[发明专利]电容元件、半导体存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及其电容绝缘氧化物制作的电容元件及包括该电容元件的半导体存储器及其制备方法。

背景技术

近年来，电子机器的数字技术的发展促进了大容量数据的处理及保存，也就对电子机器的功能提出了更高的要求，电子机器中所用的半导体器件及构成该半导体器件的半导体元件的尺寸也在迅速地向细微化发展。

与此相伴，为实现例如动态随机存取存储器(DRAM)的高集成化，用高介电材料代替以前的硅氧化物或者硅氮化物来制作电容绝缘膜这样的技术正得到广泛的研究和开发。

而且，有关具有自发极化特性的铁电体膜的研究和开发也是热门，都为的是使能在以前所未达到的低工作电压下进行高速的读写操作的非易失性随机存取存储器早日步入实用。对于其电容绝缘膜用这些高介电材料或者铁电体制作的半导体存储器来说，存储容量在兆位级的高集成存储元件正在用叠式存储单元代替以前的平面式存储单元。

下面，参看附图，说明已往的半导体存储器。

图15示出了日本国公开特许公报特开平11-8355号中所公开的已往的半导体存储器的主要部分的剖面结构。

如图15所示，已往的半导体存储器，包括：由形成在半导体衬底101上的源、漏极区102和形成在半导体衬底101的沟道区上且中间隔着栅极绝缘膜103的栅电极104构成的晶体管105。在半导体衬底101上，形成了覆盖包括晶体管105的那整个面的层间绝缘膜106；在该层间绝缘膜106上形成了和源、漏极区102中之任一个区电连接的接触柱塞107。

层间绝缘膜106上形成了由氮化硅(Si₃N₄)制成的绝缘性氢阻挡层108，在接触柱塞107的上端部分形成了由氮化钛(TiN)制成的导电性氢阻挡层109。

绝缘性氢阻挡层108上，形成了含有二氧化铱(IrO₂)或者二氧化钌(RuO₂)的下方电极110，以让它和导电性氢阻挡层109相连。

在绝缘性氢阻挡层108上的下方电极110和110之间，形成了由氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)或者氧化氮化硅(SiON)等制成的掩埋绝缘膜111。

在包含下方电极110的掩埋绝缘膜111上，形成了由锆钛酸铅(PZT)或者钽酸锶铋(SBT：(SrBi₂)Ta₂O₉)等铁电体制成的电容绝缘膜112；在该电容绝缘膜112上形成了包含二氧化铱或者二氧化钌的上方电极113；在上方电极113上，形成了由氮化硅等制成的绝缘性氢阻挡层114。

本发明要解决的问题

然而，上述已往的半导体存储器还存在以下两个问题。

第一个问题，为：构成下方电极110且由阻挡氧等的二氧化铱或者二氧化钌制成的导电性氧化膜，会被制造过程中所产生的氢还原而使它对氧的阻挡性下降。

第二个问题，为：构成电容绝缘膜112的高介电材料或者铁电体被制造过程中所产生的氢还原，作为电容元件的电气特性就会下降。

首先，参看图16(a)及图16(b)，说明具有阻挡氧的性能的下方电极在制造过程中被还原的第一个问题。

如图16(a)所示，在将包含二氧化铱或者二氧化钌的下方电极110图案化后再形成掩埋绝缘膜111A的时候，二氧化铱或者二氧化钌很容易被来自原料气体即甲烷(SiH₄)或者氨(NH₃)的氢离子还原。该还原反应在利用等离子体化学气相沉积法(PCVD)形成掩埋绝缘膜111A时尤为明显。

结果，阻挡下方电极110中的氧原子扩散的性能就下降，如图16(b)所示，在进行为使由形成在下方电极110上的高介电材料或者铁电体制成的电容绝缘膜112结晶所必需的650～800℃之间的氧退火处理时，从该电容绝缘膜112中扩散出的氧离子就经过下方电极110的内部扩散到该电极和接触柱塞107的界面而造成接触不良，如接触电阻增大等。

其次，参考图17，说明由高介电材料或者铁电体制成的电容绝缘膜在制造过程中被还原的第二个问题。