CN1203534C - 减轻由于金属氧化物陶瓷的移动物质扩散造成的金属氧化物陶瓷退化 - Google Patents

减轻由于金属氧化物陶瓷的移动物质扩散造成的金属氧化物陶瓷退化 Download PDF

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Abstract

通过特别选择组分和/或淀积参数，减少过量移动物质从金属氧化物陶瓷的扩散。在金属氧化物陶瓷层之下提供与过量移动物质反应的阻挡层，防止或减少过量移动物质穿过下电极扩散到衬底中。

Description

减轻由于金属氧化物陶瓷的移动物质扩散 造成的金属氧化物陶瓷退化
技术领域
本发明一般涉及用于集成电路(ICs)的金属氧化物陶瓷膜。更具体说，本发明涉及减轻或避免由于来自金属氧化陶瓷膜的移动物质的过量损失造成的该膜退化。
技术背景
现已开发出了金属氧化物陶瓷材料在ICs中的应用。例如，由于作为铁电体或能够转变成铁电体的金属氧化物陶瓷具有高的剩余极化(2Pr)和可靠的长期存储特性，所以这些材料非常有用。
已开发出用例如溶凝胶、化学汽相淀积(CVD)、溅射或脉冲激光淀积(PLD)等各种技术，在衬底上淀积铁电膜。例如，Budd等人在Birt.Ceram.Soc.Proc.36，p107(1985)、Berierley等人在Ferroelectrics，91，p18l(1989)、Takayama等人在J.Appl.Phys.，65，p1666(1998)、Morimoto等人在J.Jap.Appl.Phys.318.9296(1992)、及共同待审的美国专利申请USSN08/975087(题为LowTemperature CVD Process using B-Diketinate Bismuth Precursorfor the Preparation of Bismuth Ceramic Thin Films forIntegration into Ferroelectric Memory Devices)、USSN09/107861(题为Amorphously Deposited metal Oxide Ceramic Films)中介绍过这些技术，这里引入这些文献作参考。
金属氧化物陶瓷经常要在较高温下用淀积后热处理进行处理，以便形成具有希望的电特性的材料。例如，某些Bi基氧化物陶瓷，如钛酸锶铋(SBT)要通过“铁退火”进行热处理。铁退火将所淀积的膜变成铁电相。所淀积的膜变成铁电相后，铁电退火继续，生长膜的晶粒尺寸(例如大于约180nm)，以实现良好的剩余极化。也可以淀积其它类型的金属氧化物作为铁电体。例如钛酸铅锆(PZT)经常在较高温度下例如高于500℃淀积，以形成具有铁电钙钛矿相的淀积膜。尽管PZT作为铁电体被淀积，但常常还需要淀积后热处理，以改善其电特性。
一般说，金属氧化物陶瓷包括移动物质。淀积后热处理的高温会引起移动物质从金属氧化物陶瓷层向外扩散。从金属氧化物陶瓷层扩散出的大量移动物质称作“过量移动物质”。移动物质可以是原子、分子或化合物等形式。过量移动物质的扩散会造成金属氧化物陶瓷具有不正确的化学计量。这会对电特性造成不良影响，例如剩余极化(2Pr)和漏电流，是由于它们与材料的组分非常相关。
此外，过量移动物质的扩散会对产量有不良影响。在淀积后热处理期间，过量移动物质容易迁移穿过下电极，并进入IC的其它区域。这会造成短路和/或改变其他器件区例如扩散区的电特性。
从上述讨论可以明白，希望避免过量移动物质从金属氧化物陶瓷层扩散引起的不良效应。
发明内容
本发明涉及金属氧化物陶瓷膜和它们在ICs中的应用。更具体说，本发明涉及减轻由于过量移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。
