DE19829300B4 - Ferroelektrische Speichereinrichtung mit elektrischer Verbindung zwischen einer unteren Kondensatorelektrode und einem Kontaktstopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Ferroelektrische Speichereinrichtung mit elektrischer Verbindung zwischen einer unteren Kondensatorelektrode und einem Kontaktstopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten:
Bilden einer Isolationsschicht (205) mit einer einen aktiven Bereich eines Halbleitersubstrats (201) freilegenden Öffnung;
Bilden einer ersten leitenden Schicht für einen die Öffnung füllenden Kontaktstöpsel (206);
aufeinanderfolgendes Bilden einer zweiten leitenden Schicht (210), einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht (220), einer unteren Elektrodenschicht (230) des Kondensators, einer ferroelektrischen Schicht (250) und einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht (251) auf der isolierenden Schicht und der ersten leitenden Schicht zur Bildung eines gestapelten Leitungsspeicherknotens; danach
Strukturieren des gestapelten Leitungsspeicherknotens; danach
Bilden einer leitenden Abstandsschicht (240) auf Seitenwänden des gestapelten Leitungsspeicherknotens zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht (230) mit der zweiten leitenden Schicht (210) zur Bildung einer resultierenden Struktur, und
Bilden einer dritten Diffusionsverhinderungsschicht (245) auf der resultierenden Struktur.

Description

  • Die folgende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung nach Ansprüchen 1 und 18, sowie einen Kondensator in einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 12 mit verbesserter elektrischer Verbindung zwischen einer unteren Elektrode und einem aktiven Bereich eines Zellentransistors.
  • Aus den Patentschriften US 5 504 041 A , US 5 637 527 A , US 5 605 858 A und US 5 621 606 A sind bereits Verfahren zur Herstellung von Ladungsspeicherelektroden eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung bekannt, bei denen eine leitfähige Abstandsschicht auf den Seitenwänden der unteren Ladungsspeicherelektrode aufgebracht wird. Das ferroelektrische Kondensatordielektrikum wird bei diesen Verfahren nach der leitenden Abstandsschicht ausgebildet.
  • Im allgemeinen wird eine Pt-Schicht weltverbreitet als untere Elektrode in hochintegrierten DRAM-Zellen eingesetzt, welche ein hochdielektrisches Material verwenden, sowie als nicht flüchtige Speichereinrichtung, welche ferroelektrische Materialien, wie BST [Ba(Sr,Ti)O3] verwenden.
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer bekannten ferroelektrischen Speichereinrichtung mit einer Pt-Schicht als unterer Elektrode eines Kondensators, wie sie vom Prinzip her z.B. in US 5 382 817 A offenbart ist. Nach 1 weist ein Kondensator in der bekannten Speichereinrichtung einen Polysiliciumsstopfen 6, eine Schicht 7 zur Verhinderung von Diffusion und eine untere Elektrode 8 auf, wie beispielsweise eine Pt-Schicht. Da diese Schicht, die gewöhnlich als untere Elektrode 8 verwendet wird, nicht als Barriereschicht zur Vermeidung von Diffusion von Sauerstoffatomen in die darunterliegende Schicht dient, werden die Sauerstoffatome in die Diffusionsverhinderungsschicht 7 durch die Pt-Schicht eindiffundiert. In 1 sind weiterhin ein Halbleitersubstrat 1, eine Feldoxidschicht 2, ein Gate 3, eine Bitleitung 4, eine Zwischenschicht-Isolierschicht 5 und eine ferroelektrische Schicht 9 dargestellt, die nicht weiter erläutert werden.
  • Eine TiN/Ti-Schicht wird weitverbreitet als Schicht 7 zur Verhinderung von Diffusion eingesetzt. Die Barrieremetallschichten, wie TiN- und Ti-Schichten, und die Polysiliciumschicht für den Stopfen reagieren äußerst heftig auf Sauerstoffatome von dem dielektrischen Film, so daß eine Oxidation bei relativ geringer Temperatur von ungefähr 500°C stattfindet. Entsprechend wird die elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektrode und einem aktiven Bereich des Transistors unterbrochen. Mit dem Anwachsen der Ablagerungstemperatur für ferroelektrische Materialien wird dieses Problem noch gravierender.
