DE19858357A1

DE19858357A1 - Mikroelektronische Struktur sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19858357A1
Application number: DE1998158357
Authority: DE
Inventors: Hermann Wendt; Gerhard Beitel; Hans Reisinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-06-29
Also published as: WO2000036636A3; WO2000036636A2; TW440899B

Abstract

Es soll eine mikroelektronische Struktur geschaffen werden, die eine Oxidation von sauerstoffempfindlichen Strukturen (25) verhindert. Dazu weist die mikroelektronische Struktur eine leitfähige Schicht (10) aus einer Platin-Iridium-Legierung auf. Das Iridium soll bei einer Behandlung der mikroelektronischen Struktur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre die Sauerstoffdiffusion durch die leitfähige Schicht (10) durch Bindung des Sauerstoffs behindern und somit die oxidationsempfindlichen Strukturen (25) unterhalb der leitfähigen Schicht (10) schützen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie und betrifft eine mikroelektronische Struktur mit einem Sub strat und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht.

Die Abscheidung von Kondensatordielektrika mit hoher Dielek trizitätskonstante (ε<20) oder mit ferroelektrischen Eigen schaften, die unter anderem bei zukünftigen Halbleiterspei chern (DRAM, FeRAM) Verwendung finden dürften, erfordert häu fig eine sauerstoffhaltige Atmosphäre und hohe Prozeßtempera turen.

Die relativ hohen Prozeßtemperaturen und die sauerstoffhalti ge Atmosphäre stellen hohe Anforderungen an die Widerstands fähigkeit der bereits abgeschiedenen Strukturen. So muß bei spielsweise die untere Elektrode bei Halbleiterspeichern den obigen Prozeßbedingungen ohne Oxidation widerstehen. Daher werden häufig inerte Edelmetalle, insbesondere Platin, als Elektrodenmaterial verwendet. Ungünstigerweise bedarf eine Platinelektrode jedoch einer Barrierenschicht, die eine Dif fusion von Platin in das unter der Barrierenschicht befindli che Siliziumsubstrat bzw. von Silizium in die Platinelektrode verhindert. Mittels der Barrierenschicht soll nämlich die Bildung von störendem Platinsilizid verhindert werden. Die üblicherweise verwendeten Barrierenschichten, beispielsweise Titan oder eine Kombination aus Titan und Titannitrid, sind jedoch sauerstoffempfindlich. Es hat sich z. B. herausge stellt, daß Titan relativ schnell bei der Abscheidung von Me talloxidschichten aufgrund der Sauerstoffdiffusion durch das Platin hindurch oxidiert und dadurch elektrisch nichtleitend wird.

Um diese Oxidation zu verhindern, wurde eine Reihe von Vor schlägen unterbreitet. So wird beispielsweise gemäß US- Patentschriften 5,581,436 und 5,619,393 die Barrierenschicht in einer die Sauerstoffdiffusion behindernden Siliziumnitrid schicht vergraben, so daß die Barrierenschicht zumindest seitlich geschützt ist. Die Oberseite der Barrierenschicht ist von einer aufwendig ausgeführten Mehrschichtelektrode be deckt, die eine Sauerstoffdiffusion nur unzureichend verhin dern kann.

Gemäß der EP 0 697 719 A2 wird bei einer mikroelektronischen Struktur der eingangs genannten Art die Verwendung einer spe ziell stabilisierten und weitestgehend sauerstoffunempfindli chen Barrierenschicht vorgeschlagen, die unterhalb der elek trisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat angeordnet ist. Die dort für die Barrierenschicht bevorzugten ternären Nitri de erfordern jedoch für ihre Integration zusätzliche Prozeß schritte, die zu einer unerwünschten Erhöhung der Herstel lungskosten führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfach beherrschba re und kostengünstige mikroelektronische Struktur zur Begren zung einer Sauerstoffdiffusion anzugeben, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur zu benennen.