根据本发明的一个方面，可以减轻由于过量移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。根据本发明的一种制造半导体器件的方法，包括：提供一个衬底，部分该半导体器件形成在该衬底上；在所述衬底上形成一个下电极；在所述下电极上淀积一个阻挡层；在所述阻挡层上淀积一个金属氧化物陶瓷；及，对所述衬底进行退火，以形成具有良好电特性的金属氧化物陶瓷，该退火造成过量移动物质从所述金属氧化物陶瓷扩散，所述阻挡层与所述过量移动物质进行反应。在一个实施例中，在金属氧化物陶瓷下提供补偿层。补偿层包括所说移动物质，以补偿由于淀积后热处理期间扩散造成的金属氧化物陶瓷中过量移动物质的损失。来自补偿层的移动物质迁移到金属氧化物瓷中，以补充移动物质，从而确保金属氧化物包括正确或希望的化学计量，实现良好的电特性。
在另一实施例中，补偿层包括在淀积后热处理期间有助于在金属氧化物陶瓷层中形成希望的相的材料。在金属氧化物陶瓷层形成希望的相，可以减轻由于移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。在一个实施例中，在淀积后热处理期间，补偿层有助于在金属氧化物陶瓷层形成铁电相。
在再一实施例中，选择金属氧化物陶瓷的化学计量或组分，在不对材料的电特性产生不良影响的情况下，减轻或减少移动物质的扩散。另外，可以控制金属氧化物陶瓷的淀积参数，减少过量移动物质从金属氧化物陶瓷的扩散。在一个实施例中，减小氧化剂与前体的比例，以减少移动物质的扩散。
本发明另一方面，减少过量移动物质穿过下电极扩散进入衬底。
在一个实施例中，在金属氧化物陶瓷下提供阻挡层。在淀积后热处理期间，阻挡层与移动物质反应。反应消耗了移动物质，防止了其扩散穿过该电极。阻挡层还可用作补偿层，有助于在金属氧化物陶瓷中形成希望的相。
在另一实施例中，阻挡住沿着其上形成有金属氧化物陶瓷的导电层(例如下电极)的晶界的扩散路径，以减少移动物质向不希望的器件区的扩散。在一个实施例中，导电层包括在淀积后热处理期间发生氧化的材料。所形成的氧化物或者与导电材料分凝，并填充到电极的晶界之间，或者与导电材料结成一体，改变金属氧化物陶瓷/导电层界面的化学性质，防止移动物质扩散过去。氧化物分子最好与移动物质发生反应，以便将它们俘获在导电层内。导电材料还可以防止氧迁移到不希望的器件区域。
附图说明
图1是本发明例示实施例的示意图；
图2是本发明一个实施例的剖面图；
图3a-c展示了根据本发明一个实施例形成器件的过程；
图4-7展示了形成本发明另一实施例的工艺。
具体实施方式
本发明涉及金属氧化物陶瓷膜及其在ICs中的应用。更具体说，本发明涉及减轻由于过量移动物质从金属氧化物陶瓷的扩散造成的不良影响。为例示的目的，下面结合铁电存储单元介绍本发明。然而，本发明可应用于形成一般的金属氧化物陶瓷。
参见图1，该图是铁电存储单元100的示意图。如图所示，存储单元包括晶体管100和铁电电容器150。晶体管的第一电极111耦合到位线125，第二电极112耦合电容器。晶体管的栅极耦合到字线126。
铁电电容器包括通过铁电层155隔开的第一和第二极板153和157。第一极板153耦合到晶体管的第二电极。第二极板一般用作存储阵列的公用极板。
多个存储单元利用字线和位线互连，形成存储IC阵列。对存储单元的访问，通过给字线和位线加合适的电压，并使数据写入电容器或从中读出实现。
参见图2，该图是根据本发明一个实施例的铁电存储单元100的剖面图。该存储单元包括在例如半导体晶片的衬底101上的晶体管110。所说晶体管包括通过沟道113隔开的扩散区域111和112，沟道113上有栅极114。栅氧化物(未示出)隔开栅与沟道。扩散区包括p型或n型掺杂剂。掺杂剂类型的选择取决于所希望的晶体管类型。例如，如砷(As)或磷(P)等n型掺杂剂应用于n沟道器件，如硼(B)等p型掺杂剂应用于p沟道器件。根据扩散区之间电流的方向，一个称为“漏”，另一个称为“源”。这里的术语“漏”和“源”可以互换使用，都指扩散区。一般说，电流从源流到漏。栅代表字线，扩散区111中的一个通过接触栓塞(未示出)耦合到位线。
电容器150通过接触栓140塞耦合到扩散区112。电容器包括通过金属氧化物陶瓷层155隔开的下电极153和上电极157。在一个实施例中，金属陶瓷层包括铁电相，或能够变成铁电体。这些电极包括导电材料。
