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半導(dǎo)體器件和制造這種半導(dǎo)體器件的方法

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專利名稱::半導(dǎo)體器件和制造這種半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和制造這種半導(dǎo)體器件的方法。更具體地說(shuō),本發(fā)明涉及當(dāng)半導(dǎo)體材料用作下層電極時(shí)有可能提高其中高絕緣層(含有大介電常數(shù)的絕緣層)的絕緣性能的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明還涉及制造這種半導(dǎo)體器件的方法。一般來(lái)說(shuō),半導(dǎo)體器件具有其中絕緣層在下層電極和上層電極之間形成的結(jié)構(gòu),例如,其中絕緣層(柵絕緣層)和柵極依次在硅襯底上形成的晶體管結(jié)構(gòu),硅襯底起下層電極的作用;其中絕緣層和上層電極依次在下層電極上形成的電容器結(jié)構(gòu)。存在于上層電極和下層電極之間的絕緣層的絕緣性能是非常重要的。例如,在晶體管結(jié)構(gòu)中,晶體管的擊穿電壓特性是受絕緣層的絕緣性影響的;在電容器結(jié)構(gòu)中,電容值是隨絕緣層的絕緣性能而變化的。尤其是,當(dāng)電容器結(jié)構(gòu)中絕緣層的表面積和介電常數(shù)變大時(shí),其電容值也變大。因此,容易實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的多晶硅層可以用作下層電極。并且,具有高介電常數(shù)的氧化鉭(Ta2O5)層或BST(BaSrTiO3)層用作高絕緣層。但是,當(dāng)諸如氧化鉭(Ta2O5)層或BST(BaSrTiO3)層那樣的高絕緣層用作絕緣層時(shí),由于需要進(jìn)行后處理以得到穩(wěn)定的電容器,處理過(guò)程變得復(fù)雜化。在Ta2O5或BST層用作絕緣層的情況下,必須改變上層電極和下層電極的材料。因此,在電容器結(jié)構(gòu)中,當(dāng)多晶硅層用作下層電極時(shí),有必要提高高絕緣層的絕緣性能。因此,為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題,本發(fā)明提供了當(dāng)硅族材料用作下層電極時(shí)有可能提高其中高絕緣層的絕緣性能的半導(dǎo)體器件。因此,為了取得如上所述的特征,本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件包括由硅族材料構(gòu)成的第一電極、通過(guò)依次加入反應(yīng)物在第一電極上形成的絕緣層和其逸出功大于由硅族材料構(gòu)成的第一電極的逸出功的第二電極。第二電極是在絕緣層上形成的。此外,本發(fā)明提供了制造這種半導(dǎo)體器件的方法,該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成由硅族材料構(gòu)成的第一電極,通過(guò)依次加入反應(yīng)物在第一電極上形成絕緣層,和形成其逸出功大于由硅族材料構(gòu)成的第一電極的逸出功的第二電極,第二電極是在絕緣層上形成的。在電容器結(jié)構(gòu)中,第一電極和第二電極可以分別用作下層電極和上層電極。并且,在晶體管結(jié)構(gòu)中,第一電極和第二電極可以分別用作硅襯底和柵極。第二電極可以由金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、鋁層、氧化導(dǎo)體層、上面這些層的組合、或由其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等構(gòu)成。通過(guò)使第一電極表面變成親水性以利于絕緣層形成的,諸如氧化硅層、氮化硅層、或氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層那樣的穩(wěn)定層也可以在第一電極上形成。絕緣層可以通過(guò)原子層析出法形成。根據(jù)本發(fā)明,硅族材料用作下層電極。絕緣層通過(guò)原子層析出法形成,和上層電極由其逸出功大于下層電極的逸出功的材料層形成。因此,有可能提高絕緣層的絕緣性能和增大電容器結(jié)構(gòu)中的電容值。