DE10121657A1 - Mikroelektronische Struktur mit einer Wasserstoffbarrierenschicht - Google Patents

Mikroelektronische Struktur mit einer Wasserstoffbarrierenschicht

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Abstract

Es wird eine mikroelektronische Struktur mit einem verbesserten Schutz eines wasserstoffempfindlichen Dielektrikums vor einer Wasserstoffkontamination vorgeschlagen. Dazu ist vorgesehen, das wasserstoffempfindliche Dielektrikum 14 zumindest mit einem Zwischenoxid 18 zu bedecken, dessen Materialstärke mindestens das Fünffache der Dicke des wasserstoffempfindlichen Dielektrikums beträgt. Das Zwischenoxid 18 dient gleichzeitig als Intermetalldielektrikum und trägt somit auf seiner Oberseite eine Metallisierung. Das ausreichend dicke Zwischenoxid 18 absorbiert den eventuell bei der Abscheidung einer Wasseerstoffbarrierenschicht 22, 26 freiwerdenden Wasserstoff und schützt so das wasserstoffempfindliche Dielektrikum 14.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie und betrifft eine mikroelektronische Struktur mit einem was­ serstoffempfindlichen Dielektrikum, das von einer Wasser­ stoffbarrierenschicht bedeckt ist. Weiterhin betrifft die Er­ findung ein Verfahren zu Herstellung einer derartigen mikro­ elektronischen Struktur.
Bei einer Vielzahl von mikroelektronischen Strukturen werden dieelektrische oder ferroelektrische Schichten verwendet, die empfindlich auf Wasserstoff reagieren. So kann es zum Bei­ spiel bei metalloxidhaltigen ferroelektrischen Schichten dazu kommen, daß die Polarisierbarkeit reduziert und damit die ferroelektrische Schicht in ihrer Funktion eingeschränkt wird.
Die Einwirkung von Wasserstoff läßt sich jedoch bei der Her­ stellung von Halbleiterprodukten in Form von mikroelektroni­ schen Strukturen kaum verhindern. So sind beispielsweise bei der Konditionierung der Metallisierung und der Transistoren Ausheilschritte in Formiergas (95% N2, 5% H2) erforderlich. Weiterhin werden viele Schichten in wasserstoffhaltiger Atmo­ sphäre abgeschieden, so z. B. Wolfram und Siliziumnitrid. Im Falle von ferroelektrischen Schichten führt die Einwirkung von Wasserstoff nachweislich zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere zu einem erhöhten Leckstrom, Kurzschlüssen und geringerer Polarisation. Sofern die ferroelektrischen Schichten als Kondensatordielektrikum eines Speicherkondensators verwendet werden, kann die Einwir­ kung von Wasserstoff auch zu einer Verringerung der Haftung der ferroelektrischen Schichten und damit der Speicherkonden­ satoren auf dem Substrat führen.
Um die Einwirkung von Wasserstoff auf wasserstoffempfindliche Schichten zu verringern wurde vorgeschlagen, sogenannte Was­ serstoffbarrierenschichten auf die wasserstoffempfindlichen Schichten aufzubringen, um letztere bei nachfolgenden Prozeß­ schritten in wasserstoffhaltiger Atmosphäre zu schützen. Im Falle von Speicherkondensatoren wird üblicherweise das Kon­ densatormodul von einer Wasserstoffbarrierenschicht (encapsu­ lation barrier layer, EBL) bedeckt.
So ist es zum Beispiel aus der DE 199 04 379 A1 bekannt, die obere Elektroden eines Speicherkondensators mit einer Passi­ vierungsschicht und anschließend mit einer Wasserstoffbarrie­ renschicht zu bedecken. Die Passivierungsschicht soll dabei die katalytische Spaltung von Ammoniak durch die metallhalti­ ge obere Elektrode verhindern, der zur Abscheidung der Passi­ vierungsschicht erforderlich ist. Die katalytische Spaltung von Ammoniak führt zur unmittelbareb Freisetzung von Wasser­ stoff, der bei unbedeckter oberer Elektrode durch diese bis zum Kondensatordielektrikum hindurch diffundieren kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Passivierungsschicht zwar eine katalytische Spaltung von Ammoniak weitgehend aus­ schließt, ansonsten jedoch keinen ausreichenden Schutz vor dem durch die Abscheidungsreaktion an sich freiwerdendem Was­ serstoff bietet.