在一个实施例中，特别选择金属氧化物陶瓷层的组分或化学计量，以便于减少其中移动物质的扩散量。通过减少过量移动物质的扩散，金属氧化物保持正确的组分，从而实现良好的电特性。此外，减少过量移动物质的扩散量，也将减少对衬底的下部分的破坏。
此外，可以控制金属氧化物陶瓷的淀积参数，从而减少过量移动物质从金属氧化物陶瓷的扩散。在一个实施例中，减小氧化剂与前体量的比例，从而减少过量移动物质的扩散。
在另一实施例中，提供补偿层175，以减轻金属氧化物陶瓷层155的退化。补偿层设置在金属氧化物陶瓷层155之下。在一个实施例中，补偿层包括含有构成移动物质的原子或分子的材料。淀积后热处理期间，移动物质从补偿层迁移到金属氧化物陶瓷，补偿由于扩散造成的移动物质的损失。这样便可以确保金属氧化物陶瓷层具有正确的化学计量，实现良好的电特性，例如高2Pr。
或者，补偿层175用作籽晶层，有助于在金属氧化物陶瓷层中形成希望的相。在一个实施例中，补偿层用作籽晶层，有助于促进在金属氧化物陶瓷层中形成铁电相。通过促进所希望的铁电相的形成，可以减少淀积后热处理期间其它不希望相的分凝和形成，这可以增强金属氧化物层的铁电特性(例如高2Pr)。
在另一实施例中，在下电极153上提供阻挡层(未示出)。阻挡层例如可以位于下电极153和补偿层175或金属氧化物陶瓷层155之间。阻挡层与过量移动物质反应，消耗从金属氧化物陶扩散的过量移动物质。反应还会使阻挡层变得致密，从而防止过量移动物质通过它再扩散。反应后，为了减少或减小对加于铁电层155上的电场的影响，所得阻挡层较好是具有顺电(paraelectric)或铁电特性。
在再一实施例中，通过阻塞沿其上形成有金属氧化物陶瓷的层(例如下电极)中的晶界的扩散路径，减少移动物质到衬底的扩散。在一个实施例中，通过用在淀积后热处理中发生氧化的导电材料形成下电极，阻塞沿下电极中晶界的扩散路径。所形成的氧化物可以与基本电极材料分凝，填充到晶界间的间隙中，阻塞过量移动物质的扩散路径。另外，这种氧化物可以与基本电极材料结合成一体，完全彻底形成与过量移动物质反应的易混材料，并将之俘获在下电极中。反应较好能提高下电极的密度，从而防止过量移动物质通过它进一步扩散。
提供中间介质(ILD)层160，隔离存储单元不同元件。例如，ILD层包括硅酸盐玻璃，例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。也可以用掺杂的硅酸盐玻璃，例如硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)或磷硅酸盐玻璃(PSG)。也可以用其它介质材料。
本发明的不同方面可单独用或组合使用，以减轻金属氧化物陶瓷的退化和/或过量移动物质扩散到不希望的器件区。类似地，不同方面的各种实施例也可单独或组合使用。
利用图3a-b所示的工艺顺序形成存储单元。参见图3a，该图示出了包括部分形成的器件的衬底201。如图所示，该衬底包括晶体管210。该衬底例如是由硅组成的半导体晶片。也用例如锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等其它类型的衬底或其它半导体化合物。一般说，衬底用p型掺杂剂，例如B轻掺杂。也可以采用重掺杂的衬底。也可以采用带有轻掺杂外延层的重掺杂衬底，例如p-/p+衬底。也可以采用n型掺杂的衬底，包括轻掺杂、重掺杂或带有轻掺杂层的重掺杂衬底。
如果需要，提供包括掺杂剂的掺杂阱270，以防止穿通。掺杂阱通过在将形成晶体管的区中向衬底选择性注入掺杂剂形成。在一个实施例中，通过向衬底中注入p型掺杂剂例如B等而形成掺杂阱。p型掺杂阱(p阱)用作n沟道器件的掺杂阱。还可以将例如包括As或P掺杂剂的n型掺杂阱(n阱)用于p沟道器件。
通过向衬底的希望部分中选择性注入具有第二导电类型的掺杂剂形成扩散区211和212。在一个实施例中，在用于n沟道器件的p型阱中，注入n型掺杂剂，p型掺杂剂用于P沟道器件。也可以进行注入，在扩散区之间的沟道区213中注入掺杂剂，以调节晶体管的栅阈值电压(VT)。也可以形成栅后再形成扩散区。
