專利名稱：微電子結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明位于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，和涉及包括至少一個(gè)襯底和一個(gè)第一導(dǎo)電層的微電子結(jié)構(gòu)。尤其是在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中采用這種微電子結(jié)構(gòu)。
以增長的趨勢(shì)采用具有高介電常數(shù)(Epsilon＞20)或具有鐵電特性的材料，用于進(jìn)一步提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)器上的集成密度。當(dāng)今處于主要關(guān)注中的材料，是在較高溫度下，在存在氧的條件下，淀積出的金屬氧化物電介材料。杰出的代表例如是鈦酸鋇鍶((Ba，Sr)TiO3，BST)，鈦酸鉛鋯(PbZrTiO3，PZT)，鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9，SBT)以及上述材料的衍生物。必要的高淀積溫度以及存在的氧氣氣氛對(duì)半導(dǎo)體襯底上已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)，尤其是對(duì)存儲(chǔ)電容器的下電極以及對(duì)位于電極下的阻擋層提出高的要求。尤其是已建議使用耐氧的貴金屬作為電極材料。由于這樣的貴金屬，尤其是優(yōu)先的鉑，與硅形成起干擾作用的金屬硅化物，所以一種通常布置在電極和硅襯底或多晶硅層之間的阻擋層應(yīng)阻止硅擴(kuò)散入鉑電極。阻擋層由鈦或鈦-氮化鈦組成。
在較高的淀積溫度下(500℃以上)鈦卻不利地較迅速被氧化，并且因此阻止電極和硅之間的導(dǎo)電連接。所以已建議一系列措施，以便保護(hù)阻擋層在金屬氧化物的淀積期間免受氧化。
一種可能性，例如是在抗氧的氮化物層中掩埋阻擋層，例如在US5,619,393中建議了這種氮化物層。在此解決辦法上，阻擋層是由氮化物層凸緣狀地包圍的，并且在它的上側(cè)面上完全由延伸至超越凸緣的電極所覆蓋。這種結(jié)構(gòu)的制造卻是要用較多的工藝步驟的?；乇茏钃鯇友趸瘑栴}的一種其它的可能性在于，采用在其上不是下電極而是上電極經(jīng)導(dǎo)電層與所分配的選擇晶體管連接的一種結(jié)構(gòu)。因此可以舍棄下電極之下的導(dǎo)電阻擋層。例如在US5,122,477中所說明的這種結(jié)構(gòu)卻不利地要求較多的面積，并且是因而不適合于極高集成的存儲(chǔ)器元件的。
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，建議使簡單而可靠地防護(hù)氧敏感層成為可能的一種微電子結(jié)構(gòu)，以及提供用于制造這種結(jié)構(gòu)的一種方法。
在按本發(fā)明開始時(shí)所述類型的微電子結(jié)構(gòu)上，如此解決此任務(wù)，使得第一導(dǎo)電層由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族(Nebengruppe)中的，或來自鑭系中的至少一種元素。
本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，用合適的束縛氧的添加物配備導(dǎo)電層。這些添加物應(yīng)阻止氧的或愛擴(kuò)散的氧化物的擴(kuò)散，并且因此保護(hù)位于導(dǎo)電層下的結(jié)構(gòu)不受氧化。為此目的第一導(dǎo)電層由至少一種基本材料組成，此基本材料一方面是導(dǎo)電的，而另一方面是在很大程度上抗氧的，并且束縛氧的添加物是盡可能均勻地分布到此基本材料中的。重要的是，束縛氧的添加物是已經(jīng)在氧作用到要保護(hù)的結(jié)構(gòu)中之前存在于基本材料中的，并且因此阻止穿過第一導(dǎo)電層的氧擴(kuò)散。
