專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有三維構(gòu)造的所謂立體電容器的半導(dǎo)體器件，特別是涉及在構(gòu)成立體電容器的電極的導(dǎo)電膜中使用貴重金屬的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)或鐵磁性體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FeRAM)那樣的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中使用的由具有鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的高介質(zhì)或鐵磁性體構(gòu)成的電容絕緣膜為了提高結(jié)晶化和膜質(zhì)量，有必要進(jìn)行比較高溫的氧氣氛下的熱處理。在熱處理時(shí)，通過(guò)電容絕緣膜和電極材料的反應(yīng)，電容絕緣膜的組成比從設(shè)計(jì)值偏移時(shí)，引起電容絕緣膜的極化量的減少或泄漏電流的增大等特性的惡化。因此，在形成與這樣的電容絕緣膜挨著的下部電極或上部電極的導(dǎo)電膜材料中，為了具有耐氧化性，并且能防止電容絕緣膜的組成偏移，一般使用極缺乏化學(xué)反應(yīng)性的白金(Pt)或釕(Ru)。
此外，伴隨著半導(dǎo)體集成電路的微細(xì)化和高集成化，對(duì)DRAM器件、FeRAM器件中的存儲(chǔ)單元也要求微細(xì)化。結(jié)果，構(gòu)成存儲(chǔ)單元的電容元件為了提高單位面積的電容，要謀求立體形狀或三維形狀。
例如以下的專利文獻(xiàn)1沿著具有截面凹凸形狀的底層襯底上，通過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法形成包含白金或銦的下部電極，在形成的下部電極上依次形成介質(zhì)膜和上部電極，表示形成電容其的例子。通過(guò)該方法，對(duì)于縱橫比大的溝部(凹部)，也能以均勻的膜厚并且覆蓋良好地形成下部電極。
以下的專利文獻(xiàn)2是包含立體形狀例如凹入形狀的高介質(zhì)膜或鐵磁性膜的電容元件的例子。在沿著凹部，通過(guò)濺射法形成下層導(dǎo)電膜后，在形成的下層導(dǎo)電膜上，通過(guò)CVD法形成上層導(dǎo)電膜，通過(guò)形成由下層導(dǎo)電膜和上層導(dǎo)電膜構(gòu)成的電極膜，在形成的電極膜的底部的角部不產(chǎn)生電極的斷線。通過(guò)這樣使用濺射法，下層導(dǎo)電膜的組織提高，通過(guò)在此后使用CVD法，上層導(dǎo)電膜的膜厚變得均勻，所以在把介質(zhì)膜結(jié)晶時(shí)的熱處理步驟中，下層導(dǎo)電膜和上層導(dǎo)電膜難以凝聚，所以能防止在電極膜的底部的角部產(chǎn)生的斷線。
以下的專利文獻(xiàn)3通過(guò)在截面凹狀的下部電極的側(cè)壁部分形成接合層，防止在介質(zhì)膜結(jié)晶的熱處理步驟中產(chǎn)生的下部電極的膜剝離。這里，接合層由使用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)和銅(Cu)中的任意一種的氧化物、或它們的氧化物和其他金屬的混合物構(gòu)成。此外，描述了在該接合層中使用由氧化釕鋇鍶((Ba，Sr)RuO3)構(gòu)成的化合物、包含釕(Ru)或氧(O)的非晶體材料的結(jié)構(gòu)。此外，下部電極的組成是釕(Ru)、氧化釕(RuO2)或它們的混合物。
以下的專利文獻(xiàn)4通過(guò)在該金屬膜和絕緣膜之間設(shè)置由氮化鉭(TaN)構(gòu)成的接合層，防止在構(gòu)成電容元件的下部電極的由白金構(gòu)成的金屬膜和由氧化硅構(gòu)成的絕緣膜的界面上產(chǎn)生的金屬膜的剝離。這里，除去接合層的上端部，由下部電極覆蓋該接合層的上端部，防止接合層氧化。
特開(kāi)2001-160616號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2002-231905號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開(kāi)2001-223345號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]特開(kāi)2002-76306號(hào)公報(bào)下面，說(shuō)明通過(guò)以往的方法制造本申請(qǐng)發(fā)明者們?nèi)〉玫木哂邪夹蜆?gòu)造的電容器的鐵磁性體非易失性存儲(chǔ)器(FeRAM)時(shí)產(chǎn)生的課題。
在電容器的下部電極或上部電極中使用金屬膜即白金(Pt)膜時(shí)，通過(guò)用于此后的鐵磁性膜的結(jié)晶化的氧氣氛中的高溫?zé)崽幚?，白金膜發(fā)生遷移或體積收縮，白金膜發(fā)生斷線。如果這樣發(fā)生斷線，則電極面積減少，存儲(chǔ)器的電容值減小。此外，由于遷移時(shí)的應(yīng)力，鐵磁性膜的膜質(zhì)量惡化，引起泄漏等特性惡化。
此外，當(dāng)白金膜斷線時(shí)，在化學(xué)上極穩(wěn)定的白金以外的膜接觸鐵磁性膜，或白金膜以外的膜的成分?jǐn)U散到鐵磁性膜中，或相反，鐵磁性膜的成分?jǐn)U散到白金膜以外的膜中，鐵磁性膜的膜質(zhì)量變化，發(fā)生介質(zhì)膜的組成偏移引起的極化量的減少或泄漏的增大。
此外，介質(zhì)膜按照成為底層的白金膜的結(jié)晶性，結(jié)晶生長(zhǎng)，并且定向，但是當(dāng)在底層的白金膜中產(chǎn)生斷線時(shí)，位于斷線發(fā)生的部分上的介質(zhì)膜的結(jié)晶性與其他部分不同。
下面，簡(jiǎn)單說(shuō)明由本申請(qǐng)發(fā)明者們確認(rèn)斷線的FeRAM裝置的電容器部分的制造方法。
首先，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，在底層絕緣膜上形成深度300nm～500nm、圓錐角70°～80°的凹部。接著，通過(guò)濺射法，沿著底層絕緣膜上的凹部，以50nm的膜厚形成成為電容器的下部電極的白金膜。這里，如果直接在底層絕緣膜形成白金膜，則在成膜時(shí)或熱處理時(shí)白金膜剝離，所以在改白金膜和底層絕緣膜之間以10nm的膜厚形成由氮化鈦(TiN)或氧化銥(IrOx)等構(gòu)成的接合層。接著通過(guò)使用強(qiáng)堿基性的漿的化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法，除去堆積在凹部?jī)?nèi)壁面以外的部分上的白金膜和緊貼層，直到底層絕緣膜露出。接著，通過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法，在白金膜上以100nm以下的膜厚形成鉭酸鍶鋇(SBT)膜，從而使覆蓋變得良好。接著，通過(guò)濺射法，在SBT膜上以20nm的膜厚形成成為上部電極的白金膜。結(jié)合，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，對(duì)上部電極和SBT膜構(gòu)圖。接著，通過(guò)CVD法，以100nm的膜厚形成由臭氧-非硅玻璃(O3-NSG)等氧化硅構(gòu)成的絕緣膜。接著，通過(guò)急速加熱氧化(RTO)法，在溫度750℃的氧氣分鐘進(jìn)行60秒的熱處理。通過(guò)該急速加熱氧化處理，剛使鐵磁性膜即SBT膜結(jié)晶，就在構(gòu)成下部電極和上部電極的白金膜中產(chǎn)生斷線。這時(shí)，上部電極比下部電極的斷線程度嚴(yán)重，在凹部的內(nèi)壁面不規(guī)則地發(fā)生斷線部位。須指出的是，關(guān)于白金膜的剝離，未觀察到。由于該斷線，立體電容器的極化量約變?yōu)?/3以下，泄漏量也增大。
下面，表示與所述各專利文獻(xiàn)的差異。
專利文獻(xiàn)1的目的是通過(guò)MOCVD法，覆蓋良好、均勻地形成下部電極，未把下部電極的斷線作為課題列舉。
在專利文獻(xiàn)2中，作為課題列舉的是通過(guò)電極膜的形成方法，對(duì)電容膜即介質(zhì)膜進(jìn)行比較高溫的熱處理時(shí)，在立體電極的底部角部產(chǎn)生斷線。作為解決方法，在專利文獻(xiàn)2中，通過(guò)改善具有導(dǎo)電性的電極膜的組織或膜厚的均勻性，防止電極膜的斷線，未描述此外的防止方法。此外，記載了在該電極膜的角部發(fā)生電極膜中產(chǎn)生的斷線。
而專利文獻(xiàn)3以電極膜的剝離為課題，未把電極膜中產(chǎn)生的斷線作為課題列舉。
此外，專利文獻(xiàn)3為了防止電極膜的剝離，與專利文獻(xiàn)3同樣，列舉在絕緣膜(底層膜)和電極膜之間設(shè)置接合層的結(jié)構(gòu)，再用電極膜覆蓋接合層，從而防止該接合層的氧化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決所述課題，即使對(duì)介質(zhì)進(jìn)行比較高溫的熱處理，在設(shè)置在介質(zhì)的附近的導(dǎo)電膜中也不產(chǎn)生斷線。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的第一半導(dǎo)體器件的特征在于具有形成在襯底上的絕緣膜上的口部的底面和壁面上的第一導(dǎo)電膜、形成在所述第一導(dǎo)電膜上的介質(zhì)膜、形成在所述介質(zhì)膜上的第二導(dǎo)電膜構(gòu)成的電容元件；所述電容元件的所述介質(zhì)膜結(jié)晶化；所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的多晶體構(gòu)成。