在衬底上淀积各层，并构图形成栅214。该栅例如包括栅氧化物和多晶硅层。多晶硅例如是掺杂的。在某些情况下，在掺杂的多晶硅上形成金属硅化物层，制造多晶硅-硅化物(多晶硅化物)层，以减小薄层电阻。可以使用包括硅化钼(MoSix)、硅化钽(TaSix)、硅化钨(WSix)、硅化钛(TiSix)或硅化钴(CoSix)等各种金属硅化物。铝或难熔金属例如钨和钼等可以单独使用或与硅化物或多晶硅一起使用
完成了晶体管后，可以利用例如单或双镶嵌技术等各种已知技术，形成耦合扩散区211与位线225的接触栓塞220和耦合到扩散区212的接触栓塞240。也可以用反应离子蚀刻(RIE)技术。也可以镶嵌和蚀刻技术结合使用。接触栓塞包括例如掺杂的多晶硅或钨(W)等导电材料。也可以使用其它导电材料。位线例如包括铝或其它导电材料。ILD层260隔离存储单元的不同元件。
参见图3b，工艺继续进行，形成铁电电容器。可以在ILD层260上形成导电电极阻挡层251，覆盖栓塞240。电极阻挡层用于防上氧穿透到栓塞280。电极阻挡层还可以防止或减少接触栓塞240和随后形成的电极253间的原子迁移。阻挡层例如包括氮化钛(TIN)。也可以采用例如IrSixOy、CeO2/TiSi2、或TaSiNx等其它材料。
在电极阻挡层上淀积导电层253。导电层253用作下电极。下电极较好是包括不与随后淀积的金属氧化物陶瓷膜反应的导电材料。在一个实施例中，下电极包括贵金属，例如Pt、Pd、Au、Ir或Rh。也可以采用例如导电金属氧化物、导电金属氮化物或超导氧化物等其它材料。导电金属氧化物、导电金属氮化物或超导氧化物较好是不与铁电层反应。导电氧化物例如包括IrOx、RhOx、RuOx、OsOx、ReOx或WOx(其中x大于约0，小于约2)。导电金属氮化物例如包括TiNx、ZrNx(其中x大于约0，小于约1.1)、WNx、TaNx(其中x大于约0，小于约1.7)。超导氧化物例如包括YBa2Cu3O7-x、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox、或Bi2Sr2Ca1Cu2Oy。
在导电层253上形成金属氧化物陶瓷层。金属氧化物陶瓷包括铁电相，或能够变成铁电体。采用例如溶凝胶、化学汽相淀积(CVD)、溅射或脉冲激光淀积(PLD)和蒸发等各种技术，形成金属氧化物陶瓷层。金属氧化物陶瓷层较好利用CVD形成。
金属氧化物陶瓷较好是利用低温CVD技术淀积。共同待审的美国专利申请USSN08/975087(题为“Low Temperature CVD Process usingB-Diketonate Bisuth Precursor for the Preparation of BismuthCeramic Thin Films for Integration into Ferroelectric MemoryDevice”)中介绍了低温技术，这里引用该文献作参考。金属氧化物陶瓷层更好是利用CVD以非晶形式淀积。共同待审的美国专利申请USSN09/107861(题为Amorphously Deposited Metal Oxide CeramicFilms)(代理文档号98P7422)中介绍了CVD非晶淀积的金属氧化物层，这里引用该文献作参考。
在一个实施例中，金属氧化物陶瓷包括Bi基金属氧化物陶瓷。Bi基金属氧化物层一般由YaBibX2Oc表示，其中Y包括二价正离子，X包括5价正离子。在一个实施例中，Y为选自Sr、Ba、Pb和Ca的一个或多个元素。在一个实施例中，X是选自Ta和Nb中的一个或几个元素。下标“a”是指对于每2个X原子来说的Y原子数，下标“b”是指对于每2个X原子来说的Bi原子数，下标“c”是指对于每2个X原子来说的氧原子数。
在一个实施例中，Bi基氧化物陶瓷包括Sr。也可以使用包括Sr和Ta的Bi基氧化物。Bi基氧化物较好是包括一般表示为SraBibTa2Oc的SBT。SBT可以更具体地表示为例如SrBi2Ta2O9。铁电SBT包括层状钙钛矿结构，该结构具有被带正电荷的Bi氧化物层隔开的带负电荷的钙钛矿层Sr和Ta氧化物。Sr和Ta氧化物的化学计量例如是[SrTa2O7]2n- n，Bi氧化层的化学计量例如为[Bi2O2]2n+ n，构成[SrTa2O7]2n- n和[Bi2O2]2n+ n层交叠的结构。
