專利名稱：插塞結(jié)構(gòu)之電容器組障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)一種被用于如集成電路(ICs)之組障，其可減少如氧之原子及分子的擴散。更特別是，該組障可減少插塞結(jié)構(gòu)之電容器中之插塞的氧化。
背景技術(shù)：
內(nèi)存集成電路包含復(fù)數(shù)個被位線及字線相互連接的內(nèi)存胞元。內(nèi)存胞元包括用于儲存一位信息之被耦合至電容器的晶體管。為了解高密度內(nèi)存集成電路，內(nèi)存胞元運用一種如第1圖所示之插塞上之電容器(COP)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括一電容器140，其具有被放置第一及第二電極141及142間之介電層146。該電容被耦合至傳導(dǎo)插塞170。
通常，氧環(huán)境中之高溫退火系為改善介電層特性所需，特別是用于高k介電及鐵電物質(zhì)。此外，氧環(huán)境中之另一退火系為修復(fù)因接觸洞165之蝕刻造成之損害所需。退火期間，氧系經(jīng)由電容擴散并氧化插塞。某些例子中，因增加之插塞電阻性或電子開路連接可導(dǎo)致效能降級及失敗。
為了避免氧氣經(jīng)由電容擴散，被形成自銥之阻障層187系被提供于下電極及插塞之間。銥(Ir)因?qū)ρ蹙哂辛己米枵咸匦远皇褂?。因為銥具有分層自位準間介電(ILD)層(如二氧化硅或氮化硅)的傾向，所以氮化銥層182系被提供于層之間藉以增加黏著性。然而，如圖標，阻障及黏著層之側(cè)壁系被暴露。氧可穿透該被暴露側(cè)壁，并沿黏著、阻障及位準間介電水平擴散，氧化該黏著層，某些例子中為插塞。
以上得知，預(yù)期提供一被改良的阻障層，用于減少插塞結(jié)構(gòu)之電容器中之插塞的氧化。
發(fā)明概要本發(fā)明大致有關(guān)插塞結(jié)構(gòu)之電容器的形成。一實施例中，減少插塞之氧化之被改良組障。該組障系被放置黏著層及電容器之間藉以減少插塞的氧化。
一實施例中，非傳導(dǎo)黏著層系被提供于插塞被放置處之外的位準間介電層。一實施例中，黏著層系包含氮化銥。第一及第二傳導(dǎo)阻障層系被提供于黏著層及電容器之間。第一阻障層系被放置于第二阻障層及黏著層之間。第二阻障層覆蓋著第一阻障層之上表面及側(cè)壁。一實施例中，第一阻障層包含銥而第二阻障層包含x氧化銥(IrOx)。第二阻障層抑制如氧之穿透第一阻障層之側(cè)壁及黏著及第一阻障層之接口的擴散，藉此減少或避免插塞的氧化。
圖標簡單說明第1圖顯示插塞結(jié)構(gòu)之電容器的一橫斷面圖。
第2圖顯示一鐵電內(nèi)存胞元。
第3及4圖顯示本發(fā)明之不同實施例；及第5至8圖顯示依據(jù)本發(fā)明實施例用于生產(chǎn)插塞上之電容器的處理。
本發(fā)明詳細說明本發(fā)明系有關(guān)用于減少如氧之原子及分子之擴散的改良組障。該組障特別有用于內(nèi)存胞元之插塞結(jié)構(gòu)的電容器。一實施例中，該組障系被運用于鐵電電容器。該組障亦可被用于如高k介電電容器的其它類型電容器。
第2圖顯示具有一晶體管230及一電容器240的一鐵電內(nèi)存胞元201。晶體管之第二終端232系被耦合至電容器之第一電極241。晶體管之閘極233及第一終端231分別被耦合至字線250及位線260。被耦合至電容器之第二電極242者系為極板線270。電容器使用鐵電物質(zhì)之滯后極化特性來儲存信息。被儲存于內(nèi)存胞元中之邏輯值系視電容器之極化而定。為了改變極性，大于轉(zhuǎn)換電壓(矯頑電壓)之電壓必須被經(jīng)由位線及極板線被施加橫跨電容器之電極上。電容器之極化系視被施加之電壓的極性而定。鐵電電容器之一優(yōu)點系其于電源被移除之后仍能維持其極化狀態(tài)，形成非依電性內(nèi)存胞元。