根據(jù)第一半導(dǎo)體器件，在成為電容元件的電極的導(dǎo)電膜中使用貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物，這些貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物與只由貴重金屬構(gòu)成的導(dǎo)電膜相比，遷移耐性高，此外，體積收縮率小，所以能防止由于介質(zhì)膜的結(jié)晶熱處理而產(chǎn)生的導(dǎo)電膜的斷線。此外，貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的膜一般在化學(xué)上穩(wěn)定，所以能防止在介質(zhì)膜的熱處理時(shí)構(gòu)成介質(zhì)膜的原子的擴(kuò)散。因此，抑制介質(zhì)的極化量的減少，能維持介質(zhì)的可靠性，結(jié)果能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電極。
在第一半導(dǎo)體器件中，第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜的至少一方中，構(gòu)成多晶體的結(jié)晶粒徑為該導(dǎo)電膜的膜厚的1/3以下。這樣，導(dǎo)電膜的對(duì)遷移的耐性提高，所以能更可靠地防止該導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
在第一半導(dǎo)體器件中，希望第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。如果這樣在導(dǎo)電膜中添加高熔點(diǎn)金屬，與不添加高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜相比，對(duì)遷移的耐性提高，體積收縮率也減小，能防止由于對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行熱處理而產(chǎn)生的導(dǎo)電膜的斷線。
這里，高熔點(diǎn)金屬希望由與構(gòu)成導(dǎo)電膜的貴重金屬不同的金屬構(gòu)成。
本發(fā)明的第二半導(dǎo)體器件的特征在于包括在襯底上的絕緣膜上形成島狀或沿著截面具有凹凸形狀的絕緣膜的該凹凸形狀形成的第一導(dǎo)電膜；形成在所述第一導(dǎo)電膜上的介質(zhì)膜；形成在所述介質(zhì)膜上的第二導(dǎo)電膜；所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
根據(jù)地而半導(dǎo)體器件，添加高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜與不添加高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜相比，對(duì)于遷移的耐性提高，體積收縮率也減小，能防止由于對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行熱處理而產(chǎn)生的導(dǎo)電膜的斷線。
第一或第二半導(dǎo)體器件在絕緣膜和第一導(dǎo)電膜之間還具有提高第一導(dǎo)電膜對(duì)于絕緣膜的緊貼性的緊貼層。這樣，第一導(dǎo)電膜的對(duì)遷移的耐性進(jìn)一步提高。
這時(shí)，緊貼層由難以被對(duì)所述介質(zhì)膜進(jìn)行的膜質(zhì)量提高處理氧化的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。這樣，即使再進(jìn)行謀求對(duì)于形成緊貼層后的介質(zhì)膜的膜質(zhì)量提高的熱處理，也能防止緊貼層的氧化引起的剝離。
在第一或第二半導(dǎo)體器件中，高熔點(diǎn)金屬對(duì)于導(dǎo)電膜的添加量希望0.5質(zhì)量％以上并且在30質(zhì)量％以下。這里，高熔點(diǎn)金屬由與構(gòu)成導(dǎo)電膜的貴重金屬不同的金屬構(gòu)成。
在第一或第二半導(dǎo)體器件中，貴重金屬以銦為主成分。
在第一或第二半導(dǎo)體器件中，介質(zhì)膜是由鈣鈦礦類氧化物構(gòu)成的鐵磁性膜。
這時(shí)，鐵磁性膜希望包含鉍作為主成分。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包括在襯底上的絕緣膜上形成開(kāi)口部后，在形成的所述開(kāi)口部的底面和壁面上形成由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成的第一導(dǎo)電膜的步驟(a)；在所述第一導(dǎo)電膜上形成介質(zhì)膜的步驟(b)；在所述介質(zhì)膜上形成由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成的第二導(dǎo)電膜的步驟(c)；在所述步驟(c)后，使形成的所述介質(zhì)膜結(jié)晶的步驟(d)；在所述步驟(a)和所述步驟(c)中，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜分別為多晶體構(gòu)造。
根據(jù)第一半導(dǎo)體器件的制造方法，在導(dǎo)電膜中使用貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物，這些貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物與貴重金屬相比，遷移耐性高，此外，體積收縮率小，所以能防止由于介質(zhì)膜的結(jié)晶熱處理而產(chǎn)生的導(dǎo)電膜的斷線。此外，貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的膜一般在化學(xué)上穩(wěn)定，所以能防止在介質(zhì)膜的熱處理時(shí)構(gòu)成介質(zhì)膜的原子的擴(kuò)散。因此，抑制介質(zhì)的極化量的減少，能維持介質(zhì)膜的可靠性，結(jié)果能從導(dǎo)電膜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電極。
本發(fā)明的第二導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包括在襯底上的絕緣膜上把第一導(dǎo)電膜形成島狀，或把所述絕緣膜的上部形成截面凹凸形狀后，沿著形成的凹凸形狀形成第一導(dǎo)電膜的步驟(a)；在所述第一導(dǎo)電膜上形成介質(zhì)膜的步驟(b)；在所述介質(zhì)膜上形成第二導(dǎo)電膜的步驟(c)；在所述步驟(c)后，使形成的所述介質(zhì)膜結(jié)晶的步驟(d)；所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
根據(jù)第二半導(dǎo)體器件的制造方法，在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜的至少一方中添加高熔點(diǎn)金屬，所以添加高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜與不添加高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜相比，對(duì)遷移的耐性提高，并且體積收縮率減小，能防止由于把該介質(zhì)膜結(jié)晶的熱處理而產(chǎn)生的導(dǎo)電膜的斷線。
第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法在步驟(a)和步驟(c)中，第一導(dǎo)電膜以及第二導(dǎo)電膜在300℃以上并且600℃以下的溫度形成。這樣，以比較高溫的300℃以上并且600℃以下的溫度作為成膜溫度，形成第一導(dǎo)電膜或第二導(dǎo)電膜，所以對(duì)介質(zhì)膜，以比導(dǎo)電膜的成膜溫度還高的溫度進(jìn)行的用于介質(zhì)膜的膜質(zhì)量提高的熱處理時(shí)，導(dǎo)電膜已經(jīng)受到比較高的熱過(guò)程，所以對(duì)于介質(zhì)膜的熱處理引起的導(dǎo)電膜的熱收縮量減少，結(jié)果能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法在步驟(d)中，對(duì)介質(zhì)膜在500℃以上并且800℃以下的溫度進(jìn)行熱處理。
此外，使介質(zhì)膜結(jié)晶時(shí)的加熱溫度和形成第一導(dǎo)電膜以及第二導(dǎo)電膜時(shí)的形成溫度的差為200℃以內(nèi)。這樣，對(duì)介質(zhì)膜，以比各導(dǎo)電膜的形成溫度還高的溫度進(jìn)行的用于介質(zhì)膜的膜質(zhì)量提高的熱處理時(shí)，各導(dǎo)電膜經(jīng)受到對(duì)于對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行熱處理的溫度，在200℃以內(nèi)的熱過(guò)程，所以對(duì)于介質(zhì)膜的熱處理引起的導(dǎo)電膜的熱收縮量減少，結(jié)果能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法在步驟(d)之前，還具有在比第一導(dǎo)電膜以及第二導(dǎo)電膜的形成溫度高并且比介質(zhì)膜結(jié)晶的溫度低的溫度下，對(duì)第一導(dǎo)電膜以及第二導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的步驟(e)。這樣，對(duì)介質(zhì)膜，以比導(dǎo)電膜的成膜溫度還高的溫度進(jìn)行的介質(zhì)膜的結(jié)晶熱處理時(shí)，導(dǎo)電膜已經(jīng)受到比該導(dǎo)電膜的形成溫度還高并且比介質(zhì)結(jié)晶的溫度還低的溫度的熱處理，所以在謀求介質(zhì)膜的結(jié)晶的熱處理時(shí)，導(dǎo)電膜的熱收縮量減少，所以能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法在步驟(c)之后并且在所述步驟(d)之前，還具有覆蓋所述第二導(dǎo)電膜而形成保護(hù)絕緣膜的步驟(f)。這樣，在對(duì)介質(zhì)膜的謀求膜質(zhì)量提高的熱處理時(shí)，第二導(dǎo)電膜通過(guò)其上的保護(hù)絕緣膜，不直接暴露在高溫氣氛中，并且第二導(dǎo)電膜的熱收縮量減少，所以能防止第二導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