Aus der EP 0 513 894 A2 ist ebenfalls bekannt, eine Wasser­ stoffbarrierenschicht unmittelbar auf das Kondensatormodul und insbesondere auf die von der ferroelektrische Schicht nicht bedeckten Randbereiche der Kondensatorelektroden aufzu­ bringen. Sofern die Wasserstoffbarrierenschicht aus einem elektrisch leitenden Material besteht, muß gemäß EP 0 513 894 A2 zwischen der Wasserstoffbarrierenschicht und dem Kondensa­ tormodul eine isolierende Schicht vorgesehen werden.
Das Problem der Wasserstoffdiffusion soll dagegen gemäß US 6,027,947 durch Einkapselung der oberen Kondensatorelektrode mittels des Ferroelektrikums vermindert werden.
Es hat sich weiter gezeigt, daß bei der Abscheidung der Was­ serstoffbarrierenschichten neben der Gefahr der Kontamination der ferroelektrischen Schicht durch Wasserstoff auch eine Be­ lastung durch das bei der Abscheidung nachfolgender Schichten (z. B. Wasserstoffdiffusionsbarriere, Oxidschichten) verwende­ te Plasma zu beobachten ist. Dabei kann es insbesondere zu elektrostatischen Aufladungen der Kondensatorelektrode und in deren Folge zu einer Schädigung der ferroelektrische Schicht kommen.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine mikro­ elektronische Struktur anzugeben, bei der diese Schädigungen weitgehend ausgeschlossen sind.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten mikroelektroni­ schen Struktur dadurch gelöst, daß zwischen dem wasserstof­ fempfindlichen Dielektrikum und der Wasserstoffbarrieren­ schicht zumindest ein Zwischenoxid angeordnet ist, das minde­ stens fünfmal so dick wie das wasserstoffempfindliche Dielek­ trikum ist.
Das Zwischenoxid besitzt erfindungsgemäß eine Mindestdicke, die fünfmal, bevorzugt sogar zehnmal größer als die Dicke des wasserstoffempfindlichen Dielektrikums sein soll. Die Wasser­ stoffbarrierenschicht liegt somit nicht direkt auf dem was­ serstoffempfindlichen Dielektrikum bzw. in dessen unmittelba­ rer Nähe, sondern ist zumindest durch das Zwischenoxid von diesem getrennt. Die vergleichsweise große Dicke des Zwi­ schenoxids sichert, daß der eventuell bei der Abscheidung der Wasserstoffbarrierenschicht entstehende Wasserstoff nicht bis zum wasserstoffempfindlichen Dielektrikum diffundieren kann. Das Zwischenoxid absorbiert einen vergleichsweise hohen An­ teil des eindiffundierten Wasserstoffs. Die Absorptionsfähig­ keit des Zwischenoxids nimmt mit seiner Dicke zu. Daher ist es bevorzugt, wenn die Dicke des Zwischenoxids deutlich größer als das Fünffache der Dicke der wasserstoffempfindlichen Schicht ist.
Bevorzugt übernimmt das Zwischenoxid gleichzeitig die Funkti­ on eines so genannten Intermetalldielektrikums, d. h., daß auf dem Zwischenoxid eine Metallisierungsschicht angeordnet und in dem Zwischenoxid Kontaktlöcher ausgebildet sind, welche die Metallisierungsschicht mit Funktionselementen unterhalb des Zwischenoxids verbinden. Die Kontaktlöcher sind dabei be­ vorzugt mit einem leitfähigen Material gefüllt. Die Wasser­ stoffbarrierenschicht wird somit aus dem Bereich des wasser­ stoffempfindlichen Dielektrikums in dem Bereich oberhalb des Zwischenoxids verlagert. Da das Zwischenoxid gleichzeitig die Funktion eines Intermetalldielektrikums übernimmt, kann hier auf die Abscheidung einer zusätzlichen Schicht, wie es der eingangs genannte Stand der Technik verlangt, verzichtet wer­ den, sofern prinzipiell ein Intermetalldielektrikum bei der mikroelektronischen Struktur vorgesehen ist. Dies soll im folgenden am Beispiel eines ferroelektrischen Kondensators einer Speicherzelle eines Halbleiterbauelements näher erläu­ tert werden.