  • Insbesondere im Falle von ferroelektrischen Materialien wie SrBi2Ta2O9, welches eins der vorherrschenden Materialien für ferroelektrische Kondensatoren ist, beträgt die Temperatur zur Ablagerung und zur Kristallisation ungefähr 800°C. Daher ist es bei der Herstellung der ferroelektrischen Speichereinrichtung mit COB-(Kondensator auf der Bitleitung)-Struktur äußerst wichtig, die untere Pt-Elektrode mit dem aktiven Bereich des MOSFET's elektrisch zu verbinden.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen verbesserten ferroelektrischen Kondensator bereitzustellen, der in einer Speichereinrichtung verwendet wird, wobei eine sichere elektrische Verbindung zwischen einer unteren Elektrode des Kondensators und einem aktiven Bereich des Transistors bereitgestellt wird, sowie die Bereitstellung eines Verfahrens zu dessen Herstellung.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12 und 18 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen gezeigt.
  • Weitere Aufgaben und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich durch die folgende Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt einer bekannten ferroelektrischen Speichereinrichtung mit einer Pt-Schicht als unterer Elektrode eines Kondensators;
  • 2 einen Querschnitt einer Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator, der gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
  • 3A bis 3C Querschnitte zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens einer Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4A bis 4C Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens einer Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
  • 5A bis 5F Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens noch weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Im folgenden werden ferroelektrische Kondensatoren einer Speichereinrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
    •
  • Zuerst wird gemäß 2 die ferroelektrische Speichereinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer COB-Struktur hergestellt wurde, dargestellt. Diese weist einen allgemeinen MOSFET aus Gate 203, Source und Drain (S/D), die in einem Halbleitersubstrat 201 gebildet sind, und eine ferroelektrische Kondensatorstruktur auf, die elektrisch mit Source und Drain (S/D) verschaltet ist. Weiterhin ist ein Isolationsfilm 205 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur aufgetragen, der eine Bit-Leitung 204 überdeckt. Der ferroelektrische Kondensator gemäß vorliegender Erfindung weist eine Struktur mit einem Polysiliciumsstopfen 206, der mit Source und Drain (S/D) des MOSFET verschaltet ist, eine Polysiliciumsschicht 210, die als elektrischer Leiter eingesetzt wird und auf dem Polysiliciumsstopfen 206 gebildet ist und den Isolationsfilm 205 auf. Weiterhin ist gemäß vorliegender Erfindung eine Diffusionsbarriereschicht (oder Barriere-Metallschicht) 220 auf der Polysiliciumsschicht 210 gebildet. Eine untere Elektrodenschicht 230 ist auf der Diffusionsbarriereschicht 210 gebildet. Eine ferroelektrische Schicht (oder dielektrische Materialien mit ausreichend hoher Dielektrizitätskonstanten) 250 ist auf der unteren Elektrodenschicht 230 gebildet. Weiterhin ist eine obere Elektrode 260 auf der ferroelektrischen Schicht 250 gebildet.
  • Allerdings weist diese ferroelektrische Speichereinrichtung eine Kondensatorstruktur auf, die in Kontakt mit Source und Drain (S/D) des MOSFET ist. Das heißt, ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen einer unteren Pt-Elektrode 230 und der Source-Kopplung (S/D), die durch Oxidation der Diffusionsbarriereschicht 220 und der Polysiliciumsschicht 210 verursacht werden kann, wird durch Bilden einer leitfähigen Abstandsschicht 240 auf der Seitenwand verhindert. Die leitfähige Abstandsschicht 240 als besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung verbindet elektrisch die untere Pt-Elektrode 230 mit der Polysiliciumsschicht 210.
  • Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäß hergestellten ferroelektrischen Kondensator eine Diffusionsverhinderungsschicht 270 auf der leitfähigen Abstandsschicht 240, den Seitenwänden der oberen Bereiche der Ladungsspeicherelektrode und auf deren oberen Kantenteil gebildet, wobei Oxidschichten, eine Siliciumnitridschicht, TiO2, SiO2 und so weiter für die Isolationsschicht verwendet werden können.