Diese Aufgabe wird bei einer mikroelektronischen Struktur der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrisch leitfähige Schicht aus einer Legierung be steht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sau erstoffinertes Grundmaterial und zumindest ein sauerstoffbin dendes Material enthält.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Grundmaterial der elektrisch leitfähigen Schicht ein sauerstoffbindendes Mate rial beigemengt, das die Diffusion des Sauerstoffs durch die leitfähige Schicht hindurch weitestgehend verhindern soll. Der der Diffusionsbehinderung dabei zugrundeliegende Mecha nismus beruht im wesentlichen auf einer Absorption des dif fundierenden Sauerstoffs durch das sauerstoffbindende Materi al, welches dabei unter Umständen oxidiert werden kann. Die Sauerstoffbindungskapazität des verwendeten Materials, d. h. seine Fähigkeit, eine bestimmte Menge an Sauerstoff in der leitfähigen Schicht zu binden, hängt unter anderem von der Art des verwendeten Materials, seiner Konzentration und der Art und Weise des Einbaus in das Grundmaterial ab. Bevorzugt wird beispielsweise, daß das sauerstoffbindende Material im Grundmaterial bis zu einem vorbestimmten Grad in Form von feinverteilten Ausscheidungen vorliegt. Dies kann z. B. durch eine Übersättigung des Grundmaterials mit dem sauerstoffbin denden Material erreicht werden. Dadurch wird zumindest der nichtlösliche Anteil des sauerstoffbindenden Materials aus dem Grundmaterial ausgeschieden und liegt somit z. B. als feinverteilte lokale Anreicherungen im Grundmaterial vor. Der gelöste Anteil des sauerstoffbindenden Materials kann dagegen zusammen mit dem Grundmaterial einen Mischkristall bilden. Die Fähigkeit, Sauerstoff zu binden, ist im allgemeinen je doch weitestgehend unabhängig von der Darbietungsform des sauerstoffbindenden Materials. Es hat sich gezeigt, daß so wohl das im Grundmaterial gelöste als auch das ausgeschiedene sauerstoffbindende Material die Sauerstoffdiffusion deutlich behindert und die unter der leitfähigen Schicht angeordneten Strukturen vor einer Oxidation schützt.

Unter einer Legierung wird im weiteren jegliche Darbietungs form eines Zwei- oder Mehrkomponentensystems verstanden, ins besondere Mischkristalle mit und ohne teilweisen Ausscheidun gen.

Ein Vorteil der feinverteilten Ausscheidungen ist unter ande rem die Darbietung des sauerstoffbindenden Materials in nahe zu reiner Form, die zu einer sehr effizienten Sauerstoffbin dung führt sowie eine mögliche Volumenvergrößerung infolge der Sauerstoffbindung lokal begrenzt.

Im Gegensatz dazu weist ein im Grundmaterial gelöstes sauer stoffbindendes Material eine relativ gleichmäßige Verteilung in der Kristallstruktur des Grundmaterials auf, wodurch diese kaum gestört wird.

Selbstverständlich können auch mehrere sauerstoffbindende Ma terialien gleichzeitig verwendet, wobei das Grundmaterial ebenfalls aus einem Gemisch bestehen kann. Derartige Mehrkom ponentensysteme gestatten durch ihre hohe Komponentenvariabi lität besonders gute Voraussetzungen zur Anpassung der sauer stoffbindenden und elektrischen Eigenschaften der elektrisch leitfähigen Schicht an die jeweiligen Prozeßbedingungen und den späteren Einsatzzweck.

Das oder die sauerstoffbindenden Materialien müssen selbst nicht notwendigerweise elektrisch leitfähig sein, da diese bevorzugt feinverteilt und überwiegend nicht in zusammenhän genden Schichten vorliegen. Dies gilt ebenso für die gegebe nenfalls oxidierten sauerstoffbindenden Materialien.

Nahezu gleichmäßig verteilte Ausscheidungen lassen sich bei spielsweise durch geeignete Temperaturbehandlungen herstel len. Diese können dabei einen Hochtemperaturschritt mit nach folgender kontrollierter Abkühlung, bzw. mehrere dieser Zy klen umfassen.

Günstig ist, daß das sauerstoffbindende Material bereits vor einer Sauerstoffbehandlung im Grundmaterial vorhanden ist und dadurch die zu schützenden Strukturen vor dem Sauerstoffan griff von Anfang an bewahrt wird.

Das Verhältnis der Gewichtsprozentanteile des sauerstoffbin denden Materials zum Grundmaterial sollte zwischen 5 : 95 und 30 : 70, bevorzugt zwischen 10 : 90 und 20 : 80 liegen. Die genaue Zusammensetzung der elektrisch leitfähigen Schicht kann in nerhalb dieser Grenzen beliebig variieren und hängt stark von den verwendeten Materialien ab.

Vorteilhafte Grundmaterialien sind Metalle, die bei den übli cherweise zu erwartenden Prozeßbedingungen weitestgehend sau erstoffinert sind. Dies gilt beispielsweise für Edelmetalle und insbesondere für Platin (Pt).