通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述,本發(fā)明的這些和其它特征、特性和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn),在附圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖;圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖;圖3A-3C和4A-4C分別示意性地顯示了傳統(tǒng)電容器和根據(jù)第一實(shí)施例的電容器的勢(shì)壘高度和等效電路;圖5是顯示傳統(tǒng)電容器(SIS)和本發(fā)明的MIS電容器的漏電流密度隨電壓變化的圖形;圖6是顯示傳統(tǒng)SIS電容器和根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器的勢(shì)壘高度的圖形;圖7和8分別是顯示本發(fā)明的MIS電容器和傳統(tǒng)SIS電容器的漏電流密度作為它們的電壓的函數(shù)的圖形;圖9是顯示在利用原子層析出法形成圖1所示的電容器的絕緣層的同時(shí)加入和清除各種反應(yīng)物的處理過(guò)程的圖形;圖10是顯示通過(guò)本發(fā)明的原子層析出法形成的絕緣層的均勻厚度的圖形;圖11A和11B顯示了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的原子層析出法形成的絕緣層的x-射線光電譜(XPS)峰值;圖12和13是顯示制造圖1所示的半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖;和圖14是顯示在本發(fā)明的MIS電容器中在穩(wěn)定層由直線(a)表示的情況下和穩(wěn)定層并沒(méi)有在下層電極的表面上形成的情況下氧化鋁層的厚度作為循環(huán)次數(shù)的函數(shù)的圖形?,F(xiàn)在參考附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。更具體地說(shuō),根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有電容結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō),本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括電容器的下層電極33、絕緣層37、和用作第二電極的電容器的上層電極39。下層電極33、絕緣層37和上層電極39所有單元都在半導(dǎo)體襯底31上形成,半導(dǎo)體襯底31是,例如,用作第一電極的硅襯底。在圖1中,參考標(biāo)號(hào)32表示中間水平絕緣層。下層電極33是由容易形成三維結(jié)構(gòu)的硅族材料構(gòu)成的層,例如,攙有諸如磷(P)之類雜質(zhì)的多晶層形成的。絕緣層37是通過(guò)其中反應(yīng)物被依次加入的原子層析出法形成的。由于絕緣層37是通過(guò)原子層析出法形成的,絕緣層37具有卓越的階躍覆蓋特性。絕緣層37由氧化鋁、氫氧化鋁、Ta2O5、BST(BaSrTiO3)、SrTiO3、PbTiO3、PZT(PbZrxTil-xO3)、PLZT(攙有La的PZT)、Y2O3、CeO2、Nb2O3、TiO2、ZrO2、HfO2、SiO2、SiN、Si3N4、或上面材料的任意組合等構(gòu)成。上層電極39由其逸出功大于硅族材料制成的下層電極的逸出功的材料構(gòu)成的層形成。上層電極39由諸如Al、Ni、Co、Cu、Mo、Rh、Pd、Sn、Au、Pt、Ru和Ir那樣的金屬層、諸如Ti、TiN、TiAlN、TaN、TiSiN、WN、WBN、CoSi和W那樣的高熔點(diǎn)金屬層,諸如RuO2、PhO2和IrO2那樣的導(dǎo)體氧化層、上面材料的各種組合、或其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等形成。當(dāng)上層電極39具有大于下層電極33的逸出功的逸出功時(shí),有可能通過(guò)減少如下所述的從下層電極33流向上層電極39的電流強(qiáng)度來(lái)提高絕緣層的絕緣性能。此外,在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中,可以是,例如,氧化硅層、氮化硅層、或氧化硅和氮化硅層的復(fù)合層的穩(wěn)定層35以利于絕緣層37的形成,并形成在電容器下層電極33上。例如,當(dāng)絕緣層是利用原子層析出法形成時(shí),在加在下層電極33上的反應(yīng)物是親水材料的情況下,穩(wěn)定層35是對(duì)下層電極33的表面親水的親水層。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。具體地說(shuō),根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有晶體管結(jié)構(gòu)而不是圖1所示的電容器結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括硅襯底61,其中攙有諸如磷(P)、砷(As)、硼(Br)和氟(F)之類的雜質(zhì),用作第一電極;柵絕緣層65,用作絕緣層;和柵極67,用作第二電極。