至少一種束縛氧的添加物與可以由一個(gè)或多個(gè)組分組成的基本材料形成一種合金或一個(gè)混合層，在此束縛氧的添加物在基本材料中可以至少部分地也作為微細(xì)分布的析出物存在著。束縛氧的添加物均勻分布的優(yōu)點(diǎn)尤其是，第一導(dǎo)電層的均勻的氧再吸收能力，通過第一導(dǎo)電層層厚的變化來適配再吸收能力，和由于氧結(jié)合導(dǎo)致均勻的和在很大程度上無應(yīng)力的體積增加。
尤其是來自第四副族中的，或來自鑭系中的元素已證明為有利的束縛氧的添加物，在此，尤其是優(yōu)先鋯，鉿，鈰或這些元素的組合物。此外有利的是，以在0.5％和20％之間的，優(yōu)先在1％和10％之間的重量份額給基本材料添加束縛氧的添加物。
第一導(dǎo)電層的合適的基本材料是貴金屬，尤其是鉑，鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，上述金屬的導(dǎo)電氧化物，或上述化合物和元素的混合物。
此外優(yōu)先的是，微電子結(jié)構(gòu)具有至少部分地覆蓋第一導(dǎo)電層的金屬氧化物電介層。金屬氧化物電介層尤其是在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器上用作為電容器電介層的，在此第一導(dǎo)電層至少是存儲(chǔ)電容器的一個(gè)電極的部分。由于通常將金屬氧化物電介層直接安放到第一導(dǎo)電層上，在含氧氣氛中淀積金屬氧化物電介層時(shí)要保護(hù)尤其位于第一導(dǎo)電層下的阻擋層免受氧氣侵蝕。在第一導(dǎo)電層中通過束縛氧的添加物，尤其是通過鉿實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
金屬氧化物電介層優(yōu)先由普遍形式ABO的化合物組成，在此O代表氧，A和B各自代表來自鋇，鍶，鉭，鈦，鉛，鋯，鈮，鑭，鈣和鉀這組中的至少一個(gè)元素。一般的化合物ABO常常具有類似鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)對(duì)于所謀求的介電(高介電常數(shù))特性，或?qū)τ阼F電特性起著決定性的作用。這種化合物的一個(gè)實(shí)例是SrBi2Ta2O9。
為了改善金屬氧化物電介層的電性能，優(yōu)先在第一導(dǎo)電層和金屬氧化物電介層之間布置了優(yōu)先由尤其是鉑的貴金屬組成的一個(gè)第二導(dǎo)電層。此附加的導(dǎo)電層一方面是用于金屬氧化物電介層生長的一種惰性和光滑的界面，和另一方面輔助金屬氧化物電介層在其淀積期間的，或在以后的熱處理期間的晶體生長，并且除此之外是一種附加的氧化防護(hù)。
應(yīng)通過添加物多少的適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)第一導(dǎo)電層在氧方面的束縛容量，使得其它附加的阻止氧擴(kuò)散的層是不必要的。因此為了幾乎完全抑制在金屬氧化物電介層淀積時(shí)或熱處理時(shí)出現(xiàn)的，穿過具有約100nm厚度的第一導(dǎo)電層的氧擴(kuò)散，例如在8和10％之間的添加物是足夠的。因此為了節(jié)省費(fèi)用可以較薄地實(shí)施第一導(dǎo)電層。
通過用于制造包括至少一個(gè)襯底和一個(gè)第一導(dǎo)電層的微電子結(jié)構(gòu)的一種方法解決本發(fā)明任務(wù)的第二部分，在此第一導(dǎo)電層由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素，此方法具有以下的步驟-準(zhǔn)備襯底；和-同時(shí)將基本材料和束縛氧的添加物淀積到襯底上用于形成第一導(dǎo)電層。
在此方法上，優(yōu)先同時(shí)將基本材料和束縛氧的添加物淀積到襯底上，使得在那里第一導(dǎo)電層逐漸形成為由基本材料和束縛氧的添加物組成的混合物。在合適地選擇淀積溫度和束縛氧的添加物的添加量多少時(shí)，可以至少部分地從基本材料中淀積后者，或共同與基本材料形成一種混合晶體。
