接觸結(jié)構(gòu)95是由用于與邏輯區(qū)域連接的傳統(tǒng)接觸栓材料形成的。
圖11-16表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成電容器的方法，其避免了第一和第二電容器電極層104和108的電位短路的問題，如結(jié)合圖7所述的。圖11-16中所示的實(shí)施例在包括拋光或犧牲層去除的處理過程中，在電容器電極層210和244之間形成保持電極分離的連續(xù)電容器絕緣層242。
從圖11開始，襯底202提供有腐蝕停止層207和接觸栓204。接觸栓204形成在襯底層間絕緣層200和腐蝕停止層207中的開口內(nèi)。在腐蝕停止層207和接觸栓204上疊加形成第一層間絕緣層206。在第一絕緣層206上淀積拋光停止層218，它是由用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的后來步驟的拋光停止的材料構(gòu)成的。拋光停止層218包括容許電容器層通過拋光選擇地去掉的材料，而不會(huì)去掉第一層間絕緣層206的有效部分。如果拋光停止層218是絕緣體，那么部分拋光停止層218可能永久地保持在第一層間絕緣層206上。如果所有的拋光停止層218在后來都被去掉，則拋光停止層218可能是導(dǎo)體或半導(dǎo)體。一般情況下，部分拋光停止層218保持在第一層間絕緣層206上，并且拋光停止層218包括氮化物、氧化物等。
然后腐蝕第一層間絕緣層206和拋光停止層218，以形成兩個(gè)電容器腔和接觸腔。然后在拋光停止層218上疊加形成阻擋(barrier)層208，且保角地位于電容器腔和接觸腔內(nèi)，如圖11所示。阻擋層208一般包括高熔點(diǎn)金屬氮化物(TiN、TaN等)或高熔點(diǎn)金屬-半導(dǎo)體氮化物的化合物(TaSiN、WSiN、等)。如果拋光停止層218和阻擋層208之間的粘接作用是相關(guān)的，則可以在形成阻擋層208之前形成粘接膜(Ti、Ta等)，但是圖11-16中未示出。然后在阻擋層208上疊加形成第一電容器電極層210。注意，本發(fā)明的一個(gè)改型中不包括阻擋層208。
繼續(xù)的處理如圖12中所示，在第一電容器電極層210上形成犧牲層240。犧牲層240可以是金屬或絕緣材料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，犧牲層240由SiO2構(gòu)成。
形成犧牲層240之后，下一步驟是對晶片的表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除部分犧牲層240并暴露拋光停止層218、部分阻擋層208、和部分第一電容器電極層210，如圖13所示。CMP處理也可以暴露接觸結(jié)構(gòu)220，并提供基本上與拋光停止層218水平的平坦表面。在這一點(diǎn)，電容器腔幾乎全部被犧牲層240材料填滿。
從電容器腔中去掉犧牲層240的剩余部分，如圖14所示。第一電容器腔210的暴露端部分225和接觸結(jié)構(gòu)的暴露端部分226基本上與拋光停止層218保持平坦。
接下來見圖15，下一工藝步驟是在如圖14中所示的得到的結(jié)構(gòu)上保角地形成電容器絕緣層242。電容器絕緣層242形成在拋光停止層218上、端部分225和226上、和第一電容器電極層210上。然后在電容器絕緣層242上保角地形成第二電容器電極層244。層210、242、和244由分別為層70、75、和80所述的任何材料構(gòu)成。如圖15所示，本發(fā)明的這一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)通過電容器絕緣層242將第一電容器電極層210和第二電容器電極層244分開。本實(shí)施例在可能增加漏電流的這一點(diǎn)上沒有使用CMP的步驟。