也就是說(shuō),在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中,與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件相比,硅襯底61和柵極67分別對(duì)應(yīng)于上層電極和下層電極。在圖2中,參考標(biāo)號(hào)62表示源區(qū)或漏區(qū),這是一個(gè)雜質(zhì)攙入?yún)^(qū)。柵絕緣層65是通過(guò)包括依次加入反應(yīng)物的原子層析出法形成的。由于柵絕緣層65是通過(guò)原子層析出法形成的,柵絕緣層65具有卓越的階躍覆蓋特性。柵絕緣層65由氧化鋁、氫氧化鋁、Ta2O2、BST(BaSrTiO3)、SrTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT、Y2O3、CeO2、Nb2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、SiO2、SiN、Si3N4或它們的任意組合等構(gòu)成。柵極67是由其逸出功大于由硅族材料制成的下層電極61的逸出功的材料的層形成的,柵極67由諸如Al、Ni、Co、Cu、Mo、Rh、Pd、Sn、Au、Pt、Ru和Ir那樣的金屬層、諸如Ti、TiN、TiAlN、TaN、TiSiN、WN、WBN、CoSi和W那樣的高熔點(diǎn)金屬層,諸如RuO2、PhO2和IrO2那樣的導(dǎo)體氧化層、上面材料的任意組合、或其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料的層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等形成的。當(dāng)柵極67具有大于硅襯底61的逸出功的逸出功時(shí),由于有可能減少?gòu)墓枰r底61流向柵極67的電流強(qiáng)度,因此,有可能提高絕緣層65的絕緣性能。此外,在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中,可以是,例如,氧化硅層、氧化硅層、或氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層的、有利于柵絕緣層65的形成的穩(wěn)定層35形成在硅襯底61上。例如,當(dāng)絕緣層是利用原子層析出法形成時(shí),在加到硅襯底61中的反應(yīng)物是親水材料的情況下,穩(wěn)定層63是對(duì)硅襯底61的表面親水的親水層。為了方便起見(jiàn),現(xiàn)在參考第一實(shí)施例,即電容器結(jié)構(gòu),對(duì)絕緣層的絕緣性能進(jìn)行描述。對(duì)絕緣層的絕緣性能的描述也可以應(yīng)用于第二實(shí)施例中的晶體管結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō),電容器的下層電極對(duì)應(yīng)于晶體管的硅襯底和電容器的上層電極對(duì)應(yīng)于晶體管的柵極。圖3A-3C和4A-4C分別示意性地顯示傳統(tǒng)電容器和圖1所示的電容器的勢(shì)壘高度和等效電路。具體地說(shuō),圖3A-3C顯示了傳統(tǒng)電容器的勢(shì)壘高度和等效電路。在圖3A-3C所示的傳統(tǒng)電容器中,上層和下層電極由攙有雜質(zhì)的多晶硅層形成,絕緣層由利用原子層析出法生成厚度為60的氧化鋁層形成(SIS電容器)。圖4A-4C描繪了圖1所示的電容器的勢(shì)壘高度和等效電路。在圖4A-4C的電容器中,最好是金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)電容器,下層電極由作為硅族材料層的攙有雜質(zhì)的多晶硅層形成,絕緣層由利用原子層析出法生成厚度為60的氧化鋁層形成,和上層電極由其逸出功大于下層電極的逸出功的TiN層形成。在本發(fā)明的MIS電容器中,上層電極可以由包括TiN層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層的雙層構(gòu)成。在這種情況中,從半導(dǎo)體器件的工作原理的觀點(diǎn)來(lái)看,攙有雜質(zhì)的多晶硅層控制表面電阻。在圖3A-3C和4A-4C中,當(dāng)正偏壓施加到上層電極上時(shí),存在于下層電極之中的電子可以通過(guò)與起始勢(shì)壘(a)相對(duì)應(yīng)的第一電阻元件41和絕緣層的第二電阻元件43移動(dòng)到上層電極。在圖4A-4C所示的本發(fā)明的電容器中,當(dāng)正偏壓施加到上層電極上時(shí),電子穿過(guò)起始勢(shì)壘(a)并移動(dòng)到其勢(shì)壘比現(xiàn)有技術(shù)中的電容器的勢(shì)壘高的上層電極上。此時(shí),由于下層電極勢(shì)壘與上層電極勢(shì)壘之間的差值(b2-a)形成了坡度,這個(gè)坡度起到第三電阻元件45的作用,它阻止了電子的流動(dòng),從而阻止了電子從下層電極流向上層電極,因此提高了絕緣層的絕緣性能。