Als sauerstoffbindende Materialien haben sich insbesondere Iridium, Ruthenium, Elemente aus der 4. Nebengruppe sowie aus der Lanthangruppe erwiesen. Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) haben insbesondere den Vorteil, daß deren Oxide elektrisch leitfähig sind und somit nicht zu einer Widerstandserhöhung der elektrisch leitfähigen Schicht beitragen und darüber hin aus nur zu einer unwesentlichen Volumenzunahme bei der Sauer stoffbindung führen. Weitere vorteilhafte sauerstoffbindende Materialien sind Hafnium (Hf), Zirkon (Zr) und Cer (Ce).

Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften sowie der Grenzflächenqualität der elektrisch leitfähigen Schicht zu einem angrenzenden Metalloxiddielektrikum hat es sich von Vorteil erwiesen, die elektrisch leitfähige Schicht mit einer zusammenhängende Platinschicht zu versehen. Dadurch ist die elektrisch leitfähige Schicht zumindest einseitig von der Platinschicht begrenzt. Die Platinschicht selbst kann entwe der in einem separaten Prozeßschritt aufgebracht werden oder durch einen von dem sauerstoffbindenden Material nahezu voll ständig freien Bereich der elektrisch leitfähigen Schicht ge bildet werden. Bei letzterer Variante ist das sauerstoffbin dende Material ungleichmäßig in der elektrisch leitfähigen Schicht verteilt, so daß zum Metalloxiddielektrikum hin die Konzentration dieses Materials deutlich abnimmt.

Der Schutz von sauerstoffempfindlichen Strukturen vor einer Oxidation ist insbesondere bei der Abscheidung von Metall oxiddielektrika notwendig, die zu ihrer Herstellung bzw. zu ihrer Kristallisation eine sauerstoffhaltige Atmosphäre benö tigen. Derartige Metalloxiddielektrika weisen beispielsweise die allgemeine Form ABO_x auf, wobei A und B jeweils wenig stens ein Metall aus der Gruppe Strontium (Sr), Wismut (Bi), Titan (Ti), Kalzium (Ca), Kalium (K), Tantal (Ta), Blei (Pb), Zirkon (Zr), Lanthan (La) und Niob (Nb) enthalten, O für Sau erstoff steht und x zwischen 3 und 12 liegen kann. Die ein zelnen Komponenten der allgemeinen Form ABO_x stehen dabei zu einander in unterschiedlichen stöchiometrischen Verhältnis sen, die von der Wahl der einzelnen Komponenten abhängen. ABO_x bildet in kristalliner oder polykristalliner Form häufig eine Perowskit-ähnlich Struktur aus, die teilweise auch ein Supergitter mit schichtweise angeordneten Perowskiten ist. Vertreter der allgemeinen Form ABO_x sind beispielsweise Bari um-Strontium-Titanat (BST, BaSr₂TiO₃, dielektrisch), Blei- Zirkon-Titanat (PZT, PbZrTiO₃, ferroelektrisch), Strontium- Wismut-Tantalat (SBT, SrBi₂Ta₂O₉, ferroelektrisch) sowie deren Abkömmlinge.

Der zweite Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektronischen Struktur mit einem Substrat und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht, wobei die elektrisch leitfähige Schicht aus einer Legierung besteht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sauerstoffinertes Grundmaterial und zumin dest ein sauerstoffbindendes Material enthält, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Substrats;
- gleichzeitiges Aufbringen des Grundmaterials und des sauer stoffbindenden Materials auf das Substrat; und
- zumindest teilweises Ausscheiden des sauerstoffbindenden Material aus dem Grundmaterial.

Auf das bereitgestellte Substrat, das gegebenenfalls sauer stoffempfindliche Strukturen aufweist, wird in einem gemein samen Verfahrensschritt das Grundmaterial und das sauerstoff bindende Material aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch ein physikalisches Verdampfungsverfahren (Sputtern) erfolgen, wobei eine gemeinsame oder zwei und mehrere getrennte Quellen (Targets) verwendet werden. Günstig ist eine gemeinsame Quel le, bei der auf einer aus dem Grundmaterial bestehenden Scheibe zumindest eine kleinere und aus dem sauerstoffbinden den Material bestehenden Scheibe aufgebracht ist. Das Größen verhältnis der beiden Scheiben zueinander entspricht dabei bevorzugt dem angestrebten Mischungsverhältnis der auf das Substrat aufzubringenden leitfähigen Schicht, wobei unter schiedliche Abtragungsraten beim Verdampfen eventuell berück sichtigt werden müssen. Als günstig hat sich ein Verdampfen in einem Argonplasma herausgestellt.