  • Im allgemeinen ergibt sich in hochintegrierten Speichereinrichtungen die schlechte Verbindung zwischen der Kondensatorelektrode und dem MOSFET aufgrund der Oxidation der Diffusionsverhinderungsschicht meist aus einem Kontakt mit Sauerstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen, d.h. bei einer dielektrischen Schichtablagerung und dem Kristallisationsverfahren. Gemäß vorliegender Erfindung wird die schlechte Verbindung im wesentlichen durch Bilden einer leitfähigen Seitenwandsschicht vermieden, die elektrisch die untere Elektrode 230 mit dem aktiven Bereich des MOSFET durch die Polysiliciumsschicht 210 und den Polysiliciumsstopsel 206 nach Ablagerung der ferroelektrischen Schicht und Kristallisationsverfahren verbindet. Es ist wohl bekannt, daß Diffusionsverhinderungsschicht 270 und obere Elektrode selbst aus unterschiedlichen Typen neben den Arten der obengenannten Schichten bestehen können, wie im Detail beim Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung im folgenden erläutert wird.
  • 3A bis 3C zeigen ein Herstellungsverfahren einer ferroelektrischen Speichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem im folgenden hauptsächlich das Herstellungsverfahren des Kondensators im Detail beschrieben wird.
  • Nach 3A wird die Zwischenschicht-Isolationsschicht 205 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur gebildet, nachdem der MOSFET mit Gate 203 Source und Drain (S/D) und eine Bit-Leitung 204 in einem vorbestimmten Bereich des Halbleitersubstrats 201 gebildet wurden. Dann nach Bilden einer Source und Drain (S/D) freilegenden Kontaktöffnung wird der Polysiliciumsstöpsel 206 gebildet, der mit Source und Drain (S/D) in Kontakt ist. Dann werden aufeinanderfolgend die als eine leitfähige Schicht verwendete Polysiliciumsschicht 210, die Diffusionsverhinderungsschicht 220, beispielsweise aus TiO2, und die untere Elektrodenschicht 230 des Kondensators auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht 205 und dem Polysiliciumsstöpsel 206 gebildet. Nach Auftragen und Kristallisation der ferroelektrischen Filme 250, wie BST, PZT oder Y1, auf der unteren Elektrodenschicht 230, wird eine Diffusionsverhinderungsschicht 251 auf den ferroelektrischen Schichten 250 gebildet. Hierbei wird die Diffusionsverhinderungsschicht 251 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einer TiO2-Schicht gebildet, während sie auch aus einer leitfähigen, isolierenden oder halbleitenden Schicht gebildet sein kann. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Ablagerungstemperatur der Diffusionsverhinderungsschichten 220, 251 und 270 geringer als 900°C zu verwenden. Ein Kondensator pro Zelle wird durch Durchführung eines selektiven Ätzverfahrens unter Verwendung einer Ladungsspeichermaske zur Strukturierung der gestapelten Schichten bestimmt. Andererseits ist es möglich, wenn der Kontaktstöpsel und die Polysiliciumsschicht durch andere Materialien ersetzt sind, eine leitfähige Schicht zur Verbesserung des Haftens zwischen den beiden Schichten vorzusehen.
  • Dabei ist die Diffusionsverhinderungsschicht 220 aus solchen Materialien ausgewählt, die die Rolle einer Diffusionsbarriere spielen kann, und die Polysiliciumsschicht 210 kann durch eine leitfähige Schicht ersetzt werden, die die Rolle einer Oxidationsbarriere aufgrund einer Oberflächenoxidation spielen kann. Weiterhin müssen die Oberflächenoxidationsschicht der Polysiliciumsschicht 210, die während des Verfahrens auftre ten kann, oder die Diffusionsverhinderungsschicht 220 nicht eine leitfähige Schichten sein, unter der Voraussetzung, daß der unterste Teil der Polysiliciumsschicht 210 oder die Leitfähigkeit des Stöpsels 206 nicht durch Sauerstoffatome beschädigt werden, die durch die Ablagerung der ferroelektrischen Schicht und das thermische Behandlungsverfahren diffundiert werden. Deshalb kann ein weiter Bereich von auswählbaren Materialien die Bildung ausgezeichneter ferroelektrischer Kondensatoren garantieren. Er basiert auf der leitfähigen Abstandsschicht, wie sie in der vorliegenden Öffnung beschrieben ist, die im Detail in 3B dargestellt ist.