當(dāng)負(fù)偏壓施加到上層電極(圖3C和4C)中時(shí),由于大的起始勢(shì)壘b1和b2引起的第四電子元件47a和47b,電子難以從上層電極移動(dòng)到下層電極。尤其是,由于圖4中的本發(fā)明的電容器的起始勢(shì)壘高度b2高于圖3中的電容器的起始勢(shì)壘高度b1,本發(fā)明的第四電阻元件47b大于傳統(tǒng)第四電阻元件47a。圖5是顯示傳統(tǒng)SIS電容器和本發(fā)明的MIS電容器的漏電流密度隨它們的電壓變化的圖形。圖6是顯示傳統(tǒng)SIS電容器和本發(fā)明的MIS電容器的勢(shì)壘高度的圖形。具體地說(shuō),如圖5所示,當(dāng)漏電流密度是1E-7A/cm2時(shí),在一般半導(dǎo)體器件中此值是允許的,本發(fā)明的MIS電容器顯示了比傳統(tǒng)SIS電容器的輸出點(diǎn)大0.9V的輸出點(diǎn)。這種現(xiàn)象是由圖4A和6所示的下層電極的勢(shì)壘高度和上層電極的勢(shì)壘高度之差值引起的。在圖6中,X軸表示與勢(shì)壘高度相對(duì)應(yīng)的能量,Y軸表示勢(shì)壘高度。Jmax表示在125℃溫度下的電流密度和Jmin表示在25℃溫度下的電流密度。如圖6所示,在正偏壓下的峰位表示與勢(shì)壘高度相對(duì)應(yīng)的能量。在傳統(tǒng)SIS電容器的情況下峰位在1.42eV上,在根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器的情況下峰位在2.35eV上。傳統(tǒng)SIS電容器的勢(shì)壘高度與根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器的勢(shì)壘高度之間的差值為0.93eV。這個(gè)差值等于有關(guān)圖4A的差值(b2-a)。因此,根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器具有比傳統(tǒng)SIS電容器的輸出點(diǎn)高差值(b2-a)的輸出點(diǎn)。也就是說(shuō),由于根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器能夠抵抗與大約0.9V的電壓差相對(duì)應(yīng)的漏電流密度,因此,有可能降低絕緣層的厚度,從而增大了電容量。圖7和8分別是顯示MIS電容器和傳統(tǒng)SIS電容器的漏電流密度隨它們的電壓變化的圖形。具體地說(shuō),在漏電流密度為大約IE-7A/cm2和電壓為1.2V的一般參考值下,有可能在根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器的情況下使等效氧化層具有28厚度和在傳統(tǒng)SIS電容器的情況下使等效氧化層具有41的厚度。其原因是根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器的輸出點(diǎn)比SIS電容器的輸出點(diǎn)大如上所述的大約0.9V的差額?,F(xiàn)在對(duì)制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件,即電容器結(jié)構(gòu),的方法進(jìn)行描述。對(duì)制造圖1所示的半導(dǎo)體器件,即電容器結(jié)構(gòu)的方法的描述可以應(yīng)用于第二實(shí)施例的晶體管結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō),電容器的下層電極對(duì)應(yīng)于晶體管的硅襯底和電容器的上層電極對(duì)應(yīng)于晶體管的柵極。首先描述形成根據(jù)本發(fā)明的電容器絕緣層的方法。圖9是顯示當(dāng)通過(guò)原子層析出法形成圖1所示的電容器的絕緣層時(shí)加入和消除各種反應(yīng)物的處理過(guò)程的圖形。圖10是顯示通過(guò)原子層析出法形成的絕緣層的均勻厚度的圖形。圖11A-11B顯示了通過(guò)原子層析出法形成的絕緣層的X-射線光電譜(XPS)峰值。更具體地說(shuō),根據(jù)本發(fā)明的電容器絕緣層是通過(guò)原子層析出法形成的,這樣形成的絕緣層具有卓越的階躍覆蓋特性。在本實(shí)施例中,絕緣層由氧化鋁層形成的情況用作一個(gè)例子。在原子層析出方法中,將含有鋁的反應(yīng)氣體(反應(yīng)物)加入到容器中,然后用惰性氣體進(jìn)行清除,再將氧化氣體加入到容器中,然后再用惰性氣體進(jìn)行清除,不斷重復(fù)整個(gè)操作過(guò)程。由此,根據(jù)本發(fā)明的原子層析出法包括原子層取向生長(zhǎng)(ALE)、循環(huán)化學(xué)氣體析出(CVD)、量化CVD和AlCVD。具體來(lái)說(shuō),如圖9所示,將含有諸如TMA[Al(CH3)3]、Al(CH3)Cl和AlCl那樣的鋁的反應(yīng)物加入到容器中,然后用惰性氣體進(jìn)行清除,再將諸如H2O、N2O、NO2、和O3那樣的氧化氣體加入到容器中,然后再用惰性氣體進(jìn)行清除,通過(guò)重復(fù)上面的操作過(guò)程幾次之后,就在半導(dǎo)體襯底,例如,硅襯底上形成氧化鋁層。