接下來的處理如圖16所示，其中第二電容器電極層244和電容器絕緣層242被構(gòu)圖和腐蝕，以完全覆蓋第一電容器電極層210的端部分225。所得到的結(jié)構(gòu)如圖16所示，其中第二電容器電極層244形成連續(xù)的上電極，用于稱作下電極的多個(gè)第一電容器電極使用。注意，圖16中所示的電容器一般是構(gòu)成存儲(chǔ)器件的位單元電容器的大陣列的一部分。本實(shí)施例為多電容器陣列上方的連續(xù)上電極的選擇接觸創(chuàng)造了條件，避免了用于每個(gè)單獨(dú)電容器的分離接觸。附加的處理是，形成帶有通路246和248的第二層間絕緣層250，如圖16所示。從這一點(diǎn)，任何附加的處理都可以進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，腐蝕停止層207包括氮化硅材料，第一層間絕緣層206包括二氧化硅材料。等離子體腐蝕或反應(yīng)離子腐蝕(RIE)選擇地腐蝕第一層間絕緣層206到腐蝕停止層207。其它材料可以適用于腐蝕停止層207和拋光停止層218，它們可以是相同或不同的材料。腐蝕停止層207和拋光停止層218的每個(gè)應(yīng)該包括具有好的電絕緣特性的絕緣材料。腐蝕停止層材料的選擇取決于在第一層間絕緣層206和犧牲層240中所用的一種或多種材料。注意，由于電容器腔腐蝕被選擇到腐蝕停止層207，所以犧牲層腐蝕是選擇到拋光停止層218。第一層間絕緣層206可以包括二氧化硅或低k聚合物絕緣材料，或?qū)щ姴牧?。本例中希望腐蝕停止層207和拋光停止層218對CMP處理來說是勝任的。
根據(jù)上述實(shí)施例，可以通過化學(xué)汽相淀積(CVD)技術(shù)形成第一電容器電極層和第二電容器電極層，如現(xiàn)有技術(shù)那樣。但是，CVD成本高且有機(jī)前體(organic precursors)不適于(或價(jià)格過高)某些材料。因而，本發(fā)明的另一方案通過鍍敷技術(shù)，包括無電鍍敷和電鍍，提供至少一個(gè)電極層的形成。鍍敷技術(shù)有利地提供具有好的階梯覆蓋的保角層。最好是，在圖3-16的實(shí)施例中，至少第一(下)電容器電極層是通過鍍敷技術(shù)形成的，由于第一電容器電極層的階梯覆蓋可以是臨界的，以控制后來形成的電容器電極層的均勻性，進(jìn)而控制電容器的電特性。
在無電鍍敷的情況下，首先淀積催化劑層，然后向催化劑層上鍍敷電極層。在一個(gè)實(shí)施例中，使用濺射淀積技術(shù)淀積鈀、鉑、銥、釕等以形成催化劑層。或者，可以使用金屬膠體層形成催化劑層。例如，可以使用Pd-Sn膠體溶液淀積包括Pd-Sn的催化劑層。此外，可以分別使用鉑酸和氯化鈀形成包括鉑和鈀的催化劑層。應(yīng)該明白，催化劑層可以在無電鍍敷之前構(gòu)圖，此時(shí)電極層將選擇性地形成在下面的催化劑層上。
在催化劑層上形成Pt電極層的無電鍍敷的一個(gè)例子需要形成Na2Pt(OH)6(10g/L)、NaOH(以提供PH值為10)、乙胺(10g/L)和還原劑(肼)(0.1-1g/L)的電解液。無電鍍敷是在大約30℃下進(jìn)行的。
在電鍍的情況下，首先淀積在其上進(jìn)行電鍍的籽層(seed layer)。籽層可以使用導(dǎo)電材料形成，例如鉑、鈀、鎳、銥、釕等。籽層可以通過物理汽相淀積(PVD)，例如濺射淀積，和離化的金屬等離子體(IMP)形成。另外，籽層也可以使用其它的導(dǎo)電材料，例如硅化物(例如CoSi)、氮化物(例如TiN、TaN)及其混合物。
在籽層上形成Pt電極層的電鍍的例子需要形成H2Pt(NO2)2SO4(5g/L)、硫酸(以提供PH值為2)的電解液。電鍍是在大約50℃和在大約0.5A/cm2的電流密度下進(jìn)行的。在電鍍過程中，發(fā)生下面的反應(yīng)(陰極)