Ein derartiger ferroelektrischer Kondensator sitzt in der Re­ gel auf einer Isolationsschicht, die ihn von dem eigentlichen Halbleitersubstrat trennt. Der Kondensator besteht dabei aus einer unteren und einer oberen Elektrode und einem dazwischen liegenden ferroelektrischen Dielektrikum. Die untere Elektro­ de wird über eine in der Isolationsschicht ausgebildete leit­ fähigen Verbindung mit dem Halbleitersubstrat verbunden. Die obere Elektroden ist dagegen mit einer Metallisierung elek­ trisch leitend verbunden, die auf einem den Kondensator planarisierend bedeckenden Intermetalldielektrikum angeordnet ist. Die Verbindung zwischen der Metallisierung und der obe­ ren Elektrode wird durch mit leitfähigem Material gefüllte Kontaktlöcher hergestellt.
Auf ein derartiges Intermetalldielektrikum, das gleichzeitig als Zwischenoxid dient, wird erfindungsgemäß die Wasserstoff­ barrierenschicht aufgebracht, so daß diese nicht mehr wie im Stand der Technik unterhalb, sondern oberhalb des Interme­ talldielektrikums angeordnet ist. Die damit verbundenen Vor­ teile sind einerseits eine verbesserte Wasserstoffabsorption und andererseits ein verbesserter Schutz gegenüber von einem Plasma induzierte Schädigungen. Insbesondere bietet die aus­ reichende Dicke des Intermetalldielektrikums bzw. des Zwi­ schenoxids eine ausreichenden Schutz vor Wasserstoff. Darüber hinaus schützt das Intermetalldielektrikum bzw. das Zwi­ schenoxid die Kondensatorelektroden vor einer elektrostati­ schen Aufladung bei der Plasmaabscheidung der Wasserstoffbar­ rierenschicht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der erfindungsge­ mäßen mikroelektronischen Struktur ein so genannte Recovery- Anneal nach der Abscheidung des Zwischenoxids durchgeführt werden kann, um vor Abscheidung der Wasserstoffbarrieren­ schicht eventuell entstandene Schädigungen in der wasserstof­ fempfindlichen Schicht zu beseitigen. Eine so ausgeheilte wasserstoffempfindliche Schicht ist bei der nachfolgenden Ab­ scheidung der Wasserstoffbarrierenschicht durch das relativ dicke Zwischenoxid ausreichend geschützt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Zwischenoxid um eine Sili­ ziumoxidschicht, die mittels eines TEOS-Verfahrens oder mit einem SOG-(Spin-on-glas)Verfahren aufgebracht wird. Der Vor­ teil dieser Verfahren besteht darin, daß sie in ammoniakfrei­ er Atmosphäre durchgeführt werden. So kann zum Beispiel das TEOS-Verfahren lediglich ozonaktiviert erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht in einer Planarisierung der Oberfläche der mikroelektronischen Struktur durch das Zwischenoxid. Die Planarisierung erleichtert die nachfolgenden Prozeßschritte. Daher ist das Zwischenoxid bevorzugt eine planarisierende Schicht.
Bevorzugt kleidet die Wasserstoffbarrierenschicht auch die Seitenwände der Kontaktlöcher aus, um ein seitliches Eindrin­ gen von Wasserstoff in das Zwischenoxid zu verhindern. Die Wasserstoffbarrierenschicht kann sowohl aus einem isolieren­ den als auch aus einem elektrisch leitenden Material beste­ hen. Sofern ein elektrisch leitendes Material verwendet wird, sollte dieses bevorzugt von einer isolierenden Schicht be­ deckt werden, um eventuelle Kurzschlüsse zur Metallisierung zu vermeiden. Zur weiteren Verbesserung der elektrischen Iso­ lation der aus einem elektrisch leitfähigen Material herge­ stellten Wasserstoffbarrierenschicht gegenüber kann die Was­ serstoffbarrierenschicht von den Rändern der Kontaktlöcher zurückgezogen sein.
Bevorzugt ist das wasserstoffempfindliche Dielektrikum eine metalloxidhaltige Schicht, die ein Paraelektrikum oder ein Ferroelektrikum darstellt. Die metalloxidhaltige Schicht weist dabei bevorzugt die allgemeine Form ABOx auf, wobei A für wenigstens ein Metall aus der Gruppe Barium (Ba), Stron­ tium (Sr), Wismut (Bi), Blei (Pb), Zirkon (Zr), Lanthan (La), Niob (Nb), Kalium (K) oder Kalzium (Ca), B für Titan (Ti), Tantal (Ta), Niob (Nb) oder Ruthenium (Ru) und O für Sauer­ stoff (O) steht.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das wasserstoffempfindliche Dielektrikum als Kondensatordielektrikum dient und zwischen zwei metallhaltigen Elektroden angeordnet ist, wobei eine der beiden Elektroden zwischen dem wasserstoffempfindlichen Die­ lektrikum und dem Zwischenoxid angeordnet ist. Die Kondensa­ torelektroden bestehen dabei bevorzugt aus Platin (Pt), Rut­ henium (Ru), Rhenium (Re), Rhodium (Rh), Palladium (Pa), Iri­ dium (Ir), Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Strontium- Rutheniumoxid oder einer Legierung dieser Materialien.