此外，在第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法中，步驟(a)在形成第一導(dǎo)電膜之前，包含在絕緣膜上形成提高該絕緣膜和第一導(dǎo)電膜的緊貼性的緊貼層的步驟。這樣，對(duì)于第一導(dǎo)電膜的遷移的耐性進(jìn)一步提高。
在第一半導(dǎo)體器件的其制造方法中，第一導(dǎo)電膜以及第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
在第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法中，貴重金屬以銦為主成分。
在第一或第二導(dǎo)體器件的制造方法中，介質(zhì)膜是由鈣鈦礦類氧化物構(gòu)成的鐵磁性膜。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法，在成為電容元件的電極的導(dǎo)電膜的形成后，通過(guò)對(duì)電容膜即介質(zhì)膜進(jìn)行的熱處理，能防止導(dǎo)電膜斷線。


下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖。
圖1表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)。
圖2(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖4(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖5(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖6(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖7(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法的導(dǎo)電膜膜厚比和斷線的發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖8表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)。
圖9(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖10(a)～(d)是表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟順序的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖11表示本發(fā)明實(shí)施例2的一個(gè)變形例的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)。
圖12是表示導(dǎo)電膜的最小部分和最大部分的比值與斷線發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖13是表示本發(fā)明的導(dǎo)電膜中使用白金時(shí)的體積收縮率和斷線的發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖14是表示本發(fā)明的導(dǎo)電膜中使用白金時(shí)的晶格常數(shù)的減少率和斷線的發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖15是表示本發(fā)明的高熔點(diǎn)金屬的添加量和斷線的發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖16是表示本發(fā)明的導(dǎo)電膜的膜厚(納米單位)和收縮率(百分率)的比值與斷線發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖17是表示本發(fā)明的縱橫比和斷線發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖18是表示本發(fā)明底層的凹部的壁面或凸不得側(cè)面圓錐角與斷線的發(fā)生概率的關(guān)系的曲線圖。
圖19表示本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的截面構(gòu)造。
圖中10-半導(dǎo)體襯底；11-淺溝分離區(qū)；12-柵絕緣膜；13-柵電極；14-雜質(zhì)擴(kuò)散層；15-晶體管；16-第一層間絕緣膜；16a-第一接觸孔；17-第一接觸插頭；18-位布線；19-第二層間絕緣膜；19a-第二接觸孔；20-第二接觸插頭；21-氧阻擋膜；21A-氧阻擋形成膜；22-第三層間絕緣膜；23-下部電極；23A-下部電極形成膜；23B-下部電極；24-電容絕緣膜；24A-電容絕緣膜形成膜；25-上部電極；25A-上部電極形成膜；25B-上部電極；26-電容元件；27-第四層間絕緣膜；27a-第三接觸孔；28-第三接觸插頭；30-緊貼層。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明實(shí)施例1。
圖1表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的截面結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，在由形成在由硅(Si)構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底10上部的淺溝分離(STIShallow Trench Isolation)區(qū)11劃分的各元件形成區(qū)中，分別形成由中間存在柵絕緣膜12的柵電極13和形成在該柵電極13的兩側(cè)的雜質(zhì)擴(kuò)散層構(gòu)成的多個(gè)晶體管15。
在半導(dǎo)體襯底10上，覆蓋各晶體管15形成膜厚約0.4μm～0.8μm的由氧化硅構(gòu)成的第一層間絕緣膜16。這里，在氧化硅中使用添加硼(B)和磷(P)的所謂的BPSG(Boro-phospho-Silicate Glass)或由高密度等離子體形成并且不添加硼或磷的所謂的HDP-NSG(High Density Plasma-NonSilicate Glass)或?qū)ρ趸瘹夥帐褂贸粞?O3)的O3-NSG。
在第一層間絕緣膜16的晶體管15的一方的雜質(zhì)擴(kuò)散層14上形成與該雜質(zhì)擴(kuò)散層14電連接的第一接觸插頭17；在第一接觸插頭的材料中使用鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、或氮化鉭(TaN)。還可以使用鈦(Ti)、鎳(Ni)或鈷(Co)的硅化金屬、或銅(Cu)、摻雜雜質(zhì)的多晶硅。
在上表面平坦化的第一層間絕緣膜16上有選擇地形成與第一接觸插頭17電連接，并且由鎢或多晶硅構(gòu)成的多個(gè)位布線18。
在第一層間絕緣膜16上，覆蓋各位布線18形成第二層間絕緣膜19。第二層間絕緣膜19需要能防止各位布線18的氧化的程度的膜厚。
在第一層間絕緣膜16和第二層間絕緣膜19的晶體管15的另一方雜質(zhì)擴(kuò)散層14上形成與該雜質(zhì)擴(kuò)散層14電連接的第二接觸插頭20。須指出的是，在第二接觸插頭20中使用與第一接觸插頭17中使用的材料同等的材料。
在上表面平坦化的第二層間絕緣膜19上形成分別與第二接觸插頭20電連接，并且覆蓋第二層間絕緣膜19中的第二接觸插頭20的周圍部分的多個(gè)氧阻擋膜21。在氧阻擋膜21的材料中使用氮化鈦鋁(TiAlN)、氧氮化鈦鋁(TiAlON)、氮化鈦(TiN)、氧化銥(IrOx)、銥(Ir)、氧化釕(RuOx)、或釕(Ru)，此外，可以是由它們中的至少兩個(gè)構(gòu)成的層疊構(gòu)造。這里，氧化銥和氧化釕的一般式的x是正的實(shí)數(shù)。
在第二層間絕緣膜19上形成具有露出各氧阻擋膜21的氧阻擋膜21上的膜厚300nm～700nm左右的第三層間絕緣膜22。第三層間絕緣膜22的膜厚成為決定后面描述的電容元件的電容值的參數(shù)。
在第三層間絕緣膜22的各開(kāi)口部，沿著其壁面和底面，形成由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成的下部電極23、上部電極25和電容絕緣膜24構(gòu)成的電容元件26。下部電極23和上部電極25的具體材料有白金(Pt)、銥(Ir)、釕(Ru)、金(Au)、銀(Ag)、鈀)、銠(Rh)或鋨(Os)的氧化物、氮化物或氮氧化物。例如當(dāng)使用氧化物時(shí)，是氧化銥(IrO2)、氧化釕(RuO2)或氧化銀(Ag2O)。
此外，作為電容絕緣膜24，如果使用鐵磁性體的鈦酸鋇鍶(BaxSr1-xTiO3)(可是，x為0≤x≤1。以下稱作BST)類介質(zhì)、鋯鈦酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3)(可是，x為0≤x≤1。以下稱作PZT)或鋯鈦酸鉛鑭(PbyLa1-y(ZrxTi1-x)O3)(可是，x、y為≤x，y≤1)等含鉛的鈣鈦礦類介質(zhì)、或鉭酸鍶鉍(Sr1-yB2+xTa2O9)(可是，x、y為0≤x，y≤1。以下稱作SBT)或鈦酸鉍鑭(Bi4-xLaxTi3O12)(可是，0≤x≤1)等含鉍的鈣鈦礦類機(jī)制，就能制作非易失性存儲(chǔ)器。
此外，在鐵磁性膜中能使用一般式由ABO3(可是，A和B是不同的元素)表示的具有鈣鈦礦構(gòu)造的化合物。這里，元素A是從由鉛(Pb)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈣(Ca)、鑭(La)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)和鉍(Bi)構(gòu)成的群選擇的至少一種。