也就是說(shuō),氧化鋁層是通過(guò)依次加入含有鋁的第一反應(yīng)物和作為氧化氣體的第二反應(yīng)物形成的。在本實(shí)施例中,TMA用作含有鋁的反應(yīng)物和H2O氣體用作氧化氣體。根據(jù)圖10所示的測(cè)量位置,利用這些氣體獲得的氧化鋁層具有異常均勻的厚度。在圖10中,在用于測(cè)量的這些點(diǎn)中,一點(diǎn)是在半導(dǎo)體晶片的中心上,四點(diǎn)是在直徑為1.75英寸的圓的圓周線上相隔90°的位置上,和其余四點(diǎn)是在直徑為3.5英寸的圓的圓周線上相隔90°的位置上。當(dāng)氧化鋁是XPS時(shí),正如圖11A和11B所示的測(cè)量那樣,只有Al-O和O-O峰被找到。這證明了氧化鋁層是由氧和鋁形成的。在圖11A和11B中,X軸表示結(jié)合能,Y軸表示計(jì)數(shù)。圖12和13是解釋制造圖1所示半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖。圖12顯示了形成下層電極33和穩(wěn)定層35的步驟。中間水平絕緣層32是在半導(dǎo)體襯底,例如,硅襯底,上形成的,并在其中打一個(gè)孔。通過(guò)接觸孔與半導(dǎo)體襯底31相接觸的下層電極33形成在半導(dǎo)體襯底31上,中間水平絕緣層32也是在襯底上形成的。尤其是,由于下層電極33是諸如攙有雜質(zhì)的多晶硅層那樣的硅族材料層形成的,下層電極33可以形成具有各種各樣的三維結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定層35形成1-40的厚度覆蓋住下層電極33,使得以后在下層電極33的表面上形成的絕緣層將會(huì)穩(wěn)定地形成。通過(guò)使用氮族氣體,進(jìn)行諸如快速熱處理(RTP)、退火處理、或等離子體處理那樣的帶有熱遲滯的處理,或在900℃的溫度下使用包括硅和氮的反應(yīng)物長(zhǎng)達(dá)三小時(shí)的時(shí)間,使穩(wěn)定層35由氮化硅層構(gòu)成。此外,也可以通過(guò)使用氧族氣體,進(jìn)行退火處理、熱紫外線(UV)處理、或等離子體處理,使穩(wěn)定層35由氧化硅層構(gòu)成。在本實(shí)施例中,通過(guò)使用氮源,例如,NH3氣體,RTP在大約60秒內(nèi)完成,或UV臭氧處理在450℃的溫度下在3分鐘內(nèi)完成?,F(xiàn)在參考圖14對(duì)穩(wěn)定層的作用進(jìn)行說(shuō)明。圖14顯示了在根據(jù)本發(fā)明的MIS電容器中當(dāng)穩(wěn)定層在下層電極的表面上形成時(shí)(a)和當(dāng)穩(wěn)定層沒(méi)有在下層電極的表面上形成時(shí)(b)氧化鋁層以為單位的厚度隨循環(huán)次數(shù)的變化。穩(wěn)定層35使絕緣層在以后的處理過(guò)程中穩(wěn)定地形成。由于作為下層電極33的多晶硅的表面攙有雜質(zhì)和通常處在厭水狀態(tài)下,因此,當(dāng)絕緣層利用作為氧化氣體的水蒸氣形成時(shí),不可能在厭水的下層電極33上穩(wěn)定地形成氧化鋁層。也就是說(shuō),當(dāng)如圖14的(b)所示的那樣沒(méi)有形成穩(wěn)定層時(shí),氧化鋁層在10個(gè)循環(huán)數(shù)的潛伏期之后才開(kāi)始生長(zhǎng)。但是,當(dāng)形成穩(wěn)定層時(shí),下層電極33的表面變成親水性的。因此,有可能如圖14的(a)所示的那樣無(wú)需潛伏期就能穩(wěn)定地形成氧化鋁層。在本實(shí)施例中,穩(wěn)定層35是形成的。但是,如有必要,可以省略穩(wěn)定層的形成。圖13顯示了形成絕緣層37的步驟。通過(guò)依次將鋁源和氧化氣體注入到容器中,使氧化鋁層在下層電極33上形成大約一個(gè)原子尺度,例如,大約0.5-100,的厚度。通過(guò)重復(fù)完成形成具有大約一個(gè)原子尺度的厚度的氧化鋁層的步驟,絕緣層37就可以由厚度為大約10-300的氧化鋁層構(gòu)成。由于原子層析出方法的處理特點(diǎn),如上所述那樣形成的絕緣層37具有卓越的階躍覆蓋特性。例如,在縱橫比為9∶1的結(jié)構(gòu)中,有可能有大于98%的階躍覆蓋。在形成絕緣層37之后,需要進(jìn)行后熱處理以便除去雜質(zhì)、使絕緣層變得密實(shí)和獲得理想配比的高質(zhì)絕緣層。后熱處理可以通過(guò)利用UV臭氧處理、氮退火、氧退火、濕式氧化、使用包括諸如N2、NH3、O3和N2O那樣的氧或氮的氣體的RTP、或在900℃的溫度下長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)時(shí)間間隔的帶有熱遲滯的真空退火等來(lái)進(jìn)行。通過(guò)進(jìn)行上面處理的某一些所獲得的結(jié)果顯示在表1中。