專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地，涉及一種MIM型電容器的制造方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的存儲(chǔ)單元包括選擇晶體管和電容器，并且隨著精細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，存儲(chǔ)單元小型化，電容器的電荷累積量的減少已經(jīng)成為問題。為了解決此問題，已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，通過生產(chǎn)固體電容器，增加電極表面積，將電容器結(jié)構(gòu)從金屬絕緣體硅(MIS)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳^緣體金屬(MIM)結(jié)構(gòu)。具體地，利用釕(Ru)膜作為其電極的MIM型電容器引起了人們的廣泛關(guān)注，作為大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)，因?yàn)獒懕∧せ瘜W(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)和處理技術(shù)已經(jīng)得到了快速的發(fā)展。
圖2是示出了具有MIM型電容器的存儲(chǔ)單元的典型傳統(tǒng)示例的縱向剖面圖。在通過以分隔絕緣膜2分隔硅襯底10的主面而設(shè)置的有源區(qū)中形成兩個(gè)選擇晶體管。每個(gè)選擇晶體管包括通過柵極絕緣膜3形成在硅襯底10的主面上的柵極電極4和用作源極區(qū)和漏極區(qū)的一對(duì)擴(kuò)散層區(qū)域5、6，集成并公共地使用各個(gè)選擇晶體管的擴(kuò)散層區(qū)域5。在此選擇晶體管中，形成在層間絕緣膜25、26上的位線8與擴(kuò)散層區(qū)域5通過貫穿層間絕緣膜25的多晶硅插頭12和金屬插頭7相連。以層間絕緣膜21覆蓋位線8，并通過在設(shè)置在形成在層間絕緣膜21上的層間絕緣膜22中的孔中層疊作為下電極的釕膜41、作為上電極的釕膜61和作為電容絕緣膜的氧化鉭膜51，形成電容器。下電極41在其底面上與勢壘金屬膜32相連，以及勢壘金屬膜32經(jīng)過接觸金屬膜31通過其底面與多晶硅插頭11相連，此外，多晶硅插頭11通過位于下方的多晶硅插頭12與晶體管的擴(kuò)散層區(qū)域6相連。在作為上電極的釕膜61上形成第一層配線86，第一層配線86與釕膜61通過連接插頭81相連，通過穿透層間絕緣膜27形成連接插頭81。
將參照圖3～圖14，對(duì)如圖2所示的存儲(chǔ)單元中的MIM型電容器的制造方法的第一傳統(tǒng)示例進(jìn)行描述。在以多晶硅膜填充穿透層間絕緣膜21的接觸孔之后，通過內(nèi)刻蝕形成多晶硅插頭11(圖3)。在多晶硅插頭11的頂面上的凹陷部分中形成用作勢壘金屬膜的鉭膜和氮化鉭膜32。之后，通過在氮?dú)猸h(huán)境下的熱處理，使鉭膜與多晶硅反應(yīng)，形成硅化鉭膜31。隨后，按照化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，去除凹陷外部的勢壘金屬膜(圖4)。接下來，形成層間絕緣膜22，并形成穿透層間絕緣膜22的圓柱孔92，從而在圓柱孔92的底面上暴露勢壘金屬膜32的表面(圖5)。
接下來，按照濺射方法和CVD方法，形成釕膜41，作為下電極(圖6)。然后，在孔中形成光刻膠膜99(圖7)，并通過保護(hù)孔中的釕膜的同時(shí)的內(nèi)刻蝕，去除位于孔的頂部的釕膜(圖8)，并通過去除光刻膠膜99獲得下電極41(圖9)。接下來，按照CVD方法，形成氧化鉭膜51，并進(jìn)行熱處理以重組氧化鉭膜51(圖10)。隨后，按照濺射方法和CVD方法，形成釕膜61，作為上電極(圖11)。按照光刻技術(shù)和干刻蝕技術(shù)，將此釕膜61處理成上電極的形狀(圖12)，并形成層間絕緣膜27(圖13)。按照將四乙基原硅酸酯(TEOS)和氧氣(O2)用作材料氣體的等離子體CVD方法，形成層間絕緣膜27。盡管因?yàn)槟軌蛞暂^低的成本和較低的溫度(≤400℃)形成層間絕緣膜(SiO2膜)，此方法盛行，但由于不充分的覆蓋，在上電極中形成了空腔95。