通過物理的霧化方法(濺射)將基本材料和束縛氧的添加物淀積到襯底上是有利的。優(yōu)先在采用基本材料和束縛氧的添加物的一個(gè)共同源的條件下實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在此以簡單的方式和方法，通過由基本材料組成的，帶有被安放上的包含束縛氧的添加物的薄片的濺射靶來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此提供一種混合源是不必要的。更準(zhǔn)確地說，以簡單的方式和方法可以變化束縛氧的添加物的種類和它的添加量的大小。
例如為了制造具有束縛氧的鉿添加物的銥層，優(yōu)先在約0.02毫巴壓力和約200℃的襯底溫度下工作。
在安放第一導(dǎo)電層之后借助MOCVD法或旋轉(zhuǎn)涂覆(spin-on)法放置金屬氧化物電介層。
優(yōu)先在存儲(chǔ)裝置中采用微電子結(jié)構(gòu)，在此，第一導(dǎo)電層是一個(gè)第一電極，此第一電極與一個(gè)其它的電極和布置在這些電極之間的金屬氧化物電介層共同形成一個(gè)存儲(chǔ)電容器。許多這樣的存儲(chǔ)電容器是優(yōu)先布置在一個(gè)襯底上的。
除此之外，微電子結(jié)構(gòu)一般適合于作為氧擴(kuò)散阻擋，以便保護(hù)微電子結(jié)構(gòu)的，尤其是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的氧敏感的范圍免受氧侵蝕。
以下借助實(shí)施例說明和在附圖中展示本發(fā)明。這些附圖是

圖1至3為在采用按本發(fā)明的微電子結(jié)構(gòu)條件下存儲(chǔ)電容器的不同實(shí)施結(jié)構(gòu)，和圖4為用于制造這種微電子結(jié)構(gòu)的一種濺射反應(yīng)器。
圖1中示出了布置在襯底10上的一種存儲(chǔ)電容器5。此存儲(chǔ)電容器5包括由一個(gè)氧化銥層20，一個(gè)銥層25和一個(gè)鉑層30成層地構(gòu)造的一個(gè)下電極15。選擇地采用氧化釕和釕代替氧化銥和銥也是可能的。氧化銥層20和銥層25一起是第一導(dǎo)電層。氧化銥層20及銥層25中的至少一個(gè)含有優(yōu)先由鉿形成的一種束縛氧的添加物。此添加物取決于它的在1％和10％之間的添加量的多少與有關(guān)的層可以形成一種混合晶體，或部分地作為析出物存在。
鉑層30在本實(shí)施結(jié)構(gòu)上是第二導(dǎo)電層。優(yōu)先通過三個(gè)層20，25和30的共同刻蝕結(jié)構(gòu)化成層地構(gòu)造的下電極15。例如通過具有例如在氬濺射過程時(shí)達(dá)到的高度物理組分的各向異性的刻蝕過程來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。輔助地可以給氬等離子體添加氯或溴化氫(HBr)。
含鈦的阻擋層35位于下電極15之下。此阻擋層35一方面用于改善襯底10上的下電極15的附著性能，并且另一方面用于阻止硅擴(kuò)散。由于下電極15是通過襯底10中用多晶硅充填的接觸孔40與在這里未詳示的選擇晶體管連接的，這一點(diǎn)因而尤其是必要的。將由鈦-氮化鈦組成的阻擋層35優(yōu)先共同與下電極15結(jié)構(gòu)化。因此對(duì)于由下電極15和阻擋層35組成的結(jié)構(gòu)只需一個(gè)單個(gè)刻蝕步驟。
由一個(gè)SBT層45完全覆蓋了下電極15，在此，后者是金屬氧化物電介層。SBT層45因此也有通向阻擋層35邊緣范圍的直接接觸。這意味著，這些范圍在SBT層45淀積時(shí)是未受保護(hù)的。然而由于氧擴(kuò)散入阻擋層35中的擴(kuò)散深度是有限的，所以不是氧化整個(gè)阻擋層35，而是僅氧化直接毗鄰到SBT層45上的范圍。在通過布置在其上的下電極15，和尤其是通過位于氧化銥層20或銥層25中的鉿添加物防止氧化來保護(hù)阻擋層35的，尤其是位于接觸孔40范圍中的中心范圍。此外，銥層25本身已經(jīng)起著保護(hù)層的作用，因?yàn)樵赟 BT工藝條件下(約800℃，含氧氣氛)至少部分地將銥氧化，并且因此阻止氧擴(kuò)散。
在放上SBT層之后，整個(gè)面積地將一個(gè)其它的電極50淀積到SBT層45上。其它的電極50與下電極15和SBT層45一起形成鐵電的存儲(chǔ)電容器5。