此外，電容絕緣膜24并不局限于單層的鐵磁性膜，可以使用組成不同的多個(gè)鐵磁性膜，也可以為使不同的組成連續(xù)變化，使組成傾斜的結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的電容絕緣膜24當(dāng)然不局限于鐵磁性體，也可以使用氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、五氧化鈮(Nb2O5)、五氧化鉭(Ta2O5)或氧化鋁(Al2O3)。
在第三層間絕緣膜22之上，掩埋電容元件26的凹部形成第四層間絕緣膜27。在第二層間絕緣膜19、第三層間絕緣膜22和第四層間絕緣膜27的第一接觸插頭17上形成與該第一接觸插頭17以及位布線18電連接的第三接觸插頭28。這里，對(duì)第三接觸插頭28可以使用與第一接觸插頭17以及第二接觸插頭20中使用的材料同等的材料。
下面，參照附圖，說(shuō)明按所述構(gòu)成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造方法。
圖2(a)～圖2(d)到圖6(a)～圖6(c)表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造方法的步驟順序的截面結(jié)構(gòu)。
首先，如圖2(a)所示，在半導(dǎo)體襯底10的上部有選擇地形成淺溝分離區(qū)11，由形成的淺溝分離區(qū)11把半導(dǎo)體襯底10劃分為多個(gè)元件形成區(qū)。接著，在各元件形成區(qū)中依次形成例如由氧化硅或氧氮化硅構(gòu)成并且膜厚約3nm的柵絕緣膜12、包含多晶硅、金屬或金屬硅化物并且膜厚約200nm的柵電極13，接著，通過(guò)以柵電極13為掩模的雜質(zhì)離子的離子注入，形成雜質(zhì)擴(kuò)散層14，分別形成晶體管15。接著，通過(guò)CVD法，以約0.6μm～1.2μm的膜厚，形成BPSG、HDP-NSG或O3-NSG那樣的絕緣膜，然后使用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical PolishCMP)法，把形成的絕緣膜表面平坦化，形成膜厚0.4μm～0.8μm的第一層間絕緣膜16。
接著，如圖2(b)所示，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，在第一層間絕緣膜16上形成露出各晶體管15的一方雜質(zhì)擴(kuò)散層14的第一接觸孔16a。
接著，如圖2(c)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或電鍍法，在第一層間絕緣膜16上，形成第一接觸插頭形成膜17A，從而填充第一接觸孔16a。這里，第一接觸插頭形成膜17A如上所述，使用鎢等金屬、氮化鈦等氮化金屬、硅化鈦等硅化金屬、銅、多晶硅。此外，在形成第一接觸插頭形成膜17A之前，形成由從襯底一側(cè)依次層疊的鈦和氮化鈦、或鉭和氮化鉭的層疊膜構(gòu)成的緊貼層。
接著，如圖2(d)所示，對(duì)形成的第一接觸插頭形成膜17A進(jìn)行蝕刻或CMP處理，直到第一層間絕緣膜16露出，從第一接觸插頭形成膜17A形成與各晶體管15的一方的雜質(zhì)擴(kuò)散層14電連接的第一接觸插頭17。
接著，如圖3(a)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或爐，在第一層間絕緣膜16上形成由鎢或多晶硅構(gòu)成的導(dǎo)電膜，接著，通過(guò)光刻法和蝕刻法，對(duì)導(dǎo)電膜構(gòu)圖，從而與第一接觸插頭17連接，從導(dǎo)電膜形成多條位布線18。這時(shí)，當(dāng)布線材料為鎢時(shí)，可以使用混合氯玻璃和氟玻璃的蝕刻玻璃，當(dāng)為多晶硅時(shí)，可以使用氟玻璃。此外，當(dāng)對(duì)位布線18使用鎢時(shí)，在形成鎢膜前，可以形成從襯底一側(cè)依次層疊的鈦和氮化鈦的層疊膜構(gòu)成的緊貼層。此外，各位布線18的厚度由布線電阻和設(shè)計(jì)規(guī)則決定，希望為20nm～150nm左右。在與電容元件的上部布線之間形成層疊型接觸插頭時(shí)，可以預(yù)先覆蓋第一接觸插頭17中的一個(gè)插頭形成位布線圖案。
接著，如圖3(b)所示，通過(guò)CVD法，在第一層間絕緣膜16上，覆蓋各位布線18形成膜厚約200nm～800nm的由BPSG構(gòu)成的第二層間絕緣膜19。接著，對(duì)形成的第二層間絕緣膜19，進(jìn)行CMP、蝕刻或回流處理，使其平坦化。通過(guò)平坦化處理，設(shè)置在第二層間絕緣膜19上的電容元件的形成變得容易。其中，如果使用CMP法，能使第二層間絕緣膜19的上部由于各位布線18產(chǎn)生的臺(tái)階部分進(jìn)一步平坦化。須指出的是，希望把第二層間絕緣膜19的各位布線18上方部分的膜厚X設(shè)定為能防止各位布線18的氧化的膜厚50nm～500nm。
接著，如圖3(c)所示，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，在第一層間絕緣膜16和第二層間絕緣膜19上形成露出各晶體管15的另一方雜質(zhì)擴(kuò)散層14的第二接觸孔19a。
接著，如圖3(d)所示，通過(guò)濺射法、CVD法和電鍍法，在第二層間絕緣膜19上形成第二接觸插頭形成膜(未圖示)。這里，第二接觸插頭形成膜的材料可以與第一接觸插頭17同等。此外，這里，在形成第二接觸插頭形成膜之前，可以形成由氮化鈦和鈦或氮化鉭和鉭的層疊膜構(gòu)成的緊貼層。然后，對(duì)形成的接觸插頭形成膜進(jìn)行蝕刻或CMP處理，直到第二層間絕緣膜19露出，從接觸插頭形成膜形成與各晶體管15的另一方雜質(zhì)擴(kuò)散層14電連接的第二接觸插頭20。
接著，如圖4(a)所示，在第二層間絕緣膜19上，通過(guò)濺射法、CVD法、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical VaporDepositionMOCVD)法，在第二層間絕緣膜19上的全面，以膜厚50nm～250nm形成防止第二接觸插頭20的氧化的氧阻擋形成膜21A。如上所述，在氧阻擋形成膜21A的材料中使用氮化鈦、氮化鈦鋁、氧氮化鈦鋁、銥或它的氧化物、或釕或它的氧化物。
接著，如圖4(b)所示，通過(guò)光刻法、使用氯玻璃和氟玻璃的混合玻璃的干蝕刻法，分別覆蓋各第二接觸插頭20及其周圍部，進(jìn)行構(gòu)圖，從氧阻擋形成膜21A形成多個(gè)氧阻擋膜21。須指出的是，雖然未圖示，但是從第二層間絕緣膜19上除去第二接觸插頭形成膜時(shí)，可以在各第二接觸插頭20上端面上產(chǎn)生的凹狀部(凹進(jìn)部)中嵌入氧阻擋膜21。
接著，如圖4(c)所示，通過(guò)CVD法，在第二層間絕緣膜19上，覆蓋氧阻擋膜21形成膜厚約900nm～1400nm的由BPSG等構(gòu)成的第三層間絕緣膜22。接著，對(duì)第三層間絕緣膜22，通過(guò)CMP法進(jìn)行平坦化處理。這時(shí)，第三層間絕緣膜22的各氧阻擋膜21上的厚度變?yōu)闆Q定電容元件的電容值的參數(shù)，這里，希望為300nm～700nm左右。
接著，如圖4(d)所示，通過(guò)蝕刻法和干蝕刻法，對(duì)第三層間絕緣膜22，形成露出各氧阻擋膜21的中央部分即第二接觸插頭20的上方部分的多個(gè)開(kāi)口部22a。這里，形成開(kāi)口部22a的蝕刻可以是干蝕刻，可以是濕蝕刻。
此外，開(kāi)口部22a成為隨著從底面向上表面，開(kāi)口擴(kuò)大的形狀，即在圖4(d)所示的剖視圖中，開(kāi)口部的壁面變?yōu)殄F形。
接著，如圖5(a)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或MOCVD法，在約200℃～500℃的溫度下，在第三層間絕緣膜22上，跨包含各開(kāi)口部22a的壁面和底面的全面，形成由白金或銥等貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成，膜厚約20nm～60nm的下部電極形成膜23A。
這里，說(shuō)明在下部電極形成膜23A中使用氧化銥(IrO2)時(shí)的成膜條件。
首先，以下表示通過(guò)濺射法形成由氧化銥構(gòu)成的下部電極形成膜23A時(shí)的成膜條件。
目標(biāo)材料銥(Ir)襯底溫度300℃～500℃壓力0.5Pa～0.8Pa功率0.8kW～3.5kW濺射氣體氬(Ar)氧化性氣體氧(O2)氣體比O2/Ar＝1～3接著，表示代替濺射法，通過(guò)MOCVD法形成由氧化銥構(gòu)成的下部電極形成膜23A時(shí)的成膜條件。
包含銥的有機(jī)金屬原料(前質(zhì))二甲基銥環(huán)辛二烯溶劑四氫呋喃氫化器的溫度60℃～120℃氧化性氣體氧(O2)[流量50～150ml/min]載體氣體氬(Ar)[流量150～250ml/min]壓力133Pa～266Pa溫度250℃～450℃這里，貴重金屬的氮化物當(dāng)基于濺射法時(shí)，使用氮?dú)膺M(jìn)行成膜，此外，貴重金屬的氮氧化物使用氮?dú)夂脱鯕膺M(jìn)行成膜。此外，當(dāng)基于MOCVD法時(shí)，通過(guò)適當(dāng)使用包含氮或氧的原料，進(jìn)行成膜。據(jù)此，下部電極形成膜23A在濺射法或MOCVD法的任意時(shí)候，成為多晶體構(gòu)造。
這樣，通過(guò)使用MOCVD法形成下部電極形成膜23A，下部電極形成膜23A的第三層間絕緣膜22的開(kāi)口部22a的壁面和底面的覆蓋變得良好。并且，通過(guò)在下部電極形成膜23A中使用貴重金屬的氧化物或氮化物，電極形成膜的收縮率減少，所以能防止改電極形成膜的斷線。
接著，如圖5(b)所示，通過(guò)CMP法，除去第三層間絕緣膜22上堆積的下部電極形成膜23A，從而使第三層間絕緣膜22露出，在第三層間絕緣膜22的開(kāi)口部22a的壁面和底面上，從下部電極形成膜23A形成下部電極23。