釕膜是易于通過干法刻蝕進(jìn)行處理的貴金屬材料，并例如能夠在氧氣或氯氣和氧氣的混合氣體的環(huán)境下進(jìn)行刻蝕。但是，如果將釕膜用作下電極，其在刻蝕處理器件被部分氧化，由此導(dǎo)致了漏電流增加的問題。即，如果在部分下電極轉(zhuǎn)變?yōu)獒懙难趸飼r(shí)，在其上形成了電容絕緣膜，在用于重組電容絕緣膜的熱處理器件，釕的氧化物發(fā)生變化、變形或收縮，結(jié)果，將應(yīng)力施加到電容絕緣膜上，從而增加了漏電流。
日本未審專利公開(KOKAI)No.2001-313379描述了一種方法，其中在將第一釕膜處理成下電極的形狀之后，在第一釕膜41的表面上有選擇地生長用作緩沖膜(保護(hù)膜)的第二釕膜43，作為防止來源于釕的氧化物的漏電流增加的方法。該方法在防止來源于下電極的釕膜表面上的氧化物的電容器的漏電流特性的惡化上取得了一定的效果(圖14)。
但是，根據(jù)如圖14所示的傳統(tǒng)示例，盡管防止了來源于下電極表面上的氧化物的漏電流的增加，但不能防止來源于上電極的氧化的漏電流增加。即，盡管在上電極的刻蝕處理期間，部分釕膜被轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸铮陔娙萜餍纬芍蟮倪€原環(huán)境中的熱處理工藝中，氧化物再次被還原為釕膜。因?yàn)榘l(fā)生了體積收縮，從而降低了上電極的密度，還原氣體滲透到上電極的釕膜中，以還原氧化鉭膜，并且在氧化鉭膜中包含氫。結(jié)果，發(fā)生了漏電流增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出一種用于制造新穎的MIM型電容器的方法，其中電容器的漏電流并不會(huì)因?yàn)樯想姌O的釕膜的氧化而增加。
本發(fā)明的方案是一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述半導(dǎo)體器件包括形成在半導(dǎo)體襯底的主面上的存儲(chǔ)器選擇MISFET；以及電容器，具有與所述存儲(chǔ)單元選擇MISFET的源極和漏極之一電連接的下電極、上電極和設(shè)置在所述下電極和所述上電極之間的電容絕緣，所述方法包括以下步驟形成所述電容絕緣膜；在所述電容絕緣膜上形成所述上電極膜；形成上電極保護(hù)膜，從而與所述上電極膜接觸；以及將所述上電極保護(hù)膜和所述上電極膜刻蝕成所述上電極的形狀。
本發(fā)明所能獲得的效果簡單描述如下(1)根據(jù)本發(fā)明，可以對(duì)上電極的釕膜進(jìn)行刻蝕，而不會(huì)損壞(氧化、形成空腔)上電極的釕膜。
(2)根據(jù)本發(fā)明，抑制了由于利用氫氣的處理而導(dǎo)致的電容器的漏電流增加。
(3)根據(jù)本發(fā)明，提高了MIM型電容器的可靠性。
(4)根據(jù)本發(fā)明，提高了具有MIM型電容器的器件(DRAM等)的可靠性。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電容器的剖面圖；圖2是示出了具有MIM型電容器的第一傳統(tǒng)存儲(chǔ)單元的剖面圖；圖3是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖4是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖5是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖6是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖7是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖8是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖9是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖10是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖11是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖12是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖13是示出了根據(jù)第一傳統(tǒng)方法的電容器制造步驟的剖面圖；圖14是示出了第二傳統(tǒng)MIM型電容器的剖面圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的、用于I-V特性評(píng)估的電容器的剖面圖；圖19示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的I-V特性的評(píng)估結(jié)果；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的分析樣本的剖面結(jié)構(gòu)；圖21示出了上電極保護(hù)膜的材料及其形成方法對(duì)電容器特性的影響
圖22是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖24是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖25是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖26是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖27是示出了第三傳統(tǒng)MIM型電容器的剖面圖；圖28是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖29是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖33是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖34是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖35是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖36是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；圖37是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電容器制造步驟的剖面圖；以及圖38是示出了第四傳統(tǒng)MIM型電容器的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，以便闡明本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
(第一實(shí)施例)(1)制造方法將參照圖15～圖21，對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIM電容器制造方法進(jìn)行描述。
首先，順序形成層間絕緣膜21、多晶硅插頭11、勢壘金屬膜32、層間絕緣膜22、圓柱孔92等(參見圖5)。之后，按照濺射方法和CVD方法，形成厚度為20nm的釕膜41，作為下電極(參見圖6)。這里，以按照PCM濺射方法形成的釕膜作為晶種層(seed layer)，利用CVD方法，形成釕膜(參見圖7)。如果采用PCM濺射方法，形成在下電極41的底部的釕膜的晶粒邊界密度較小，從而抑制了氧氣通過下電極的擴(kuò)散。結(jié)果，不會(huì)發(fā)生勢壘金屬膜在隨后的針對(duì)電容絕緣膜的熱處理工藝中被氧化的問題。在利用乙基環(huán)戊二烯基釕(Ru(C2H5C5H4)2)和氧氣作為材料氣體、膜形成溫度320℃、總壓力400Pa的環(huán)境下，進(jìn)行基于CVD方法的釕膜的形成。接下來，在孔中形成光刻膠膜，然后，在保護(hù)孔中的釕膜的同時(shí)，對(duì)孔頂部的釕膜進(jìn)行內(nèi)刻蝕(參見圖8)。接下來，通過去除光刻膠膜，獲得了類似杯狀的下電極41(參見圖9)。之后，在氫氣的環(huán)境下(以氮?dú)庀♂尀?0％)，對(duì)釕膜41進(jìn)行熱處理。