Die Dicke des Zwischenoxids hängt stark von der bei der Her­ stellung der mikroelektronischen Struktur verwendeten Struk­ turgröße ab. Je kleiner die Strukturgröße (die minimal erreichbare lithografische Auflösung) ist, desto geringer wird in der Regel die Schichtdicke der einzelnen Funktionsschich­ ten sein. Im Falle von dynamischen Halbleiterspeichern liegt dies daran, daß ein Speicherkondensatoren stets eine Mindest­ ladung speichern muß, und dies bei verkleinerten Strukturen und damit verkleinerter Oberfläche nur durch eine Verringe­ rung der Schichtdicke des Kondensatordielektrikums erreichbar ist. Mit der Verkleinerung der Strukturen müssen in der Regel grundsätzlich auch alle anderen Schichten dünner ausgeführt werden. Bei den derzeit gängigen Strukturgrößen zwischen 0,25 und 0,17 µm sollte das Zwischenoxid eine Schichtdicke von größer 200 nm haben. Bevorzugt ist das Zwischenoxid sogar dicker als 400 nm. Je dicker das Zwischenoxid ausgebildet wird, desto stärker tritt dessen schützende Wirkung in den Vordergrund. Bei zukünftigen Strukturgröße von 0,1 µm und darunter kann das Zwischenoxid eine geringere Schichtdicke als 200 nm aufweisen, da die Wasserstoffbarrierenschicht selbst ebenfalls dünner ausgebildet wird und damit sich die Abscheidungszeit in wasserstoffhaltiger Atmosphäre verrin­ gert.
Als weiterer Vorteil zeigte sich, daß die Haftung des wasser­ stoffempfindlichen Dielektrikums aufgrund der schützenden Wirkung des dicken Zwischenoxids in Verbindung mit der Was­ serstoffdiffusionsbarriere auch nach einem Formiergas-Anneal gleichbleibend gut bleibt. Ein Ablösen einzelner Schichten konnte nicht beobachtet werden. Darüber hinaus schützt das dicke Zwischenoxid das darunter liegende wasserstoffempfind­ liche Dielektrikum auch vor den mechanischen Auswirkungen von Plasmaabscheideprozesse, die z. B. durch auftreffende Ionen hervorgerufen werden können.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zu Herstellung einer mikroelektronischen Struktur mit einem wasserstoffempfindlichen Dielektrikum anzugeben, bei dem der Schutz des wasserstoffempfindlichen Dielektrikums verbessert ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zu Herstellung einer mikroelektronischen Struktur, die ein von einer Wasserstoffbarrierenschicht bedecktes wasserstof­ fempfindliches Dielektrikum aufweist, mit den Schritten:
  • - ein wasserstoffempfindliches Dielektrikum wird auf ein Substrat aufgebracht;
  • - auf das wasserstoffempfindliche Dielektrikum wird zumin­ dest ein Zwischenoxid in einer Dicke aufgebracht, die min­ destens das fünffache der Dicke des wasserstoffempfindli­ chen Dielektrikums beträgt; und
  • - das Zwischenoxid wird mit einer Wasserstoffbarrieren­ schicht bedeckt.
Bevorzugt wird das Zwischenoxid mittels Spin-on-glas oder ei­ nem TEOS-Verfahren aufgebracht. Weiterhin ist bevorzugt, wenn nach Aufbringen der Wasserstoffbarrierenschicht in das Zwi­ schenoxid Kontaktlöcher geätzt und die Seitenwände der Kon­ taktlöcher mit einer isolierenden Schicht ausgekleidet wer­ den. Die isolierende Schicht kann dabei aus demselben Materi­ al wie die Wasserstoffbarrierenschicht bestehen, so daß beide zusammen die Funktion der Wasserstoffbarrierenschicht über­ nehmen. Die Wasserstoffbarrierenschicht kann dagegen auch aus einem leitfähigen Material bestehen, wobei in diesem Fall die Wasserstoffbarrierenschicht von der isolierenden Schicht be­ deckt sein sollte.