Selbstverständlich können das Grundmaterial und das sauer stoffbindende Material auch durch andere Verfahren aufge bracht werden.

Durch das Aufbringen des Grundmaterials und des sauerstoff bindenden Zusatzes wird die elektrisch leitfähige Schicht ge bildet. Diese kann nachfolgend geeignet strukturiert werden.

Sofern das sauerstoffbindende Material zumindest teilweise in Form von feinverteilten Ausscheidungen vorliegen soll, kann sich nach dem Abscheiden eine geeignete Temperaturbehandlung anschließen. Durch diese wird z. B. das sauerstoffbindende Ma terial im Grundmaterial bei einer ersten erhöhten Temperatur nahezu vollständig gelöst und nachfolgend bei einer Tempera turabsenkung ausgeschieden. Durch das Lösen des sauerstoff bindenden Materials im Grundmaterial wird dieses zunächst weitestgehend gleichmäßig in das Gitter des Grundmaterials eingebaut und gleichzeitig bei der erhöhten Temperatur even tuell vorhandene Gitterfehler weitestgehend ausgeheilt. Das nachfolgende Ausscheiden infolge der Temperaturverringerung führt dadurch zu sehr feinen Ausscheidungen, die gleichmäßig im Grundmaterial verteilt sind.

Das Ausscheiden kann jedoch bereits während der Abscheidung erfolgen, so das eine nachfolgende Temperaturbehandlung nicht notwendig ist, optional jedoch erfolgen kann.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektronischen Struktur mit einem Substrat und mindestens einer elektrisch leitfähi gen Schicht, wobei die elektrisch leitfähige Schicht aus ei ner Legierung besteht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sauerstoffinertes Grundmaterial und zumindest ein sauerstoffbindendes Material enthält, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Substrats;
- aufeinanderfolgendes, schichtweises Aufbringen des Grundma terials und des sauerstoffbindenden Materials auf das Sub strat; und
- Durchführen einer Temperaturbehandlung, bei der das sauer stoffbindende Material zumindest teilweise in das Grundma terial eindiffundiert und dort zumindest teilweise in Form von Ausscheidungen vorliegt.

Bei diesem Verfahren wird das Grundmaterial und das sauer stoffbindende Material nacheinander schichtweise auf das Sub strat aufgebracht, wobei der dabei gebildete Schichtenstapel die elektrisch leitfähige Schicht bildet. Bevorzugt wird zu nächst eine Schicht aus dem Grundmaterial, darauf eine Schicht aus dem sauerstoffbindenden Material und abschließend eine weitere Schicht aus dem Grundmaterial aufgebracht. Es ist auch möglich, mehrere Schichten im Wechsel abzuscheiden. Durch eine abschließende Temperaturbehandlung löst sich die aus dem sauerstoffbindenden Material bestehende Schicht unter Diffusion in die aus dem Grundmaterial bestehende angrenzende Schicht auf. Dabei kann es zu einem nahezu vollständigen Ver mischen beider Materialien oder zur Bildung von Ausscheidun gen kommen. Infolge des schichtweisen Auftragens ist es mög lich, daß das sauerstoffbindende Material ungleichmäßig im Grundmaterial verteilt ist, wobei insbesondere im Bereich der aufgelösten Schicht die Konzentration des sauerstoffbindenden Materials erhöht ist. Dieser Effekt läßt sich vorteilhaft bei der Herstellung von Elektroden für Halbleiterspeichern aus nutzen, bei der die Grenzflächen zwischen Elektrode und dem Kondensatordielektrikum möglichst frei von Verunreinigungen sein soll. Insbesondere bei einem Schichtenstapel bestehend aus Grundmaterial - sauerstoffbindendem Material - Grundmate rial ist die Konzentration des sauerstoffbindenden Materials nach der Temperaturbehandlung im mittleren Bereich des Schichtenstapels am höchsten und fällt zu den Randbereichen der Grundmaterialschichten deutlich ab. Letztere sind daher nahezu frei von sauerstoffbindendem Material, das anderen falls die Grenzflächenqualitäten des Grundmaterials beein flussen könnte.