表1<tablesid="table1"num="001"><table>絕緣層厚度氧退火UV臭氧處理氧RTP氮退火280.7(28.6)0.45(27.6)0.9(28.0)311.25(30.9)1.55(31.2)1.30(30.2)1.6(30.3)331.8(33.1)2.05(33.6)1.85(32.5)2.1(32.6)</table></tables>在表1中,氧退火是在750℃的溫度下持續(xù)30分鐘完成的。UV臭氧處理是利用20MW的能量持續(xù)10分鐘完成的。氧RTP是在750℃的溫度下持續(xù)3分鐘完成的。氮退火是在750℃的溫度下持續(xù)3分鐘完成的。表1的數(shù)值表示后熱處理之后的折射率,括號(hào)內(nèi)的數(shù)值表示在熱處理之后以為單位的絕緣層厚度。如表1所示,根據(jù)絕緣層厚度和折射率,進(jìn)行UV臭氧處理和氮退火的樣本產(chǎn)生最佳結(jié)果。在本實(shí)施例中,后熱處理是在形成絕緣層之后完成的。但是,可以省略進(jìn)行后熱處理??偠灾鐖D1所示,上層電極39是在絕緣層37上形成的。上層電極39由其逸出功大于如上所述的硅族材料制成的下層電極的逸出功大的材料層構(gòu)成。上層電極39由諸如Al、Ni、Co、Cu、Mo、Rh、Pd、Sn、Au、Pt、Ru和Ir那樣的金屬層、諸如Ti、TiN、TiAlN、TaN、TiSiN、WN、WBN、CoSi和W那樣的高熔點(diǎn)金屬層,諸如RuO2、PhO2和IrO2那樣的導(dǎo)體氧化層、上面材料的任意組合、或其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等構(gòu)成。在本實(shí)施例中,上層電極是由含有TiN層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層的雙層構(gòu)成的。如上所述,在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中,絕緣層是通過(guò)原子層析出法形成的,和當(dāng)通常使用的硅族材料層,例如,攙有雜質(zhì)的多晶硅層,用作下層電極時(shí),上層電極由其逸出功大于下層電極的逸出功的材料層構(gòu)成。這樣,有可能提高絕緣層的絕緣性能和增大電容器結(jié)構(gòu)中的電容量。盡管這里參考有關(guān)具體應(yīng)用的示范性實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明作了描述,但是,應(yīng)該明白,本發(fā)明并不僅限于此。熟悉本技術(shù)和接觸這里提供的內(nèi)容的人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,等效結(jié)構(gòu)的附加修改、應(yīng)用、實(shí)施例和替換均落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明不由前面的描述所限定,而由所附權(quán)利要求書(shū)的范圍來(lái)限定。權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體器件,包括由硅族材料構(gòu)成的第一電極;依次將反應(yīng)物加到第一電極上形成的絕緣層;和其逸出功大于第一電極的逸出功的第二電極,第二電極是在絕緣層上形成的。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中絕緣層是從一組材料中選擇出來(lái)的材料構(gòu)成的,這組材料包括氧化鋁、氫氧化鋁、Ta2O5、BST(BaSrTiO3)、SrTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT、Y2O3、CeO2、Nb2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、SiO2、SiN、Si3N4和它們的組合。3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中第二電極是由從一組材料層選擇出來(lái)的材料層形成的,這組材料層包括金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件,其中金屬層是從由Al、Ni、Co、Cu、Mo、Rh、Pd、Sn、Au、Pt、Ru和Ir組成的一組金屬中選擇出來(lái)的金屬構(gòu)成的,高熔點(diǎn)金屬層是從由Ti、TiN、TiAlN、TaN、TiSiN、WN、WBN、CoSi和W組成的一組金屬中選擇出來(lái)的金屬構(gòu)成的,和導(dǎo)體氧化層是從由RuO2、RhO2和IrO2組成的一組氧化物中選擇出來(lái)的氧化物構(gòu)成的。5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中通過(guò)使第一電極表面變成親水性以利于絕緣層的形成的穩(wěn)定層是在第一電極上形成的。