  • Nach 3B wird eine leitfähige Schicht auf der resultierenden Struktur gebildet und einem Ätzverfahren ohne Ätzmaske unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ätzen, das tatsächlich ein Überätzen ist, so gesteuert, daß der höchste Teil des leitfähigen Abstandhalters 240 nahe zur unteren Pt-Elektrode 230 ist. Hierbei ist offenbart, daß die untere Pt-Elektrodenschicht 230 und die Source des MOSFET elektrisch und sicher durch den leitfähigen Abstandshaslter 240, den unteren Teil der Polysiliciumsschicht 210 und den Polysiliciumsstöpsel 306 verbunden sind.
  • Nach 3C ist eine Diffusionsverhinderungsschicht 245 (gewöhnlich eine Oxidschicht) als Diffusionsbarriere gebildet, um eine elektrische Verbindung zwischen leitfähigen Schichten an einer Unterbrechung aufgrund folgender Oxidation zu hindern. Nach einer solchen Bildung einer Diffusionsverhinderungsschicht 245 wird diese dann einem Ätzverfahren ohne Ätzmaske unterzogen und anschließend der leitfähige Abstandshalter 240 und die Seitenwand der dielektrischen Schicht mit der Diffusionsverhinderungsschicht 245 bedeckt. Zu diesem Zeitpunkt sind, da der untere Teil des leitfähigen Abstandshalters 240, die Polysiliciumsschicht 210 und der obere Teil des Polysiliciumsstöpsels 206 durch die dicke Diffusionsverhinderungsschicht 245 geschützt sind, die gestapelten Elektroden des Kondensators elektrisch und sicher mit dem MOSFET vorschaltet ohne Oxidation, auch wenn die Temperatur in dem folgenden Verfahren ansteigt.
  • Schließlich wird eine obere Elektrode auf den ferroelektrischen Schichten 250 unter Verwendung eines allgemeinen Verfahrens der Herstellung einer Kondensatorelektrode gebildet.
  • 4A bis 4C zeigen Querschnitte eines Herstellungsverfahrens einer Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel illustriert ein Herstellungsverfahren des leitfähigen Abstandshalters 240 und der Diffusionsverhinderungsschicht 245 nach Bilden einer oberen Pt-Elektrode 217. Die Diffusionsverhinderungsschicht 245 wird durch selektives Ätzverfahren unter Verwendung einer Ätzmaske strukturiert. Die übrigen Verfahren sind die gleichen wie gemäß 3C.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die 5A bis 5F beschrieben.
  • Nach 5A wird ähnlich wie in 3A eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 305 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur gebildet, nach Bilden eines MOSFET mit einem Gate 303, einem Source und einem Drain (S/D), und einer Bitleitung 304 in einem vorbestimmten Bereich eines Halbleitersubstrats 301. Dann wird nach Bilden eines Source und Drain (S/D) freilegenden Kontaktloches ein mit Source und Drain (S/D) in Kontakt stehender Polysiliciumsstöpsel 306 gebildet. Anschließend werden nacheinander eine Polysiliciumsschicht 310 als leitfähige Schicht, eine Diffusionsverhinderungsschicht 311 und eine untere Elektrodenschicht 312 auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht 305 und dem Polysiliciumsstöpsel 306 gebildet. Nach Auftragen und Kristallisation einer ferroelektrischen Schicht 330, wie beispielsweise BST, PZT oder Y1, auf der unteren Elektrodenschicht 312, werden aufeinanderfolgend eine obere Elektrode 314 und eine Hartmaskenschicht 315 auf den ferroelektrischen Schichten 313 gebildet. Es sei angemerkt, daß die Diffusionsverhinderungsschicht 311 duch unterschiedliche Materialien ersetzt werden kann, die in 3A dargestellt sind.