Grundsätzlich kann die isolierende Schicht aus zwei Teil­ schichten hergestellt werden, wobei die erste Teilschicht auf das Zwischenoxid bzw. auf die Wasserstoffbarrierenschicht vor der Ätzung der Kontaktlöcher, die zweite Teilschicht jedoch nach der Ätzung der Kontaktlöcher konform auf das Zwi­ schenoxid aufgebracht wird, wobei die zweite Teilschicht an­ schließend anisotrop zur Bildung von die Seitenwände der Kon­ taktlöcher auskleidende Randstege zurückgeätzt wird. In die­ sem Fall wird die isolierende Schicht von der auf der Ober­ fläche des Zwischenoxids bzw. der Wasserstoffbarrierenschicht liegenden ersten Teilschicht und der die Seitenwände der Kontaktlöcher auskleidenden zweiten Teilschicht gebildet. Bevor­ zugt besteht die isolierende Schicht aus Siliziumnitrid.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines zeichnerisch in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße mikroelektronische Struktur,
Fig. 2A-2C einzelne Verfahrensschritte zu Herstellung einer erfindungsgemäßen mikroelektronischen Struktur,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße mikroelektronische Struktur mit von den Rändern der Kontaktlö­ cher zurückgezogener Wasserstoffbarrieren­ schicht und einer isolierenden Schicht, und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße mikroelektronische Struktur mit aufgebrachter Metallisierung.
Fig. 1 zeigt ein Halbleitersubstrat 2 das von einer mit Kon­ taktlöchern 4 durchsetzten Isolationsschicht 6 bedeckt ist. Auf der Isolationsschicht 6 oberhalb der jeweiligen Kontakt­ löcher 4 befinden sich die unteren Elektroden 8 der einzelnen Speicherkondensatoren. Die Elektroden 8 bestehen dabei aus einer Metallelektrode 10 und einer zwischen der Metallelek­ trode 10 und dem jeweiligen Kontaktloch 4 befindlichen Sauer­ stoffbarrierenschicht 12. Die Sauerstoffbarrierenschicht 12 soll eine Diffusion von Sauerstoff durch die mit leitfähigen Material gefüllten Kontaktlöcher 4 zum Halbleitersubstrat 2 verhindern. Sofern die Kontaktlöcher 4 mit Polysilizium ge­ füllt sind, verhindert die Sauerstoffbarrierenschicht 12 die Oxidation von Polysilizium und sichert daher, daß die Kon­ taktlöcher 4 nicht von einer isolierenden Siliziumoxidschicht bedeckt sind. Die Sauerstoffbarrierenschicht kann auch mehr­ lagig aufgebaut sein. Ein geeignetes Material zur Herstellung der Sauerstoffbarrierenschicht ist zum Beispiel teilweise oxidiertes Iridiumoxid. Gegebenenfalls können sich zwischen Sauerstoffbarrierenschicht und der Isolationsschicht 6 Haft­ vermittlungsschichten befinden.
Die unteren Elektroden 8 sind jeweils mit einer ferroelektri­ sche Schicht 14 und einer oberen Elektrode 16 in Form einer Metallschicht bedeckt. Die ferroelektrische Schicht und die Metallschicht werden jeweils konform abgeschieden und bevor­ zugt gemeinsam mittels anisotroper Ätzverfahren strukturiert. Aus der so strukturierten Metallschicht entstehen dann die oberen Elektroden 16.
Bevorzugt bestehen die Metallelektroden 10 und die oberen Elektroden 16 aus einem Edelmetall, wie zum Beispiel Platin, oder aus Palladium, Iridium, Rhenium, Osmium oder Ruthenium. Bevorzugte Materialien für die ferroelektrische Schicht 14 sind Strontium-Wismut-Tantalat (SBT, SrBi2Ta2O9), Niobium do­ tiertes Strontium-Wismut-Tantalat (SBTN, SrBi2(Ta,Nb)2O9), Blei-Zirkon-Titanat (Pb(Zr,Ti)O3) oder Wismut-Titanat (BTO, Bi4Ti3O12). Anstelle einer ferroelektrischen Schicht kann auch eine paraelektrische Schicht mit einer hohen Dielektrizitäts­ konstante (z. B. größer als 20, bevorzugt größer als 50) ver­ wendet werden. Ein derartiges Material ist zum Beispiel Bari­ um-Strontium-Titanat (BST, (Ba,Sr)TiO3). Bei den vorstehend genannten Materialien handelt es sich durchweg um metalloxid­ haltigen Materialien der allgemeinen Form ABOx.
