專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，其使用鐵電材料或高介電常數(shù)的材料作為電容絕緣膜。
背景技術(shù)：
在非易失性存儲器器件和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)器件的領(lǐng)域中，每個使用鐵電材料或高介電常數(shù)的材料作為電容器的電容絕緣膜的半導(dǎo)體器件，可能會被每個具有由氧化硅或氮化硅制成的電容絕緣膜的半導(dǎo)體器件所代替。這樣的原因在于，鐵電材料和高介電常數(shù)的材料表現(xiàn)出由磁滯特性而產(chǎn)生的剩余極化，并具有高的介電常數(shù)。
典型地，由氫引起的還原作用使鐵電材料或高介電常數(shù)的材料具有惡化的特性，因為鐵電材料或高介電常數(shù)的材料是氧化物，其晶體結(jié)構(gòu)本身決定它們的物理特性。不管這些怎樣，用于形成MOS晶體管的過程、用于形成多層互連的過程、用于形成保護(hù)膜的過程以及其他過程包括許多工序，這些工序不僅使用氫氣，而且使用硅烷氣體、抗蝕劑材料和水(濕氣)，所有這些都包含氫原子。
例如，日本未審專利公開No.11-126881和No.2001-237393公開了如下內(nèi)容如圖5和圖6所示，為了防止鐵電材料或高介電常數(shù)的材料在各個制造過程中由于氫而引起特性惡化，用氫阻擋膜覆蓋鐵電電容器，該氫阻擋膜位于該鐵電電容器之上或之下；并且將該氫阻擋膜形成為將該鐵電電容器包圍在其中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人進(jìn)行了各種研究，以進(jìn)一步抑制，在制造包括由鐵電材料制成的電容絕緣膜的半導(dǎo)體器件的過程期間，由氫引起的電容絕緣膜的惡化。結(jié)果，他們得到了如下結(jié)論。也就是說，盡管對于上述已知的半導(dǎo)體器件，氫阻擋膜從其之上、之下及周圍整個地覆蓋鐵電電容器的所有面，但是在該已知的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中，僅其中形成電容器的區(qū)域(以下稱為“電容器形成區(qū)域”)整個地覆蓋有氫阻擋膜，這就使電容絕緣膜具有不夠充分的氫阻擋性能。
而且，為了用氫阻擋膜包圍電容器，如圖5和圖6所示，氫阻擋膜不可避免地由多個膜組成。因此，氫阻擋膜不可避免地用至少一個用于連結(jié)多個膜的結(jié)形成。另外，構(gòu)成氫阻擋膜的膜不是必須由相同材料制成。而且，為了包圍鐵電電容器，氫阻擋膜必需用至少一個結(jié)形成，同時用至少一個彎曲處形成。氫可能從氫阻擋膜的結(jié)進(jìn)入鐵電電容器。因此，不能完全地防止鐵電電容器由于氫而引起惡化。特別是，當(dāng)連結(jié)的構(gòu)成氫阻擋膜的膜不是由相同材料制成時，由結(jié)而產(chǎn)生的惡化進(jìn)一步變得明顯。此外，彎曲處造成鐵電電容器中由于氫而引起惡化。這樣的原因在于，一般來說，氫可能進(jìn)入到彎曲處，因為彎曲處已經(jīng)使膜特性變化或由于應(yīng)力的集中而破裂。
鑒于以上常規(guī)問題，完成了本發(fā)明，并且其目的在于，使半導(dǎo)體器件防止電容絕緣膜在半導(dǎo)體器件制造過程期間由于氫而引起惡化，其中該半導(dǎo)體器件具有由鐵電材料或高介電常數(shù)的材料制成的電容絕緣膜。
鑒于上述結(jié)果，即僅電容器形成區(qū)域包圍在氫阻擋膜之內(nèi)不能充分地防止氫進(jìn)入到電容絕緣膜，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如下。第一氫阻擋膜(電容器氫阻擋膜)覆蓋電容器形成區(qū)域的所有面，并且在位于第一氫阻擋膜之上的半導(dǎo)體器件的區(qū)域和位于電容器之下的半導(dǎo)體器件的區(qū)域中的至少一個區(qū)域中，第二氫阻擋膜(全面積氫阻擋膜)覆蓋包括電容器的半導(dǎo)體器件的整個面積，以增加在氫到達(dá)電容器以前的距離，從而顯著地減少電容器形成區(qū)域的氫集中。本發(fā)明是基于該發(fā)現(xiàn)進(jìn)行的，并且更具體地，由下列構(gòu)造實現(xiàn)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件至少由具有電容器的存儲器電路部分和用于控制該存儲器電路部分的外圍電路部分組成，包括抗氫的第一氫阻擋膜，覆蓋其中形成電容器的區(qū)域；抗氫的第二氫阻擋膜，至少覆蓋第一氫阻擋膜之上的存儲器電路部分和外圍電路部分，其中第二氫阻擋膜覆蓋除了其中形成接觸插塞的區(qū)域之外的、位于在第一氫阻擋膜之上并最靠近電容器的互連層和第一氫阻擋膜之間的半導(dǎo)體器件的區(qū)域。