可以使用熔融的氰化物電解液在下面的條件下在籽層上電鍍銥銥 5-7g/L氰化鉀 450g氰化鈉(占混合物的70％) 1100g溫度 600℃攪拌 中等電流密度 0.001-0.02A/cm2使用亞硝鹽(nitroso salt)可以在籽層上電鍍釕釕(作為釕亞硝鹽) 8g硫酸 80ml水 4L電流密度 0.001-0.03A/cm2溫度 55-77℃根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開了形成鑲嵌式電容器的方法，其增強(qiáng)了整個(gè)電路的總體平面化，同時(shí)容許增加電容器的面積以抵消縮放(scaling)效應(yīng)。在特征尺寸下降時(shí)，為了保持所需要的電容值，在不象現(xiàn)有技術(shù)解決方法那樣使用向上延伸的情況下，本發(fā)明容許電容器的面積增加。本發(fā)明適用于埋置(embedded)DRAM器件并可以和邏輯器件集成。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供使用絕緣層以隔離電容器電極的方法，這樣減少了在處理過程中由電極短路引起的漏電流的可能性。處理步驟容許形成連續(xù)的上電極層，這減少了電路的復(fù)雜性，并使電容器的制造容易。形成連續(xù)的上電極層對大批量存儲(chǔ)器是有利的，例如存儲(chǔ)器陣列。為了減少處理步驟的數(shù)量，接觸面積可以與下電極層在同一步驟中形成。本發(fā)明對制造結(jié)合有高密度存儲(chǔ)器件的集成電路特別有利，特別是DRAM和FeRAM器件。對于存儲(chǔ)器應(yīng)用，電連接可以通過分離制造的接觸栓或通過與接觸栓同時(shí)形成下電極來實(shí)現(xiàn)。
而且，如在小于0.25μm技術(shù)中，使用三維電容器以滿足縮放要求，同時(shí)保持電容器的電容值，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用高熔點(diǎn)金屬或金屬氧化物作為電極。根據(jù)本實(shí)施例，下電極是通過鑲嵌式化學(xué)汽相淀積(CVD)或鍍敷和化學(xué)機(jī)械拋光構(gòu)圖形成的，這樣就容許形成三維電容器結(jié)構(gòu)。在電極之間是高k絕緣材料。絕緣材料和上電極是在下電極處理之后淀積的。對于三維電容器來說，絕緣層和上電極層是通過CVD形成的。本發(fā)明避免了與形成下電極的構(gòu)圖和腐蝕有關(guān)的困難。而且，本發(fā)明避免了與傳統(tǒng)三維電容器有關(guān)的不相容的平面化問題。
在上述實(shí)施例涉及具有鑲嵌式結(jié)構(gòu)的電容器的同時(shí)，使用鍍敷工藝形成電極層的本發(fā)明的方案可以延伸到其它的結(jié)構(gòu)和構(gòu)形。一個(gè)改型如圖17所示，描述了具有柱型(post-type)結(jié)構(gòu)的電容器。所示電容器包括電極柱形式的第一電容器電極層310，電容器絕緣層320，和第二電容器電極層330。最好是，至少第二電容器電極層是通過鍍敷處理形成的。使用鍍敷處理，第二電容器電極層可以用好的階梯覆蓋保角形成，由此可以在兩電容器象所示那樣一邊靠著一邊緊密放置時(shí)保持器件的完整性。
上面參考具體實(shí)施例已經(jīng)示出了和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明做出其它的改型和改進(jìn)。因此，應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于所示出的特殊形式，所附的權(quán)利要求書覆蓋了在不脫離本發(fā)明的范圍情況下做出的所有改型。