[发明专利]半导体器件、铁电电容器,及其形成方法

说明书

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种具有一层元素金属及其导电金属氧化物的半导体器件、铁电电容器，以及它们的制造方法。

在半导体器件中有一层材料，在该层材料被氧化或还原时，其电学特性会发生变化。对导电材料，诸如衬底区、硅部件、接点、通路、互连及类似部件，一般要防止氧化，或至少要尽量减少氧化。通常用作导电的材料可包括硅(单晶、多晶和非晶)、金属以及含金属的化合物。这些材料的氧化物大多数是绝缘体。绝缘氧化物的形成可导致所不希望的电学断路。

在某些半导体器件中，还原剂可造成问题。在用氧化物铁电材料作介质的电容器中，还原气氛能使铁电介质逐渐退化。铁电材料的铁电特性可能丧失殆尽，铁电电容器实际上变成毫无用处。对此问题，铁电电容器似乎比许多半导体器件更敏感。用相对不活泼的气氛，诸如氮、氩、氦及类似气体，不含任何氧化气体处理，依然会引起铁电电容器的逐渐退化。

除铁电电容器以外，其它半导体器件可能有与氢之类的还原剂有关的问题。氢会加快许多类型的电可编程只读存储器(EPROM)及特别是电可擦除的可编程只读存储器(EEPROM)的热电子退化。一般，通过栅或隧道介质层的热载流子迁移减少了EEPROM可能循环的次数。这里的一个循环是一个编程步骤和一个擦除的总合。氢还与氧反应形成水汽。在EPROM中的水汽一般会导致数据保存问题。

本发明旨在克服上述的现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种半导体器件，它包括：一半导体衬底；一覆盖在该衬底上包含铜的互连，以及在该互连上的第一层，该第一层有一种包括一种元素金属及其导电金属氧化物的混合物，其中的元素金属能优先于所述互连被氧化成它的导电金属氧化物。本发明的半导体器的制造工艺包括形成一个作为半导体衬底内的一个区或其它元件的导电部件，再在该导电部件之上形成上述的第一层。

本发明的铁电电容器包括一铁电层、一置于该铁电层之上的电极，以及置于该电极之上的屏蔽层，其中层蔽层与电极隔开一段距离，所述屏蔽层环绕着该铁电层的顶部和侧面，且含有一种包括一种元素金属及其及电金属氧化物的混合物，而且该导电金属层能优先于该铁电层而被还原成该元素金属。本发明的铁电电容器的形成工艺包括下列步骤：形成一铁电层、形成置于该铁电层上的导电层，其中该导电层具有一种包括一元素金属及其导电金属氧化物的混合物，将该铁电导电层暴露于还原环境中时，该导电金属氧化物优先于铁电层被还原成元素金属。

采用本发明，可以减少半导体器件导电层之外的其它部分氧化或还原的可能性。对于铁电电容器来说，采用本发明可以使铁电层的还原明显少于现有技术中的铁电电容器。

参照附图从下面的详细说明中会更加理解本发明的其它特点和优点。

借助实施例来解释本发明，但不限于附图的图形。图中类似的标号指示相同的元部件。

图1和图2分别为按本发明的一个实施方案在接触芯柱之上形成一有金属化合物(包括元素金属及其导电的金属氧化物)的层的各不同工艺步骤中部分衬底的剖面图。

图3、图5和图6分别为按本发明的另一实施方案在互连之上形成一有金属化合物(包括元素金属及其导电金属氧化物)的层的各不同工艺步骤中部分衬底的剖面图。

图4和图9分别为表示各材料及其氧化状态的曲线图，给出了材料的温度和材料的氧分压的对数的关系。

图7、图8、图10和图11分别为按本发明的另一实施方案在形成铁电电容电极的各工艺步骤中部分衬底的剖面图，其中的电极包括一元素金属及其导电的金属氧化物。

图12-图17分别为部分衬底的剖面图，解释按本发明另一实施方案的包括元素金属及其导电的金属氧化物的层。

本发明包括一具有一种材料的半导体器件，该材料包括一元素金属及其导电的金属氧化物，其中该材料能优先于毗邻的器件区域被氧化或还原。该材料减小了毗邻区域被氧化或还原(当这是不希望的时候)的可能性。继一般说明之后是可能使用该材料的应用。下面的说明是解释性的，而不是限制性的。