Die mikroelektronische Struktur wird bevorzugt in einer Spei chervorrichtung verwendet, wobei eine von der elektrisch leitfähigen Schicht der mikroelektronischen Struktur gebilde te Elektrode, eine weitere Elektrode und ein zwischen diesen Elektroden angeordnetes Metalloxiddielektrikum zumindest ei nen Speicherkondensator in der Speichervorrichtung bilden. Grundsätzlich kann die mikroelektronische Struktur auch bei Verdrahtungen, d. h. bei elektrisch leitfähigen Verbindungen, Verwendung finden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben und in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 die Verwendung der mikroelektronischen Struktur in einer Speicherzelle,

Fig. 3 die Verteilung des sauerstoffbindenden Ma terials im Grundmaterial,

Fig. 4a bis 4b Verfahrensschritte zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,

Fig. 5a bis 5c weitere Verfahrensschritte zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,

Fig. 6a bis 6b weitere Verfahrensschritte zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,

Fig. 7 eine gemeinsame Quelle zur Bildung der elektrisch leitfähigen Schicht, und

Fig. 8 ein Iridium-Platin-Phasendiagramm.

In Fig. 1 ist eine mikroelektronische Struktur als Teil ei ner Speicherzelle dargestellt. Die Speicherzelle 5 umfaßt zu mindest eine untere Elektrode 10, ein Metalloxiddielektrikum 15 sowie eine obere Elektrode 20, die zusammen einen Spei cherkondensator 22 bilden. Das Metalloxiddielektrikum besteht bevorzugt aus Strontium-Wismut-Tantalat (Sr_xBi_3-xTa₂O₉, mit 0.5<x<2). Die untere Elektrode 10 stellt die elektrisch leit fähige Schicht 10 dar. Sie weist als Grundmaterial Platin auf und ist mit einem sauerstoffbindenden Material, bevorzugt Iridium, angereichert. Unterhalb der unteren Elektrode 10 sitzt eine Barrierenschicht 25 aus einem titanhaltigen Mate rial auf einem Substrat 30. Die Barrierenschicht 25 überdeckt in dieser Ausführungsform vollständig ein in dem Substrat 30 befindliches und bevorzugt mit Polysilizium gefülltes Kon taktloch 35. Dieses durchsetzt vollständig das Substrat 30 und führt bis zu einem dotierten Gebiet eines hier nicht nä her dargestellten Auswahltransistors. Das Substrat selbst ist ein Dielektrikum und besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid. Bevorzugt wird die Barrierenschicht 25 vollständig von der unteren Elektrode 10 bedeckt, d. h. die untere Elektrode um hüllt die Barrierenschicht 25 vollständig an deren Oberseite und deren Seitenflächen. Dadurch ist ein wirkungsvoller Schutz der Barrierenschicht 25 während der Abscheidung der SBT-Schicht in sauerstoffhaltiger Atmosphäre gewährleistet. Die Verhinderung der Barrierenoxidation wird im wesentlichen durch das im Grundmaterial der unteren Elektrode 10 verteilte und teilweise als Ausscheidung vorliegende Iridium erreicht. Dazu liegt das Iridium in einer entsprechend vorgewählten Menge vor, die ausreichend ist, den bei der SBT-Abscheidung in die untere Elektrode 10 diffundierenden Sauerstoff zu bin den. Dadurch wird eine Sauerstoffdiffusion durch die untere Elektrode hindurch weitestgehend vermieden. Gute Ergebnisse werden mit einem 8 bis 12%-igen Gewichtsanteil von Iridium in der unteren Elektrode 10 erreicht.

Eine Speicherzelle mit zusätzlicher Platinschicht ist dagegen in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die untere Elektrode 10 zwischen ihrer elektrisch leitfähigen Schicht 10 und der SBT-Schicht 15 eine weitere Platinschicht 40 auf, die die elektrisch leitfähige Schicht 10 zur SBT- Schicht 15 hin vollständig bedeckt. Dadurch werden die Grenz flächeneigenschaften zwischen der unteren Elektrode 10 und der SBT-Schicht 15 verbessert. Dies äußert sich z. B. in einer höheren remanenten Polarisierbarkeit der gegebenenfalls erst nach einer Kristallisation ferroelektrischen SBT-Schicht.

Das Vorliegen des Iridiums in der aus Platin bestehenden un teren Elektrode 10 ist vergrößert in Fig. 3 gezeigt. Iridium liegt hier zumindest teilweise in Form von Ausscheidungen 45 vor. Diese sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel relativ gleichmäßig im Platin verteilt.