  • Nach 5B werden die Hartmaskenschicht 315, die obere Elektrode 314 und die ferroelektrischen Schichten 313 durch ein Ätzverfahren und Verwendung der Ladungsspeichermaske strukturiert. Die Hartmaskenschicht 315 kann aus einer leitfähigen Schicht oder einer isolierenden Schicht gebildet sein und eine Photoresist-Schicht kann als Ätzbarriereschicht verwendet werden.
  • Nach 5C wird eine Isolationsschicht auf der sich ergebenden Struktur aufgetragen und einem Anisotropen-Ätzverfahren so unterzogen, daß ein isolierender Abstandshalter 316 auf der Seitenwand der Hartmaskenschicht 315, der oberen Elektrode 314 und den ferroelektrischen Schichten 313 gebildet ist, wobei die untere Elekrodenschicht 312 freigelegt ist.
  • Nach 5D werden die untere Elektrodenschicht 312, die Diffusionsverhinderungsschicht 311 und die Polysiliciumsschicht 310 durch Verwendung der Hartmaskenschicht 315 und des isolierenden Abstandshalters 316 als Ätzmaske strukturiert.
  • Nach 5E wird nach Bilden einer leitfähigen Schicht auf der resultierenden Struktur diese Schicht einem anisotropen Ätzverfahren unterworfen, um eine leitfähige Abstandsschicht 317 zu bilden, so daß ein separater Kondensator mit dem Freilegen der Zwischenschicht-Isolationsschicht 305 definiert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Überätzen in dem Bereich durchgeführt, in dem der höchste Teil des leitfähigen Abstandshalters 317 nahe zur unteren Elektrodenschicht 312 angeordnet sein soll. Selbst wenn die Diffusionsverhinderungsschicht 311 und die Oberfläche der Polysiliciumsschicht 310 in eine Isolationsschicht umgewandelt werden, beispielsweise in eine Oxidschicht, ist die elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektrodenschicht 312 und dem unteren Bereich der Polysiliciumsschicht 310 garantiert.
  • Schließlich wird nach 5F eine Diffusionsverhinderungsschicht (allgemein eine Oxidschicht) 318 gebildet, die die Rolle einer Diffusionsbarriere spielt, um ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen den leitfähigen Schichten aufgrund einer nachfolgenden Oxidation zu verhindern. Demgemäß, da der untere Teil des leitfähigen Abstandshalters 240 und der Polysiliciumsschicht 210 sowie der obere Teil des Polysiliciumsstopsels 206 durch eine dicke Diffusionsverhinderungsschicht 245 geschützt sind, sind die gestapelten Elektroden des Kondensators elektrisch sicher mit dem MOSFET verschaltet, ohne daß eine Oxidation trotz der im folgenden Verfahren ansteigenden Temperatur auftritt.
  • Andererseits kann die Diffusionsverhinderungsschicht 311, die aus Halbleitern, Nitridschichten, einer Metallschicht oder einer Oxidschicht mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr herge stellt ist, die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen Unterelektrode und dem aktiven Bereich des MOSFET verbessern. Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung unbeachtlich, ob die Diffusionsverhinderungsschicht 311 eine nicht leitende oder eine leitende Schicht aufweist, während die Diffusionsverhinderungsschicht bekannter Art einen Leiter enthalten muß. Daher ist der Bereich zur Auswahl von Materialien äußerst groß.
  • Das heißt, daß die Eigenschaften der Pt-Elektrode 312, die auf der Diffusionsverhinderungsschicht aufgetragen sind, optimiert sind. Tatsächlich ist, falls Pt auf der Ti-Barriereschicht nach bekannter Art aufgetragen wird, der Kristallisationsgrad sehr gering im Vergleich mit auf SiO2 unter den gleichen Bedingungen aufgetragenem Pt. Schließlich ermöglicht der vergrößerte Auswahlbereich für Materalien der Diffusionsverhinderungsschicht eine Verbesserung der Charakteristika des Kondensators selbst, da die Eigenschaften der ferroelektrischen Schicht stark von dem Material der unteren Elektrode und deren Qualität abhängen.
