DE19860080B4 - Mikroelektronische Struktur - Google Patents

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Abstract

Mikroelektronische Struktur mit
– einem Grundsubstrat (5);
– einer siliziumhaltigen Schicht (8, 20);
– einer Sauerstoffbarrierenschicht (30) aus einem leitfähigen Metalloxid; und
– einer zwischen der siliziumhaltigen Schicht (8, 20) und der Sauerstoffbarrierenschicht (30) angeordneten sauerstoffhaltigen Iridiumschicht (25), die mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Sputtern) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre herstellbar ist, wobei der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre zwischen 2.5 % und 15 % liegt;
dadurch gekennzeichnet, daß
die siliziumhaltige Schicht (8, 20) und die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) gemeinsam im Grundsubstrat (5) vergraben und vollständig von der Sauerstoffbarrierenschicht (30) bedeckt sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine mikroelektronische Struktur mit einem Grundsubstrat, einer siliziumhaltigen Schicht, einer Sauerstoffbarrierenschicht aus einem leitfähigen Metalloxid und einer zwischen der siliziumhaltigen Schicht und der Sauerstoffbarrierenschicht angeordneten sauerstoffhaltigen Iridiumschicht, die mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Sputtern) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre herstellbar ist, wobei der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre zwischen 2.5 % und 15 % liegt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Herstellung einer solchen mikroelektronischen Struktur sowie auf deren Verwendung.
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie.
  • Zur weiteren Erhöhung der Speicherkapazität von Halbleiterspeichern wird die Verwendung von Hoch – ε – Dielektrika (ε > 20) oder ferroelektrischen Dielektrika angestrebt. Die dafür bevorzugten Materialien erfordern jedoch bei ihrer Abscheidung und Konditionierung sauerstoffhaltige Atmosphären und Temperaturen bis zu 800°C. Bei diesen Bedingungen ist jedoch mit einer raschen Oxidation der bisher verwendeten Materialien für Elektroden und Kontaktlöcher zu erwarten. Daher wurde ebenfalls die Verwendung neuer Elektrodenmaterialien vorgeschlagen. Ein prominenter Vertreter ist beispielsweise Platin. Ungünstigerweise kann jedoch Silizium bei den hohen Prozeßtemperaturen relativ leicht ins Platin diffundieren und dort störende Platinsilizide bilden. Aus diesem Grund ist eine Barriere zwischen der Platinelektrode und einem mit Polysilizium gefüllten Kontaktloch, das die Elektrode mit einem Auswahltransistor verbindet, nötig.
  • An die Barriere werden insbesondere folgende Anforderungen gestellt. Sie muß einerseits die Siliziumdiffusion vom Kontaktloch zur Platinelektrode verhindern und andererseits eine Sauerstoffdiffusion vom Platin zum Kontaktloch unterbinden, um die elektrisch isolierende Oxidation von Silizium auszuschließen. Darüber hinaus muß die Barriere selbst bei den Prozeßbedingungen stabil bleiben.
  • Ein möglicher Aufbau einer eingangs genannten mikroelektronischen Struktur in Form eines Elektrodenbarrierensystems ist beispielsweise in der US 5,581,439 beschrieben. Dort ist eine die Siliziumdiffusion behindernde Titian-Nitridschicht in einer Siliziumnitridschicht vergraben, die zumindest die Titan-Nitridschicht seitlich vor einer Oxidation schützt. Auf dem Siliziumnitridkragen sitzt ein Palladiumgrundkörper mit einem Platinüberzug, die zusammen die Elektrode bilden. Gleichzeitig soll zumindest durch das Palladium die Titan-Nitridschicht vor einer Oxidation bewahrt werden.
  • Der Aufbau eines weiteren Elektrodenbarrierensystems mit anderen Materialien wird dagegen in dem Fachartikel von J. Kudo et al., "A High Stability Electrode Technology for Stacked SrBi2Ta2O9 Capacitors Applicable to Advanced Ferroelectric Memory", IEDM 1997, S. 609 bis 612 beschrieben. Der dort offenbarte Aufbau bevorzugt eine Barriere aus Tantal-Silizium-Nitrid, die von einer reinen Iridiumschicht und einer Iridiumdioxidschicht überdeckt ist. Die Tantal-Silizium-Nitridbarriere verhindert die Siliziumdiffusion, muß jedoch selbst vor einer Oxidation geschützt werden. Diese Aufgabe übernehmen die Iridiumdioxidschicht und die reine Iridiumschicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei hohen Temperaturen, insbesondere bei 800°C, die reine Iridiumschicht mit der Tantal-Silizid-Nitridbarriere elektrisch schlecht leitendes Iridiumsilizid bildet.