Nachfolgend werden einzelne Verfahrensschritte unter Bezug auf die Fig. 4a und 4b beschrieben. Zunächst wird das Sub strat 30 mit einer bereits strukturierten Barrierenschicht 25 bereitgestellt. Diese stellt hier die vor einem Sauerstoffan griff zu schützende sauerstoffempfindliche Struktur 25 dar. Nachfolgend wird eine das Substrat 30 und die Barrieren schicht 25 vollständig bedeckende Platinschicht mit einem et wa 10%-igen Iridiumzusatz durch einen Argon-Sputterprozeß aufgebracht. Dazu wird das Substrat 30 in einen Sputterreak tor eingebracht, auf etwa 300-600°C, bevorzugt 500°C, er wärmt und der Druck der Argonatmosphäre auf etwa 4.10^-3 mbar reduziert. Die Leistung zur Erzeugung des Argonplasmas be trägt 1000 W.

Wird die Temperatur des Substrats 30 ausreichend hoch, z. B. oberhalb 800°C, gewählt, so ist gemäß dem Phasendiagramm in Fig. 8 ein 10%-iger Iridiumanteil vollständig im Platin gelöst. Nach Absenken der Temperatur beginnt das Iridium zu mindest teilweise auszuscheiden, wobei ein gewisser Anteil weiterhin im Platin gelöst bleibt. Bei dieser Vorgehensweise entstehen die Iridiumausscheidungen erst nach dem Sputterpro zeß.

Die Bildung von Iridiumausscheidungen unmittelbar während der Abscheidung läßt sich durch eine entsprechend verringerte Ab scheidetemperatur erreichen. Wird beispielsweise die Sub strattemperatur auf 600°C eingestellt, entstehen bei 10%-iger Iridumanreicherung bereits beim Sputtern Ausscheidungen, da das Platin das Iridium bei dieser Temperatur nicht mehr voll ständig aufnehmen kann. Auch bei diesem Abscheideprozeß kann sich eine weitere Temperaturbehandlung anschließen. Im Ergeb nis entsteht durch die Temperung bei 600°C bei einer Platin schicht mit 10%-igem Iridiumanteil eine elektrisch leitfähige Schicht mit einem etwa 6%-igem gelösten Iridiumanteil im Pla tin und verbleibenden 4% Iridiumausscheidungen. Die Menge der Iridiumausscheidungen richtet sich allgemein nach dem soge nannten Hebelgesetz, bei dem das Produkt des Volumenbruch teils von Platin mit einem Faktor A gleich dem Produkt des Volumenbruchteils von Iridium mit einem Faktor B ist. Die Größe der Faktoren richtet sich nach der Höhe der Iridiumbei mengung und wird durch das Mengenverhältnis des nichtgelösten Iridiums zum Platin bei gegebener Temperatur bestimmt. Die Höhe der Faktoren A und B sind in Fig. 8 dargestellt.

Die Iridiumausscheidungen selbst bestehen nicht notwendiger weise aus reinem Iridium, da umgekehrt auch Platin bis zu ei nem gewissen Grad in Iridium lösbar ist. Deswegen ist bei den Iridiumausscheidungen mit einem etwa 2%-igem Platinanteil zu rechnen.

Eine nachfolgende Temperaturbehandlung ist dagegen bei noch geringeren Substrattemperaturen (200°C bis 600°C) empfehlens wert, da durch die Temperaturbehandlung ein gleichmäßigeres Ausscheiden des Iridiums aus dem Platin erreicht werden kann.

Als Sputtertarget (gemeinsame Quelle) kann z. B. die in Fig. 7 dargestellte Platinscheibe 50 mit aufgelegten Iridiumschei ben 55 dienen. Bei dieser Gestaltung des Sputtertargets kann das gewünschte Mischungsverhältnis zwischen Iridium und Pla tin durch Wahl der relativen Scheibengrößen zueinander ein fach eingestellt werden, wobei beachtet werden muß, daß Pla tin im Gegensatz zu Iridium leichter durch Argonionen abge tragen wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, ein Legie rungstarget herzustellen.

Nach der Temperaturbehandlung wird die Platinschicht struktu riert, wobei die elektrisch leitfähige Schicht 10 entsteht. Es ist auch möglich, die Temperaturbehandlung erst nach der Strukturierung durchzuführen, bzw. mit einer späteren Tempe raturbehandlung zu verbinden.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der mikroelektroni schen Struktur mit elektrisch leitfähiger Schicht ist in den Fig. 5a bis 5c gezeigt. Auf das Substrat 30 mit darauf an geordneter Barrierenschicht 25 wird zunächst eine relativ dünne Iridiumschicht 60 und nachfolgend eine dicke Platin schicht 65 aufgetragen. Das Dickenverhältnis der Iridium schicht 60 zur Platinschicht 65 entspricht bevorzugt dem an gestrebten Mischungsverhältnis von Iridium im Platin. Ist die Gesamtdicke der Iridiumschicht 60 und der Platinschicht 65 etwa 100 nm, sollte die Iridiumschicht etwa 10 nm und die Platinschicht etwa 90 nm dick sein.

