[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有在一对电极之间夹持铁电膜或者高介电常数电介体膜而构成的铁电电容器或者高介电常数电介体电容器的半导体器件及其制造方法，特别涉及具有由铁电电容器或者高介电常数电介体电容器和晶体管构成的存储单元的半导体器件及其制造方法。 

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，对大容量数据高速地进行处理的必要性不断提高，而对电子设备所使用的半导体器件要求更进一步的高集成化和高性能化。因此，为了实现半导体记忆装置(DRAM：Dynamic Random-AccessMemory：动态随机存储器)的高集成化，作为构成DRAM的电容器的绝缘膜材料，广泛地研究采用铁电体材料或者高介电常数电介体材料来代替一直以来使用的硅氧化物或者硅氮化物的技术。 

FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电存储器)是对电容器绝缘膜(电容绝缘膜)使用了铁电体的非易失性半导体记忆装置，其利用铁电体的磁滞特性记忆数据。铁电体具有若施加电压则产生极化，之后即使停止施加电压也维持自发极化的特性。另外，若将施加电压的极性改变，则自发极性也改变。从而，能够使一侧极性对应于“1”、另一侧极性对应于“0”而记录数据，并能够通过检测自发极化的极性读出所记忆的数据。 

构成FeRAM电容器的铁电膜由锆钛酸铅(PZT)、掺杂了La的PZT(PLZT)、掺杂了微量的Ca、Sr或Si的PZT类材料、或者SrBi₂Ta₂O₉(SBT、Y1)或SrBi₂(Ta、Nb)₂O₉(SBTN、YZ)等铋层状结构的化合物形成，并通过溶胶-凝胶法、溅射法或者MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积)法等形成膜。 

通常通过这些成膜法，在下部电极上形成非结晶或者微结晶状态的铁电膜，之后通过热处理，使其结晶结构变为钙钛矿结构或者铋层状结构。作为电容器的电极材料，需要难以氧化的材料，或者是即使被氧化也能够维持导 电性的材料，因此一般广泛使用Pt(铂)、Ir(铱)以及IrO_x(氧化铱)等铂类金属或其的氧化物。此外，作为配线材料，与通常的半导体器件相同一般使用Al(铝)。 

由于FeRAM也与其他半导体器件同样需要更高的高集成化和高性能化，所以今后要减少单元面积。为了减少单元面积，公知采用堆叠结构来代替现有的平面结构的方法有效。在此，所谓堆叠结构是指在构成存储单元的晶体管的漏极上形成的插塞(接触塞)正上方形成电容器的结构。在现有的堆叠结构的FeRAM中，电容器是在W(钨)插塞的正上方依次层叠阻挡金属、下部电极、铁电膜以及上部电极而构成的。阻挡金属具有防止W插塞氧化的作用。多选择兼有阻挡金属的和下部电极效果的材料。因此，虽然难以明确地区分阻挡金属与下部电极材料，但阻挡金属与下部电极通常由从TiN膜、TiAlN膜、Ir膜、IrO₂膜、Pt膜以及SRO(SrRuO₃)膜中选择的两种以上膜的组合而形成。 

在JP特开2000-31421号公报中，记载了这样的技术：为了防止存储节点过度颈缩的现象，在形成凹槽的W插塞以填充接触孔的一部分之后，通过在整个面上依次形成导电体膜(例如，Cu膜)以及绝缘膜(例如，SiON膜)，之后，对导电体膜以及绝缘膜进行CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械研磨)，由此形成在中心部埋设绝缘物体的结构的接触塞。 

此外，在JP特开平10-242423号公报中，公开了这样的半导体器件：通过在第一层间绝缘膜的接触孔中填充多晶硅而形成的第一插塞上，层叠在第二层间绝缘膜的接触孔填充W而形成的第二插塞，并在该第二插塞上形成电容器。 

进而，在JP特开2003-68993号公报中，提出了这样的方案：为了避免在高浓度氢气环境中进行处理时出现的电容绝缘膜的特性劣化现象，在接触孔内面上形成由TiAlN、TiN或者TaN等构成的防氢气透过膜之后，形成W插塞。