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括抗氫的第一氫阻擋膜，覆蓋其中形成電容器的區(qū)域，以及第二氫阻擋膜，至少覆蓋第一氫阻擋膜之上的存儲器電路部分和外圍電路部分。而且，第二氫阻擋膜覆蓋除了其中形成至少一個接觸插塞的區(qū)域之外的、位于在第一氫阻擋膜之上并最靠近電容器的互連層和第一氫阻擋膜之間的半導(dǎo)體器件的區(qū)域。因此，半導(dǎo)體器件制造過程期間產(chǎn)生的氫到達(dá)電容器的距離變得非常長。這樣肯定能減少到達(dá)電容器的氫的量(氫濃度)。此外，由于第二氫阻擋膜形成在互連層和第一氫阻擋膜之間，該互連層形成在覆蓋電容器的第一氫阻擋膜之上并且位于最靠近其中形成電容器的區(qū)域，這就能阻止在電容器形成后的工序中產(chǎn)生的氫進(jìn)入到其中形成電容器的區(qū)域。結(jié)果，能防止構(gòu)成電容器一部分的電容絕緣膜由于氫而引起惡化。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，優(yōu)選地，第一氫阻擋膜形成為從其中形成電容器的區(qū)域之上、之下和周圍覆蓋其中形成電容器的區(qū)域的所有面。這就更能防止電容器由于氫而引起惡化，該氫是經(jīng)過至少一個穿透第二氫阻擋膜的接觸孔的氫，或在形成在其中形成電容器的區(qū)域和第二氫阻擋膜之間的層間膜、接觸孔和接觸插塞形成期間產(chǎn)生的氫。
在這種情況下，優(yōu)選地，第一氫阻擋膜這樣形成，使得具有不同組成的阻擋膜在其中形成電容器的區(qū)域的側(cè)面處連結(jié)。從而，電容器能被第一氫阻擋膜包圍。另外，可以選擇適合于半導(dǎo)體器件制造工序的材料，作為下阻擋膜和上阻擋膜的各自材料，該下阻擋膜覆蓋其中形成電容器的區(qū)域的下面，該上阻擋膜覆蓋其中形成電容器的區(qū)域的上面和側(cè)面。
優(yōu)選地，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件還包括層間絕緣膜，覆蓋第一氫阻擋膜，并且接觸插塞經(jīng)過該層間絕緣膜；以及抗氫的第三氫阻擋膜，形成在接觸插塞的側(cè)表面上，其中第二氫阻擋膜形成在層間絕緣膜上，并且第三氫阻擋膜在每個所述接觸插塞的上端部上與第二氫阻擋膜接觸。這能阻止氫經(jīng)過接觸孔，該接觸孔在擴(kuò)散層或位于第二氫阻擋膜之下的互連和位于第二氫阻擋膜之上的互連之間。此外，如果以上述方式在層間絕緣膜上形成第二氫阻擋膜，這就提供了一種具有少量彎曲處的平面化的膜。因此，能可靠地保持高的氫阻擋性能。
優(yōu)選地，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件還包括抗氫的第四氫阻擋膜，形成在電容器之下。如果以上述方式在電容器之下形成第四氫阻擋膜，這就能進(jìn)一步防止已經(jīng)經(jīng)過半導(dǎo)體襯底的氫到達(dá)電容器。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選地，第四氫阻擋膜與第三氫阻擋膜接觸。這能減少經(jīng)過位于第二氫阻擋膜之下的半導(dǎo)體襯底的擴(kuò)散層或經(jīng)過用于與互連電接觸的接觸孔的氫量。
在這種情況下，優(yōu)選地，第三氫阻擋膜由鈦鋁、氮化鈦鋁或它們的多層膜組成。
此外，在這種情況下，優(yōu)選地，第三氫阻擋膜由氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅組成。這能防止各接觸插塞的下層材料和該接觸插塞的材料互相擴(kuò)散，并確保它們之間的粘附。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選地，互連層包括抗氫的導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料形成在第二氫阻擋膜上以便連接到接觸插塞。這能阻止氫經(jīng)過接觸孔，該接觸孔在半導(dǎo)體襯底的擴(kuò)散層或位于第二氫阻擋膜之下的互連和位于第二氫阻擋膜之上的互連之間。