此熱處理的目的是使釕膜變密，并事先提高其晶向?qū)傩?，從而不?huì)在隨后的熱處理期間收縮或變形而導(dǎo)致漏電流的增加。在氫氣環(huán)境中進(jìn)行該熱處理的原因在于加速包含在釕膜中的氧化釕和雜質(zhì)的分離，以提高密度和晶向?qū)傩浴?br> 接下來，按照CVD方法，形成厚度為15nm的氧化鉭膜51，并執(zhí)行熱處理以重組氧化鉭膜51(參見圖10)。在410℃的溫度下的臭氧環(huán)境中，進(jìn)行此熱處理10分鐘。在臭氧環(huán)境中進(jìn)行該熱處理的原因在于臭氧在氧化性上強(qiáng)于如氧氣、氧化氮等氧化氣體，并能夠有效地重組氧化鉭膜。熱處理溫度最好在大于等于360℃小于460℃的范圍內(nèi)。原因在于在低于360℃的溫度，不能有效地重組氧化鉭膜，而漏電流增加，而另一方面，在高于460℃的溫度，下電極的釕膜被氧化，也導(dǎo)致漏電流增加。
接下來，在按照濺射方法和CVD方法，作為上電極形成釕膜61之后，按照CVD方法，形成第二氧化鉭膜56，作為上電極保護(hù)膜(參見圖15)。
按照光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，將第二氧化鉭膜56和釕膜61處理成上電極的形狀(圖16)。存在兩種用于處理第二氧化鉭膜56和釕膜61的方法。即，所述兩種方法為(1)以光刻膠膜作為掩模，同時(shí)刻蝕第二氧化鉭膜56和釕膜61的方法；以及(2)在利用光刻膠膜作為掩?？涛g第二氧化鉭膜56并按照灰化拋光法等去除光刻膠膜之后、以第二氧化鉭膜56作為掩?？涛g釕膜的方法。方法(1)的缺點(diǎn)在于盡管其刻蝕處理簡單，但精細(xì)圖案處理的精度較低。另一方面，方法(2)在精細(xì)圖案處理的精度上較為出色，但其刻蝕處理復(fù)雜。需要考慮所需的圖案處理精度和工藝成本來選擇適當(dāng)?shù)墓に?。此外，方?2)獲得了較高的處理優(yōu)越性，因?yàn)槿绻诳涛g第二氧化鉭膜56時(shí)，將氯氣(Cl2)和三氯化硼(BC13)用作刻蝕氣體，實(shí)質(zhì)上不會(huì)刻蝕釕膜61。此外，如果在刻蝕釕膜61時(shí)，將氧氣和氯氣(Cl2)用作刻蝕氣體，也能獲得較高的處理優(yōu)越性，因?yàn)閷?shí)質(zhì)上不會(huì)刻蝕第二氧化鉭膜56。
之后，形成層間絕緣膜27(圖17)，并通過以連接插頭81填充開路連接孔，形成第一層配線86(圖1)。
盡管將氮化鈦用作根據(jù)本實(shí)施例的勢壘金屬膜，同樣允許使用氮化鉭膜、氮化鎢膜、氮硅化鎢膜、氮硅化鉭膜、氮硅化鈦膜、氮化鈦鋁膜等。此外，允許使用鉑或銥來代替釕膜，作為下電極和上電極。此外，允許使用氧化鋁膜、鈦酸鍶(STO)膜、鈦酸鍶鋇(BST)膜、二氧化鉿膜、硅氧化鉿膜等，作為電容絕緣膜，來代替氧化鉭膜。允許使用層疊的多種上述薄膜。
(2)特性評(píng)估/分析結(jié)果(2-1)電容器特性將對(duì)電容器的特性評(píng)估結(jié)果和分析結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的描述。除非特別聲明，下述實(shí)驗(yàn)條件基于上述電容器制造方法。
首先，研究電容器的I-V特性。這里，使用具有如圖18所示的剖面結(jié)構(gòu)的電容器的274kbit并聯(lián)陣列TEG。固定勢壘金屬膜的電位(B)，并將電壓施加到上電極(A)，測量在勢壘金屬膜與上電極之間流動(dòng)的電流。
圖19示出了I-V特性的評(píng)估結(jié)果。如果未設(shè)置上電極保護(hù)膜(氧化鉭膜)(對(duì)應(yīng)于如圖12所示的傳統(tǒng)技術(shù))，盡管在利用氫氣的處理之前，漏電流小于1e-9A/cm2(在±1V，實(shí)際范圍小于1e-8A/cm2)，在利用氫氣的處理之后(450℃，30分鐘)，漏電流增加。實(shí)際上，如果測量溫度是90℃(對(duì)應(yīng)于DRAM的操作溫度)，漏電流增加到5e-7A/cm2(圖19(a)、(b))。另一方面，如果設(shè)置上電極保護(hù)膜(圖18)，在利用氫氣的處理之后，漏電流保持小于1e-9A/cm2(圖19(c)、(d))，從而能夠有效地抑制漏電流。