Die unteren Elektroden, die ferroelektrische Schicht und die oberen Elektroden bilden zusammen jeweils einen Speicherkon­ densator. Die Speicherkondensatoren sind mit einer planari­ sierenden Schicht 18 bedeckt, die hier das Zwischenoxid dar­ stellt. Das Zwischenoxid 18 kann zur Vermeidung von Wasser­ stoff- und Plasmaschäden zum Beispiel mit einem SOG-Verfahren oder mit einem ozonaktivierten TEOS-Verfahren abgeschieden werden. Das SOG-Verfahren ist ein Niedertemperatur-Verfahren, bei dem es weder zu Plasma- nach zu Wasserstoffschädigungen kommen kann. Ein weiterer Vorteil des SOG-Verfahrens liegt in seiner hohen Planarisierung der Oberfläche. Bei einem ozonaktivierten TEOS-Verfahren wird ebenfalls in einer wasserstoff­ freien Atmosphäre gearbeitet. Grundsätzlich eignet sich jedes Oxid als Material für das Zwischenoxid 18, auch wenn es in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden wird. Ein derartiges Oxid sollte jedoch eine ausreichende Durchlässig­ keit für Sauerstoff bieten, damit nach Abscheidung ein Reco­ very-Anneal in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zur Beseitigung der Wasserstoffschäden in der ferroelektrischen Schicht durchgeführt werden kann.
Das Zwischenoxid 18 weist Kontaktlöcher 20 auf, die sich ent­ weder bis zu den oberen Elektroden 16 oder bis zum Halblei­ tersubstrat 2 erstrecken. Die Kontaktlöcher sind mit einer isolierenden Schicht 22 ausgekleidet und mit einem leitfähi­ gen Material 24 gefüllt. Die isolierende Schicht 22 bedeckt gleichzeitig auch die Oberfläche des Zwischenoxids 18. Die isolierende Schicht 22 bildet gleichzeitig die Wasserstoff­ barrierenschicht. Die Auskleidung der Kontaktlöcher mit der als Wasserstoffbarrierenschicht dienenden isolierenden Schicht 22 vermindert eine seitliche Eindiffusion von Wasser­ stoff. Dadurch können die Kontaktlöcher 20 zum Beispiel auch mit Wolfram gefüllt werden, das üblicherweise in einer was­ serstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden wird, bzw. bei des­ sen Abscheidung große Mengen an Wasserstoff freigesetzt wer­ den.
Bevorzugt weist die ferroelektrische Schicht eine Dicke von 50-100 nm auf. Dagegen sollte die Dicke des Zwischenoxids mindestens 300-800 nm betragen. Diese Werte sind beispiel­ haft für eine Technologie mit einer Strukturbreite von 0,25 µm.
Die als Wasserstoffdiffusionsbarriere dienende isolierende Schicht 22 besteht bevorzugt aus Siliziumnitrid, daß mittels eines LP-CVD(low pressure chemical vapour deposition)- Verfahrens abgeschieden wird. Siliziumnitrid sollte dabei möglichst stöchiometrisch vorliegen.
Nachfolgend sollen einzelne Verfahrensschritte des erfin­ dungsgemäßen Herstellungsverfahrens näher erläutert werden. In Fig. 2A ist ein Halbleitersubstrat 2 mit darüber befind­ lichem Zwischenoxid 18 dargestellt. Auf der Oberfläche des Zwischenoxids 18 ist eine Wasserstoffbarrierenschicht in ei­ ner ersten Teilschicht 28 angeordnet. Die erste Teilschicht 28 und das Zwischenoxid 18 wurden gemeinsam strukturiert. Al­ ternativ kann auch die die erste Teilschicht 28 zuerst und nachfolgend das Zwischenoxid 18 unter Verwendung der struktu­ rierten Teilschicht 28 als Maske geätzt werden. Mit der Ät­ zung werden Kontaktlöcher 20 in dem Zwischenoxid 18 geschaf­ fen.
Nach erfolgter Ätzung wird konform eine zweite Teilschicht 30 aufgebracht, welche insbesondere die Seitenwände der Kontakt­ löcher 20 bedeckt. Das Ergebnis dieses Prozeßschritts ist in Fig. 2B dargestellt.