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括襯底(200)，該方法包括以下步驟在襯底上淀積第一絕緣層(206)，第一絕緣層具有背對著襯底的上表面；在第一絕緣層(206)中形成第一電容器腔；在第一絕緣層的上表面和第一電容器腔上淀積第一電容器電極層(210)；化學(xué)機(jī)械拋光第一電容器電極層以暴露第一絕緣層的上表面(225)，從而在第一電容器腔中形成第一電容器電極；在第一電容器電極層和第一絕緣層暴露的上表面上淀積電容器絕緣層(242)；在電容器絕緣層上淀積第二電容器電極層(244)；構(gòu)圖第二電容器電極層以形成第二電容器電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟在化學(xué)機(jī)械拋光步驟之前，在第一電容器電極層上淀積犧牲層(240)；和在化學(xué)機(jī)械拋光第一電容器電極層的步驟過程中，去掉至少一部分犧牲層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中電容器絕緣層的材料選自鈦酸鍶鋇(BST)、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶(STO)、鈦酸鉛(PT)、鋯酸鉛(PZ)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋯酸鑭鉛(PLZT)、鉭酸鍶鉍(SBT)、鈮酸鍶鉍(SBN)、和鉭酸鈮酸鍶鉍(SBNT)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一電容器電極層的材料選自錸(Re)、銠(Rh)、鋨(Os)、銥(Ir)、氧化錸(ReO2、ReO3)、氧化鋨(OsO2)、氧化銥(IrO2)、釕(Ru)、氧化釕(RuO2)、釕酸鍶(SrRuO3)、鑭鍶鈷氧化物(LSCO)、釔鋇銅氧化物(YBCO)、鉑(Pt)、和鈀(Pd)。
5.一種在半導(dǎo)體器件中制造電容器的方法，該半導(dǎo)體器件具有襯底(45)，該方法包括以下步驟在襯底上形成第一絕緣層(60)，第一絕緣層具有背對著襯底的上表面(66)；在第一絕緣層中形成第一電容器腔(69)；在第一絕緣層(70)的上表面和第一電容器腔上形成第一電容器電極層；在第一電容器電極層上形成電容器絕緣層(75)；在電容器絕緣層上形成第二電容器電極層(80)；以及化學(xué)機(jī)械拋光第一電容器電極層、電容器絕緣層和第二電容器電極層，以暴露第一絕緣層的上表面；和其中第一電容器電極層、電容器絕緣層和第二電容器電極層形成電容器(82)。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底(45)；在半導(dǎo)體襯底上淀積第一絕緣層(55)；在第一絕緣層上疊加形成第一電容器電極(310)；在第一電容器電極上疊加形成電容器絕緣層(320)；在電容器絕緣層上疊加形成第二電容器電極(330)；其中至少第一電容器電極和第二電容器電極中的一個(gè)是使用鍍敷工藝形成的。
全文摘要
一種制造具有電容器的半導(dǎo)體器件的方法,其中電容器是鑲嵌式形成在半導(dǎo)體襯底和部分高密度存儲(chǔ)器的腔中。一個(gè)實(shí)施例首先在腔中形成下電極,然后用犧牲層填滿腔以容許至少一個(gè)電容器電極的化學(xué)機(jī)械拋光。去掉部分下電極和部分犧牲層后,形成絕緣層。然后在絕緣層上形成上電極。如此形成的絕緣層隔離下電極和上電極,以防止短路和漏電流。在一個(gè)實(shí)施例中,形成一個(gè)上電極層以用于多個(gè)下電極,這樣減少了存儲(chǔ)器電路的復(fù)雜性。
文檔編號H01L21/321GK1221221SQ9812538
公開日1999年6月30日 申請日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者彼得·澤奇, 小羅伯特·E·瓊斯, 帕浦·D·馬尼爾, 朱佩 申請人:摩托羅拉公司