在該情況下，優(yōu)選地，導(dǎo)電材料由鈦鋁、氮化鈦鋁或它們的多層膜組成。這能防止各接觸插塞的下層和該接觸插塞的材料互相擴(kuò)散并確保它們之間的粘附。
優(yōu)選地，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件還包括層間絕緣膜，覆蓋第一氫阻擋膜，并且接觸插塞經(jīng)過該層間絕緣膜，其中在層間絕緣膜上形成第二氫阻擋膜，使所述層間絕緣膜的頂表面平面化。這樣，形成在其頂表面被平面化的層間絕緣膜上的第二氫阻擋膜也被平面化，導(dǎo)致沒有彎曲處。因此，能可靠地保持高的氫阻擋性能。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選地，第二氫阻擋膜由氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅制成。這些材料典型地用于半導(dǎo)體制造過程。這有利于采取防止污染的對抗措施。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件形成在半導(dǎo)體芯片上，并且第二氫阻擋膜形成為覆蓋該半導(dǎo)體芯片的整個面積。即使本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是具有存儲器部分和邏輯部分的系統(tǒng)LSI，在半導(dǎo)體芯片的整個面積上方的第二氫阻擋膜的覆蓋也消除了對第二氫阻擋膜構(gòu)圖的需要。這能簡化半導(dǎo)體器件制造過程，同時各電容器保持高的氫阻擋性能。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選地，電容器具有由鐵電材料或高介電常數(shù)的材料制成的電容絕緣膜。典型地，鐵電材料或高介電常數(shù)的材料是由金屬氧化物制成的，并且由于因氫產(chǎn)生的還原作用，其特性惡化。因此，如果應(yīng)用本發(fā)明，則本發(fā)明的效果顯著。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖，該圖是沿圖4C中的I-I線所取的；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖；
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖4A至4C表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，其中圖4A是表示晶片級的半導(dǎo)體器件的平面圖，圖4B是表示芯片級的半導(dǎo)體器件的平面圖，以及圖4C是表示半導(dǎo)體芯片的存儲器電路部分和外圍電路部分的部分放大平面圖；圖5是表示根據(jù)已知例子的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖6是表示根據(jù)另一個已知例子的半導(dǎo)體器件的截面圖。
具體實施例方式
(實施方式1)下面參照附圖描述本發(fā)明的第一實施方式。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，例如p型半導(dǎo)體襯底10的主表面被分成存儲器電路部分50和外圍電路部分60，多個存儲器元件放置在存儲器電路部分50上，外圍電路部分60用于控制存儲器電路部分50的寫入/讀出。
約300nm深的隔離區(qū)域11選擇性地形成在半導(dǎo)體襯底10的上部分中。在由隔離區(qū)域11將半導(dǎo)體襯底10分割成的區(qū)域中，通過離子注入形成多個擴(kuò)散層12。
隔離區(qū)域11與擴(kuò)散層12的頂表面覆蓋有由氧化硅(SiO2)制成的第一層間絕緣膜13。使該第一層間絕緣膜13平面化，具有約500nm的厚度。
氮化硅的第一全面積氫阻擋膜14形成在第一層間絕緣膜13上以及芯片的整個面積上方，具有約10nm至200nm的厚度，優(yōu)選地，約100nm。盡管在本實施方式中，使用氮化硅(Si3N4)作為第一全面積氫阻擋膜14，但第一全面積氫阻擋膜14的材料并不是限定的。例如，可以使用氮氧化硅(SiON)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)、氧化鉭鋁(TaAlO)、氧化鈦硅(TiSiO)或氧化鉭硅(TaSiO)來代替。