Nachfolgend wird die zweite Teilschicht 30 anisotrop zurück­ geätzt, so daß lediglich Randstege an den Seitenwänden der Kontaktlöcher verbleiben. Schließlich werden die Kontaktlö­ cher 20 mit einem leitfähigen Material 24 gefüllt. Die so er­ haltene Struktur zeigt Fig. 2C. Die erste Teilschicht 28 und die zweite Teilschicht 30 bilden zusammen die Wasserstoffbar­ rierenschicht 22. Das zweistufige Verfahren zu Herstellung der Wasserstoffbarrierenschicht 22 dient insbesondere dazu, das Zwischenoxid 18 bis auf die Bodenbereiche vollständig mit der Wasserstoffbarrierenschicht zu bedecken.
Sofern die Wasserstoffbarrierenschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, muß diese zur Vermeidung von Kurzschlüssen von einer isolierenden Schicht bedeckt werden. In diesem Fall wird auf das Zwischenoxid 18 zunächst die Was­ serstoffbarrierenschicht und anschließend die isolierende Schicht bevorzugt in Form einer ersten Teilschicht aufge­ bracht. Anschließend werden die erste Teilschicht der isolierenden Schicht, die Wasserstoffbarrierenschicht und das Zwi­ schenoxid geätzt, eine zweite Teilschicht konform abgeschie­ den und anisotrop zurückgeätzt. Dieser Verfahrensablauf un­ terschiedet sich von dem in den Fig. 2A-2B gezeigten le­ diglich dahingehend, daß die Wasserstoffbarrierenschicht un­ terhalb der nunmehr als isolierende Schicht 22 dienenden Teilschichten 28, 30 liegt.
Eine diesbezügliche Struktur zeigt Fig. 3. Dort ist die aus einem leitfähigen Material bestehende Wasserstoffdiffusions­ barriere 26 zusätzlich seitlich von den Rändern der Kontakt­ löcher 20 zurückgesetzt. Damit soll die Isolation der leitfä­ higen Wasserstoffdiffusionsbarriere gegenüber den Kontaktlö­ chern verbessert werden.
Schließlich zeigt Fig. 4 eine ebenfalls von den Seitenrän­ dern der Kontaktlöcher zurückgesetzte Wasserstoffdiffusions­ barriere aus einem leitfähigen Material. Oberhalb der Kon­ taktlöcher 20 sitzt die Metallisierung 32, die bevorzugt aus Aluminium, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Kup­ ferlegierung besteht. Sofern die Wasserstoffbarrierenschicht 26 bzw. die isolierende Schicht 22 bis zu den Seitenrändern der Kontaktlöcher 20 und sogar in die Kontaktlöcher 20 hin­ einragt sitzt die Metallisierung 32 auch oberhalb dieser Schichten.
Als Materialien für die Wasserstoffdiffusionsbarriere kommen als elektrisch isolierende Materialien z. B. Siliziumnitrid uns Siliziumoxynitrid, und als elektrisch leitenden Materia­ lien z. B. TiN, TiSiN, TaN, TaSiN (siehe z. B. deutsche Pa­ tentanmeldung 100 56 295.7 der gleichen Anmelderin, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird) in Frage.
Bezugszeichenliste
2
Halbleitersubstrat
4
Kontaktloch
6
Isolationsschicht
8
untere Elektrode
10
Metallelektrode
12
Sauerstoffbarrierenschicht
14
ferroelektrische Schicht/paraelektrische Schicht/metalloxidhaltige Schicht
16
obere Elektrode
18
Zwischenoxid
20
Kontaktloch
22
isolierende Schicht/Wasserstoffbarrierenschicht
24
leitfähiges Material
26
Wasserstoffbarrierenschicht
28
erste Teilschicht
30
zweite Teilschicht/Randstege
32
Metallisierung

Claims (24)

1. Mikroelektronische Struktur mit einem wasserstoffempfind­ lichen Dielektrikum (14), das von einer Wasserstoffbarrieren­ schicht (22, 26) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wasserstoffempfindlichen Dielektrikum (14) und der Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) zumindest ein Zwi­ schenoxid (18) angeordnet ist, das mindestens fünfmal so dick wie das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) ist.
2. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenoxid (18) mit leitfähigem Material (24) gefüllte Kontaktlöcher (20) angeordnet sind.
3. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenoxid (18) eine Spin-on-glas oder eine TEOS- Schicht ist.
4. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
5. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) aus Siliziumnitrid besteht.
6. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (22) die Seitenwände der Kon­ taktlöcher (20) auskleidet.
7. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (26) aus einem elektrisch leitenden Material besteht.
8. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (26) von den Rändern der Kon­ taktlöcher (20) beabstandet ist.
9. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (26) von einer isolierenden Schicht (22, 28, 30) bedeckt ist, die die Seitenwände der Kontaktlöcher (20) auskleidet.
10. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) eine metal­ loxidhaltige Schicht ist.
11. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metalloxidhaltige Schicht (14) ein Ferroelektrikum oder ein Paraelektrikum ist.
12. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metalloxidhaltige Schicht (14) die allgemeine Form ABOx aufweist, wobei A für wenigstens ein Metall aus der Gruppe Barium (Ba), Strontium (Sr), Wismut (Bi), Blei (Pb), Zirkon (Zr), Lanthan (La), Niob (Nb), Kalium (K) oder Kalzium (Ca), B für Titan (Ti), Tantal (Ta), Niob (Nb) oder Ruthenium (Ru) und O für Sauerstoff (O) steht.
13. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) als Kondensa­ tordielektrikum dient und zwischen zwei metallhaltigen Elek­ troden (8, 16) angeordnet ist, wobei eine der beiden Elektro­ den (8, 16) zwischen dem wasserstoffempfindlichen Dielektri­ kum (14) und dem Zwischenoxid (18) angeordnet ist.
14. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die metallhaltigen Elektroden (8, 16) aus Platin (Pt), Ruthe­ nium (Ru), Rhenium (Re), Rhodium (Rh), Palladium (Pa), Iridi­ um (Ir), Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Strontium-Rutheniumoxid oder einer Legierung dieser Materialien besteht.
15. Verfahren zu Herstellung einer mikroelektronischen Struk­ tur, die ein von einer Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) bedecktes wasserstoffempfindliches Dielektrikum (14) auf­ weist, mit den Schritten:
  • - ein wasserstoffempfindliches Dielektrikum (14) wird auf ein Substrat (2, 6) aufgebracht;
  • - auf das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) wird zu­ mindest ein Zwischenoxid (18) in einer Dicke aufgebracht, die mindestens das fünffache der Dicke des wasserstoffemp­ findlichen Dielektrikums (14) beträgt; und
  • - das Zwischenoxid (18) wird mit einer Wasserstoffbarrieren­ schicht (22, 26) bedeckt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenoxid (18) mittels Spin-on-glas oder einem TEOS- Verfahren aufgebracht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufbringen der Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) in das Zwischenoxid (18) Kontaktlöcher (20) geätzt und die Sei­ tenwände der Kontaktlöcher (20) mit einer isolierenden Schicht 22, 30) ausgekleidet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (22, 28, 30) aus dem gleichen Materi­ al wie die Wasserstoffbarrierenschicht (22, 26) besteht und beide zusammen die Wasserstoffbarrierenschicht bilden.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffbarrierenschicht (26) aus einem elektrisch leitenden Material besteht, das von der isolierenden Schicht (22, 28, 30) bedeckt ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (22) aus zwei Teilschichten (28, 30) hergestellt wird, wobei die erste Teilschicht (28) auf das Zwischenoxid (18) bzw. auf die Wasserstoffbarrierenschicht (26) vor der Ätzung der Kontaktlöcher (20) und die zweite Teilschicht (30) nach der Ätzung der Kontaktlöcher (20) kon­ form auf das Zwischenoxid (18) und die erste Teilschicht (28) aufgebracht wird, wobei die zweite Teilschicht (30) anschlie­ ßend anisotrop zur Bildung von die Seitenwände der Kontaktlö­ cher (20) auskleidende Randstege (30) zurück geätzt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (22, 28, 30) aus Siliziumnitrid be­ steht.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) von einer me­ talloxidhaltige Schicht der allgemeine Form ABOx gebildet wird, wobei A für wenigstens ein Metall aus der Gruppe Barium (Ba), Strontium (Sr), Wismut (Bi), Blei (Pb), Zirkon (Zr), Lanthan (La), Niob (Nb), Kalium (K) oder Kalzium (Ca), B für Titan (Ti), Tantal (Ta), Niob (Nb) oder Ruthenium (Ru) und O für Sauerstoff (O) steht.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf das wasserstoffempfindliche Dielektrikum (14) eine me­ tallhaltige Elektrode (16) aufgebracht wird, die von dem Zwi­ schenoxid (18) bedeckt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die metallhaltige Elektrode (16) aus Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhenium (Re), Rhodium (Rh), Palladium (Pa), Iridium (Ir), Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Strontium-Rutheniumoxid oder einer Legierung dieser Materialien besteht.
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