(2-2)剖面TEM分析的結(jié)果以及對(duì)漏電流增加機(jī)制的考慮進(jìn)行剖面TEM(透射電子顯微鏡)分析，以便闡明基于傳統(tǒng)技術(shù)的利用氫氣的處理使漏電流增加的機(jī)制(在未設(shè)置上電極保護(hù)膜的情況下)。通過模仿圖13中的部分C，生產(chǎn)具有如圖20(a)、(b)所示的結(jié)構(gòu)的分析樣本。圖20(c)、(d)示出了在將相同的樣本暴露于類似于上電極處理的刻蝕環(huán)境之后的條件。這里，刻蝕環(huán)境包括以下兩個(gè)步驟第一步環(huán)境氯氣(Cl2)和氧氣(O2)的混合氣體溫度50℃壓力1.5Pa
主要目的刻蝕釕(Ru)膜第二步環(huán)境四氟化碳(CF4)和氧氣(O2)的混合氣體溫度150℃壓力100Pa主要目的去除抗蝕膜(灰化)在暴露于刻蝕環(huán)境之后，顯然的是，形成了異類層和空腔。作為電子束衍射分析的結(jié)果，確信此異類層是二氧化釕(RuO2)。釕膜容易被氧化，并轉(zhuǎn)變?yōu)樗难趸?RuO4)，并汽化。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，此時(shí)在釕膜中形成了空腔。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為汽化后的四氧化釕(RuO4)再次粘附在釕膜上，并分解(不均衡)，從而形成二氧化釕(RuO2)。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，因?yàn)樵谏院罄脷錃獾奶幚頃r(shí)，氫氣易于通過所形成的空腔到達(dá)電容絕緣膜(氧化鉭膜)，在電容絕緣膜中形成氧缺失，包含氫，漏電流增加。此外，二氧化釕(RuO2)與氫氣反應(yīng)，從而其再次被還原為釕(Ru)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，空腔的形成和應(yīng)力變化的產(chǎn)生導(dǎo)致了漏電流的增加。
另一方面，如果形成上電極保護(hù)膜，因?yàn)獒懩げ⑽幢┞队诳涛g環(huán)境，不會(huì)形成四氧化釕(RuO4)或空腔。因此，不會(huì)由于利用氫氣的處理而導(dǎo)致漏電流增加。
(2-3)上電極保護(hù)膜的材料、形成方法與電容器特性之間的關(guān)系對(duì)上電極保護(hù)膜的材料、形成方法與電容器特性之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖21所示。
如果在還原環(huán)境中進(jìn)行上電極保護(hù)膜的形成，較大的漏電流流動(dòng)，而與利用氫氣的之前或之后的處理無關(guān)(＞1e-8A/cm2)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，因?yàn)樵谛纬缮想姌O保護(hù)膜時(shí)，在電容絕緣膜(氧化鉭膜)中形成氧缺失，并包含氫，漏電流增加。此外，當(dāng)在形成上電極保護(hù)膜的同時(shí)進(jìn)行等離子體處理時(shí)，漏電流較大，而與利用氫氣的之前或之后的處理無關(guān)。這可以認(rèn)為是因?yàn)榈入x子體處理損壞了電容絕緣膜。當(dāng)在將氧化鋁膜用作上電極保護(hù)膜的情況下，將氧氣(O2)用作材料CVD氣體時(shí)，漏電流增加。這可以認(rèn)為是因?yàn)橛捎谀ば纬蓽囟雀咧?00℃，電容絕緣膜的氧化鉭膜部分晶體化。當(dāng)將臭氧(O3)用作材料CVD氣體時(shí)，在利用氫氣的處理之后，漏電流增加。作為分析的結(jié)果，顯然的是，在上電極的釕(Ru)膜和氧化鋁膜之間的界面上形成了二氧化釕(RuO2)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，因?yàn)獒?Ru)膜被臭氧氧化，從而形成了二氧化釕(RuO2)，然后，在利用氫氣進(jìn)行處理時(shí)，此二氧化釕(RuO2)層收縮，而導(dǎo)致了漏電流增加。
如上所述，能夠在小于等于500℃的溫度下、且不伴有等離子體處理、不在還原環(huán)境下形成的膜適用于上電極保護(hù)膜。作為上電極保護(hù)膜的形成方法，不使用臭氧作為CVD氣體的方法是合適的。氧化鉭膜最適用于上電極保護(hù)膜，其次是利用臭氧作為CVD氣體的氧化鋁膜。
