專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法。本發(fā)明特別涉及對(duì)具有高的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜進(jìn)行退火的方法，該Ta2O5膜在金屬或金屬氧化物電極上形成。
在多晶硅上形成的Ta2O5膜的相對(duì)介電常數(shù)的范圍是從20至28。該相對(duì)介電常數(shù)是氮化硅膜的相對(duì)介電常數(shù)的3倍或3倍以上。因而，由于將Ta2O5膜作為256Mbit或更新的DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的電容器介質(zhì)，故已研究了將Ta2O5膜引入到工藝中的問題。
近來已報(bào)道了和注意到在由諸如Pt、Ru等金屬組成的電極上形成的Ta2O5膜已顯示出接近50的相對(duì)介電常數(shù)。
剛由CVD(化學(xué)汽相淀積)淀積形成的Ta2O5膜產(chǎn)生大的漏泄電流。在上述形成之后通過后退火可改善這種漏泄電流的特性問題。
下面將詳細(xì)地描述該觀點(diǎn)。Ta2O5膜剛形成后會(huì)包含由原料氣體引起的許多雜質(zhì)。在該Ta2O5膜中也經(jīng)常缺乏氧。這些雜質(zhì)以及氧的缺乏被認(rèn)為起到電流路徑的作用，并導(dǎo)致大的漏泄電流。
因而，在接近800℃的高溫下在氧的氣氛中、或在400℃或更低的較低溫度下在臭氧或氧化氮的氣氛中對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行熱處理，以減少在Ta2O5膜中的雜質(zhì)和改善氧的缺乏，由此可大大減少漏泄電流。
但是，如在600℃或更低的溫度下對(duì)淀積在金屬電極上的Ta2O5膜進(jìn)行后退火，則之后該Ta2O5膜將保持在非晶狀態(tài)。這樣一來，其相對(duì)介電常數(shù)約為25，該值類似于在硅電極上的Ta2O5膜的值，漏泄電流小于或等于10-8(A/cm-2)。
另一方面，在700℃或更高的溫度下對(duì)金屬電極上的Ta2O5膜進(jìn)行熱處理時(shí)，Ta2O5膜被結(jié)晶化，使得其相對(duì)介電常數(shù)增加到約50。但是，與保持于非晶狀態(tài)的Ta2O5膜相比，漏泄電流增加一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。
因而，為實(shí)現(xiàn)金屬電極上的、表現(xiàn)出等于或大于50的大的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜需要減少在結(jié)晶Ta2O5膜中的漏泄電流。
鑒于以上所述，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法改善了對(duì)金屬或金屬氧化物電極上形成的Ta2O5膜進(jìn)行退火的方法，由此可使Ta2O5膜晶體化，并將漏泄電流限制到盡可能地低。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，為了達(dá)到上述目的，提供一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成金屬或金屬氧化物電極的步驟；在金屬或金屬氧化物電極上形成Ta2O5膜的步驟；在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行熱處理以補(bǔ)償氧缺乏和除去雜質(zhì)的步驟；和在所述熱處理步驟之后在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行熱處理以使Ta2O5膜晶體化的步驟。
已簡(jiǎn)要地示出了本申請(qǐng)的發(fā)明的不同方面的典型實(shí)例。但是，通過下述的描述本申請(qǐng)的發(fā)明的不同方面和本發(fā)明的不同方面的特定的結(jié)構(gòu)將得到理解。
盡管本說明書以權(quán)利要求書為結(jié)束，該權(quán)利要求書詳細(xì)地指出并清楚地限定本發(fā)明的主題，但通過與附圖相聯(lián)系的下述的描述，本發(fā)明的目的和特征以及其進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將得到更好的理解，這些附圖包括

圖1是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第1實(shí)施例；圖2是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第2實(shí)施例；圖3是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第3實(shí)施例；圖4是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第4實(shí)施例。
以下將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是用于說明制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第1實(shí)施例。
如圖1(a)中所示，首先在襯底11上形成的層間絕緣體(SiO2膜)12中界定一個(gè)接觸孔。然后將用于接觸的多晶硅13埋入該接觸孔中。在多晶硅13和層間絕緣體12上形成由金屬或金屬氧化物(諸如Pt、Ru或RuO2、IrO2)組成的下電極14。
其次，如圖1(b)中所示，形成Ta2O5膜15。其后，在低于該Ta2O5膜15的晶體化溫度的約600℃的溫度下、在氧的氣氛中對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理。
然后，如圖1(c)中所示，在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行RTA(快速熱退火)處理，從而形成結(jié)晶化了的、具有高的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜15’。在本發(fā)明中，通過例如使用燈退火爐(lamp annealer)以100℃/秒或更高的速率使Ta2O5膜的溫度快速地增加到所需的溫度，可抑制除Ta2O5膜的晶體化以外的反應(yīng)。