這里，代替使用CMP法，堆積絕緣膜(犧牲膜，未圖示)，掩埋形成在第三層間絕緣膜22的開(kāi)口部22a中的下部電極23的凹部，對(duì)堆積的絕緣膜，通過(guò)干蝕刻，全面進(jìn)行蝕刻，除去下部電極形成膜23A的下部電極23以外的部分，直到第三層間絕緣膜22露出。然后，通過(guò)基于氫氟酸(HF)的濕蝕刻，除去下部電極23上的犧牲膜。
接著，如圖5(c)所示，通過(guò)濺射法或MOCVD法，在第三層間絕緣膜22上，跨包含截面凹狀的各下部電極23的全面，形成由鐵磁性體構(gòu)成，并且膜厚40nm～100nm的電容絕緣膜形成膜24A。如上所述，在電容絕緣膜形成膜24A中使用BST、PZT或SBT等鐵磁性材料。
接著，通過(guò)濺射法、CVD法或MOCVD法，在與下部電極形成膜23A同等的成膜條件下，在電容絕緣膜形成膜24A上，形成由白金或銥等貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的多晶體構(gòu)成，膜厚20nm的上部電極形成膜25A。在實(shí)施例1中，下部電極形成膜23A和上部電極形成膜25A的底層是具有開(kāi)口部22a的第三層間絕緣膜22。
接著，如圖5(d)所示，通過(guò)光刻法、使用氯類氣體和氟類氣體的混合氣體的干蝕刻，對(duì)電容絕緣膜形成膜24A和上部電極形成膜25A，覆蓋下部電極23地構(gòu)圖，從電容絕緣膜形成膜24A形成電容絕緣膜24，從上部電極形成膜25A形成上部電極25。據(jù)此，形成由下部電極23、電容絕緣膜24和上部電極25構(gòu)成的截面凹狀的電容元件26。
接著，如圖6(a)所示，通過(guò)CVD法，在第三層間絕緣膜22上，覆蓋電容元件26形成由BPSG等構(gòu)成的第四層間絕緣膜27。然后，通過(guò)CMP法，把形成的第四層間絕緣膜27的表面平坦化。平坦化后的第四層間絕緣膜27的電容元件26的上端部的上方的膜厚希望為100nm～300nm。接著，為了使構(gòu)成電容絕緣膜24的鐵磁性體結(jié)晶，提高電容絕緣膜24的膜質(zhì)量，在高溫、氧氣氛下進(jìn)行熱處理。須指出的是，該熱處理可以是使用爐子的退火，可以是急速熱處理(Rapid Thermal AnnealRTA)。加熱溫度可以是500℃以上并且800℃以下。對(duì)電容絕緣膜24的熱處理溫度和形成下部電極23以及上部電極25時(shí)的溫度差希望為200℃以內(nèi)。例如謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的加熱溫度為700℃時(shí)，希望以500℃以上的溫度形成下部電極23以及上部電極25。
須指出的是，謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的熱處理可以在形成第四層間絕緣膜27前進(jìn)行，但是本申請(qǐng)的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)如果在用絕緣膜覆蓋上部電極25的狀態(tài)下，進(jìn)行熱處理，與上部電極25暴露在熱氣氛中的狀態(tài)下加熱相比，上部電極25的熱收縮小，因此，這里，謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的熱處理希望在第四層間絕緣膜27的形成后進(jìn)行。
此外，形成上部電極25后，并且在謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的熱處理之前，對(duì)上部電極25，在比上部電極25的形成溫度還高并且比構(gòu)成電容絕緣膜24的鐵磁性體結(jié)晶的溫度還低的溫度下，進(jìn)行熱處理。這里，上部電極形成膜25A的成膜后，在600℃左右，進(jìn)行60秒左右的熱處理。上部電極形成膜25A的面積越增大，基于熱處理時(shí)的收縮的應(yīng)力越大，所以希望在構(gòu)圖后。據(jù)此，下部電極23和上部電極25在比上部電極25的形成溫度還高并且比構(gòu)成電容絕緣膜24的鐵磁性體結(jié)晶的溫度還低的溫度下，受到熱處理。因此，因?yàn)橐种屏穗娙萁^緣膜24的結(jié)晶的熱處理時(shí)各電極23、25的急劇的熱收縮，所以能減少各電極23、25的斷線。
接著，如圖6(b)所示，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，在第四層間絕緣膜27、第三層間絕緣膜22和第二層間絕緣膜19上形成露出位布線18的第三接觸孔27a。
如圖6(c)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或電鍍法，在第四層間絕緣膜27上形成第三接觸插頭形成膜(未圖示)，從而填充第三接觸孔27a。這里，第三接觸插頭形成膜的材料可以與第一接觸插頭17同等。此外，這里在形成第三接觸插頭形成膜之前，可以形成由氮化鈦和鈦或氮化鉭和鉭的層疊膜構(gòu)成的緊貼層。然后，對(duì)形成的第三接觸插頭形成膜進(jìn)行蝕刻或CMP處理，直到第四層間絕緣膜27露出，從第三接觸插頭形成膜形成與位布線18電連接的第三接觸插頭28。據(jù)此，通過(guò)第一接觸插頭17、位布線18和第三接觸插頭28，形成所謂的層疊接觸。
參照?qǐng)D7，說(shuō)明這樣形成的電容元件的電極(導(dǎo)電膜)的斷線發(fā)生率。圖7表示使用銥(Ir)、氧化銥(IrOx)、氮化銥(IrN)和氧氮化銥(IrON)作為電極材料時(shí)的各電極的膜厚比與由于電容絕緣膜的熱處理而發(fā)生的斷線的發(fā)生概率的關(guān)系。
如圖7所示，當(dāng)使用銥作為電極材料時(shí)，電極的膜厚最小的部分和膜厚最大的部分的膜厚比為0.8以下時(shí)的斷線發(fā)生率為100％，膜厚均勻時(shí)的膜厚比為1.0時(shí)，該斷線發(fā)生率30％。而當(dāng)在電極中使用氧化銥時(shí)，當(dāng)膜厚比為0.8以上，并且在1.0以下的范圍中，斷線發(fā)生率為0％。當(dāng)在電極中使用氮化銥時(shí)，膜厚比為0.6以上，并且在1.0以下時(shí)，斷線發(fā)生率為10％，為0.7以上，并且在1.0以下時(shí)，為0％。使用貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物作為電極材料，成膜為膜厚的最小值和最大值的比值為0.8以上并且1.0以下時(shí)，能防止電容元件的斷線的發(fā)生。
此外，如果電極的膜厚最小的部分的膜厚為15nm左右，就不會(huì)使作為電極的本來(lái)的功能惡化，幾乎不發(fā)生斷線。
因此，與在電容元件的電極中使用貴重金屬時(shí)相比，使用貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物時(shí)能減少電極斷線的發(fā)生。此外，如果對(duì)電極使用貴重金屬的氮化物，能最有效地減少斷線。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例1，在截面凹狀的所謂凹型的電容元件26的下部電極23和上部電極25中只使用貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物，所以能防止下部電極23、上部電極25特別是上部電極25對(duì)電容絕緣膜24的結(jié)晶的熱處理時(shí)發(fā)生斷線，發(fā)生泄漏的事態(tài)。
須指出的是，在鐵磁性體的結(jié)晶時(shí)，需要500℃以上并且800℃以下的比較高溫的熱處理時(shí)，所以本發(fā)明的效果大。
此外，當(dāng)在電容絕緣膜24中使用由鈣鈦礦類氧化物構(gòu)成的鐵磁性體時(shí)，與五氧化坦(Ta2O5)等普通介質(zhì)相比，需要高溫的熱處理，所以本發(fā)明的效果大。
此外，當(dāng)在電容絕緣膜24中使用含鉍的鈣鈦礦類氧化物時(shí)，與含鉛的鈣鈦礦類氧化物相比，需要高溫的熱處理，所以本發(fā)明的效果大。
(實(shí)施例2)下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例2。
圖8表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的截面結(jié)構(gòu)。在圖8中，對(duì)于與圖1所示的構(gòu)成構(gòu)件相同的構(gòu)成構(gòu)件付與相同的符號(hào)，從而省略說(shuō)明。
如圖8所示，在實(shí)施例2中，其特征在于構(gòu)成電容元件26的由氧化銥構(gòu)成的下部電極23B以300nm～700nm的比較大的膜厚，在第二層間絕緣膜19上形成島狀。換言之，在圖8所示的剖視圖中，形成下部電極23B，使其成為凸形狀。
據(jù)此，覆蓋島狀的下部電極23B形成由BST等鐵磁性體構(gòu)成的電容絕緣膜24和由氧化銥構(gòu)成的上部電極25，所以電容絕緣膜24和上部電極25為向上方凸的形狀。
即使是這樣的結(jié)構(gòu)的電容元件26，如果暴露在用于提高電容絕緣膜24的膜質(zhì)量的高溫并且氧氣氛下的熱處理中，由氧化銥等貴重金屬的氧化物構(gòu)成的上部電極25的熱收縮率比由銥構(gòu)成的上部電極的熱收縮率小，所以不會(huì)由于上部電極25的體積收縮，在凸形狀中的彎曲部發(fā)生斷線。同樣，使用由銥等貴重金屬的氮化物、氮氧化物構(gòu)成的上部電極25時(shí)，能抑制上部電極的熱收縮引起的斷線。
下面，參照

按所述構(gòu)成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造方法。
圖9(a)～圖9(d)和圖10(a)～圖10(c)表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造方法的步驟順序的截面結(jié)構(gòu)。這里，省略與實(shí)施例1相同的步驟，從形成實(shí)施例2的特征的島狀的下部電極23B的步驟開(kāi)始說(shuō)明。
如圖9(a)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或MOCVD法，在第二層間絕緣膜19上，跨全面形成由白金或銥等貴重金屬的氧化物、氮化物、氮氧化物構(gòu)成，并且膜厚500nm的下部電極形成膜23A。
