[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2006年12月27日和2007年10月1日分别提交的韩国专利申请10-2006-0134290和10-2007-0098562的优先权，其全文通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及制造半导体器件的电容器的方法，更具体地涉及包括金属层如用于下电极或上电极的钌(Ru)层的电容器以及制造电容器的方法。

通常，用于存储单元的电容器可包含用于存储的下电极、介电层、以及用于板极的上电极。可以通过以下方法增大电容器的电容：例如减小介电层的厚度、将电容器形成为三维形状以增加电容器的有效面积、或使用高介电常数介电材料如五氧化二钽(Ta₂O₅)作为介电层而不增加电容器的尺寸。

当下电极由多晶硅形成时，因为由多晶硅形成的下电极在由Ta₂O₅形成的介电层上进行高温热处理时氧化，所以难以使用Ta₂O₅形成介电层。在这种情况下，介电层的有效厚度增加并且电容器的电容降低。此外，由于电容器的不对称电流电压特性引起的电容器输出电流的变化，导致电容器的电性能变差。

因此，在小于0.1μm技术的领域中，由金属如钌替代多晶硅形成下电极。例如，已经引入了金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或金属-绝缘体-多晶硅(MIP)电容器。可以通过在处理衬底之后在衬底上顺序叠加下电极金属层、介电层、和上电极金属层来制造MIM电容器。下电极金属层和上电极金属层可以由具有低电阻的钌层形成。由于在MIM电容器结构中的大高度差，通常通过原子层沉积(ALD)形成钌层。

然而，尽管基于衬底的种类可以改善钌层的粘附性，但是因为钌层表现出差的粘附性，所以通过ALD在衬底上沉积的钌层不能牢固接合衬底。因此，在钌层和衬底之间可能形成接触缺陷，例如鼓泡。

图1示出常规MIM电容器的钌层13。参考图1，当在其中顺序形成TiN层11和TiO₂层12的结构上形成钌层13时，可以从所述结构中移除钌层13。在这种情况下，在钌层13和结构之间可能形成鼓泡14，使得难以制造电容器并且使得电容器的性能例如电容和漏电流变差。

因此，在使用具有低电阻率的钌层作为下电极或上电极时，必须将钌层牢固接合衬底或其它层。

发明内容

本发明的实施方案涉及提供一种适于制造的和通过增加电容器的钌层的粘附性而具有优良电性能的电容器，以及制造所述电容器的方法。

根据本发明的一个方面，电容器包括下电极、上电极、下电极和上电极之间的介电层、和氧化钌层。下电极和上电极的至少其一由钌层形成，并且氧化钌层设置成在下电极和上电极之间与钌层邻接。

根据本发明的另一个方面，一种制造电容器的方法包括在衬底上形成第一氧化钌层；在第一氧化钌层上形成用于下电极的下电极钌层；在下电极钌层上形成介电层；和在介电层上形成用于上电极的上电极导电层。

附图说明

图1示出常规的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的钌层。

图2示出根据本发明第一实施方案的电容器的横截面图。

图3示出通过原子层沉积(ALD)形成钌层的方法。

图4示出通过ALD形成氧化钌层的方法。

图5A～5G示出根据本发明的第一实施方案制造电容器的方法。

图6示出在氧化钌层上沉积钌层时氧化钌层的还原。

图7A～7F示出根据本发明第二实施方案的制造电容器的方法。

图8示出在氧化钌层上沉积钌层时氧化钌层的还原。

具体实施方式

将参考附图详细说明根据本发明的电容器及其制造方法。

图2示出根据本发明一个实施方案的电容器的横截面图。

参考图2，在衬底21上形成第一氧化钌(RuO₂)层22。因为第一氧化钌层22是高粘附性的，因此第一氧化钌层22用作粘合层以增加衬底21与将在后续工艺中形成的下电极钌层23之间的接合。

在第一氧化钌层22上形成下电极钌层23。在下电极钌层23上形成介电层24。在介电层24上将形成上电极以形成电容器。当钌层用作上电极的金属层时，可以在介电层24和钌层之间形成氧化钌层以增加介电层24和钌层之间的接合。这类似于在衬底21和下电极钌层23之间形成第一氧化钌层22以增加衬底21和下电极钌层23之间的接合的情况。具体地，在介电层24上形成第二氧化钌层25，在第二氧化钌层25上形成上电极钌层26。