最后，在晶體化的Ta2O5膜15’上淀積上電極16，以形成如圖1(d)中示出的電容器單元。
在第1實(shí)施例中，在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下(約600℃)、在氧的氣氛中對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行約1小時(shí)的初始熱處理。因此可充分地補(bǔ)償Ta2O5膜中的氧缺乏和除去Ta2O5膜中的雜質(zhì)。其后，將所得到的產(chǎn)物在高于700℃的高溫下進(jìn)行約1分鐘的RTA，以便使Ta2O5膜晶體化。結(jié)果，可得到Ta2O5膜的大的相對(duì)介電常數(shù)。
這樣一來，通過在用初始的低溫退火充分地減少了引起漏泄電流的因素之后使Ta2O5膜晶體化，在金屬或金屬氧化物電極上形成具有高的相對(duì)介電常數(shù)的、能限制漏泄電流的Ta2O5膜。
圖2是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第2實(shí)施例。
如圖2(a)中所示，首先在半導(dǎo)體襯底21上形成層間絕緣體(SiO2膜)22。然后在該層間絕緣體22中界定一個(gè)接觸孔。將用于接觸的多晶硅23埋入該接觸孔中。在多晶硅23和層間絕緣體22上形成由金屬或金屬氧化物(諸如Pt、Ru或RuO2、IrO2)組成的下電極24。
其次，如圖2(b)中所示，在金屬或金屬氧化物上形成Ta2O5膜25。其后，在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的約600℃的溫度下、在氧的氣氛中對(duì)Ta2O5膜25進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理。
然后，如圖2(c)中所示，使用擴(kuò)散爐在高溫下(700℃或更高)對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理，以使Ta2O5膜晶體化。具體地，將加到Ta2O5膜上的溫度以約100℃/秒的速率增加到目標(biāo)溫度，對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理。其后，使這樣熱處理過的Ta2O5膜的溫度以約10℃/秒的速率下降。結(jié)果，形成結(jié)晶化了的、具有高的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜25’。
最后，在晶體化的Ta2O5膜25’上淀積上電極26，以形成如圖2(d)中示出的電容器單元。
在第2實(shí)施例中，在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下(約600℃)、在氧的氣氛中進(jìn)行Ta2O5膜的約1小時(shí)的初始熱處理。因此可充分地補(bǔ)償Ta2O5膜中的氧缺乏和除去Ta2O5膜中的雜質(zhì)。其后，在擴(kuò)散爐中通過高溫?zé)崽幚砩L大的晶體，從而在Ta2O5膜中得到具有小的晶粒邊界的Ta2O5膜。
因此，初始低溫退火補(bǔ)償了Ta2O5膜中的氧缺乏和可除去Ta2O5膜中的雜質(zhì)。通過用后退火在Ta2O5膜的晶體化過程中減少晶粒邊界，可在金屬或金屬氧化物電極上形成具有高的相對(duì)介電常數(shù)的、進(jìn)一步限制漏泄電流的Ta2O5膜。
以下將描述第3實(shí)施例。
圖3是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第3實(shí)施例。
本實(shí)施例是使用在氧化力方面比氧強(qiáng)的氣體的兩步驟的退火法。
如圖3(a)中所示，首先在半導(dǎo)體襯底31上形成層間絕緣體(SiO2膜)32。然后在該層間絕緣體32中界定一個(gè)接觸孔。將用于接觸的多晶硅33埋入該接觸孔中。在多晶硅33和層間絕緣體32上形成由金屬或金屬氧化物(諸如Pt、Ru或RuO2、IrO2)組成的下電極34。
其次，如圖3(b)中所示，在金屬或金屬氧化物上形成Ta2O5膜35。其后，使用O3在約300℃的溫度下，或在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的約600℃的溫度下在N2O等的在氧化力方面強(qiáng)的氣氛中對(duì)Ta2O5膜35進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理。
其次，如圖3(c)中所示，在高溫下(700℃或更高)對(duì)該Ta2O5膜35進(jìn)行熱處理，以使Ta2O5膜晶體化。結(jié)果，形成結(jié)晶化了的、具有高的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜35’。
最后，在Ta2O5膜35’上淀積上電極36，以形成如圖3(d)中示出的電容器單元。
由于在第3實(shí)施例中在氧化力強(qiáng)的O3氣氛中或在N2O等的氣氛中進(jìn)行初始熱處理，故與第1實(shí)施例相比可有效地補(bǔ)償Ta2O5膜中的氧缺乏。其后進(jìn)行用于晶體化Ta2O5膜的高溫?zé)崽幚怼＝Y(jié)果，可在金屬或金屬氧化物電極上形成具有高介電常數(shù)的、進(jìn)一步限制漏泄電流的Ta2O5膜。
以下將描述第4實(shí)施例。
圖4是用于描述制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法的剖面圖，該圖示出本發(fā)明的第4實(shí)施例。
本實(shí)施例是使用利用光或等離子體激發(fā)來增強(qiáng)氧的氧化力的氣氛的兩步驟的退火法。
如圖4(a)中所示，首先在半導(dǎo)體襯底41上形成層間絕緣體(SiO2膜)42。然后在該層間絕緣體42中界定一個(gè)接觸孔。將用于接觸的多晶硅43埋入該接觸孔中。在多晶硅43和層間絕緣體42上形成由金屬或金屬氧化物(Pt、Ru或RuO2、IrO2)組成的下電極44。