與此同時(shí)，可以通過利用三甲基鋁(Al(CH3)3)和氧氣作為材料氣體，或者通過利用三甲基鋁(Al(CH3)3)和臭氧作為材料氣體，來形成氧化鋁膜。
(2-4)氧化鉭膜的形成方法與電容器特性之間的關(guān)系通常，利用五乙氧基鉭(Ta(OC2H5)5)和氧氣作為材料氣體，在大約440℃的溫度，進(jìn)行氧化鉭膜的形成。在此溫度進(jìn)行膜形成的原因在于如果溫度高于此，則覆蓋率較差。另一方面，如果溫度低于此，則膜形成速度較低，導(dǎo)致了產(chǎn)量的下降，且膜中可能包含如氫和碳等雜質(zhì)，從而導(dǎo)致了漏電流增加。
如果在釕膜上形成氧化鉭膜，根據(jù)情況，因?yàn)獒懩さ拇呋饔?，在膜形成的初始階段，膜形成溫度異常而快速地上升，從而發(fā)生了如釕膜的氧化和具有較差覆蓋率的氧化鉭膜的形成等異?，F(xiàn)象。以下措施對(duì)于防止此異?，F(xiàn)象的發(fā)生是有效的。
通過以下兩個(gè)步驟來進(jìn)行膜形成對(duì)于抑制任何異常現(xiàn)象和確保產(chǎn)量是有效的第一步，在形成的最初階段，在低于440℃的溫度，以較低的生長速度形成其初始階段層；以及第二步，在大約440℃的溫度，較高生長速度的膜形成。原因在于，在較低的溫度下，如釕膜的氧化和氧化鉭膜的覆蓋率惡化等異常現(xiàn)象不容易發(fā)生。此外，另一原因在于一旦釕膜的表面被氧化鉭膜所覆蓋，來源于釕膜的催化作用的任何異?，F(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生，即使在440℃的溫度下進(jìn)行膜形成。
從產(chǎn)量和膜中的雜質(zhì)的觀點(diǎn)來看，最好在350～400℃的溫度下，進(jìn)行第一膜形成步驟。如果其厚度為0.1nm～2nm，初始階段層的厚度就足夠了。此外，作為另一形成方法，在初始膜形成階段只將五乙氧基鉭(Ta(OC2H5)5)引入膜形成設(shè)備中或者降低氧氣的流速的方法也是有效的。在這些情況下，可以形成初始階段層，而不會(huì)引起異?，F(xiàn)象。
此外，對(duì)于膜形成，減小第一膜形成步驟中的氧氣的流速使其小于第二膜形成步驟中的氧氣的流速也是需要的。
(第二實(shí)施例)將參照圖22～26，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的MIM電容器制造方法進(jìn)行描述。
本實(shí)施例涉及其中另一低電阻層位于上電極的釕膜上的結(jié)構(gòu)。如果將這種上電極結(jié)構(gòu)用于DRAM，如日本未審專利公開(KOKAI)No.2001-144266中所述，能夠提高其操作速度。作為此低電阻膜，通過濺射形成的鎢膜是合適的。鎢膜是電阻為大約10μΩ·cm的低電阻膜。采用濺射方法來代替CVD方法的原因在于因?yàn)椴牧蠚怏w為氫氣(H2)，CVD方法增加了電容器的漏電流。在處理上電極的釕膜時(shí)，可以將鎢膜用作硬掩模。本實(shí)施例示出了其中上電極具有由釕膜和鎢膜構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)并將氧化鉭膜用作上電極保護(hù)膜的示例。
(1)制造方法按照與傳統(tǒng)方法相同的方法，順序形成層間絕緣膜21、多晶硅插頭11、勢壘金屬膜32、層間絕緣膜22、圓柱孔92、下電極(釕膜)41、電容絕緣膜(氧化鉭膜)51、上電極釕膜61等(參見圖11)。按照濺射方法，在其上形成鎢膜71(圖22)。盡管在電容器的頂部形成了鎢膜，但因?yàn)橛捎谛纬煞椒ǖ脑蚱涓采w率較差，在電容器內(nèi)部形成了空腔95。按照CVD方法，在其上形成第二氧化鉭56，作為上電極保護(hù)膜(圖23)。
隨后，按照光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，將第二氧化鉭膜56、鎢膜71和釕膜61處理成上電極的形狀(圖24)。這里，(1)以光刻膠膜作為掩模，可以同時(shí)刻蝕第二氧化鉭膜56、鎢膜71和釕膜61。(2)允許以光刻膠膜作為掩模，刻蝕第二氧化鉭膜56，并通過灰化拋光方法等去除光刻膠膜，然后，以第二氧化鉭膜56作為掩模，刻蝕鎢膜71和釕膜61?？蛇x地，(3)允許以光刻膠膜作為掩模，刻蝕第二氧化鉭膜56和鎢膜71，并按照灰化拋光方法等去除光刻膠膜，然后，以第二氧化鉭膜56和鎢膜71作為掩模，刻蝕釕膜61。需要考慮所需的圖案處理精度和工藝成本來選擇工藝。
