[发明专利]一种半导体器件及制造该半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件及制造该半导体器件的方法。特别是涉及一种带有金属氧化物绝缘电容器的半导体集成电路及生产这种集成电路的方法。

在这以前，由于金属氧化物电介质具有离好的绝缘性能及铁电特性，它曾被用作为半导体存储器件中的电容绝缘膜。例如，该金属氧化物电介质中可能含有一个铋氧化物SrBi₂ Ta₂O₉层或钛锆酸盐(Pb(Ti，Zr)O₃)层以表现出铁电性。如果该金属氧化物被暴露于还原环境中，则在氧化物的离子被分离出来时，结晶化的金属离子被还原，这样就会在该电介质中形成氧化物的缺陷。结果该金属氧化物电介质的各种性能就下降了(例如，泄漏电流增大、顽磁性能退化等)。相应地，当要把一个带有金属氧化物电介质的电容器安装于一块硅的集成电路上时，则在该集成电路的制造工程中要尽可能防止电容器暴露于还原气氛中。

而且应该使用不易氧化的贵金属或隋性金属(如铂(Pt))作为该带有金属氧化物电介质的电容器的电极。因此，必须小心地防止这种形成电容电极的金属与电连接到该电容电极的金属线路之间的反应。如果这两种金属之间发生反应则该电容器的性能就会变坏。

为了更好地理解上述的概念，并且进一步理解本发明的优点，下面介绍三个常规的实例。

第一个常规实例公开于1996年11月的固体电路IEEE杂志，第31卷，第11号中H.Kokie等的《一种带有非驱动单元板线写/读电路的60纳秒1兆字节的永久性铁电存储器》中。图19到26说明该第一常规实例并展示了一种利用钛锆酸盐(CPZT)作为金属氧化物电介质的铁电存储器件的制造方法。如上文所述，钛锆酸盐具有良好的铁电性能。

如图19所示，该铁电存储器件大体上可以分割为一个存储单元阵列部分34和一个外围CMOS电路部分33。在存储单元阵列部分34中有规律地分布着铁电电容器。而且，外围CMOS电路部分33中包括有CMOS晶体管单元，其中的每个单元中包含一个P型MOS(PMOS)晶体管8及一个n型MOS(NMOS)晶体管作为一个整体。

如图20所示，通过提供一个带有存储单元阵列部分34和外围CMOS电路部分33的硅基片1来制造该器件。这样，一个包含n型金属氧化物场效应管的存储单元阵列形成于存储单元阵列部分33中，而且PMOS晶体管7和NMOS晶体管8形成于外围CMOS电路部分33中。在该器件中的每个MOS晶体管中包括一个形成于硅化物中的硅掺杂层或源/漏区，并且包括一个栅电极5。

在该MOS晶体管形成后，通过化学气相淀积(CVD)工艺在晶体管上生长一层氧化硅膜(即NSG膜)9，并通过化学气相淀积工艺在该NSG膜9上生长一层掺硼磷的氧化硅(BPSG)膜10。在该BPSG膜10生长之后，该膜被回流并平整。

接着，如图21所示，通过溅射工艺在BPSG膜10上依次形成钛电极附着层11和铂的电容下置电极层12，并且通过旋涂工艺在铂的电容下置电极12上形成PZT的先驱物。接着，使该先驱物在600℃时经过退火处理使得该PZT的先驱物结晶为一个PZT膜13。在PZT膜13上形成一层带有对应于该电容上铂的电容下置电极形状的光致抗蚀剂层15。

接着，如图22所示，通过离子蚀刻工艺除去PZT膜13、铂的电容下置电极层12及钛电极附着层11上的一部分区域，而且光致抗蚀剂层15也被从PZT膜13上的其余部分上剥除。此后，在氧气环境中进行第一次恢复退火处理以消除由于离子蚀刻工艺及在除去光致抗蚀剂层过程中造成的刻蚀损伤。

如图23所示，通过溅射工艺形成铂的电容上置电极膜14，并在该膜14上形成一层对应于该电容器上置电极形状的光致抗蚀剂层15。然后通过离子蚀刻工艺除去未被光致抗蚀剂层覆盖的部分以形成该电容的上置电极14。这样由钛电极附着层11、铂的电容下置电极12、PZT膜13(即金属氧化物电介质)、以及铂的电容上置电极14形成了一个铁电电容16。接着，在氧气环境中进行第二次恢复退火处理以消除由于离子蚀刻工艺及在除去光致抗蚀剂层15的过程中造成的刻蚀损伤。如图24所法，通过以硅烷(SiH₄)和氧气为原料的等离子体化学气相淀积方法在该铁电电容16上形成一层覆盖电容的绝缘层(即氧化硅膜)。