  • Weiterhin gibt es Schwierigkeiten, wenn der leitfähige Abstandshalter 317 einer anderen Schicht außer der unteren Elektrodenschicht 312 und der leitfähigen Schicht (Polysiliciumsschicht 310) gegenüberliegt, d.h. wenn er der oberen Elektrodenschicht 314 oder den ferroelektrischen Schichten 313 gegenüberliegt. Die hochintegrierte Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung mit der gleichen Struktur nach 5F kann solche Schwierigkeiten durch die isolierende Abstandsschicht 316 vermeiden. Mit anderen Worten, die untere Elektrodenschicht 312 und die obere Elektrodenschicht 314 des Kondensators dürfen nicht miteinander elektrisch verbunden und die untere Elektrodenschicht 312 und die Polysiliciumsschicht 310 dürfen nicht elektrisch voneinander getrennt sein. Demgemäß ist es schwierig, die Größe bei Bilden der leitfähigen Abstandsschicht 317 zu steuern. Wenn auch die Seitenwände aus dielektrischer Schicht und oberer Elektrodenschicht 314 umgeben durch die Isolationsabstandsschicht 316 ein solches Problem vermeiden können. Weiterhin kann, falls die ferroelektrischen Schichten 313 Diffusionsverhinderungsschicht 318 und leitfähige Abstandsschicht 317 kontaktieren, der dielektrische Charakter durch beidseitige Diffusion in den folgenden Verfahren geringer sein. Allerdings kann die isolierende Abstandsschicht 316 hilfreich bei Schutz vor einer solchen Schwierigkeit sein.
  • Bei der bekannten Speichereinrichtung nach 1 muß die Diffusionsverhinderungsschicht ein Haften zwischen der unteren Elektrode und dem Polysilicium aufrechterhalten, ein Diffundieren von Sauerstoff in dem Polysiliciumsstopsel verhindern und sich selbst vor einem Oxidieren schützen, um keine elektrische Unterbrechung zu verursachen. Demgemäß sind die Materialien, die diesen Bedingungen genügen, erheblich eingeschränkt. Da allerdings die folgende Erfindung isolierende Materialien als Diffusionsverhinderungsschicht einsetzen kann, ist der Bereich auswählbarer Materialien erweitert, so daß die Eigenschaften der Pt-Elektrode optimiert werden können.
  • Andererseits erhöht die Isolationsschicht 316 den Herstellungsspielraum aufgrund des selbstausrichtenden Ätzverfahrens ohne Ätzmaske, wodurch der Abstand zwischen den Leitungsspeicherelektroden verringert ist. Folglich wird die Chipfläche in der integrierten Speichereinrichtung nicht vergrößert. Wie oben ausgeführt, ist es möglich, eine zusätzliche leitfähige Schicht zur Verbesserung des Haftens zwischen diesen Schichten vorzusehen.
  • Gemäß vorliegender Erfindung können die obenerwähnten leitfähigen Schichten ausgewählt werden aus leitfähigen Oxidschichten, leitfähigen Nitridschichten, Polysilicium, Silicid, Metallschichten einschließlich Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Diffusionsverhinderungsschichten 220, 251 und 311 zum Blockieren von Sauerstoff aus einer Halbleiter-, Oxid- oder Nitrid-Schicht mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr, die durch CVD (Chemical Vapor Deposition, Chemische Dampfabscheidung), PVD (Plasma Vapor Deposition, Plasma-Dampfabscheidung) oder SOG (Spin on Glass, aufgeschleudertes Glas) aufgetragen wird.
  • Die Kondensatorelektrode wird aus Metallschichten ausgewählt, Idie Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitfähige Sauerstoff-Schichten, leitfähige Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co enthalten.
  • Die dielektrischen Materialien haben eine hohe Dielektrizitätskonstante größer als 50, wie Ba(Sr,Ti)O3 und sind ferroelektrischen Materialien der Perovskitstruktur, die dotiertes oder undotiertes Pb(Zr,Ti)O3 enthalten. Weiterhin können sie ausgewählt werden aus SrBi2Ta2O9, BaBi2Nb2O9, PbBi2Ta2O9, BaBi2Ta2O9, SrBi2TaNbO9, SrBi2Nb2O9, SrBi4Ti4O15, oder PbBi2Nb2O9 oder deren feste Lösungen.