也可以使用SBT的衍生物。SBT的衍生物包括SraBibTa2-xNbXOc(0＜x＜2)、SraBibNb2Oc、Sra-xBaxBibTa2-yNbyOc(0≤x≤1，0≤y≤2)、Sra-xCaxBibTa2-yNbyO9(0≤x≤a，0≤y≤2)、Sra-xPbxBibTa2-yNbyOc(0≤x≤a，0≤y≤2)或Sra-x-y-zBaxCayPbzBibTa2-pNbpOc(0≤x+y+z≤a，0≤p≤2)。也可以用镧系金属代替或掺杂Bi基氧化物或SBT衍生物。
在一个实施例中，利用低温CVD技术淀积Bi基金属氧化物陶瓷。在优选实施例中，利用CVD非晶式淀积Bi基金属化物。淀积Bi基金属氧化物的温度例如约为430℃或以下，较好是约385-430℃。
利用例如溶凝胶、化学汽相淀积(CVD)、溅射或脉冲激先淀积(PLD)和蒸发等各种技术，形成金属氧化物陶瓷层。较好是利用CVD淀积金属氧化物陶瓷层。较好是利用低温CVD技术形成金属氧化物陶瓷。共同待审的美国专利申请USSN08/975087(题为“LowTemperature CVD Process using B-Diketonate Bisuth Precursorfor the Preparation of Bismuth Ceramic Thin Films forIntegration into Ferroelectric Memory Device”)中介绍了低温技术，这里引用该文献作参考。金属氧化物陶瓷层更好是利用CVD以非晶形式淀积。共同待审的美国专利申请USSN09/107861(题为Amorphously Deposited Metal Oxide Ceramic Films)(代理文档号98P7422)中介绍了CVD非晶淀积的金属氧化物层，这里引用该文献作参考。
各前体可以分别溶于一种溶剂系统中，并存储在输运子系统的各容器中。在淀积前，按正确的比例混合各前体。也可以在一个容器中混合各前体。各前体在溶剂系统中具有高溶解度。溶剂系统中的前体溶解度例如约为0.1-5M。溶解度也可以是约0.1-2M或约0.1-1M。
根据本发明的一个实施例，特别选择Bi基金属氧化物的组分，以减少移动物质的扩散。Bi基金属氧化物陶瓷中的移动物质含Bi，例如为Bi或Bi2O3。实验发现，Bi基金属氧化物陶瓷层的组分会影响从该层扩散的移动物质(Bi)的量。具体说，含有Bi与2个X的比大于2.4的组分的(分子式YaBibX2Oc)Bi基金属氧化物陶瓷层，会造成严重的Bi损失或扩散。
在一个实施例中，Bi基金属氧化物陶瓷包括b值小于或等于2.4的组分，以减少过量移动物质的扩散。较好地金属氧化物陶瓷层的组分包括等于约1.95-2.2的b值，更好地b值是约2.0-2.2。
Y分子的量也会影响Bi从Bi基金属氧化物陶瓷中的损失。相信减少Y原子的量(例如Y不足的组分或Y＜1时)可以提供Bi原子占据的附加点，因此会减少从金属氧化物陶瓷扩散的Bi量。在所得层包括可以产生良好电特性的结构时这也很有利。在一个实施例中，金属氧化物陶瓷层的组分的Y与2X的比(分子式YaBibX2Oc中的a)约为0.8-1.0。还发现，其中a等于约0.9-1.0的组分对于减少过量移动物质的扩散非常有益，并且不会造成Bi基金属氧化物陶瓷层的电特性退化。
在优选实施例中，Bi基金属氧化物陶瓷包括SBT。SBT包括a小于或等于约2.4的组分。在一个实施例中，SBT的组分的a值约为1.95-2.2，较好约2.0-2.2。SBT中的Sr与2Ta的比(a值)约为0.8-1.0。
形成金属氧化物陶瓷层后，进行退火。退火将所淀积的金属氧化物陶瓷转变成具有希望的电特性的层。在一个实施例中，退火使所淀积的金属氧化物转变成铁电相。退火还造成铁电相晶粒生长，从而产生了良好的电特性，例如高2Pr。退火一般在氧化气氛中，在约750-800℃下进行约1-30分钟。也可以使用低温。例如，退火可以在约650-750℃下进行。然而，低温会需要较长的退火时间(例如约30-120分钟)，以获得希望的电特性。退火的持续时间可以根据所希望的电特性改变。