參考第3圖，依據(jù)本發(fā)明一實施例之鐵電插塞上之電容器結(jié)構(gòu)301系被顯示。插塞上之電容器結(jié)構(gòu)系被形成于半導(dǎo)體基板305，且被位準間介電層318絕緣。例如，位準間介電層可包含二氧化硅(SiO2)。如氮化硅或摻雜硅酸玻璃之其它類型介電物質(zhì)亦可用。插塞上之電容器結(jié)構(gòu)包含一具有如鉛鋯酸根鈦酸鹽(PZT)之鐵電層346的電容器340。鍶鉍鉭(SBT)或其它類型之鐵電物質(zhì)亦可用。鐵電層系被放置于第一及第二電極341及342之間。例如，該電極包括如鉑之貴金屬。例如SrRuO3、La0.5、Sr0.5O3、LaNiO3或YBa2Cu3O7之其它類型傳導(dǎo)物質(zhì)亦可用。上及下電極可被形成自相同或不同的物質(zhì)。
替代實施例中，插塞上之電容器結(jié)構(gòu)包含一第一及第二電極之間的介電層。例如，該介電層包含一高k介電層，而該電極包含如釕(Ru)之傳導(dǎo)物質(zhì)。其它類型之介電物質(zhì)或傳導(dǎo)物質(zhì)亦可被用于介電層及電極。
例如，插塞370系被提供電子耦合該電容器至晶體管的擴散區(qū)域。該插塞系被形成自如聚硅(Poly-Si)或鎢(W)的傳導(dǎo)物質(zhì)。其它類型之傳導(dǎo)物質(zhì)亦可被使用。針對聚硅插塞，包含硅化物之預(yù)先層通常被提供于電極及插塞之間的分層自位準間介電層。晶體管之閘極系被耦合至字線，而其它擴散區(qū)域系被耦合至位線。上電極系被耦合至極板線。阻障層382系被提供于電容器之下電極下方，藉以抑制氧之擴散，保護插塞370避免氧化。一實施例中，該阻障層包含一對氧呈現(xiàn)良好之阻障特性的非氧化傳導(dǎo)物質(zhì)。一實施例中，該阻障層包含銥。如鈀、銠或鉿之其它對氧呈現(xiàn)良好之阻障特性的非氧化傳導(dǎo)物質(zhì)亦可被使用。
為了提升阻障層及分層自位準間介電層之間的黏著性，黏著層383系被提供。黏著層之物質(zhì)應(yīng)為穩(wěn)定、呈現(xiàn)良好之阻障特性并具有與阻障層堅固鏈接的特性。一實施例中，該黏著層系包含非傳導(dǎo)性氧化物。較佳是，該黏著層系包含二氧化鈦。如二氧化鈰、二氧化鋯或二氧化鉿之其它物質(zhì)亦可被使用。因為二氧化鈦為非傳導(dǎo)性，所以其可維持于插塞被放置處之外之分層自位準間介電層上。此具有消除作為氧之擴散路徑之分層自位準間介電層及黏著層間之接口。
第二阻障層392系被提供于第一阻障層上，而形成一組障。依據(jù)本發(fā)明，第二阻障層覆蓋第一阻障層之表面及側(cè)壁。第二阻障層應(yīng)具有良好之阻障特性及與黏著層鏈接的特性。一實施例中，第二阻障層包含氧化銥(IrOx)。完全覆蓋第一阻障層之第二阻障層，系可避免氧或其它氧化氣體穿透第一阻障層之側(cè)壁及沿著第一阻障及黏著層之接口作擴散。
一實施例中，非傳導(dǎo)性囊封層376覆蓋著電容器。該囊封層可于恢復(fù)退火期間抑制電容器層的氧化。一實施例中，該囊封層包含氧化鋁(Al2O3)或氮化硅(SiN)。如二氧化鈰、二氧化鋯或二氧化鉿之其它非傳導(dǎo)性物質(zhì)亦可被使用。