Nachfolgend wird die so erhaltene und in Fig. 5b dargestell te Struktur einer Temperaturbehandlung unterworfen. Dabei löst sich die Iridiumschicht 60 auf, wobei das Iridium in die Platinschicht 65 eindiffundiert und zusammen mit dieser die elektrisch leitfähige Schicht 10 bildet. Durch geeignete Wahl der Temperatur und Dauer der Temperaturbehandlung (etwa 1 Stunde bei 700°C) kann erreicht werden, daß das Iridium sich nicht gleichmäßig in der Platinschicht 65 verteilt, sondern in der Nähe der Barrierenschicht 25 verbleibt. Dadurch wird einerseits eine gute und räumlich konzentrierte Sauerstoff bindung in der Nähe der Barrierenschicht 25 erreicht und an dererseits die Platinschicht 65 im Bereich der später aufzu bringenden SBT-Schicht weitestgehend frei von Iridium gehal ten. Somit weist die Platinschicht 65 ausgehend von der Bar rierenschicht 25 ein Abfall der Iridiumkonzentration auf. An der der Barrierenschicht 25 gegenüberliegenden Seite der Pla tinschicht 65 ist die Iridiumkonzentration daher nahezu null. Auf das Abscheiden einer weiteren Platinschicht kann deswegen verzichtet werden, da die Platinschicht 65 bereits eine nahe zu reine Platingrenzfläche aufweist. Diese dient somit als weitere Platinschicht.

Die ungleichmäßige Verteilung der Iridiumausscheidungen 45 ist in Fig. 5c dargestellt. Die Ausscheidungen 45 sind an der zur Barrierenschicht 25 gewandten Seite der Platinschicht 65 konzentriert. Durch eine geeignete Strukturierung wurde weiterhin aus der Platinschicht 65 eine untere Elektrode 10 geschaffen. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Tempera turbehandlung erst nach der Strukturierung durchgeführt wer den.

Eine weitere Herstellungsmöglichkeit soll abschließend unter Bezugnahme auf die Fig. 6a bis 6c beschrieben werden. Aus gangspunkt ist wieder das mit einer sauerstoffempfindlichen Struktur 25 (Barrierenschicht) versehene Substrat 30. Darauf werden im Wechsel Platinschichten 65 und Iridiumschichten 60 abgeschieden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden eine Platinschicht 65, eine Iridiumschicht 60 und eine weitere Platinschicht 65 aufgebracht. Bevorzugt ist die Iri diumschicht 60 etwa 10 nm dick, während die beiden Platin schichten 60 zusammen 90 nm dick sind.

Nach dem Auftragen dieses Schichtenstapels schließt sich eine Temperaturbehandlung an, die zu einem Auflösen der Iridium schicht 60 und deren Diffusion in die Platinschichten 65 führt. Dadurch bildet sich zumindest eine zusammenhängende Platinschicht heraus, die die elektrisch leitfähige Schicht 10 darstellt. Infolge der Temperaturbehandlung verbleibt das Iridium weitestgehend im mittleren Bereich der gebildeten Schicht 10, so daß die Grenzflächen der Schicht 10 frei von Iridium sind. Dies erhöht auch bei diesem Herstellungsverfah ren die Grenzflächengüte der elektrisch leitfähigen Schicht.

Abschließend kann die Schicht 10 noch geeignet strukturiert werden. Die so erhaltene Struktur und die im mittleren Be reich der leitfähigen Schicht konzentrierten Iridiumausschei dungen sind in Fig. 6c dargestellt.

Die Anwendung der mikroelektronischen Struktur mit der die Sauerstoffdiffusion unterbindenden elektrisch leitfähigen Schicht ist selbstverständlich nicht auf Halbleiterspeicher begrenzt. Vielmehr kann diese Erfindung auch in anderen mi kroelektronischen Bauelementen Verwendung finden, bei denen eine sauerstoffempfindliche Struktur durch eine leitfähige Schicht vor einem Sauerstoffangriff und damit einer Oxidation geschützt werden sollen.