在金属氧化物陶瓷层上淀积导电层257，形成上电极。导电层例如包括贵金属，例如Pt、Pd、Au、Ir或Rh。也可以使用如形成下电极所用的其它材料。
一般说，在淀积了上电极后进行退火是有用的，以便确保在金属氧化物陶瓷和电极间形成很好限定的界面。使金属氧化物陶瓷和电极间界面复原的退火一般可以在O2流量为约5slm的氧气氛中，在约500-800℃下，进行约1-30分钟。电极和金属氧化物陶瓷间具有很好限定的界面的好处是例如可以减小漏电流。
也可以这样做，淀积了金属氧化物陶瓷后进行预退火，以便部分或全部形成铁电相，然后，如果金属氧化物陶瓷未完全转变，则在淀积了上电极后进行另一退火，使金属氧化物陶瓷完全转变成铁电相，促进晶粒生长，确保很好限定的金属氧化物陶瓷/电极界面。
预退火一般在低于约750℃的温度下进行。在一个实施例中，预退火在约700-750℃下进行。预退火的持续时间约为5-10分钟。在另一实施例中，预退火在低于约700℃的温度下进行。在低温下，会需要较长的预退火时间，来部分或全部将金属氧化物陶瓷转为成铁电相。
掩蔽并腐蚀电容器的各层，形成电容器250，如图3c所示。进行附加处理，完成铁电存储IC。这种附加处理是所属领域已知的。例如，附加处理包括形成配套电路、最后的钝化层、钝化层中接触开口用来测试和连接引线框和封装。
图4示出了本发明的另一实施例。如图所示，衬底201包括图3a所示部分形成的存储单元。类似的参考数字表示类似的结构。
阻挡层251和用作下电极的导电253淀积在ILD层260上。构图阻挡层和导电层，形成下电极叠层280。下电极通过接触栓塞240耦合到扩散区212。
在下电极和ILD层上形成金属氧化物陶瓷层255。在一个实施例中，金属氧化物陶瓷包括铁电相或可以转变成铁电体。如先前所述，可以特别选择金属氧化物陶瓷的组分和/或淀积参数，以便减少过量移动物质的扩散。
进行退火，使金属氧化物陶瓷变成具有良好电特性的希望的相。在金属氧化物层上淀积导电层257，形成上电极。淀积了上电极后，进行退火，确保在金属氧化物陶瓷和电极间具有很好限定的界面。
或者，也可以这样做，在淀积了金属氧化物陶瓷后进行预退火，部分或全部形成铁电相，然后，如果金属氧化物陶瓷还未完全转变，则在淀积了上电极后进行另一退火，使金属氧化物陶瓷完全转变成铁电相，促进晶粒生长，确保很好限定的金属氧化物陶瓷/电极界面。
上电极一般用作共用电极，连接存储阵列中的其它电容器。可以根据需要构图上电极及下面的其它层，以提供到位线和字线的接触开口。进行附加处理，完成铁电存储IC。
在替代实施例中，可以构图金属氧化物陶瓷255，覆盖包括侧面的下电极叠层280，以提供电极间的隔离。也可以形成所有电容器层，并构图形成电容器。
图5示出了本发明的另一实施例。如图所示，衬底201包括图3a所示部分形成的存储单元。类似的参考数字表示类似的结构。
阻挡层251和用作下电极的导电层253淀积在ILD层60上。构图阻挡层和导电层，形成下电极叠层280。下电极通过接触栓塞240耦合到扩散区212。
在下电极上形成补偿层275。补偿层275包括移动物质的原子或分子。对于Bi基金属氧化物陶瓷层来说，补偿层包括Bi，例如Bi金属或Bi氧化物。也可以使用包括移动物质的氧化物混合物。例如，如BiTixOy等氧化物混合物可以用作Bi基金属氧化物陶瓷层的补偿层。
含Bi补偿层例如可以通过溅射、物理汽相淀积或CVD等方法淀积。也可以使用其它技术淀积补偿层。如果随后形成的金属氧化物陶瓷层255也利用CVD形成，则CVD淀积特别有利。例如，可以调节例如压力、温度、氧含量或流量等淀积参数，以便以形成Bi金属氧化物陶瓷的初始相提供附加Bi氧化物，从而形成补偿层。也可以在淀积工艺的初始相提供附加移动物质前体。
在补偿层上淀积金属氧化物陶瓷，例如Bi基金属氧化物陶瓷层。如先前所述，可以特别选择金属氧化物陶瓷的组分和/或淀积参数，以便减少过量移动物质的扩散。退火使所淀积的金属氧化物陶瓷变成具有希望的电特性的层。退火期间，过量移动物质从金属氧化物陶瓷层扩散出来。然而，来自补偿层的移动物质的原子或分子迁移到金属氧化物陶瓷，补偿移动物质的损失，确保了金属氧化物陶瓷具有正确的化学计量，可以获得良好的电特性。