6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件,其中穩(wěn)定層是由氧化硅層、氮化硅層、氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層組成的一組材料層之一。7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中絕緣層是通過(guò)原子層析出法形成的。8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件,其中在原子層析出法中反應(yīng)氣體和清除氣體是被依次加入到容器中的。9.一種半導(dǎo)體器件,包括由硅族材料構(gòu)成的電容器下層電極;依次將反應(yīng)物加到下層電極上形成的絕緣層,和在絕緣層上形成的和其逸出功大于下層電極的逸出功的電容器上層電極。1O.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件,其中上層電極是由金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等之一形成的。11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件,其中通過(guò)使下層電極表面變成親水性以利于絕緣層形成的穩(wěn)定層是在下層電極上形成的。12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件,其中穩(wěn)定層是氧化硅層、氮化硅層、和氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層之一。13.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件,其中絕緣層是通過(guò)原子層析出法形成的。14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件,其中在原子層析出法中反應(yīng)氣體和清除氣體是被依次加入容器中的。15.一種半導(dǎo)體器件、包括硅襯底;依次將反應(yīng)物加到硅襯底上形成的柵絕緣層;和在柵絕緣層上形成的和其逸出功大于硅襯底的逸出功的柵極。16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件,其中柵極是由金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層等之一形成的。17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件,其中通過(guò)硅襯底表面變成親水性以利于柵絕緣層的形成的穩(wěn)定層是在硅襯底上形成的。18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件,其中穩(wěn)定層是氧化硅層、氮化硅層、和氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層之一。19.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件,其中柵絕緣層是通過(guò)原子層析出法形成的。20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件,其中在原子層析出法中反應(yīng)氣體和清除氣體是被依次加入容器中的。21.一種制造半導(dǎo)體器件的方法,包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成硅族材料的第一電極;通過(guò)依次將反應(yīng)物加到第一電極上形成絕緣層;和形成其逸出功大于第一電極的逸出功的第二電極,第二電極是在絕緣層上形成的。22.如權(quán)利要求21所述的方法,其中形成絕緣層的步驟包括使用從一組材料中選擇出來(lái)的材料的步驟,這組材料包括氧化鋁、氫氧化鋁、Ta2O5、BST(BaSrTiO3)、SrTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT、Y2O3、CeO2、Nb2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、SiO2、SiN、Si3N4和它們的組合。23.如權(quán)利要求21所述的方法,其中形成第二電極的步驟包括使用從一組材料層中選擇出來(lái)的材料層的步驟,這組材料層包括金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅層依次形成的雙層。24.如權(quán)利要求23所述的方法,其中使用金屬層的步驟包括使用從一組金屬中選擇出來(lái)的金屬的步驟,這組金屬包括Al、Ni、Co、Cu、Mo、Rh、Pd、Sn、Au、Pt、Ru和Ir;使用高熔點(diǎn)金屬層的步驟包括使用從一組高熔點(diǎn)金屬中選擇出來(lái)的高熔點(diǎn)金屬的步驟,這組高熔點(diǎn)金屬包括Ti、TiN、TiAlN、TaN、TiSiN、WN、WBN、CoSi和W;和使用導(dǎo)體氧化層的步驟包括使用從一組氧化物選擇出來(lái)的氧化物所形成的導(dǎo)體層的步驟,這組氧化物包括RuO2、RhO2和IrO2。