接著，如圖9(b)所示，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，對(duì)形成的下部電極形成膜23A，覆蓋各第二接觸插頭20及其周圍部地構(gòu)圖，從下部電極形成膜23A形成多個(gè)下部電極23B。
接著，如圖9(c)所示，通過(guò)濺射法或MOCVD法，在第二層間絕緣膜19上，覆蓋各下部電極23，跨全面形成由鐵磁性體構(gòu)成，膜厚50nm～100nm的電容絕緣膜形成膜24A。這里，在電容絕緣膜形成膜24A中使用BST、PZT或SBT等鐵磁性材料。接著，通過(guò)濺射法或MOCVD法，在與下部電極形成膜23A同等的成膜條件下，在電容絕緣膜形成膜24A上形成由白金或銥等貴重金屬的氧化物、氮化物、氮氧化物構(gòu)成，膜厚20nm的上部電極形成膜25A。在實(shí)施例2中，上部電極形成膜25A的底層為形成了島狀的下部電極23B的狀態(tài)的第三層間絕緣膜22。
接著，如圖9(d)所示，通過(guò)光刻法和干蝕刻法，對(duì)電容絕緣膜形成膜24A和上部電極形成膜25A，覆蓋下部電極23B地構(gòu)圖，從電容絕緣膜形成膜24A形成電容絕緣膜24，從上部電極形成膜25A形成上部電極25。據(jù)此，形成由下部電極23B、電容絕緣膜24和上部電極25構(gòu)成的截面凸?fàn)畹碾娙菰?6。
接著，如圖10(a)所示，通過(guò)CVD法，在第二層間絕緣膜19上，覆蓋電容元件26形成由BPSG等構(gòu)成的第三層間絕緣膜22。然后，通過(guò)CMP法，把形成的第三層間絕緣膜22的表面平坦化。平坦化后的第三層間絕緣膜22的電容元件26上方的膜厚希望為100nm～300nm。接著，為了使構(gòu)成電容絕緣膜24的鐵磁性體結(jié)晶，提高電容絕緣膜24的膜質(zhì)量，在高溫、氧氣氛下進(jìn)行熱處理。須指出的是，該熱處理可以是使用爐子的退火，可以是急速熱處理(RTA)。加熱溫度可以是500℃以上并且800℃以下，對(duì)電容絕緣膜24的熱處理溫度和形成下部電極23以及上部電極25時(shí)的溫度差希望為200℃以內(nèi)。謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的加熱溫度為700℃時(shí)，希望以500℃形成下部電極23B以及上部電極25。
須指出的是，謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的熱處理可以在形成第四層間絕緣膜27前進(jìn)行，但是如實(shí)施例1中所述，謀求電容絕緣膜24的膜質(zhì)量提高的熱處理希望在第三層間絕緣膜22的形成后進(jìn)行。
此外，在實(shí)施例2中，在上部電極形成膜25A的成膜后，在溫度600℃左右進(jìn)行60秒左右的熱處理。上部電極形成膜25A的面積越增大，基于熱處理時(shí)的收縮的應(yīng)力越大，所以希望在構(gòu)圖后。
接著，如圖10(b)所示，通過(guò)光刻法和蝕刻法，在第三層間絕緣膜22和第二層間絕緣膜19上形成露出位布線18的第三接觸孔27a。
接著，如圖10(c)所示，通過(guò)濺射法、CVD法或電鍍法，在第三層間絕緣膜22上形成第三接觸插頭形成膜(未圖示)，從而填充第三接觸孔27a。這里，第三接觸插頭形成膜的材料可以與第一接觸插頭17同等。此外，在形成第三接觸插頭形成膜之前，可以形成由氮化鈦和鈦或氮化鉭和鉭的層疊膜構(gòu)成的緊貼層。然后，對(duì)形成的第三接觸插頭形成膜進(jìn)行蝕刻或CMP處理，直到第三層間絕緣膜22露出，從第三接觸插頭形成膜形成與位布線18電連接的第三接觸插頭28。據(jù)此，通過(guò)第一接觸插頭17、位布線18和第三接觸插頭28，形成所謂的層疊接觸。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例2，在構(gòu)成截面凸?fàn)畹碾娙菰?6的具有彎曲部的上部電極25中使用貴重金屬的氧化物，所以對(duì)電容絕緣膜24的結(jié)晶的熱處理時(shí)，能防止由于體積收縮，上部電極25斷線，或電容絕緣膜24中發(fā)生泄漏的事態(tài)。
(實(shí)施例2的一個(gè)變形例)下面，參照

本發(fā)明實(shí)施例2的一個(gè)變形例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的截面結(jié)構(gòu)。在圖11中，對(duì)于與圖8所示的構(gòu)成構(gòu)件相同的構(gòu)成構(gòu)件付與相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
如圖11所示，在本變形例中，構(gòu)成電容元件26的由氧化銥構(gòu)成的下部電極23B的側(cè)方區(qū)域由第三層間絕緣膜22掩埋，電容絕緣膜23B和上部電極25B形成在表面平坦的下部電極23B和第三層間絕緣膜22上。
因此，在本變形例中，上部電極形成膜25A的底層是第三層間絕緣膜22和電容絕緣膜24B。
在采用這樣的結(jié)構(gòu)的本變形例中，在構(gòu)成截面凸?fàn)畹碾娙菰?6的具有彎曲部的上部電極25B中使用貴重金屬的氧化物，所以能防止在對(duì)電容絕緣膜24的結(jié)晶熱處理時(shí)，下部電極23B或上部電極25B斷線，或電容絕緣膜24中發(fā)生泄漏的事態(tài)。
須指出的是，在實(shí)施例1、實(shí)施例2和變形例中，作為能防止斷線的導(dǎo)電膜，列舉電容元件26的電極，但是本發(fā)明并不局限于電容元件的電極。例如，導(dǎo)電膜是截面凹狀或截面凸?fàn)罴淳哂袕澢?，形成具有彎曲部的?dǎo)電膜后，在實(shí)施比該導(dǎo)電膜的成膜溫度還高溫度的熱處理那樣的半導(dǎo)體工藝中，是極有效的。
此外，晶體管15并不一定要直接形成在半導(dǎo)體襯底10上，例如在襯底上外延生長(zhǎng)而成的半導(dǎo)體層的一部分區(qū)域中形成。
此外，覆蓋電容元件的上部或下部或電容元件，進(jìn)而完全保衛(wèi)電容元件形成用于防止鐵磁性膜即電容絕緣膜24的基于氫氣氛的還原的氫透過(guò)阻擋膜。
(基于本申請(qǐng)發(fā)明者們的見(jiàn)解)下面，本申請(qǐng)發(fā)明者根據(jù)各種實(shí)驗(yàn)，研究具有彎曲部的導(dǎo)電膜在受到比成膜溫度還高溫度的熱處理時(shí)產(chǎn)生的斷線的原因，取得以下的見(jiàn)解。
首先，因?yàn)榫哂心脱趸?，所以作為如果通過(guò)一般使用的白金(Pt)等貴重金屬形成截面凹狀或截面凸?fàn)罴淳哂袕澢康膶?dǎo)電膜，就容易發(fā)生斷線的原因，本申請(qǐng)發(fā)明者們查明白金對(duì)遷移的耐性低，據(jù)此，確認(rèn)通過(guò)比白金的成膜溫度還高的溫度的熱處理，容易發(fā)生斷線。
因此，第一見(jiàn)解是如果在導(dǎo)電膜的材料中使用貴重金屬的氧化物、氮化物，在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中就不發(fā)生熱處理引起的斷線。貴重金屬的氧化物、氮化物與貴重金屬相比，對(duì)遷移的耐性高，并且體積收縮率小，所以在介質(zhì)膜等其他構(gòu)件的熱處理時(shí)，能防止導(dǎo)電膜斷線。這是因?yàn)橘F重金屬一般在化學(xué)上穩(wěn)定，所以在鐵磁性體的熱處理時(shí)，能防止構(gòu)成該鐵磁性體的原子的擴(kuò)散。因此，能抑制鐵磁性體具有的極化量的減少，所以能位置該鐵磁性體的可靠性，能形成穩(wěn)定的電極。
第二見(jiàn)解是如果由貴重金屬的氧化物、氮化物、氮氧化物構(gòu)成的導(dǎo)電膜的膜厚的最小部分和最大部分的比值為0.8以上，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。這里，未限定導(dǎo)電膜的組成。如果在導(dǎo)電膜中混合存在膜厚度厚的部分和薄的部分，則膜厚度薄的部分的原子(分子)容易向膜厚度厚的部分移動(dòng)(遷移)，所以膜厚度薄的部分破裂。如果沿著底層的凹凸形狀形成導(dǎo)電膜，則形成的導(dǎo)電膜在臺(tái)階部分容易變薄，在角部導(dǎo)電膜的膜厚的變化大，所以在角部容易發(fā)生斷線。作為一個(gè)例子，在導(dǎo)電膜的最小部分和最大部分的比值為0.8以上的材料中，有氮化鈦(TiN)、氧化銥(IrOx)、氮化鈦鋁(TiAlN)、氧氮化鈦鋁(TiAlON)。圖12表示對(duì)導(dǎo)電膜使用氮化鈦時(shí)的最小部分和最大部分的比值與斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖12所示，如果導(dǎo)電膜的最小部分和最大部分的比值為0.8以上，則在該導(dǎo)電膜中不發(fā)生斷線。
第三見(jiàn)解是如果把介質(zhì)膜的成膜時(shí)或成膜后的熱處理引起的導(dǎo)電膜的體積收縮率設(shè)定為30％以下，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。須指出的是，導(dǎo)電膜具有導(dǎo)電性就可以了，并不局限于金屬、該金屬的氧化物或氮化物或混合物。作為一個(gè)例子，在介質(zhì)膜的熱處理時(shí)的導(dǎo)電膜的體積收縮率變?yōu)?0％以下的材料中，有銥(Ir)的氧化物。圖13表示在導(dǎo)電膜中使用白金(Pt)時(shí)的熱處理引起的體積收縮率和斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖13所示，如果導(dǎo)電膜的體積收縮率超過(guò)30％，則該導(dǎo)電膜中發(fā)生斷線。