在存儲器電路部分50中，多組第一接觸氫阻擋膜15和第一接觸插塞(contact plug)16分別形成在第一全面積氫阻擋膜14的部分和第一層間絕緣膜13的對應(yīng)部分中，二者都位于擴(kuò)散層12上，以與擴(kuò)散層12電接觸，該第一接觸氫阻擋膜15由鈦鋁(TiAl)和氮化鈦鋁(TiAlN)制成，并且該第一接觸插塞16由鎢(w)填滿。通過以自下向上的次序?qū)盈B約2-20nm厚，優(yōu)選地，約5nm厚的鈦鋁(TiAl)和約5-50nm厚，優(yōu)選地，約10nm厚的氮化鈦鋁(TiAlN)，得到第一接觸氫阻擋膜15。盡管使用鈦鋁和氮化鈦鋁的多層膜作為各第一接觸氫阻擋膜15，但第一接觸氫阻擋膜15的材料不是限定的。例如，可以使用鈦鋁或氮化鈦鋁的單層膜來代替。
約10-200nm厚，優(yōu)選地，約100nm厚的氮化鈦鋁的第一導(dǎo)電氫阻擋膜17選擇性地形成在第一全面積氫阻擋膜14上，以覆蓋各第一接觸插塞16。它的中部連接到各第一接觸插塞16，并且它的端部連接到第一全面積氫阻擋膜14。盡管使用氮化鈦鋁作為第一導(dǎo)電氫阻擋膜17，但該第一導(dǎo)電氫阻擋膜17的材料不是限定的。例如可以使用鈦鋁或鈦鋁和氮化鈦鋁的多層膜來代替。
約50nm厚銥(Ir)、約50nm厚氧化銥(IrO2)和約50nm厚鉑(Pa)的下電極18形成在第一導(dǎo)電氫阻擋膜17上，并具有與第一導(dǎo)電氫阻擋膜17相同的形狀。
下電極18覆蓋有氧化硅的平面化的第二層間絕緣膜19，僅它的頂表面沒有被覆蓋。在下電極18和第二層間絕緣膜19上形成約100nm厚的鉍分層的鈣鈦礦型(bismuth-layered-perovskite-type)氧化物的鐵電電容絕緣膜20，以覆蓋下電極18，該鉍分層的鈣鈦礦型氧化物的主要成分有鍶(Sr)、鉍(Bi)、鉭(Ta)和鈮(Nb)。電容絕緣膜20的材料不限于上述組成的鐵電材料。能使用由這樣一種氧化物制成的鐵電材料，該氧化物具有從上述主要成分、鉛(Pb)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鋇(Ba)和鑭(La)的組中選出的成分作為主要成分來代替。而且，電容絕緣膜20的材料并不限于鐵電材料。可以使用高介電常數(shù)的材料，如五氧化二鉭(Ta2O5)來代替。
在電容絕緣膜20上形成約50nm厚的鉑的上電極21，并具有與電容絕緣膜20相同的形狀。電容器22由下電極18、電容絕緣膜20和上電極21組成。
電容絕緣膜20和上電極21覆蓋有由氧化硅制成的第三層間絕緣膜23。位于其中形成電容器22的區(qū)域(以下稱為“電容器形成區(qū)域”)外部的該第三層間絕緣膜23和第二層間絕緣膜19的部分被除去，以部分地露出第一全面積氫阻擋膜14。第三層間絕緣膜23、第二層間絕緣膜19和第一全面積氫阻擋膜14的各自露出表面覆蓋有約10-200nm厚，優(yōu)選地，約20nm厚的電容器氫阻擋膜24，該電容器氫阻擋膜24由氧化鈦鋁制成。位于第三層間絕緣膜23和第二層間絕緣膜19的端部表面外部的電容器氫阻擋膜24的部分被除去，以部分地露出第一全面積氫阻擋膜14。
電容器氫阻擋膜24的端部具有與第一全面積氫阻擋膜14的結(jié)24a。優(yōu)選地，電容器氫阻擋膜24以電池板(cell plate)或包括多個電池板的塊為單位覆蓋電容器22。盡管使用氧化鈦鋁作為電容器氫阻擋膜24，但電容器氫阻擋膜24的材料并不是限定的。例如，可以使用氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。
電容器氫阻擋膜24和第一全面積氫阻擋膜14的露出部分覆蓋有由氧化硅制成的第四層間絕緣膜25。使該第四層間絕緣膜25平面化，使得形成在位于各電容器22之上的電容器氫阻擋膜24的部分上的第四層間絕緣膜25具有大約200nm的厚度。在該第四層間絕緣膜25上以及芯片上方形成約10-200nm厚，優(yōu)選地，約100nm厚的第二全面積氫阻擋膜26。盡管使用氮化硅作為第二全面積氫阻擋膜26，但第二全面積氫阻擋膜26的材料并不是限定的。例如，可以使用氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。
對于外圍電路部分60，第二接觸氫阻擋膜27和第二接觸插塞28形成在位于電容器形成區(qū)域外部，即電容器氫阻擋膜24外部的第二全面積氫阻擋膜26、第四層間絕緣膜25、第一全面積氫阻擋膜14和第一層間絕緣膜13的部分中，以與半導(dǎo)體襯底10的擴(kuò)散層12電接觸，該第二接觸氫阻擋膜27由鈦鋁和氮化鈦鋁制成，該第二接觸插塞28由鎢填滿。通過以自下向上的次序?qū)盈B約2-20nm厚，優(yōu)選地，約5nm厚的鈦鋁和約5-50nm厚，優(yōu)選地，約10nm厚的氮化鈦鋁，得到第二接觸氫阻擋膜27。盡管使用鈦鋁和氮化鈦鋁的多層膜作為第二接觸氫阻擋膜27，但該第二接觸氫阻擋膜27的材料并不是限定的。例如，可以使用鈦鋁或氮化鈦鋁的單層膜來代替。
