[发明专利]铁电半导体存储器的制法

说明书

本发明涉及半导体部件的制法。本发明尤其是涉及具有一只开关晶体管和一只存储电容器的非易失型存储器单元的制法，该存储电容器极片包含铂类金属，并且再极片间用铁电或仲电材料作为介质。

传统的微电子半导体存储器部件(DRAM)主要由一只选择晶体管或开关晶体管和一只存储电容器构成，其中在两电容器极片之间插入介电材料。通常多半用具有介电常数最大约为8的氧化物层或氮化物层作介质。为了缩小存储电容器以及为了制造非易失型存储器，需要具有显著高的介电常数的“新型的”电容器材料(铁电体或仲电体)。在W.Hnlein著的出版物“Neue Dielektrika fürGbit-Speicherchips(吉比特存储器芯片用新介质)”，Phys.B1.55(1999)中列举了一些这种材料。为了制造这类高集成度非易失型半导体存储器部件用的铁电电容器，可以应用例如铁电材料如SrBi₂(Ta,Nb)₂O₉(SBT或SBTN),Pb(Zr,Ti)O₃(PZT)，或Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)作为介质插入电容器极片之间。但是它也可以使用仲电材料，例如(Ba,Sr)TiO₃(BST)。

然而，这种新型介质，铁电或仲电介质的应用是对半导体制造工艺提出新要求。首先这种新型材料不再可以与传统的电极材料多晶硅组合。因此必须使用惰性电极材料，如例如铂类金属或其导电氧化物(例如RuO₂)。其原因是：在铁电介质淀积后在温度从约550～800℃在含氧气氛内进行退火必要时必须多次(予处理)。因此，为了避免铁电介质与电极的不希望的化学反应，这多半由铂或对温度足够稳定和惰性的另一种材料，如另一种铂类金属(Pd,Ir,Rh,Ru,Os)制造。

为了集成存储电容器在含氢的环境内进行的工艺步骤是必须的。所以例如为了金属化和晶体管的正常处理必须在由95％的氮(N2)和5％的氢(H2)组成的成形气体中退火。可是氢向加工的存储电容器，即向介质内的渗透可以通过还原反应导致介质的氧化物陶瓷的变质。此外金属间氧化物或氮化硅钝化层等离子体增强的化学气相淀积(PECVD)，基于层内高的氢含量引起介质的铁电或仲电材料的还原。

至今的技术现况尝试通过在存储电容器上淀积钝化层解决该问题。在U.S.-PS5,523,595内描述了例如半导体部件的制法，其中开关晶体管在半导体衬底内形成，第一绝缘层在开关晶体管上淀积，在第一绝缘层上形成与开关晶体管耦合的铁电存储电容器，在存储电容器上沉积第二绝缘层，并且由TiON组成的对氢渗透的壁垒层淀积其上。由此阻止了迄今为止的氢通过存储电容器的上电极的渗透。然而氢通过第一绝缘层和下电极向介质的扩散还是可能的，因此，可能导致存储器变坏。另一方面不能舍弃在形成气体内的氢份额，因为通过氢在半导体内，尤其在电极界面上和栅极一氧化物界面自由键(悬挂键)应饱和。因此这时不应杜绝氢通过存储电容器下电极的扩散和随后的铁电介质的变坏。

据此，本发明的任务是提供半导体存储器的一种制法，其中应用可以充分防止氢进入铁电或仲电材料作介质的存储电容器。

本发明通过如下的半导体部件的制法完成任务，其中，

a)一只开关晶体管在半导体衬底上形成，

b)一层绝缘层淀积在开关晶体管上，其中，在绝缘层内置入尤其是防止氢渗透的第一壁垒层，

c)与开关晶体管耦合、包含上、下电极、其间淀积含金属氧化物层的存储电容器沉积到绝缘层上，

d)在垂直的腐蚀步骤中，在存储电容器外一直到这样一种深度去除绝缘层，使其中第一壁垒层向外露出，

e)尤其是防止氢渗透的第二壁垒层沉积到存储电容器、绝缘层和第一壁垒层上。

这时含金属氧化物的层优先是铁电或仲电材料。

首先开关晶体管与存储电容器按以下方式连接，即在绝缘层沉积后，其中腐蚀一接触孔直到开关晶体管的引线区，例如MOS晶体管的漏区，并填充导电材料，接着存储电容器的下电极至少局部地沉积到接触孔上。这时可以附加地规定：在填充接触孔之前，在孔的内壁上用尤其是防止氢渗透的第三壁垒层加衬。由此可以额外地阻止氢向填充导电材料的接触孔(插塞)扩散，以及阻止氢通过接触孔的导电材料和下电极向含金属氧化物层的渗透。因此，制成的存储电容器完全被壁垒层包封。