如第4圖所示之替代實施例中，附加阻障層484系被提供于第一阻障層及黏著層之間。一實施例中，附加阻障層系包含可改善第一阻障層及黏著層間之黏著性的傳導(dǎo)物質(zhì)。此外，阻障層484可抑制插塞物質(zhì)(如硅)向上擴散進入電容器。如圖標，第一阻障層覆蓋著附加阻障層之表面及側(cè)壁。提供僅覆蓋附加阻障層之表面的第一阻障層亦為可用。一實施例中，第一附加阻障層系包含鈦。如氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭或氮鋁化鈦之其它物質(zhì)亦為可用。
雖然插塞上之電容器結(jié)構(gòu)被顯示具有一單電容器，但其它類型之插塞上之電容器結(jié)構(gòu)亦可被使用。例如，插塞上之電容器結(jié)構(gòu)可包含兩個電容器，如被用于鏈式內(nèi)存架構(gòu)者。例如，鏈式內(nèi)存架構(gòu)系被說明于Takashima等人之1998年5月，美國電機及電子工程師學(xué)會之固態(tài)電路期刊第33冊第787至792頁”高密度鏈式鐵電隨機存取內(nèi)存(ChainFRAM)”中，其在此因各種目的被并入?yún)⒖肌?br> 第5至8圖顯示依據(jù)一實施例用于生產(chǎn)電容器的處理。參考第5圖，一基板305系被提供。該基板系包含如硅之一半導(dǎo)體基板。如絕緣體上之硅之其它類型的基板亦可被使用。該基板系以被形成其上之分層自位準間介電層318來制成。例如，該分層自位準間介電層系包含二氧化硅。如氮化硅之其它類型之介電物質(zhì)亦為可用。例如，分層自位準間介電層以下者，系為具有一閘極及第一及第二擴散區(qū)域的一晶體管。
非傳導(dǎo)性黏著層383系被沉積于分層自位準間介電層上。非傳導(dǎo)性黏著層系可增強隨后被形成對分層自位準間介電層之阻障之間的黏著性。黏著層系被挑選提供其及隨后被形成阻障物質(zhì)之間之堅固鏈接，藉以避免或降低氧穿透層間接口的擴散。一實施例中，該非傳導(dǎo)性黏著層系包含二氧化鈦。可替代是，該非傳導(dǎo)性黏著層系可包含二氧化鈰、二氧化鋯、二氧化鉿或其它類型非傳導(dǎo)性黏著層。例如，黏著層可藉由化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、甩膠(spin-coating)或其它已知技術(shù)來形成。
黏著層被形成后，接觸開口系被形成來暴露胞元晶體管之擴散區(qū)域之一。該接觸開口系使用如傳統(tǒng)罩幕及蝕刻技術(shù)來形成。如鎢或聚硅的傳導(dǎo)物質(zhì)接著被沉積，填充該接觸開口并覆蓋分層自位準間介電層表面。其它類型之傳導(dǎo)物質(zhì)亦為可用?；灞砻嫦当换瘜W(xué)機械拋光(CMP)平面化。黏著層可當作化學(xué)機械拋光之蝕刻阻擋物，藉以移除過多之傳導(dǎo)物質(zhì)形成具有黏著層之共面之插塞370。針對應(yīng)用使用聚硅插塞，硅化物預(yù)先層系于沉積黏著層之前被形成于分層自位準間介電層上。
阻障層582接著被沉積于黏著層上。該阻障層包含呈現(xiàn)良好阻障特性的傳導(dǎo)物質(zhì)。如上述，該傳導(dǎo)物質(zhì)應(yīng)形成與黏著層堅固鏈接藉以避免或降低氧沿著層間接口的側(cè)面擴散。一實施例中，該阻障層包含銥。如鈀、銠或鉿之其它具有良好之阻障特性及形成與黏著層堅固鏈接的傳導(dǎo)物質(zhì)亦可被使用。如濺散之傳統(tǒng)沉積技術(shù)可被使用。
參考第6圖，阻障層系被制成圖案以形成接觸插塞上表面之阻障347。若硅化物層被提供，則阻障及硅化物層系一起被制成圖案。傳統(tǒng)罩幕及蝕刻處理系被用來將阻障層制成圖案。
第二阻障層系被沉積于基板上，覆蓋著阻障及黏著層。一實施例中，該第二阻障層系包含傳導(dǎo)氧化物。較佳是，第二阻障層包含氧化銥(IrOx)?？商娲?，第二阻障層包含具有良好之阻障特性及與黏著層堅固鏈接特性之其它類型傳導(dǎo)氧化物。