第四見(jiàn)解是如果把介質(zhì)膜的成膜時(shí)或成膜后的熱處理引起的晶格常數(shù)的減少率設(shè)定為25％以下，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。這里，并未限定導(dǎo)電膜的組成。作為一個(gè)例子，在介質(zhì)膜的熱處理時(shí)導(dǎo)電膜的晶格常數(shù)的減少率為25％以下的材料中，有銥(Ir)的氧化物。圖14表示在導(dǎo)電膜中使用白金(Pt)時(shí)的熱處理引起的晶格常數(shù)的減少率和斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖14所示，如果白金的晶格常數(shù)的減少率超過(guò)25％，在該導(dǎo)電膜中發(fā)生斷線。
第五見(jiàn)解是如果在導(dǎo)電膜中添加高熔點(diǎn)金屬，就在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中防止熱處理引起的斷線。這是因?yàn)榘呷埸c(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜與不包含高熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電膜相比，體積收縮率小，因此，能防止對(duì)介質(zhì)膜的熱處理時(shí)在導(dǎo)電膜中產(chǎn)生斷線。這里，并未限定導(dǎo)電膜的組成。此外，高熔點(diǎn)金屬希望是W(W)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、釩(V)或鉻(Cr)。須指出的是，在高熔點(diǎn)金屬中使用的金屬是與導(dǎo)電膜中的使用的貴重金屬不同的金屬。圖15表示在導(dǎo)電膜中添加高熔點(diǎn)金屬時(shí)的添加量和斷線發(fā)生率的關(guān)系。如圖15所示，當(dāng)在由氧化銥構(gòu)成的導(dǎo)電膜中添加鈮時(shí)，當(dāng)鈮的添加量為35質(zhì)量％以上，導(dǎo)電膜難以固溶，所以添加到導(dǎo)電膜中的鈮的添加量希望為0.5質(zhì)量％～30質(zhì)量％。更希望為5質(zhì)量％～30質(zhì)量％。
第六見(jiàn)解為如果介質(zhì)膜的成膜時(shí)或成膜后的熱處理引起的導(dǎo)電膜的膜厚(納米單位)和該導(dǎo)電膜的收縮率(百分率)的比值為1.5以上，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。圖16表示在導(dǎo)電膜中使用白金(Pt)時(shí)的膜厚的絕對(duì)值和收縮率的絕對(duì)值的比值與斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖16所示，如果導(dǎo)電膜的膜厚(納米單位)和該導(dǎo)電膜的收縮率(百分率)的比值為1.5以上，就能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。須指出的是，導(dǎo)電膜的膜厚的最大值是能在底層的凹部上形成電容元件程度的膜厚。例如，在通過(guò)導(dǎo)電膜掩埋凹部的程度的膜厚下，無(wú)法形成電容元件。
第七見(jiàn)解是如果把構(gòu)成由多晶體形成的導(dǎo)電膜的晶粒尺寸設(shè)定為該導(dǎo)電膜的膜厚的1/3以下，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。如果根據(jù)基于本申請(qǐng)發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)，則確認(rèn)具有彎曲部即截面凹狀或截面凸?fàn)畹膶?dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線是因?yàn)榫Я５牧＝缭谀ず穹较蚺帕械牟课粚?duì)于拉伸引力弱。因此，如果晶粒尺寸為導(dǎo)電膜的膜厚的1/3以下，則膜厚方向的晶粒述相對(duì)增多，容易緩和作用在導(dǎo)電膜上的應(yīng)力，所以在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中難以產(chǎn)生斷線。
第八見(jiàn)解是如果設(shè)置在成為電容元件的底層上的凹部的縱橫比(深度/開(kāi)口直徑)的值為2以下，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。圖17表示凹部的縱橫比的值和斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖17所示，如果凹部的縱橫比的值設(shè)定為2以下，就能防止斷線。當(dāng)縱橫比比2大時(shí)，導(dǎo)電膜對(duì)底層的凹部的覆蓋變得極差，所以容易發(fā)生斷線。
第九見(jiàn)解是如果形成底層的凹部的壁面或凸部的側(cè)面，使它對(duì)該底層的主面為0°以上80°以下的角度(圓錐角)，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。圖18表示圓錐角和斷線發(fā)生概率的關(guān)系。如圖18所示，如果圓錐角設(shè)定為80°以下，則導(dǎo)電膜對(duì)底層的凹部的覆蓋提高，所以能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。
第十見(jiàn)解是如果在該介質(zhì)膜上，在300℃以上并且600℃以下的溫度，形成導(dǎo)電膜，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。如實(shí)施例1和實(shí)施例2所述，如果以比較高溫的300℃以上的溫度作為成膜溫度，形成導(dǎo)電膜，則在用于謀求介質(zhì)膜的膜質(zhì)量提高的在比導(dǎo)電膜成膜溫度還高的溫度下進(jìn)行的熱處理中，導(dǎo)電膜受到比較高的熱過(guò)程，所以對(duì)介質(zhì)膜的處理引起的導(dǎo)電膜的熱收縮量減少，所以能防止該導(dǎo)電膜的斷線。而如果以600℃以上形成導(dǎo)電膜，成膜過(guò)程從供給律速變?yōu)榉磻?yīng)律速，所以對(duì)底層的凹部或凸部的覆蓋下降，把接觸插頭或位布線等其他構(gòu)件氧化。
第11見(jiàn)解是如果把對(duì)介質(zhì)膜的熱處理時(shí)的溫度和形成導(dǎo)電膜時(shí)的溫度差設(shè)定在200℃以內(nèi)，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。該見(jiàn)解也如實(shí)施例1和2中進(jìn)行的那樣，在謀求介質(zhì)膜的膜質(zhì)量提高的在比導(dǎo)電膜成膜溫度還高的溫度下進(jìn)行的熱處理中，導(dǎo)電膜已經(jīng)受到對(duì)于對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行的熱處理溫度，在200℃以內(nèi)的熱過(guò)程，所以對(duì)于介質(zhì)膜的熱處理引起的導(dǎo)電膜的熱收縮減少，結(jié)果能防止導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的斷線。須指出的是，對(duì)介質(zhì)膜的熱處理溫度并不局限于比導(dǎo)電膜的形成溫度還高，根據(jù)介質(zhì)膜和導(dǎo)電膜的材料，有時(shí)對(duì)介質(zhì)膜的熱處理溫度比導(dǎo)電膜的形成溫度還低。
第12見(jiàn)解是在形成導(dǎo)電膜后，并且在對(duì)介質(zhì)膜的熱處理之前，對(duì)導(dǎo)電膜，以比該導(dǎo)電膜的形成溫度還高并且比介質(zhì)結(jié)晶的溫度還低的溫度進(jìn)行熱處理，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。該見(jiàn)解也如實(shí)施例1和2中進(jìn)行的那樣，對(duì)導(dǎo)電膜提供基于比該導(dǎo)電膜的形成溫度還高并且比介質(zhì)結(jié)晶的溫度還低的溫度的熱處理的熱過(guò)程，在介質(zhì)膜的熱處理時(shí)，能抑制導(dǎo)電膜急速收縮，所以能防止導(dǎo)電膜中發(fā)生的斷線。
第13見(jiàn)解是在導(dǎo)電膜上形成了保護(hù)絕緣膜的狀態(tài)下，如果對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行熱處理，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。該見(jiàn)解也如實(shí)施例1和2中進(jìn)行的那樣，如果在用保護(hù)絕緣膜(層間絕緣膜)覆蓋導(dǎo)電膜(上部電極)的狀態(tài)下，對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行熱處理，則能改善導(dǎo)電膜表面形態(tài)，并且能抑制該導(dǎo)電膜的收縮，所以能防止導(dǎo)電膜中發(fā)生的斷線。
第14見(jiàn)解是如果在上表面具有凹部或凸部的底層和導(dǎo)電膜之間設(shè)置提高該導(dǎo)電膜對(duì)于底層的緊貼性的緊貼層，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。如果這樣，則在對(duì)介質(zhì)的提高膜質(zhì)量的熱處理時(shí)，在導(dǎo)電膜(下部電極)中難以發(fā)生遷移，所以能防止導(dǎo)電膜中發(fā)生的斷線。
第15見(jiàn)解是如果使用不含氫原子的氣體在上部電極之上形成提高與上部電極之間的緊貼性的緊貼層，則在具有彎曲部的導(dǎo)電膜中不發(fā)生熱處理引起的斷線。這是因?yàn)槿绻褂煤瑲湓拥臍怏w形成緊貼層，則由于氫原子，介質(zhì)膜劣化。因此，當(dāng)介質(zhì)膜由鐵磁性體構(gòu)成時(shí)，該介質(zhì)膜的極化量減少，所以希望在不含氫原子的狀態(tài)下成膜。
須指出的是，作為以上說(shuō)明的各見(jiàn)解的導(dǎo)電膜的具體例，列舉出實(shí)施例1以及實(shí)施例2和它的變形例中的上部電極和下部電極。