在第二全面積氫阻擋膜26上選擇性地形成第二導(dǎo)電氫阻擋膜29，以覆蓋第二接觸氫阻擋膜27和第二接觸插塞28，該第二導(dǎo)電氫阻擋膜29是通過以自下向上的次序?qū)盈B約2-20nm厚，優(yōu)選地約5nm厚的鈦鋁和約10-200nm厚，優(yōu)選地約50nm厚的氮化鈦鋁而得到的。第二導(dǎo)電氫阻擋膜29不僅與第二接觸氫阻擋膜27和第二接觸插塞28電接觸，而且與第二全面積氫阻擋膜26電接觸。盡管使用鈦鋁和氮化鈦鋁的多層膜作為第二導(dǎo)電氫阻擋膜29，但該第二導(dǎo)電氫阻擋膜29的材料并不是限定的。例如，可以使用鈦鋁或氮化鈦鋁的單層膜來代替。
在第二導(dǎo)電氫阻擋膜29上形成互連30，以具有與第二導(dǎo)電氫阻擋膜29相同的形狀，并通過第二接觸插塞28和第二接觸氫阻擋膜27電連接到擴(kuò)散層12，該互連30是通過以自下向上的次序?qū)盈B約500nm厚的鋁(Al)和約50nm厚的氮化鈦(TiN)而得到的。
盡管未示出，但在互連30和第二導(dǎo)電氫阻擋膜29的組合上可以形成其他層間絕緣膜和互連，以構(gòu)成多層互連。
根據(jù)第一實施方式，形成的電容器22包圍在第一全面積氫阻擋膜14和電容器氫阻擋膜24之內(nèi)的電容器形成區(qū)域中。而且，平面化的第二全面積氫阻擋膜26覆蓋電容器氫阻擋膜24之上的襯底區(qū)域。第二全面積氫阻擋膜26形成在半導(dǎo)體襯底10區(qū)域，即半導(dǎo)體芯片區(qū)域上方，而不用構(gòu)圖。從而，在半導(dǎo)體器件的制造期間產(chǎn)生的氫到達(dá)電容器22所經(jīng)過的通路，變得比其中電容器形成區(qū)域僅覆蓋有第一全面積氫阻擋膜14和電容器氫阻擋膜24的情況下的通路更長。這就急劇地降低了到達(dá)構(gòu)成各電容器22的一部分的電容絕緣膜20的氫的數(shù)量。結(jié)果，能防止電容絕緣膜20由于氫而引起的特性惡化。更特別地，由于氫必須從位于外圍電路部分60端部的第一全面積氫阻擋膜14和第二全面積氫阻擋膜26的端部迂回，然后擴(kuò)散到電容器22中，所以氫要到達(dá)位于存儲器電路部分50內(nèi)部的電容器22的距離變得非常長。因此，能降低從各全面積氫阻擋膜的外部進(jìn)入存儲器電路部分50的氫的濃度。
在該第一實施方式中，第一全面積氫阻擋膜14在一個由第一全面積氫阻擋膜14和電容器氫阻擋膜24之間的結(jié)所圍繞的范圍內(nèi)起到下電容器氫阻擋膜的作用。
由于第一接觸氫阻擋膜15形成在各第一接觸插塞16的側(cè)表面上，以及第二接觸氫阻擋膜27形成在各第二接觸插塞28的側(cè)表面上，所以肯定能限制氫經(jīng)過接觸孔。
而且，由于第一導(dǎo)電氫阻擋膜17形成在第一接觸插塞16和下電極18之間，以及第二導(dǎo)電氫阻擋膜29形成在第二接觸插塞28和互連30之間，所以肯定能限制氫經(jīng)過接觸孔。
第一接觸氫阻擋膜15和第二接觸氫阻擋膜27的材料不限于導(dǎo)電材料。能使用絕緣材料如氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。在這個方面，當(dāng)使用這種絕緣膜時，必須除去位于接觸孔底部的第一接觸氫阻擋膜15和第二接觸氫阻擋膜27的部分。
電容器氫阻擋膜對應(yīng)于本發(fā)明的第一氫阻擋膜。第二全面積氫阻擋膜對應(yīng)于本發(fā)明的第二氫阻擋膜。第二接觸氫阻擋膜對應(yīng)于本發(fā)明的第三氫阻擋膜。第一全面積氫阻擋膜對應(yīng)于本發(fā)明的第四氫阻擋膜。
(實施方式2)以下，將參照附圖描述本發(fā)明的第二實施方式。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。將描述第二實施方式中不同于第一實施方式的部分。如圖2所示，對于第二實施方式的半導(dǎo)體器件，用僅覆蓋電容器形成區(qū)域下方的襯底區(qū)域的部分的第一電容器氫阻擋膜31替代第一實施方式中的第一全面積氫阻擋膜14。具體地說，僅在位于電容器形成區(qū)域下方的第一層間絕緣膜13的部分上形成由氮化硅制成的約10-200nm厚，優(yōu)選地，約100nm厚的第一電容器氫阻擋膜31。盡管在第二實施方式中，使用氮化硅作為第一電容器氫阻擋膜31，但第一電容器氫阻擋膜31的材料不是限定的。例如，可以使用氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。