在金属氧化物层上淀积导电层257，形成上电极。淀积了上电极后，进行退火，以确保在金属氧化物陶瓷和电极间具有很好限定的界面。
或者，也可以这样做，在淀积了金属氧化物陶瓷255后进行预退火，部分或全部形成铁电相，然后，如果金属氧化物陶瓷还未完全转变，则在上电极的淀积后进行另一退火，使金属氧化物陶瓷完全转变成铁电相，促进晶粒生长，确保很好限定的金属氧化物陶瓷/电极界面。进行附加工序，完成铁电存储IC。
在一替代实施例中，补偿层275用作籽晶层，促进金属氧化物陶瓷中的铁电相的生长。在一个实施例中，补偿层包括铁电相晶格结构。也可以使用包括立方结构的补偿层，促进铁电相的形成。
在一个实施例中，补偿层包括一般表示为ABO3的材料。A选自包括Ca、Sr、Ba和Pd的组中，B选自包括Ti、Zr和Hf的组中。包括(Ba，Sr)TiO3、SrTiO3、Bi3Ti4O12或BaTiO3的补偿层特别有用的，这些补偿层例如可利用溅射或CVD淀积。也可以使用其它技术。
在用于使金属氧化物陶瓷层变成具有希望的电特性的铁电体的退火期间，补偿层提供铁电相的成核中心。这些成核中心促进金属氧化物陶瓷中铁电相的形成，以增强其铁电特性。
在一个替代实施例中，构图金属氧化物陶瓷和补偿层，以覆盖包括侧面的下电极，提供各电极间的隔离。可以在ILD层上形成阻挡层、下电极和补偿层，并构图形成下电极。另外，也可以形成所有电容器层，并构图，从而形成图3a-c所示结构250。
图6示出了本发明的另一实施例，该实施例可以减少或抑制过量移动物质向衬底或不希望的器件区扩散。如图所示，衬底201包括图3a所示部分形成的存储单元。类似的参考数字表示类似的结构。
在ILD层260上形成导电层253。该导电层包括阻拦过量移动物质扩散穿过它的导电材料。该导电材料较好不与随后形成的金属氧化物陶瓷255反应。导电层例如可通过溅射、物理汽相淀积或CVD形成。也可以采用其它导电层淀积技术。
在一个实施例中，退火期间导电材料氧化。所形成的氧化物与基本电极材料分凝，填充晶界间的间隙，从而阻拦移动物质的扩散。另外，该氧化物可以与基本电极材料结成一体，完全彻底形成易混材料，该材料反应后俘获过量移动物质。
在一个实施例中，导电层包括例如贵金属等基本导电材料。贵金属例如包括Pt、Pd、Au、Ir或Rh。贵金属可与热处理(退火)期间会氧化的金属结合，形成可抑制移动物质扩散的导电层。在一个实施例中，贵金属可与选自包括Ti、Ta、Nb、W、Mo、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、Ce、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni组中的一种金属结合。也可采用贵金属与一旦暴露于氧便会氧化的其它贵金属的结合。这种贵金属例如包括Pd、Ir、Rh、Ru、Re和Os。
在一个实施例中，导电层包括与一种或几种能形成与基本电极金属分凝并填充晶界的氧化物的金属结合的基本导电材料，例如贵金属。导电层例如包括与选自包括Ir、W、Ru、Os和Re的组中的一种或几种金属结合的Pt。也可以使用包括与选自包括Pd、Pt、Re和W的组中的一种或几种金属结合的Ir的导电层。也可以使用例如与Re和Pd结合的Rh或与Rh、Ru和/或W结合的Pd等其它导电层。
在另一实施例中，下电极包括与能完全或彻底形成易混材料的金属结合的贵金属。下电极例如包括与选自包括Pd、Ir、Rh、Rem和Ru的组中的一种或几种金属结合的Pt。
可以构图导电层形成电容器的下电极。在淀积导电层之前，可以在ILD260上仍选地淀积导电电极阻挡层(未示出)。该阻挡层提供一种附加结构，以减少过量移动物质向衬底或不希望的器件区域的扩散。构图该电极阻挡层和导电层，形成下电极极叠层。
在该导电层上形成金属氧化物陶瓷。金属氧化物陶瓷例如包括具有特别选择的组分和/或工艺参数的Bi，以减少过量移动物质的扩散。进行退火，使所淀积的金属氧化物陶瓷变成具有希望的电特性的层。退火还氧化了该导电材料，结果阻挡了过量移动物质的扩散路径和防止它们向衬底或栓塞的扩散。
在金属氧化物层上淀积导电层257，形成上电极。淀积了上电极后，进行退火，以确保在金属氧化物陶瓷和电极间具有很好限定的界面。
