專利名稱:制造半導體器件電容器的方法和半導體器件電容器的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種制造半導體器件的電容器的方法和半導體器件的電容器,更具體而言,涉及一種形成具有介電阻擋層(dielectric barrier layer)的半導體器件的電容器的方法和具有該介電阻擋層的半導體器件的電容器。
背景技術:
隨著存儲器件和/或動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)-邏輯器件合并(merged dynamic random access memory with logic device,MDL)半導體器件的集成密度的增加,存儲在這些器件的電容器中的數(shù)據(jù)經(jīng)常由于外部電荷而被破壞。為了防止對上述器件中的數(shù)據(jù)的破壞,需要足夠的存儲單元電容。因此,已經(jīng)利用了多種用于提供足夠的單元電容的方法。這種方法的一種是采用具有高介電常數(shù)的材料作為插入在上電極與下電極之間的介電層來制造這些存儲單元的電容器。
例如,常規(guī)半導體存儲器件電容器包括由金屬或硅形成的下電極和上電極,以及插入在它們之間的介電層。該介電層由具有高介電常數(shù)的材料形成。金屬氧化物層通常用作所述具有高介電常數(shù)的材料。典型地,金屬氧化物層由單層氧化鋁(Al2O3)或氧化鉿(HfO2)或其堆疊層形成。然而,采用制造電容器的常規(guī)方法的困難之一是,在淀積工藝中,介電層由于從用于形成氮化鈦(TiN)上電極層的四氯化鈦(TiCl4)氣體所產(chǎn)生的氯化物(Cl)族而被蝕刻。上述介電層的蝕刻導致介電層漏電流特性的降低。因此,需要這樣的用于半導體器件的電容器,其不但具有由具有足夠高介電常數(shù)的材料構成的介電層,而且還包括用于防止介電層劣化的介電阻擋層,由此也提供相對常規(guī)電容器來說改進的漏電流特性。
發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的實施例,提供了形成用于半導體器件的電容器的方法。該方法包括在半導體襯底上形成電容器下電極、在所述下電極上形成介電層、在所述介電層的上部形成介電阻擋層。所述介電阻擋層包括用于防止介電層的漏電流特性降低的材料。該方法還包括在所述介電阻擋層的上部形成電容器上電極。
根據(jù)本發(fā)明另一示范性實施例,提供了一種用于半導體器件的電容器。該電容器包括形成在半導體襯底上部上的電容器下電極、形成在所述下電極上部上的介電層、形成在介電層的上部上的介電阻擋層。所述介電阻擋層包括用于防止所述介電層的漏電流特性降低的材料。該電容器還包括形成在所述介電阻擋層的上部上的電容器上電極。
圖1到6是用于示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例形成具有介電阻擋層的電容器的方法的截面圖。
具體實施例方式
將參照圖1到6更充分地描述根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例形成具有介電阻擋層的電容器的方法。雖然在圖1到6中示出了形成動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的單元電容器的方法,但注意,此方法可以應用于其他器件的電容器,包括但不局限于下一代存儲器件等。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例形成區(qū)域700的步驟,電容器將形成于該區(qū)域700中。