25.如權(quán)利要求21所述的方法,進(jìn)一步包括在形成第一電極的步驟之后在第一電極上形成以利于絕緣層形成的穩(wěn)定層的步驟。26.如權(quán)利要求25所述的方法,其中形成穩(wěn)定層的步驟包括從氧化硅層、氮化硅層、和氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層中選擇之一作為穩(wěn)定層的步驟。27.如權(quán)利要求21所述的方法,其中形成絕緣層的步驟包括使用原子層析出法。28.如權(quán)利要求27所述的方法,其中原子層析出法包括依次將反應(yīng)氣體和清除氣體加到容器中的步驟。29.如權(quán)利要求21所述的方法,進(jìn)一步包括在形成絕緣層的步驟之后進(jìn)行后熱處理的步驟。30.一種制造半導(dǎo)體器件的方法,包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成硅族材料的電容器下層電極;通過(guò)依次將反應(yīng)物加到下層電極上形成絕緣層;和形成其逸出功大于下層電極的逸出功的電容器上層電極,該上層電極是在絕緣層上形成的。31.如權(quán)利要求30所述的方法,其中形成上層電極的步驟包括由金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、鋁層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅依次形成的雙層等之一形成上層電極的步驟。32.如權(quán)利要求30所述的方法,進(jìn)一步包括在形成下層電極的步驟之后形成通過(guò)使下層電極表示變成親水性以利于絕緣層形成的穩(wěn)定層的步驟。33.如權(quán)利要求32所述的方法,其中形成穩(wěn)定層的步驟包括由氧化硅層、氮化硅層、和氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層之一形成穩(wěn)定層的步驟。34.如權(quán)利要求30所述的方法,其中形成絕緣層的步驟包括使用原子層析出法的步驟。35.如權(quán)利要求34所述的方法,其中原子層析出法包括依次將反應(yīng)氣體和清除氣體加入到容器中的步驟。36.如權(quán)利要求30所述的方法,進(jìn)一步包括在形成絕緣層的步驟之后進(jìn)行后熱處理的步驟。37.一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法,包括下列步驟通過(guò)依次將反應(yīng)物加到硅襯底上形成柵絕緣層;和在柵絕緣層上形成其逸出功大于硅襯底的逸出功的柵極。38.如權(quán)利要求37所述的方法,其中形成柵極的步驟包括由金屬層、高熔點(diǎn)金屬層、導(dǎo)體氧化層、上面這些層的組合、和其逸出功大于硅族材料的逸出功的材料層和攙有雜質(zhì)的多晶硅依次形成的雙層之一形成柵極的步驟。39.如權(quán)利要求37所述的方法,進(jìn)一步包括在形成柵絕緣層之前形成通過(guò)使硅襯底變成親水性以利于柵絕緣極形成的穩(wěn)定層的步驟。40.如權(quán)利要求39所述的方法,其中形成穩(wěn)定層的步驟包括由氧化硅層、氮化硅層、和氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層之一形成穩(wěn)定層的步驟。41.如權(quán)利要求37所述的方法,其中形成柵絕緣層的步驟包括使用原子層析出法。42.如權(quán)利要求37所述的方法,進(jìn)一步包括在形成柵絕緣層的步驟之后進(jìn)行后熱處理的步驟。全文摘要一種半導(dǎo)體器件,包括:由硅族材料構(gòu)成的第一電極、依次將反應(yīng)物加到第一電極上形成的絕緣層、和其逸出功大于第一電極的逸出功的第二電極,此第二電極是在絕緣層上形成的。在電容器結(jié)構(gòu)中,第一電極和第二電極可以分別是下層電極和上層電極。在晶體管結(jié)構(gòu)中,第一電極和第二電極可以分別是硅襯底和柵極。絕緣層可以通過(guò)原子層析出法來(lái)形成。因此,在這種半導(dǎo)體器件中,有可能提高絕緣層的絕緣性能和增大電容器結(jié)構(gòu)中的電容量。文檔編號(hào)H01L21/02GK1284747SQ0010894公開(kāi)日2001年2月21日申請(qǐng)日期2000年5月19日優(yōu)先權(quán)日1999年8月14日發(fā)明者金榮寬,樸興秀,樸泳旭,李相忍,張?jiān)寿?李鐘鎬,崔城濟(jì),李承桓,林載順,李周遠(yuǎn)申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社
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