  • Weiterhin sind dies ferroelektrischen Materialien eins der geschichteten Supergittermaterialien mit der folgenden Struktur:
    A1wi +a1 A2w2 +a2 ... Ajwi +aj S1x1 +s1 S2x2 +s2 ... Sjxi +sj B1y1 +b1 B2Y2 +b2 ... Bjyj +bj Qz –2,
    wobei Aj Elemente an der A-Position der Perovskit-Struktur, Sk Suppergitter-Erzeugungselemente, Bl Elemente an der B-Position der Perovskit-Struktur, Q negativen Ionen; die hochgestellten Zeichen Atome und die tiefgestellten Zeichen die Anzahl der mittleren Atome in einer Einheitszelle darstellen.
  • Die Diffusionsverhinderungsschichten 245, 270 und 318 sind beispielsweise Oxidschichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr und werden durch CVD, PVD oder SOG abgeschieden.
  • Wie sich aus dem vorangehenden ergibt, wird gemäß der Erfindung eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Elektrode des Kondensators und einem aktiven Bereich des Transistors verbessert. Weiterhin können der Erfindung ausgezeichnete Schichteigenschaften der Schichten durch Verwendung unterschiedlicher Auswahl von Materialien der Ladungsspeicherelektrode erreicht werden.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten: Bilden einer Isolationsschicht (205) mit einer einen aktiven Bereich eines Halbleitersubstrats (201) freilegenden Öffnung; Bilden einer ersten leitenden Schicht für einen die Öffnung füllenden Kontaktstöpsel (206); aufeinanderfolgendes Bilden einer zweiten leitenden Schicht (210), einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht (220), einer unteren Elektrodenschicht (230) des Kondensators, einer ferroelektrischen Schicht (250) und einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht (251) auf der isolierenden Schicht und der ersten leitenden Schicht zur Bildung eines gestapelten Leitungsspeicherknotens; danach Strukturieren des gestapelten Leitungsspeicherknotens; danach Bilden einer leitenden Abstandsschicht (240) auf Seitenwänden des gestapelten Leitungsspeicherknotens zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht (230) mit der zweiten leitenden Schicht (210) zur Bildung einer resultierenden Struktur, und Bilden einer dritten Diffusionsverhinderungsschicht (245) auf der resultierenden Struktur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Diffusionsverhinderungsschicht (220) oder zweite Diffusionsverhinderungsschicht (251) aus einer leitenden Schicht oder einer isolierenden Schicht sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diffusionsverhinderungsschicht (245) bei einer Temperatur unterhalb von 900°C gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste (220), zweite (251) oder dritte (245) Diffusionsverhinderungsschicht durch CVD- oder PVD-Verfahren gebildet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diffusionsverhinderungsschicht (245) zum Blockieren von Sauerstoff ausgewählt ist aus Oxidschichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite leitende Schicht (210) aus gleichen Materialien hergestellt sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste (206) und zweite leitende Schicht (210) unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen und das Verfahren als weiteren Schritt das Bilden einer haftenden, leitenden Schicht zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Abstandsschicht mit einem selbstausrichtenden Ätzverfahren gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der höchste Teil der leitenden Abstandsschicht tiefer als die ferroelektrische Schicht (250) ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Schicht (206), die zweite leitende Schicht (210) oder die leitende Abstandsschicht (240) ausgewählt sind aus leitenden Sauerstoffschichten, leitenden Nitridschichten, Polysilicium, Silicid, Metallschicht mit Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrodenschicht (230) aus Metallschichten ausgewählt ist mit Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitenden Oxidschichten, leitenden Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co.