參照圖1,下絕緣層200形成在半導體襯底100上。然后采用光刻工藝和蝕刻工藝形成接觸區(qū)。接觸阻擋層500和插塞層600形成于該接觸區(qū)內部。接觸阻擋層500可以由下面材料中的任何一種形成,包括但不局限于過渡金屬、過渡金屬合金和過渡金屬化合物、或者其組合。例如,可以采用單層鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鉭硅(TaSiN)、氮化鈦(TiN)、氮化鈦硅(TiSiN)、氮化鎢(WN)或氮化鎢硅(WSiN)或可以使用例如鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)層的復合層。插塞層600通過回蝕(etchback)工藝或采用鎢等的化學機械拋光(CMP)工藝而完成。隨后,形成蝕刻停止層300和上絕緣層400,且蝕刻將要形成電容器的區(qū)域700。該蝕刻停止層300形成于下絕緣層200與上絕緣層400之間,以防止下絕緣層200在上絕緣層400的蝕刻中被蝕刻。此外,蝕刻停止層300在蝕刻上絕緣層400之后被蝕刻。
圖2示出了根據(jù)本示范性實施例形成下電極導電層800a的步驟。
參照圖2,電容器的下電極導電層800a淀積在圖1中描述的所得結構上。下電極導電層800a可以由下面材料中的任何一種形成,包括但不局限于金屬層、金屬合金層、金屬化合物層、多晶硅層或其堆疊層。例如,可以采用Al、Ta、TaN、TaSiN、TiN、TiSiN、WN或WSiN層或其堆疊層。而且,可以采用包括上述層和銅(Cu)或Cu合金層的組合的兩層或三層。例如,可以采用包括Ta層和Cu層的兩層,或者包括TaN層和Cu層的兩層。作為選擇,可以采用包括Ta層、TaN層和Cu層的三層,或者包括TiN層、AlCu層和TiN層的三層。隨后,采用涂覆工藝形成用于填充將形成電容器的區(qū)域700內側的光致抗蝕劑層900。
圖3示出了根據(jù)本示范性實施例完成下電極800的步驟。
參照圖3,涂覆的光致抗蝕劑層900被采用回蝕工藝回蝕,以變成僅保持在將形成電容器的區(qū)域700內部的填充的光致抗蝕劑900’。同時,通過蝕刻上述光致抗蝕劑而暴露的一部分下電極導電層800a被采用上述同樣的工藝蝕刻,使得下電極800保持在將形成電容器的區(qū)域700內。
圖4示出了根據(jù)本示范性實施例形成介電層的步驟。
參照圖4,首先采用光致抗蝕劑剝除工藝除去該填充的光致抗蝕劑900’,然后形成介電層。該介電層可以由例如由Al2O3、HfO2構成的單層或者其堆疊層等構成。雖然Al2O3層具有優(yōu)異的漏電流特性,但Al2O3層的介電常數(shù)為約8-10。另一方面,雖然HfO2層具有約20的非常高的介電常數(shù),HfO2層本身不能保證合適的漏電流特性。然而,例如通過形成如圖4所示的包括Al2O3層820和HfO2層840的堆疊層,可以提供足夠的介電常數(shù)和改進的漏電流特性。
首先,采用三甲基鋁(trimethylaluminum)(TMA)在約300-500℃溫度下通過原子層淀積(ALD)工藝,將Al2O3層820淀積至約10-30埃()厚度。Al2O3層820通過重復包括TMA源供應、吹掃氣體(purge gas)例如N2氣、O3氣體作為反應氣體、供應和吹掃氣體例如N2氣的循環(huán)而淀積。
接著,采用四乙胺鉿(tetraethylaminehafnium,TEMAH)在約250-350℃溫度下通過ALD工藝將HfO2層840淀積至約30-60厚度。與Al2O3淀積工藝類似,O3氣體可以用作反應氣體。
圖5示出了根據(jù)本示范性實施例形成介電阻擋層860的步驟。
介電阻擋層860可以由采用ALD工藝的氧化鉭(Ta2O5)構成。在此工藝中,乙氧基鉭(tantalum ethoxide,Ta(OC2H5))用作源氣體且O3氣體作為反應氣體注入。此外,介電阻擋層860在約300-400℃的淀積溫度下淀積到約5-10厚度。介電阻擋層860淀積在HfO2層840上,因此充當HfO2層840或介電層的保護層。
在隨后的淀積工藝中采用TiCl4以形成電容器的上電極。注意,如果例如上述的介電阻擋層860在電容器的形成過程中未出現(xiàn),則在上述隨后的形成上電極的淀積工藝中,TiCl4的Cl族將與HfO2層840反應以產(chǎn)生氣態(tài)氯化鉿(HfCl4)和固態(tài)二氧化鈦(TiO2)的副產(chǎn)物。因此,氣態(tài)HfCl4和固態(tài)TiO2的副產(chǎn)物將與HfO2層840分離,由此導致HfO2層840的蝕刻。上述HfO2層840的蝕刻導致HfO2層840的漏電流特性的降低。