該處理繼續(xù)形成阻障氧化物上之電容器的層。一實施例中，該處理繼續(xù)形成鐵電電容器。形成其它類型之電容器亦為可用。該處理包含隨后形成第一傳導(dǎo)電極641、鐵電646及第二電極642層。例如，該電極包含如鉑之貴金屬，其它類型傳導(dǎo)物質(zhì)亦可被使用。一實施例中，該鐵電物質(zhì)系包含鉛鋯酸根鈦酸鹽(PZT)。如鍶鉍鉭(SBT)之其它類型之鐵電物質(zhì)亦可用。各種已知技術(shù)系可被用來形成電容器之不同層。例如，該技術(shù)系被說明為化學(xué)汽相沉積、物理汽相沉積及甩膠，其在此因各種目的被并入?yún)⒖肌?br> 針對使用鉛鋯酸根鈦酸鹽之應(yīng)用，氧化鍶釕(SRO)層可被形成于鐵電層及電極之間來增強鐵電層的屬性。
參考第7圖，第二阻障層及電容器之各層系被制成圖案來形成電容器340。該層系利用如傳統(tǒng)罩幕及蝕刻技術(shù)被制成圖案。如圖標，第二阻障層392覆蓋著第一阻障層382，包括其側(cè)壁。
電容器被形成后，囊封層系被沉積于基板上。囊封層376覆蓋著電容器結(jié)構(gòu)。一實施例中，囊封層包括氧化鋁。如氮化硅或二氧化鈦之良好絕緣體及具有良好阻障特性之其它類型物質(zhì)亦為可用。
參考第8圖，分層自位準間介電層818系被沉積于覆蓋著電容器結(jié)構(gòu)之基板上。例如，該分層自位準間介電層系包括二氧化硅。如氮化硅、摻雜硅酸玻璃或上旋玻璃之其它類型介電物質(zhì)亦可用。分層自位準間介電層表面系利用如化學(xué)機械拋光來平面化。如逆流之其它技術(shù)亦可視被使用物質(zhì)而被使用。接點865接著被形成于介電層中，耦合電容器至如板極線867。該接點可使用傳統(tǒng)鑲飾技術(shù)被形成。雙重鑲飾技術(shù)或鑲飾及RIE技術(shù)之結(jié)合亦可被用來形成接點及導(dǎo)線。
替代實施例中，附加阻障層系于第一阻障層582(見第5圖)之前被形成。附加阻障層系可增強第一阻障層間之黏著性，且可避免插塞物質(zhì)向上擴散至電容器。一實施例中，該附加阻障層系包含鈦。如氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭或氮鋁化鈦之其它物質(zhì)亦為可用。兩阻障層可被一起或分別制成圖案，使第一阻障層可完全覆蓋附加阻障層，包括其側(cè)壁。該處理從第6圖繼續(xù)向前說明。
當本發(fā)明已參考各種實施例被特別顯示及說明時，熟練技術(shù)人士應(yīng)了解，只要不背離本發(fā)明之精神及范疇均可作各種修改及改變。因此，本發(fā)明之范圍并不是參考上述說明，而是參考附帶權(quán)利要求及其同等全部范圍來決定。
權(quán)利要求
1.一種具有插塞結(jié)構(gòu)之電容器的集成電路，包括一半導(dǎo)體基板，具有被形成于其表面上之一介電層；一黏著層，位于該介電層表面上；一插塞，被形成于該介電層上，該插塞表面系與該黏著層表面成共面；一電容器，被形成于該黏著層上與該插塞接觸；及第一及第二傳導(dǎo)阻障層，位于該電容器及該黏著層之間，該第一傳導(dǎo)阻障層與該黏著層及該插塞接觸，該第二傳導(dǎo)阻障層覆蓋該第一阻障層之一上表面及側(cè)壁且與該黏著層及該電容器接觸。
2.如權(quán)利要求第1項之集成電路，其中該電容器包括一鐵電電容器。
3.如權(quán)利要求第1項之集成電路，其中該電容器包括一高k介電電容器。