第三層間絕緣膜23、第二層間絕緣膜19、第一電容器氫阻擋膜31和第一層間絕緣膜13的各自露出表面覆蓋有由氧化鈦鋁制成的約10-200nm厚，優(yōu)選地，約20nm厚的第二電容器氫阻擋膜24A。在第三層間絕緣膜23和第二層間絕緣膜19的端部之外延伸的第二電容器氫阻擋膜24A的部分，被部分地除去，以露出第一層間絕緣膜13。而且，第二電容器氫阻擋膜24A的端部具有與第一電容器氫阻擋膜31的外圍部分的結(jié)24a。盡管使用氧化鈦鋁作為第二電容器氫阻擋膜24A，但第二電容器氫阻擋膜24A的材料不是限定的。例如，可以使用氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。
根據(jù)第二實施方式，由于第一電容器氫阻擋膜31沒有覆蓋整個半導(dǎo)體襯底10的區(qū)域，所以經(jīng)過半導(dǎo)體襯底10的氫到達(dá)第一電容器氫阻擋膜31和第二電容器氫阻擋膜24A之間的結(jié)24a，和第二電容器氫阻擋膜24A的彎曲處。從而，與第一實施方式中的相比，電容絕緣膜20的氫阻擋性能惡化了一些。另一方面，由于在第一層間絕緣膜13和第四層間絕緣膜25之間，不存在具有與膜13和25每個的組成不同的組成的氫阻擋膜，所以這就利于在形成接觸孔，以形成第二接觸插塞28的干法刻蝕過程中的刻蝕。另外，增加了刻蝕條件和膜類型的選擇數(shù)目。例如，由具有硅(Si)作為主要成分的膜形成第二全面積氫阻擋膜26、第四層間絕緣膜25和第一層間絕緣膜13。因此，由設(shè)備在適于氟(F)成分氣體的條件下使用氟(F)成分氣體，執(zhí)行刻蝕，直到露出半導(dǎo)體襯底10的擴(kuò)散層12為止。由于在第四層間絕緣膜25和第一層間絕緣膜13之間不存在任何具有與膜25和13每個的組成不同的組成的絕緣膜，所以這就防止由于刻蝕設(shè)備的改變而引起的工序數(shù)目的增加，并且避免刻蝕產(chǎn)品的影響。而且，由于在接觸孔中不形成凹口等，所以極少可能在彎曲處部分地除去第二電容器氫阻擋膜24A。大部分的氫被第二全面積氫阻擋膜26保持在外面。這就比其中僅由第一全面積氫阻擋膜31和第二電容器氫阻擋膜24A圍繞電容器22的情況，更顯著地改善了電容絕緣膜20的特性。
第二實施方式的第一電容器氫阻擋膜31對應(yīng)于本發(fā)明的第一氫阻擋膜或第四氫阻擋膜。
(實施方式3)以下，將參照附圖描述本發(fā)明的第三實施方式。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)。對于第三實施方式的半導(dǎo)體器件，能防止來自襯底側(cè)的氫使第二實施方式的半導(dǎo)體器件的電容絕緣膜20惡化。更特別地，電容器形成區(qū)域被第一氫阻擋膜圍繞，并且電容器形成區(qū)域外部的襯底區(qū)域的部分也被第二氫阻擋膜和第四氫阻擋膜圍繞。
下面將描述第三實施方式中不同于第二實施方式的部分。
如圖3所示，在均位于半導(dǎo)體襯底10的主表面中的隔離區(qū)域11和擴(kuò)散層12上以及芯片區(qū)域的整個面積上方，形成氧化鈦鋁的約10-200nm厚，優(yōu)選地，20nm厚的第一全面積氫阻擋膜32。盡管在第三實施方式中，使用氧化鈦鋁作為第一全面積氫阻擋膜32，但第一全面積氫阻擋膜32的材料不是限定的。例如，可以使用氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅來代替。
根據(jù)第三實施方式，由于第一全面積氫阻擋膜32形成在半導(dǎo)體襯底10的整個主表面上，所以這就能防止氫使電容絕緣膜20惡化。而且，由于在第一層間絕緣膜13和第四層間絕緣膜25之間不存在任何具有與膜13和25各自組成不同的組成的氫阻擋膜，所以這就利于在形成接觸孔，以形成第二接觸插塞28的干法刻蝕過程中的刻蝕。另外，增加了刻蝕條件和膜類型的選擇數(shù)目。例如，由具有硅(Si)作為主要成分的膜形成第二全面積氫阻擋膜26、第四層間絕緣膜25和第一層間絕緣膜13，以及由具有鈦或鋁作為主要成分的膜形成第一全面積氫阻擋膜32。因此，由設(shè)備在適于氟(F)成分氣體的條件下使用氟(F)成分氣體，執(zhí)行刻蝕，直到露出第一全面積氫阻擋膜32為止。隨后，由設(shè)備在適于氯(Cl)成分氣體的條件下使用氯(Cl)成分氣體，部分地刻蝕第一全面積氫阻擋膜32，直到露出擴(kuò)散層12為止。由于在第四層間絕緣膜25和第一層間絕緣膜13之間不存在任何具有與膜25和13各自組成不同的組成的絕緣膜，所以這就防止了由于刻蝕設(shè)備的改變而引起的工序數(shù)目的增加，并且避免了刻蝕產(chǎn)品的影響。