之后，形成層間絕緣膜27(圖25)，將連接插頭81嵌入形成在層間絕緣膜27中的連接孔中，并形成第一層配線86，因此，得到了具有如圖26所示的結(jié)構(gòu)的電容器。
(2)特征評(píng)估和分析結(jié)果研究電容器的I-V特性。與第一實(shí)施例相類似，可以看到漏電流根據(jù)是否存在上電極保護(hù)膜(氧化鉭膜)而不同。即，盡管在不具有上電極保護(hù)膜的傳統(tǒng)示例中(圖27)，漏電流在利用氫氣的處理之前小于1e-9A/cm2(在±1V以下)，在利用氫氣的處理之后(450℃、30分鐘)，漏電流增加到5e-7A/cm2。
如本示例所示，不論上電極僅包括釕膜，或是還包括形成在釕膜上的其他膜，上電極的釕膜都具有防止由于刻蝕處理而引起的釕膜的變化以及來源于該變化的漏電流增加的效果。
(第三實(shí)施例)將參照圖28～圖37，對(duì)本發(fā)明的MIM電容器制造方法進(jìn)行描述。此實(shí)施例是應(yīng)用于具有不同于第一實(shí)施例的底電極結(jié)構(gòu)的電容器的示例，即，柱腳(類似柱狀的)結(jié)構(gòu)的底電極。
(1)制造方法首先，按照與傳統(tǒng)方法相同的方法，順序形成層間絕緣膜21、多晶硅插頭11和勢壘金屬膜32(參見圖4)。接下來，順序形成層間絕緣膜23和層間絕緣膜22，并形成穿透層間絕緣膜22和層間絕緣膜23的圓柱孔92，并在圓柱孔92的底部暴露勢壘金屬膜32的表面(圖28)。然后，按照濺射方法和CVD方法，形成釕膜41，作為下電極(圖29)。之后，按照CMP方法，去除孔上部的釕膜(圖30)。通過濕法刻蝕去除層間絕緣膜22，從而獲得柱腳(類似柱狀的)下電極(圖31)。之后，在氫氣中(以20％的氮?dú)庀♂?，對(duì)釕膜41進(jìn)行熱處理，以便提高其晶向?qū)傩浴?br> 接下來，按照CVD方法，形成厚度為15nm的鉭膜51，并在410℃的臭氧環(huán)境中，進(jìn)行10分鐘的熱處理，以便重組氧化鉭膜51(圖32)。隨后，按照濺射方法和CVD方法，形成釕膜61，作為上電極(圖33)。在作為上電極保護(hù)膜形成第二氧化鉭膜52之后(圖34)，將第二鉭膜52和釕膜61處理成所需的上電極形狀(圖35)。之后，形成層間絕緣膜27(圖36)，并將連接插頭81嵌入開路連接孔中，并形成第一層配線86，結(jié)果，得到了具有如圖37所示的結(jié)構(gòu)的電容器。
(2)特性評(píng)估和分析結(jié)果研究電容器的I-V特性。與第一實(shí)施例相類似，根據(jù)是否存在上電極保護(hù)膜(氧化鉭膜)，可以看到漏電流的不同。即，盡管在不具有上電極保護(hù)膜的傳統(tǒng)示例中(圖38)，漏電流在利用氫氣的處理之前小于1e-9A/cm2(在±1V)，在利用氫氣的處理之后(450℃、30分鐘)，漏電流增加到5e-7A/cm2。
不論下電極結(jié)構(gòu)是杯形，或是柱腳(類似柱狀的)結(jié)構(gòu)，都具有防止上電極的釕膜由于刻蝕處理而發(fā)生改變的效果。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，顯而易見的是，在本發(fā)明的技術(shù)原理的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)匦薷母鱾€(gè)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制造方法，所述半導(dǎo)體器件包括形成在半導(dǎo)體襯底的主面上的存儲(chǔ)器選擇MISFET；以及電容器，具有與所述存儲(chǔ)單元選擇MISFET的源極和漏極之一電連接的下電極、上電極和設(shè)置在所述下電極和所述上電極之間的電容絕緣膜，所述方法包括以下步驟形成所述電容絕緣膜；在所述電容絕緣膜上形成所述上電極膜；形成上電極保護(hù)膜，從而與所述上電極膜接觸；以及將所述上電極保護(hù)膜和