Bezugszeichenliste

5

Speicherzelle

10

untere Elektrode

15

Metalloxiddielektrikum/SBT-Schicht

20

obere Elektrode

22

Speicherkondensator

25

Barrierenschicht/sauerstoffempfindliche Struktur

30

Substrat

35

Kontaktloch

40

Platinschicht

45

Ausscheidungen

50

Platinscheibe

55

Iridiumscheibe

60

Iridiumschicht

65

Platinschicht

Claims

1. Mikroelektronische Struktur mit einem Substrat (30) und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht (10), dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (10) aus einer Legierung besteht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sauerstoffinertes Grundmaterial und zumindest ein sauerstoff bindendes Material enthält.

2. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffbindende Material im Grundmaterial bis zu einem vorbestimmten Grad in Form von fein verteilten Ausscheidungen (45) vorliegt.

3. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffbindende Material oxidierbar ist.

4. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewichtsprozentanteile des sauerstoffbin denden Materials zum Grundmaterial zwischen 5 : 95 und 30 : 70, bevorzugt zwischen 10 : 90 und 20 : 80 liegt.

5. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus einem Edelmetall besteht.

6. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus Platin besteht.

7. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffbindende Material aus Iridium, Ruthenium, aus einem Element aus der 4. Nebengruppe oder aus der Lanthan gruppe, oder aus einem Gemisch der vorgenannten Metalle und deren Oxide besteht.

8. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (10) zumindest einseitig von einer zusammenhängenden Platinschicht (40) begrenzt ist.

9. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroelektronische Struktur ein Metalloxiddielektrikum (25) aufweist, das zumindest teilweise die elektrisch leitfä hige Schicht (10) bedeckt.

10. Verfahren zum Herstellen einer mikroelektronischen Struk tur mit einem Substrat (30) und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht (10), wobei die elektrisch leitfähige Schicht (10) aus einer Legierung besteht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sauerstoffinertes Grundmaterial und zumindest ein sauerstoffbindendes Material enthält, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Substrats (30);
- gleichzeitiges Aufbringen des Grundmaterials und des sauer stoffbindenden Materials auf das Substrat (30); und
- zumindest teilweises Ausscheiden des sauerstoffbindenden Materials aus dem Grundmaterial.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausscheiden des sauerstoffbindenden Materials während des Aufbringen des Grundmaterials und des sauerstoffbindenden Ma terials erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausscheiden des sauerstoffbindenden Materials erst nach dem Aufbringen des Grundmaterials und des sauerstoffbindenden Materials erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Grundmaterials und des sauerstoffbindenden Materials durch ein physikalisches Zerstäubungsverfahren (Sputtern) mit gemeinsamer Quelle (Target) erfolgt.

14. Verfahren zum Herstellen einer mikroelektronischen Struk tur mit einem Substrat (30) und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht (10), wobei die elektrisch leitfähige Schicht (10) aus einer Legierung besteht, die ein elektrisch leitfähiges und weitestgehend sauerstoffinertes Grundmaterial und zumindest ein sauerstoffbindendes Material enthält, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Substrats (30);
- aufeinanderfolgendes, schichtweises Aufbringen des Grundma terials und des sauerstoffbindenden Materials auf das Sub strat (30); und
- Durchführen einer Temperaturbehandlung, bei der das sauer stoffbindende Material zumindest teilweise in das Grundma terial eindiffundiert und dort zumindest teilweise in Form von Ausscheidungen (45) vorliegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das schichtweise Aufbringen zumindest in der Reihenfolge Grundmaterial - sauerstoffbindendes Material - Grundmaterial erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus einem Edelmetall besteht.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffbindende Material aus Iridium, Ruthenium, aus einem Element aus der 4. Nebengruppe oder aus der Lanthan gruppe, oder aus einem Gemisch der vorgenannten Metalle und deren Oxide besteht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewichtsprozentanteile des sauerstoffbin denden Materials zum Grundmaterial zwischen 5 : 95 und 30 : 70, bevorzugt zwischen 10 : 90 und 20 : 80 liegt.

19. Verwendung einer mikroelektronischen Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Speichervorrichtung (5), wobei eine von der elektrisch leitfähigen Schicht (10) der mikro elektronischen Struktur gebildete Elektrode (10), eine weite re Elektrode (20) und ein zwischen diesen Elektroden (10, 20) angeordnetes Metalloxiddielektrikum (25) zumindest einen Speicherkondensator (22) in der Speichervorrichtung (5) bil den.