  • Die gleichen Probleme treten auch bei dem von Saenger et al, "Buried, self-aligned barrier layer structures for perovskite-based memory devices comprising Pt or Ir bottom electrodes on silicon-contributing substrates", J. Appl. Phys. 83(2), 1998, S. 802–813, favorisierten Aufbau vor. Aus diesem Fachartikel kann entnommen werden, daß sich aus reinem Iridium und Polysilizium während eines Ausheilschritts in Stickstoffatmosphäre ein störendes Iridiumsilizid bildet. Diese Silizierung soll daher durch einen vorherigen Ausheilschritt in sauerstoffhaltiger Atmosphäre durch Oxidation des Iridiums verhindert werden. Ungünstigerweise ist dieser Ausheilschritt in sauerstoffhaltiger Atmosphäre insbesondere hinsichtlich der Tiefenoxidation des Iridiums nur schwer kontrollierbar, so daß es bei ungleichmäßiger Schichtdicke der Iridiumschicht auch zu einer Oxidation des Polysiliziums kommen kann, wodurch der elektrische Kontakt zwischen dem Polysilizium und dem Iridium unterbrochen wird.
  • Die Verwendung einer reinen Iridiumschicht mit einer nachfolgenden Sauerstoffbehandlung ist ebenfalls in dem Fachartikel von Jeon et al., "Thermal stability of Ir/polycrystalline-Si structure for bottom electrode of integrated ferroelectric capacitors", Appl. Phys. Lett. 71(4), 1997, S. 467–469, offenbart. Die Verwendung von Iridiumdioxid als Barriere ist dagegen in Cho et al., "Preparation and Characterization of Iridium Oxide Thin Films Grown by DC Reactive Sputtering", Jpn. J. Appl. Phys. 36, 1997, S. 1722–1727, beschrieben. Die Verwendung eines Mehrschichtsystems aus Platin, Ruthenium und Rhenium ist dagegen aus Onishi et al., "A New High Temperature Electrode-Barrier Technology On High Density Ferroelectric Capacitor Structure", IEDM 96, S. 699–702; Bhatt et al, "Novel high temperature multilayer electrode-barrier structure for high-density ferroelectric memories", Appl. Phys. Lett 71(5), 1997, S. 719–721; Onishi et al., "High Temperature Barrier Electrode Technology for High Density Ferroelectric Memories with Stacked Capacitor Structure", Electrochem. Soc. 145, 1998, S. 2563–2568; Aoyama et al., "Interfacial Layers between Si and Ru Films Deposited by Sputtering in Ar/O2 Mixture Ambient", Jpn. J. Appl. Phys. 37, 1998, S. L242–L244 bekannt.
  • Ein Schichtstapel aus einem Elektrodenmaterial, einer unterliegenden Sauerstoffbarrierenschicht sowie einer sauerstoffhaltigen Rutheniumschicht unterhalb der Sauerstoffbarrierenschicht ist in der US 5,852,307 beschrieben. Die sauerstoffhaltige Rutheniumschicht wird auf einer abschnittsweise von einem nicht leitfähigen Material und einem leitfähigen siliziumhaltigen Material gebildeten Oberfläche abgeschieden.
  • Bei all den vorbekannten Barrierenschichten besteht jedoch die Gefahr, daß diese bei den geforderten hohen Prozeßtemperaturen, insbesondere bei einem notwendigen Temperaturschritt zur Konditionierung der Hoch – ε – Materialien bzw. der ferroelektrischen Materialien nicht mehr ausreichend stabil sind.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine mikroelektronische Struktur zu benennen, die auch bei Temperaturen bis zu 800°C ausreichend stabil ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer mikroelektronischen Struktur der eingangs genannten Art durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.