(實(shí)施例3)下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例3。在實(shí)施例3中，說(shuō)明基于所述本發(fā)明的第14見(jiàn)解的結(jié)構(gòu)。
圖19表示本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的截面結(jié)構(gòu)。在圖19中，對(duì)于與實(shí)施例1所示的構(gòu)成構(gòu)件相同的構(gòu)成構(gòu)件付與相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
如圖19所示，在第三層間絕緣膜22和下部電極23之間分別形成膜厚10nm左右的緊貼層30。
緊貼層30如果由對(duì)于電容絕緣膜24的提高膜質(zhì)量的熱處理氧化，則發(fā)生熱膨脹或接觸電阻增大，所以希望是難以氧化的材料。如果使用金屬的氧化物、氮化物、氮氧化物，則在緊貼性提高的同時(shí)，能可靠防止緊貼層30的氧化。
這里，作為構(gòu)成緊貼層30的具體例，希望為鉭(Ta)、氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氧氮化鈦鋁(TiAlON)、氧化銥(IrO2)、氧化釕(RuO2)、氮化鎢(WN)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、氮化硅化鋁(AlSiN)、或氮化硅化鉭(TaSiN)。
須指出的是，在構(gòu)成實(shí)施例3的電容元件26的下部電極23和上部電極25中，沒(méi)必要一定使用實(shí)施例1那樣的氧化銥(IrO2)等貴重金屬的氧化物，可以是以往的以白金或銥?zāi)菢拥馁F重金屬的單質(zhì)為主成分的構(gòu)成。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法具有防止導(dǎo)電膜的形成后在對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行的熱處理時(shí)，該導(dǎo)電膜斷線的效果，特別對(duì)于具有與截面為凹形狀或凸形狀的導(dǎo)電膜挨著設(shè)置的由鐵磁性體構(gòu)成的電容膜的半導(dǎo)體器件及其制造方法是有用的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有由形成在設(shè)在襯底上的絕緣膜上的口部的底面和壁面上的第一導(dǎo)電膜、形成在所述第一導(dǎo)電膜上的介質(zhì)膜、以及形成在所述介質(zhì)膜上的第二導(dǎo)電膜所構(gòu)成的電容元件，所述電容元件中的所述介質(zhì)膜被結(jié)晶化，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的多晶體構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方中，構(gòu)成所述多晶體的結(jié)晶粒徑為該導(dǎo)電膜的膜厚的1/3以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
4.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于包括在襯底上的絕緣膜上形成島狀或沿著截面具有凹凸形狀的絕緣膜的該凹凸形狀形成的第一導(dǎo)電膜；形成在所述第一導(dǎo)電膜上的介質(zhì)膜；以及形成在所述介質(zhì)膜上的第二導(dǎo)電膜，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述絕緣膜和所述第一導(dǎo)電膜之間，還具有提高所述第一導(dǎo)電膜對(duì)于所述絕緣膜的緊貼性的緊貼層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述緊貼層由難以被對(duì)所述介質(zhì)膜進(jìn)行的膜質(zhì)量提高處理所氧化的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述高熔點(diǎn)金屬包含在所述第一導(dǎo)電膜或所述第二導(dǎo)電膜中的比例為0.5質(zhì)量％以上并且在30質(zhì)量％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述貴重金屬以銦為主成分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述介質(zhì)膜是由鈣鈦礦類氧化物構(gòu)成的鐵磁性膜。
10.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括在襯底上的絕緣膜上形成開(kāi)口部后，在形成的所述開(kāi)口部的底面和壁面上形成由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成的第一導(dǎo)電膜的步驟(a)；在所述第一導(dǎo)電膜上形成介質(zhì)膜的步驟(b)；在所述介質(zhì)膜上形成由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成的第二導(dǎo)電膜的步驟(c)；以及在所述步驟(c)后，使形成的所述介質(zhì)膜結(jié)晶的步驟(d)，在所述步驟(a)和所述步驟(c)中，使所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜分別為多晶體構(gòu)造。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括在襯底上的絕緣膜上把第一導(dǎo)電膜形成島狀，或把所述絕緣膜的上部形成截面凹凸形狀后，沿著形成的凹凸形狀形成第一導(dǎo)電膜的步驟(a)；在所述第一導(dǎo)電膜上形成介質(zhì)膜的步驟(b)；在所述介質(zhì)膜上形成第二導(dǎo)電膜的步驟(c)；以及在所述步驟(c)后，使形成的所述介質(zhì)膜結(jié)晶的步驟(d)，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物構(gòu)成，所述第一導(dǎo)電膜和所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在所述步驟(a)和所述步驟(c)中，所述第一導(dǎo)電膜以及所述第二導(dǎo)電膜在300℃以上并且600℃以下的溫度形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在所述步驟(d)中，對(duì)所述介質(zhì)膜在500℃以上并且800℃以下的溫度進(jìn)行熱處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于使所述介質(zhì)膜結(jié)晶時(shí)的加熱溫度與形成所述第一導(dǎo)電膜以及所述第二導(dǎo)電膜時(shí)的形成溫度的差為200℃以內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在所述步驟(d)之前，還具有在比所述第一導(dǎo)電膜以及所述第二導(dǎo)電膜的形成溫度高并且比所述介質(zhì)膜結(jié)晶的溫度低的溫度下，對(duì)所述第一導(dǎo)電膜以及所述第二導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的步驟(e)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在所述步驟(c)之后并且在所述步驟(d)之前，還具有覆蓋所述第二導(dǎo)電膜而形成保護(hù)絕緣膜的步驟(f)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述步驟(a)在形成所述第一導(dǎo)電膜之前，包含在所述絕緣膜上形成提高該絕緣膜與所述第一導(dǎo)電膜的緊貼性的緊貼層的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述第一導(dǎo)電膜以及所述第二導(dǎo)電膜的至少一方包含高熔點(diǎn)金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述貴重金屬以銦為主成分。
20.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述介質(zhì)膜是由鈣鈦礦類氧化物構(gòu)成的鐵磁性膜。
全文摘要
電容元件(26)具有在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(10)的第三層間絕緣膜(22)上的開(kāi)口部(22a)的底面和壁面上形成的由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的多晶體構(gòu)成的下部電極(23)、形成在該下部電極(23)之上的由介質(zhì)構(gòu)成的電容絕緣膜(24)和形成在該電容絕緣膜(24)上的由貴重金屬的氧化物、氮化物或氮氧化物的多晶體構(gòu)成的上部電極(25)。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能防止對(duì)電容絕緣膜(24)的用于介質(zhì)結(jié)晶的熱處理時(shí)產(chǎn)生的下部電極(23)和上部電極(25)的斷線、構(gòu)成電容絕緣膜(24)的原子的擴(kuò)散。能防止由于對(duì)介質(zhì)進(jìn)行比較高溫的熱處理而產(chǎn)生的電極斷線。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1577867SQ20041006375
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者夏目進(jìn)也, 林慎一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社