用圖2中所示的結(jié)構(gòu)是可能改善阻擋層35的保護(hù)的。在這種結(jié)構(gòu)上，鉑層30也覆蓋由阻擋層35，氧化銥層20和銥層25組成的層堆的側(cè)面范圍，使得SBT層45沒有通向阻擋層35的直接的接觸。此外，在這種結(jié)構(gòu)上有利的是，由鉑層30形成下電極15通向SBT層45的整個(gè)界面，并且因此改善了SBT層45的界面特性和存儲(chǔ)器性能。
圖3中表示了一種其它的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)上，僅在接觸孔40的范圍中構(gòu)成了阻擋層35，使得阻擋層35是完全由氧化銥層20覆蓋的。因此在SBT淀積時(shí)阻擋層35是完全受保護(hù)防止氧化的。在這種結(jié)構(gòu)上也可以選擇地將鉑層30敷設(shè)到氧化銥層20和銥層25的側(cè)面范圍上，以便改善電容器性能。
已經(jīng)指明，在采用鉿時(shí)的氧吸納僅導(dǎo)致氧化銥層或銥層20，25的較小的體積增加，使得也許因而出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力不導(dǎo)至損傷。
為了說明用于制造微電子結(jié)構(gòu)的按本發(fā)明方法請(qǐng)參閱圖4，在此微電子結(jié)構(gòu)上第一導(dǎo)電層由基本材料和束縛氧的添加物組成。這里示意地表示了具有襯底載體60和靶支架65的濺射反應(yīng)器55，這些襯底載體60和靶支架65同時(shí)用作為陰極或陽極。在進(jìn)一步工藝中體現(xiàn)為襯底10的硅晶片70位于襯底載體60上。在布置在硅晶片70對(duì)面的靶支架65上固定了安放上鉿片80的銥片75。這些片一起是濺射工藝期間的共同的源。通過鉿片的大小的選擇可以調(diào)節(jié)淀積的鉿的份額。通過在濺射反應(yīng)器55中激勵(lì)的氬等離子體從各自的源中共同射出鉿和銥，并且作為混合物堆積到硅晶片70上。由氧化銥片代替銥片75也是可能的。
為了改善在硅晶片70上所濺射的層的附著強(qiáng)度，可以通過置放在晶片之下的加熱器加熱此硅晶片70。有利的溫度在200°至500℃的范圍中。
參考符號(hào)清單5存儲(chǔ)電容器10襯底15下電極20氧化銥層(氧化釕)/第一導(dǎo)電層25銥層(釕)/第一導(dǎo)電層30鉑層/第二導(dǎo)電層35阻擋層40接觸孔45 SBT層/金屬氧化物電介層50其它的電極55濺射反應(yīng)器60襯底載體65靶支架70硅晶片75銥片80鉿片
權(quán)利要求
1.包括至少一個(gè)襯底(10)和一個(gè)第一導(dǎo)電層(20，25)的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(20，25)由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素。
2.按權(quán)利要求1的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，束縛氧的添加物是鋯(Zr)，鉿(Hf)，鈰(Ce)或這些元素的組合。
3.按權(quán)利要求1或2的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，束縛氧的添加物在第一導(dǎo)電層(20，25)中，以在0.5％至20％之間的，優(yōu)先在1％至10％之間的重量份額存在。
4.按以上權(quán)利要求之一的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，基本材料由一種貴金屬尤其是鉑，由鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，由上述金屬的一種導(dǎo)電氧化物，或由上述化合物和元素的一種混合物組成。
5.按以上權(quán)利要求之一的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，微電子結(jié)構(gòu)具有至少部分地覆蓋第一導(dǎo)電層(20，25)的一種金屬氧化物電介層(45)。