  12. Kondensator in einer Halbleitereinrichtung mit: einer ersten leitenden Schicht (306), welche eine Öffnung füllt, die in einer Zwischenschicht-Isolationsschicht (305) gebildet ist, wobei die erste leitende Schicht (306) in Kontakt mit einem aktiven Bereich eines Halbleiters ist; einer ersten gestapelten Struktur mit einer zweiten leitenden Schicht (310), gebildet auf der ersten leitenden Schicht (306) und der Zwischenschicht-Isolationsschicht (305), einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht (311), gebildet auf der zweiten leitenden Schicht (310), und einer unteren Elektrodenschicht (312) gebildet auf der ersten Diffusionsverhinderungsschicht (311); einer zweiten gestapelten Struktur mit einer ferroelektrischen Schicht (313), gebildet auf der unteren Elektrodenschicht (312), und einer oberen Elektrodenschicht (314), gebildet auf der ferroelektrischen Schicht (313); einer isolierenden Abstandsschicht (316), gebildet auf einer Seitenwand der zweiten gestapelten Struktur; einer leitenden Abstandsschicht (317), gebildet auf einer Seitenwand der ersten gestapelten Struktur und der isolierenden Abstandsschicht (316); und einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht (318) gebildet auf Seitenwänden der isolierenden Abstandsschicht (316) und der leitenden Abstandsschicht (317).
  13. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß erste (311) und zweite (318) Diffusionsverhinderungsschicht gebildet sind aus Halbleitern, Oxidschichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.
  14. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß erste (306) und zweite 310) leitende Schicht aus gleichen Materialien sind.
  15. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß erste (306) und zweite (310) leitende Schicht unterschiedliche Materialeigenschaften haben und der Kondensator weiterhin eine haftende leitende Schicht zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht aufweist.
  16. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Schicht (306), die zweite leitende Schicht (310) oder die leitende Abstandsschicht (317) ausgewählt sind aus leitenden Oxidschichten, leitenden Nitridschichten, Polysilicium, Silicid, einer Metallschicht mit Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.
  17. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren und oberen Elektrodenschichten (312, 314) ausgewählt sind aus Metallschichten mit Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitenden Oxidschichten, leitenden Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten: Bilden einer isolierenden Schicht (305) mit einer Öffnung zum Freilegen eines aktiven Bereichs eines Halbleitersubstrats (301); Bilden einer ersten leitenden Schicht (306) für einen Kontaktstöpsel zum Füllen der Öffnung; Bilden einer zweiten leitenden Schicht (310), einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht (311), einer unteren Elektrodenschicht (312) des Kondensators, einer ferroelektrischen Schicht (313), einer oberen Elektrodenschicht (314) und einer Ätzmaskenschicht (315), in dieser Reihenfolge auf der isolierenden Schicht (305) und der ersten leitenden Schicht (306); Strukturieren der Ätzmaskenschicht (315), der oberen Elektrodenschicht (314) und der ferroelektrischen Schicht (313); Bilden einer isolierenden Abstandsschicht (316) auf Seitenwänden der Ätzmaskenschicht (315), der oberen Elektrodenschicht (314) und der ferroelektrischen Schicht (313); Ätzen der unteren Elektrodenschicht (312), der ersten Diffusionsverhinderungsschicht (311) und der zweiten leitenden Schicht (310) unter Verwendung der Ätzmaskenschicht (315) und der isolierenden Abstandsschicht (316); Bilden einer leitenden Abstandsschicht (317) auf Seitenwänden der zweiten leitenden Schicht (310), der ersten Diffusionsverhinderungsschicht (311), der unteren Elektrodenschicht (312) und der isolierenden Abstandsschicht (316) zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht (312) mit der zweiten leitenden Schicht (310) zur Bildung einer resultierenden Struktur; und Bilden einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht (318) auf der resultierenden Struktur.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diffusionsverhinderungsschicht (318) zum Blockieren von Sauerstoff ausgewählt ist aus Sauerstoffschichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diffusionsverhinderungsschicht durch CVD-, PVD- oder SOG-Verfahren gebildet ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Abstandsschicht (316) durch ein selbstausrichtendes Ätzverfahren strukturiert wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Abstandsschicht (317) mit einem selbstausrichtenden Ätzverfahren strukturiert wird.
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