圖6示出了根據(jù)本示范性實施例形成電容器上電極的步驟。
上電極880可以由例如TiN層形成。在本示范性實施例中,TiCl4和NH3氣體用于形成TiN層。此外,上電極880在約500-700℃的溫度下形成至約200-400厚度。
如上所述,根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的具有介電阻擋層的電容器是這樣的電容器,其中防止了由于對形成在上電極的下部上的介電層表面的蝕刻而導致的漏電流特性的降低。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的示范性實施例,還要注意可以在不脫離由權利要求的邊界所限定的本發(fā)明的精神和范疇的情況下,進行各種改進。
本申請要求于2004年12月31日在韓國知識產(chǎn)權局提交的韓國專利申請No.10-2004-0118002的優(yōu)先權,其公開全文引入于此以作參考。
權利要求
1.一種形成用于半導體器件的電容器的方法,包括在半導體襯底上形成電容器下電極;在所述下電極上形成介電層;在所述介電層的上部形成介電阻擋層,所述介電阻擋層包括用于防止所述介電層的漏電流特性降低的材料;和在所述介電阻擋層的上部上形成電容器上電極。
2.如權利要求1所述的方法,其中所述介電層是復合層。
3.如權利要求2所述的方法,其中所述復合層的至少一層是氧化鋁層。
4.如權利要求2所述的方法,其中所述氧化鋁層形成至約10-30厚度。
5.如權利要求3所述的方法,其中所述復合層包括所述氧化鋁層和氧化鉿層。
6.如權利要求5所述的方法,其中所述介電阻擋層包括氧化鉭。
7.如權利要求2所述的方法,其中所述復合層的至少一層是氧化鉿層。
8.如權利要求7所述的方法,其中所述氧化鉿層形成至約30-60厚度。
9.如權利要求1所述的方法,其中所述介電阻擋層包括氧化鉭層。
10.如權利要求9所述的方法,其中所述介電阻擋層形成至約5-10厚度。
11.如權利要求1所述的方法,其中所述介電阻擋層淀積到約5-10厚度。
12.如權利要求1所述的方法,其中所述上電極包括氮化鈦層。
13.如權利要求12所述的方法,其中所述氮化鈦層形成至約500-700厚度。
14.一種用于半導體器件的電容器,包括電容器下電極,形成在半導體襯底上部上;介電層,形成在所述下電極上部上;介電阻擋層,形成在所述介電層的上部上,所述介電阻擋層包括用于防止所述介電層的漏電流特性降低的材料;和電容器上電極,形成在所述介電阻擋層的上部上。
15.如權利要求14所述的電容器,其中所述介電層是復合層。
16.如權利要求15所述的電容器,其中所述復合層的至少一層是氧化鋁層。
17.如權利要求16所述的電容器,其中所述氧化鋁層形成至約10-30厚度。
18.如權利要求15所述的電容器,其中所述復合層包括氧化鋁層和氧化鉿層。
19.如權利要求18所述的電容器,其中所述介電阻擋層包括氧化鉭。
20.如權利要求15所述的電容器,其中所述復合層的至少一層是氧化鉿層。
21.如權利要求20所述的電容器,其中所述氧化鉿層形成至約30-60厚度。
22.如權利要求14所述的電容器,其中所述介電阻擋層包括氧化鉭層。
23.如權利要求19所述的電容器,其中所述介電阻擋層形成至約5-10厚度。
24.如權利要求14所述的電容器,其中所述介電阻擋層形成至約5-10厚度。
25.如權利要求14所述的電容器,其中所述上電極包括氮化鈦層。
26.如權利要求25所述的電容器,其中所述氮化鈦層形成至約500-700厚度。
全文摘要
提供了一種形成半導體器件的電容器的方法。在該方法中,電容器下電極淀積在半導體襯底上,且然后介電層淀積在該下電極上。介電阻擋層淀積在該介電層上部。該介電阻擋層包括用于防止介電層的漏電流特性降低的材料。該方法還包括在介電阻擋層上部淀積電容器上電極。
文檔編號H01L27/10GK1819155SQ200510136890
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2004年12月31日
發(fā)明者金京民, 金東俊, 李光云 申請人:三星電子株式會社