6.按權(quán)利要求5的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，微電子結(jié)構(gòu)具有至少布置在第一導(dǎo)電層(20，25)和金屬氧化物電介層(45)之間的一個(gè)第二導(dǎo)電層(30)。
7.按權(quán)利要求6的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二導(dǎo)電層(30)由尤其是鉑的一種貴金屬組成。
8.按以上權(quán)利要求之一的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，阻擋層(35)是布置在第一導(dǎo)電層(20，25)和襯底(10)之間的。
9.按權(quán)利要求8的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，阻擋層(35)是一種含鈦的層。
10.用于制造包括至少一個(gè)襯底(10)和一個(gè)第一導(dǎo)電層(20，25)的微電子結(jié)構(gòu)的方法，在此，第一導(dǎo)電層(20，25)由具有至少一種束縛氧的添加物的至少一種基本材料組成，此添加物含有來自第四副族中的，或來自鑭系中的至少一種元素，具有以下的步驟-準(zhǔn)備襯底(10)；和-同時(shí)將基本材料和束縛氧的添加物淀積到襯底(10)上，用于形成第一導(dǎo)電層(20，25)。
11.按權(quán)利要求10的方法，其特征在于，通過用一種共同源(75，80)的物理霧化法(濺射)將基本材料和束縛氧的添加物淀積到襯底(10)上。
12.按權(quán)利要求10或11之一的方法，其特征在于，基本材料由一種貴金屬尤其是鉑，由鈀，銠，銥，釕，鋨，錸，由上述金屬的一種導(dǎo)電氧化物，或由上述化合物和元素的一種混合物組成。
13.按權(quán)利要求10至12之一的方法，其特征在于，束縛氧的添加物在第一導(dǎo)電層(20，25)中，以在0.5％至20％之間的，優(yōu)先在1％至10％之間的重量份額存在。
14.按權(quán)利要求10至13之一的方法，其特征在于，束縛氧的添加物包括鋯(Zr)，鉿(Hf)，鈰(Ce)或這些元素的組合。
15.按權(quán)利要求10至14之一的方法，其特征在于，將金屬氧化物電介層(45)淀積到第一導(dǎo)電層(20，25)上。
16.按權(quán)利要求15的方法，其特征在于，在淀積金屬氧化物電介層(45)之前將一個(gè)第二導(dǎo)電層(30)淀積到第一導(dǎo)電層(20，25)上。
17.按權(quán)利要求16的方法，其特征在于，第二導(dǎo)電層(30)由鉑組成。
18.在存儲(chǔ)裝置中采用按權(quán)利要求1至9之一的微電子結(jié)構(gòu)，在此，由微電子結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電層(20，25)所形成的一個(gè)電極(15)，一個(gè)其它的電極(50)和布置在這些電極(15，50)之間的金屬氧化物電介層(45)形成存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)存儲(chǔ)電容器(5)。
全文摘要
本發(fā)明建議一種微電子結(jié)構(gòu),在其上第一導(dǎo)電層(20,25)阻止氧擴(kuò)散。為此,第一導(dǎo)電層(20,25)由一種基本材料和至少一種束縛氧的添加物組成。此添加物具有來自第四副族中的,或來自鑭系中的至少一種元素。在具有金屬氧化物電介層的半導(dǎo)體存儲(chǔ)組件上優(yōu)先采用這種微電子結(jié)構(gòu)作為電容器電介層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1334960SQ99816134
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月10日
發(fā)明者R·布魯赫豪斯, C·馬祖雷－埃斯佩霍, R·普里米格 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司