所述上電極膜刻蝕成所述上電極的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述電容絕緣膜是氧化鉭膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極膜是釕膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極膜是釕膜和鎢膜的層疊膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述鎢膜是利用濺射方法形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極保護(hù)膜是利用CVD方法形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極保護(hù)膜是氧化鉭膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述氧化鉭膜是利用五乙氧基鉭(Ta(OC2H5)5)和氧氣作為材料氣體形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述氧化鉭膜的形成包括第一膜形成步驟和第二膜形成步驟，第二膜形成步驟的膜形成速度高于第一膜形成步驟的膜形成速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于第一膜形成步驟的膜形成溫度低于第二膜形成步驟的膜形成溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于第一膜形成步驟的氧氣流速小于第二膜形成步驟的氧氣流速。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于第一膜形成步驟的膜形成溫度為350～400℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于在第一膜形成步驟中形成的膜厚度為0.1～2nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于形成所述上電極保護(hù)膜，而不氧化所述上電極膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極保護(hù)膜是在氧化環(huán)境中形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極保護(hù)膜是在小于等于500℃的溫度下形成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于形成所述上電極保護(hù)膜，而不使用臭氧。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述上電極保護(hù)膜是氧化鋁膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述氧化鋁膜是利用三甲基鋁(Al(CH3)3)和氧氣作為材料氣體形成的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述氧化鋁膜是利用三甲基鋁(Al(CH3)3)和臭氧作為材料氣體形成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述刻蝕處理步驟包括以下步驟涂覆光刻膠，將所述光刻膠膜曝光，并顯影；以所述光刻膠膜作為掩模，刻蝕所述上電極保護(hù)膜；去除所述光刻膠膜；以及以所述上電極保護(hù)膜作為掩模，刻蝕所述上電極膜。
全文摘要
在形成上電極保護(hù)膜從而使其與上電極的釕膜緊密接觸而并未損壞釕膜之后，對(duì)上電極進(jìn)行刻蝕，從而獲得MIM電容器，其中并不會(huì)由于上電極的釕膜的氧化而導(dǎo)致漏電流的增加。
文檔編號(hào)C23C16/40GK1624924SQ20041009825
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者中村吉孝, 川越剛, 佐久間浩, 淺野勇, 黑木啟二, 五嶋秀和, 飯島晉平 申請人:爾必達(dá)存儲(chǔ)器股份有限公司