或者，也可以这样做，在淀积了金属氧化物陶瓷后进行预退火，部分或全部形成铁电相，然后，如果金属氧化物陶瓷还未完全转变，则在淀积了上电极后进行另一退火，使金属氧化物陶瓷完全转变成铁电相，促进晶粒生长，确保很好限定的金属氧化物陶瓷/电极界面。进行附加工序，完成铁电存储IC。
在一替代实施例中，可以构图金属氧化物陶瓷，以覆盖包括侧面的下电极叠层，以提供电极间的隔离。另外也可以形成所有电容器层，并构图形成与图3a-c所示结构类似的结构。
图7示出了本发明的另一实施例，用于减少过量移动物质向衬底的扩散。如图所示，衬底201包括图3a所示部分形成的存储单元。类似的参考数字表示类似的结构。
在ILD层260上淀积用作下电极的导电层253。在下电极253上形成阻挡层285。根据本发明一个实施例的阻挡层与过量移动物质反应，并消耗它，防止其向不希望的器件区扩散。
在优选实施例中，阻挡层与来自Bi基金属氧化物陶瓷层的包括Bi的移动物质反应。阻挡层包括选自包括TiO2、Ta2O5、SrO和SrTaxOy组中的材料。也可以使用例如(Sr，Ba)TiO3等氧化物混合物。
构图导电层和阻挡层，形成下电极叠层280。在另一实施例中，在形成导电层253前形成阻挡层251，以提供用于减少过量移动物质向不希望的器件区的扩散的附加结构。构图这些层形成下电极叠层280。
在下电极上形成淀积金属氧化物陶瓷。金属氧化物陶瓷层较好包括例如用CVD淀积的Bi基氧化物陶瓷。特别选择金属氧化物陶瓷的组分和/或工艺参数，以减少移动物质的扩散。进行退火，使所淀积的金属氧化物陶瓷变成具有希望的电特性的层。
退火使得过量移动物质从金属氧化物陶瓷层扩散出，并与阻挡层反应。这种反应消耗了扩散的过量移动物质，形成致密阻挡层，可以防止另外的过量移动物质扩散穿过它。反应后，阻挡层较好是形成顺电或铁电层，以减少或减小对加于铁电层255上的电场的影响。阻挡层也可以用作籽晶层促进在金属氧化物陶瓷中形成希望的相。
在金属氧化物层上淀积导电层257，形成上电极。可以在淀积了上电极后，进行退火，确保在金属氧化物陶瓷和电极间形成很好限定的界面。
或者，也可以这样做，在淀积了金属氧化物陶瓷后进行预退火，部分或全部形成铁电相，然后，如果金属氧化物陶瓷还未完全转变，则在上电极的淀积后进行另一退火，使金属氧化物陶瓷完全转变成铁电相，促进晶粒生长，确保很好限定的金属氧化物陶瓷/电极界面。进行附加工序，完成铁电存储IC。
在一个替代实施例中，构图金属氧化物陶瓷，覆盖包括侧面的下电极，提供各电极间的隔离。另外，也可以形成所有层，并构图它们，从而形成电容器。
尽管结合各实施例展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出改进和改变。因此，本发明的范围不应结合上述介绍确定，而应参照所附权利要求书及等同的全部范围。

Claims (5)

1.一种制造半导体器件的方法，包括：
提供一个衬底，部分该半导体器件形成在该衬底上；
在所述衬底上形成一个下电极；
在所述下电极上淀积一个阻挡层；
在所述阻挡层上淀积一个金属氧化物陶瓷；及
对所述衬底进行退火，以形成具有良好电特性的金属氧化物陶瓷，该退火造成过量移动物质从所述金属氧化物陶瓷扩散，所述阻挡层与所述过量移动物质进行反应。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述金属氧化物陶瓷是Bi基金属氧化物陶瓷。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述过量移动物质是Bi。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述阻挡层包括与含Bi过量移动物质反应的氧化物。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述氧化物选自包括TiO2、Ta2O5、SrO和SrTaxOy的组中。
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