其次，如圖4(b)中所示，在下電極44上形成Ta2O5膜45。其后，在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的670℃以下的溫度下用波長約200nm的UV光47對(duì)Ta2O5膜45進(jìn)行約1小時(shí)的照射處理。再者，在氧的激活氣氛中對(duì)經(jīng)過這樣的處理的Ta2O5膜45進(jìn)行熱處理。
其次，在高溫下(700℃或更高)對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理，以使Ta2O5膜晶體化。結(jié)果，形成結(jié)晶化了的、具有高的相對(duì)介電常數(shù)的Ta2O5膜45’。
最后，在晶體化的Ta2O5膜45’上淀積上電極46，以形成如圖4(d)中示出的電容器單元。
在第4實(shí)施例中，由于在被UV光等激活的氧的氣氛中對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行初始熱處理，故與第1實(shí)施例相比可有效地補(bǔ)償Ta2O5膜中的氧缺乏和除去Ta2O5膜中的雜質(zhì)。其后由于進(jìn)行用于使Ta2O5膜晶體化的高溫?zé)崽幚?，可在金屬或金屬氧化物電極上形成具有高介電常數(shù)的、能進(jìn)一步限制漏泄電流的Ta2O5膜。
按照本發(fā)明，如下電極的Ta2O5膜由于其晶體化而表現(xiàn)出大的相對(duì)介電常數(shù)的下電極，則如以上描述的相同的退火法作為減少在Ta2O5膜中產(chǎn)生的漏泄電流的方法適用于所有的金屬或金屬氧化物。
盡管已參照說明性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但該描述不打算是限定性的。在參照該描述的情況下，該說明性的實(shí)施例的各種不同的修正以及本發(fā)明的其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員將是很明顯的。因而，后附的權(quán)利要求書打算包括任何落入本發(fā)明的真正范圍內(nèi)的修正或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成金屬或金屬氧化物電極的步驟；在該金屬或金屬氧化物電極上形成Ta2O5膜的步驟；在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理以補(bǔ)償氧缺乏和除去雜質(zhì)的步驟；和在所述熱處理步驟之后在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行熱處理以使Ta2O5膜晶體化的步驟。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在氧化氣氛中進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求2中所述的方法，其中用于在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是快速熱處理的步驟。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中用于在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是通過擴(kuò)散爐來進(jìn)行的，以便得到具有小的晶粒邊界的Ta2O5膜。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在O3或N2O的氣氛中進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在氧化氣氛中進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在被光或等離子體激發(fā)而激活的氧化氣氛中進(jìn)行的。
8.一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成金屬或金屬氧化物電極的步驟；在該金屬或金屬氧化物電極上形成Ta2O5膜的步驟；在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下在氧化氣氛中對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的步驟；和在所述熱處理步驟之后在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)Ta2O5膜進(jìn)行熱處理以使Ta2O5膜晶體化的步驟。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在氧化氣氛中進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是快速熱處理的步驟。
11.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在高于或等于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是通過擴(kuò)散爐來進(jìn)行的，以便得到具有小的晶粒邊界的Ta2O5膜。
12.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在O3或N2O的氣氛中進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在氧化氣氛中進(jìn)行的。
14.如權(quán)利要求8中所述的方法，其中用于在低于該Ta2O5膜的晶體化溫度的溫度下對(duì)該Ta2O5膜進(jìn)行熱處理的所述步驟是在被光或等離子體激發(fā)而激活的氧化氣氛中進(jìn)行的。
全文摘要
一種按照本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法包括下述步驟:在低于該Ta
文檔編號(hào)H01L27/04GK1192581SQ98104468
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月4日
發(fā)明者木城耕一 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社