在第三實施方式中，優(yōu)選地，第二全面積氫阻擋膜26連接到密封環(huán)，該密封環(huán)形成在半導(dǎo)體芯片(半導(dǎo)體襯底)10的周圍。而且，抗氫的氫阻擋膜可以形成在凹槽的內(nèi)壁上，其中利用該凹槽形成密閉環(huán)。如果氫阻擋膜如此形成在密閉環(huán)的側(cè)表面上，那么這就能有效地防止氫從密閉環(huán)的外部進(jìn)入存儲器電路部分50或外圍電路部分60的內(nèi)部。
更具體地，第一全面積氫阻擋膜32的形成防止經(jīng)過半導(dǎo)體襯底10的氫從下面進(jìn)入電容器22。第二全面積氫阻擋膜26和第二接觸氫阻擋膜27的形成防止氫從上面進(jìn)入電容器22。而且，密封環(huán)上氫阻擋膜的形成防止氫從半導(dǎo)體芯片10的側(cè)面進(jìn)入電容器22。因此，能更有效地防止在電容器形成工序之后的互連形成工序中產(chǎn)生的氫進(jìn)入電容器。
還可以通過結(jié)合第三實施方式的半導(dǎo)體器件和第一實施方式的半導(dǎo)體器件，得到一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
參照附圖，將給出晶片級的根據(jù)本發(fā)明第一至第三實施方式中任一個的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的描述。
圖4A表示晶片級半導(dǎo)體器件的平面結(jié)構(gòu)，圖4B表示其中形成芯片的區(qū)域的放大平面結(jié)構(gòu)，以及圖4C表示存儲器電路部分和外圍電路部分的平面結(jié)構(gòu)。圖1是沿圖4C中的I-I線所取的截面圖。
如圖4B所示，不僅存儲器電路部分50和外圍電路部分60形成在半導(dǎo)體芯片10上，而且例如包括邏輯電路、模擬電路或靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)電路的另一電路部分70也形成在半導(dǎo)體芯片10上。第二全面積氫阻擋膜26覆蓋半導(dǎo)體芯片10的整個面積，包括通過將半導(dǎo)體晶片10A分割成半導(dǎo)體芯片10而得到的劃線區(qū)域(scribe region)10a的整個面積。
如圖4C所示，例如，電容器氫阻擋膜24具有結(jié)24a并且僅覆蓋存儲器電路部分50，該結(jié)24a位于各存儲器電路部分50的外圍區(qū)域并且與第一全面積氫阻擋膜14連結(jié)。此外，如上所述，第二或第三實施方式的第一電容器氫阻擋膜31僅形成在存儲電路部分50中。
第一全面積氫阻擋膜14和32以及第二全面積氫阻擋膜26形成在除其中形成接觸插塞的區(qū)域外的半導(dǎo)體芯片10的整個面積上，而不用構(gòu)圖。即使第一全面積氫阻擋膜14和32以及第二全面積氫阻擋膜26形成為至少覆蓋半導(dǎo)體器件的電路部分，包括具有電容器22的存儲器電路部分50和用于控制存儲器電路部分50的外圍電路部分60，也能得到本發(fā)明的效果。
這樣，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件特征在于，氫阻擋膜(14、26、32)形成在例如構(gòu)成外圍電路部分60的多層互連的最下層的互連層和構(gòu)成各存儲器電路部分50的電容器22之間，以覆蓋半導(dǎo)體芯片10區(qū)域的整個面積。從而，在電容器形成之后的互連形成工序中產(chǎn)生的氫擴(kuò)散以到達(dá)電容器22所通過的距離變長。這就防止位于電容器形成區(qū)域的電容絕緣膜20由于氫而引起的還原。