4.如權(quán)利要求第1至3項之任一項之集成電路，其中該黏著層包括一非傳導(dǎo)性物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求第4項之集成電路，其中該第一傳導(dǎo)阻障層系包含銥。
6.如權(quán)利要求第5項之集成電路，其中該第二傳導(dǎo)阻障層系包含傳導(dǎo)性氧化物。
7.如權(quán)利要求第6項之集成電路，其中該傳導(dǎo)性氧化物系包含氧化銥。
8.如權(quán)利要求第4項之集成電路，其中該第二傳導(dǎo)阻障層系包含傳導(dǎo)性氧化物。
9.如權(quán)利要求第4項之集成電路，其中該傳導(dǎo)性氧化物系包含氧化銥。
10.如權(quán)利要求第4項之集成電路，其中該第一傳導(dǎo)阻障層系包含被挑選自鈀、銠及鉿之一物質(zhì)。
11.如權(quán)利要求第10項之集成電路，其中該第二傳導(dǎo)阻障層系包含傳導(dǎo)性氧化物。
12.如權(quán)利要求第11項之集成電路，其中該傳導(dǎo)性氧化物系包含氧化銥。
13.如權(quán)利要求第4項之集成電路，進一步包含一第三傳導(dǎo)阻障層，該第三傳導(dǎo)阻障層被配置于該第一阻障層之下。
14.如權(quán)利要求第13項之集成電路，其中該第三阻障層系包含鈦。
15.如權(quán)利要求第13項之集成電路，其中該第三阻障層系包含被挑選自包含氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭及氮鋁化鈦之群組之一物質(zhì)。
16.如權(quán)利要求第13項之集成電路，其中該第一阻障層覆蓋該第三阻障層之一上表面及側(cè)壁。
17.如權(quán)利要求第16項之集成電路，其中該第三阻障層系包含鈦。
18.如權(quán)利要求第16項之集成電路，其中該第三阻障層系包含選自包含氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭及氮鋁化鈦之群組之一物質(zhì)。
19.如權(quán)利要求第6項之集成電路，進一步包含一第三傳導(dǎo)阻障層，該第三傳導(dǎo)阻障層被配置于該第一阻障層之下。
20.如權(quán)利要求第19項之集成電路，其中該第三阻障層系包含鈦。
21.如權(quán)利要求第19項之集成電路，其中該第三阻障層系包含被挑選自包含氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭及氮鋁化鈦之群組之一物質(zhì)。
22.如權(quán)利要求第19項之集成電路，其中該第一阻障層覆蓋該第三阻障層之一上表面及側(cè)壁。
23.如權(quán)利要求第22項之集成電路，其中該第三阻障層系包含鈦。
24.如權(quán)利要求第22項之集成電路，其中該第三阻障層系包含被挑選自包含氮化鈦、氮化鉭、氮硅化鉭及氮鋁化鈦之群組之一物質(zhì)。
全文摘要
一種被改良的阻障層系被揭示，用于減少插塞結(jié)構(gòu)之電容器中之插塞的氧化。該阻障層系被形成于氧化鈦之非傳導(dǎo)性黏著層上。該阻障層系包括第一及第二阻障層，其中該第二阻障層覆蓋該第一阻障層之上表面及側(cè)壁。在一實施例中，該第一阻障層包含銥而該第二阻障層包含x氧化銥(IrOx)。電容器系被形成于該阻障層上。
文檔編號H01L21/02GK1650398SQ03809450
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者G·A·貝特, N·納格爾, 孟邦基 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司