[发明专利]在半导体器件中制造电容器的方法

说明书

技术领域

本申请要求优先权保护，其根据在2006年9月29日申请的韩国专利申请第10-2006-95711号，其公开部分作为参考被全文引用。

本发明涉及一种半导体器件中电容器的制造方法。更特别地，本发明涉及一种用于在半导体器件中形成电容器的方法，该半导体器件能够呈现出高电容量和低漏电流的特性。

背景技术

近来朝向高度集成的半导体器件的趋势已致使其单元尺寸的减少。结果，越来越难形成具有足够电容量(Cs)的电容器。特别是，获得由晶体管和电容组成的高度集成的动态随机存取存储器(DRAM)的主要因素就是使该电容器(其占据芯片中大量的空间)的面积最小化，同时使该电容器的电容量最大化。为了获得各个单位单元所需的电容量，已蓬勃发展出具有高介电常数(k)的介电材料。随着设计规则(design rule)的减小，欲获得该所需的电容量的要求已增加。

已提出了各种用以获得所需的电容量的方法。首先，采用高介电材料，例如氧化铪(HfO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、或这些材料的多层薄板，以形成电容器介电层。当该高介电材料被用于该电容器介电层时，则基于该电容器的大的纵横比(aspect ratio)而执行原子层沉积(ALD)，不执行化学气相沉积(CVD)。

接着，建议了一种金属/绝缘体/金属(MIM)的结构，其中在电容器中的上和下电极都由具有大的功函数(work function)的金属材料制成，作为对该介电层赋予优秀的介电特性的方法，以确保所需的电容量。

在该MIM结构中，氮化钛(TiN)层由于其简易的形成工艺，而被广泛地用作该电容器的电极材料。利用四氯化钛(TiCl₄)及氨(NH₃)的混合气体来形成该氮化钛(TiN)层。在该层中存在有氯(Cl)，其为该氮化钛(TiN)层的形成而产生的副产物。保留在该层中的该残余的氯(Cl)会造成问题，包括电阻率的显著增加且因此接触电阻增加。

为了从该氮化钛(TiN)层中除去该氯(Cl)并且改善该层的质量，在沉积该氮化钛层后，在氮或氨环境下执行高温退火。

然而，当该电容器的介电层是由具有高介电常数的材料制成时，该介电层的热稳定性不佳，因此使其不能承受在随后的热处理中的热应力。亦即，该介电层会在该随后的高温处理下经历过度或不正常的结晶化，因而导致晶粒间界(grain boundary)的形成。该晶粒间界会造成漏电流的增加，所以不可能在该电容器中采用该介电层。当电极由氮化钛制成时，不能在高温下进行该后续的热处理。结果，氯(Cl)残留在该电极上，因而造成其传导性的劣化。此外，氯(Cl)在该电极和介电层之间的界面处累积，且在其间的该界面上形成俘获点(trap site)，因而不利地造成该电容器的漏电流的增加。

发明内容

在为了解决现有技术的问题的尝试中，本发明的一方面提供一种用于在半导体器件中形成电容器的方法，该半导体器件通过改善的电容器形成工艺而从该电容器除去挥发性副产物，而具有改善的电极传导性和电容器的电容量较高的提升。

在另一方面中，本发明提供一种用于在半导体器件中形成电容器的方法，通过从该电容器除去挥发性副产物来防止电容器内的电子俘获点的产生，而降低半导体器件的漏电流。

根据本发明的一方面，提供一种用于在半导体器件中形成电容器的方法，其包括：在半导体基板上方形成储存节点电极；在该储存节点电极上形成具有高介电常数的介电层；在该介电层上沉积板状电极，由此形成副产物杂质；和当在该板状电极上沉积顶盖层时，通过将含氢(H)原子气体导入到该半导体基板上，除去残留在该板状电极上的该副产物杂质。

该板状电极可以优选地由至少一种材料制成，该材料从氮化钛(TiN)、钌(Ru)、氮化钨(WN)和氮化铝(AlN)组成的组中选出。

该介电层可以优选地由至少一种材料制成，该材料从氧化铪(HfO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、钛酸锶钡(BST；BaSrTiO₃)及锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)组成的组中选出。

优选地通过执行高台阶覆盖(HSC)、序列流沉积(SFD)或原子层沉积(ALD)，形成该板状电极。