如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件能限制構(gòu)成各電容器一部分的電容絕緣膜由于氫而引起惡化，并且對于使用鐵電材料或高介電常數(shù)的材料作為電容絕緣膜的半導(dǎo)體器件等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，至少由具有電容器的存儲器電路部分和用于控制該存儲器電路部分的外圍電路部分組成，所述半導(dǎo)體器件包括抗氫的第一氫阻擋膜，覆蓋其中形成所述電容器的區(qū)域；以及抗氫的第二氫阻擋膜，至少覆蓋所述第一氫阻擋膜之上的所述存儲器電路部分和所述外圍電路部分，其中所述第二氫阻擋膜覆蓋除了其中形成接觸插塞的區(qū)域之外的、位于在所述第一氫阻擋膜之上并最靠近所述電容器的互連層和所述第一氫阻擋膜之間的所述半導(dǎo)體器件的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中形成所述第一氫阻擋膜，以從其中形成所述電容器的區(qū)域之上、之下和周圍，覆蓋其中形成所述電容器的區(qū)域的所有面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中形成所述第一氫阻擋膜，使得在其中形成所述電容器的所述區(qū)域的側(cè)面處連結(jié)具有不同組成的阻擋膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括層間絕緣膜，其覆蓋所述第一氫阻擋膜，并且所述接觸插塞經(jīng)過該層間絕緣膜；以及抗氫的第三氫阻擋膜，形成在所述接觸插塞的側(cè)表面上，其中，所述第二氫阻擋膜形成在所述層間絕緣膜上，以及該第三氫阻擋膜在每個所述接觸插塞的上端部上與所述第二氫阻擋膜接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包括抗氫的第四氫阻擋膜，形成在所述電容器之下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第四氫阻擋膜與所述第三氫阻擋膜接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三氫阻擋膜由鈦鋁、氮化鈦鋁或它們的多層膜組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三氫阻擋膜由氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述互連層包括抗氫的導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料形成在所述第二氫阻擋膜上，以便連接到所述接觸插塞。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中所述導(dǎo)電材料由鈦鋁、氮化鈦鋁或它們的多層膜組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括層間絕緣膜，其覆蓋所述第一氫阻擋膜，并且所述接觸插塞經(jīng)過該層間絕緣膜，其中所述第二氫阻擋膜形成在所述層間絕緣膜上，使所述層間絕緣膜的頂表面平面化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二氫阻擋膜由氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦鋁、氧化鉭鋁、氧化鈦硅或氧化鉭硅制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件形成在半導(dǎo)體芯片上，并且所述第二氫阻擋膜形成為覆蓋所述半導(dǎo)體芯片的整個面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電容器具有由鐵電材料或高介電常數(shù)的材料制成的電容絕緣膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件至少由具有電容器的存儲器電路部分和用于控制該存儲器電路部分的外圍電路部分組成，并且具有抗氫的第一氫阻擋膜和抗氫的第二氫阻擋膜，該第一氫阻擋膜覆蓋其中形成電容器的區(qū)域，該第二氫阻擋膜至少覆蓋第一氫阻擋膜之上的存儲器電路部分和外圍電路部分。第二氫阻擋膜覆蓋除了其中形成接觸插塞的區(qū)域之外的、位于在第一氫阻擋膜之上并且最靠近電容器的互連層和第一氫阻擋膜之間的半導(dǎo)體器件的區(qū)域。
文檔編號H01L21/02GK1677676SQ20051005937
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者伊東豐二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社