  • Die in der mikroelektronischen Struktur enthaltene sauerstoffhaltige Iridiumschicht verhindert eine Siliziumdiffusion aus der siliziumhaltigen Schicht in die Sauerstoffbarrierenschicht und eventuell darüber angeordnete weitere Schichten. Zu diesem Zweck weist die sauerstoffhaltige Iridiumschicht einen gewissen Anteil an Sauerstoff auf, der die Bildung von Iridiumsilizid und damit die Weiterdiffusion von Silizium verhindert. Weiterhin bleibt die Grenzfläche zwischen der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht und der siliziumhaltigen Schicht auch bei Temperaturen zumindest bis 800°C weitestgehend frei von Iridiumsilizid. Dies läßt sich beispielsweise durch Widerstandsmessungen an der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht nachweisen. Die Abwesenheit von Iridiumsilizid kommt beispielsweise in einem sehr geringen spezifischen Widerstand der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht von kleiner als 100 μOhm·cm, bevorzugt sogar kleiner als 30 μOhm·cm zum Ausdruck. Bei Anwesenheit von Iridiumsilizid, das einen sehr hohen spezifischen Widerstand von etwa 6 ohm·cm aufweist, würde der spezifische Widerstand der aus der siliziumhaltigen Schicht und der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht gebildeten Struktur deutlich oberhalb von 100 μOhm·cm liegen. Der der mikroelektronischen Struktur eigene geringe elektrische Widerstand ist insbesondere bei höchstintegrierten Halbleiterbauelementen, insbesondere bei Halbleiterspeichern mit Strukturgrößen von 0,25 μm und darunter, von großem Vorteil.
  • Darüber hinaus wird durch die sauerstoffhaltige Iridiumschicht ein Kontakt zwischen der siliziumhaltigen Schicht und der Sauerstoffbarrierenschicht weitestgehend vermieden. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, um eine mögliche Reduktion der Sauerstoffbarrierenschicht durch die siliziumhaltige Schicht und der damit verbundenen Oxidation der siliziumhaltigen Schicht zu unterbinden.
  • Eine sauerstoffhaltige Iridiumschicht mit den oben beschriebenen Eigenschaften läßt sich erfindungsgemäß mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Sputtern) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit geringem Sauerstoffanteil herstellen, wobei der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre zwischen 2,5 % und 15 % liegt. Durch den begrenzten Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre wird dieser auch nur bis zu einem gewissen Grad in die Iridiumschicht eingebaut, so daß auch von einer anoxidierten Iridiumschicht gesprochen werden kann. Bevorzugt liegt der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre bei etwa 5 %.
  • Vorteilhaft besteht die Sauerstoffbarriere aus einem leitfähigen Metalloxid, wobei sich insbesondere Iridiumdioxid und Rutheniumdioxid bewährt haben. Durch Verwendung dieser Metalloxide ist auch eine gute Haftung der Sauerstoffbarrierenschicht auf der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht gewährleistet.
  • Die sich in der Regel unterhalb der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht befindliche siliziumhaltige Schicht besteht bevorzugt aus Polysilizum, aus einem Metallsilizid oder einem Schichtenstapel, der zumindest eine Polysiliziumschicht und eine zwischen der Polysiliziumschicht und der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht befindliche Metallsilizidschicht umfaßt. Bevorzugt besteht das Metallsilizid aus wenigstens einem Silizid aus der Gruppe Yttriumsilizid, Titansilizid, Zirkonsilizid, Hafniumsilizid, Vanadiumsilizid, Niobsilizid, Tantalsilizid, Chromsilizid, Molybdänsilizid, Wolframsilizid, Eisensilizid, Cobaltsilizid, Nickelsilizid, Palladiumsilizid, Platinsilizid und Kupfersilizid. Das Metall und das Silizium können dabei in unterschiedlichen stöchiometischen Verhältnissen vorliegen. Die verwendeten Metallsilizide können darüber hinaus auch ternärer Struktur sein und der allgemeinen Form MSiN genügen, wobei M für ein Metall steht.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst die siliziumhaltige Schicht im Grundsubstrat vergraben und mit der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht vollständig bedeckt. Dadurch wird die siliziumhaltige Schicht zumindest seitlich durch das Grundsubstrat vor einem Sauerstoffangriff geschützt und das in der siliziumhaltigen Schicht befindliche Silizium an einer Diffusion durch die sauerstoffhaltige Iridiumschicht gehindert. Die siliziumhaltige Schicht kann bei dieser Struktur beispielsweise in Form eines mit Polysilizium gefüllten Kontaktlochs vorliegen, das optional zur sauerstoffhaltigen Iridiumschicht hin von einer Metallsilizidschicht begrenzt ist.
  • Weiter erfindungsgemäß werden die siliziumhaltige Schicht und die sauerstoffhaltige Iridiumschicht gemeinsam im Grundsubstrat vergraben und vollständig von der Sauerstoffbarrierenschicht bedeckt. Bei dieser Struktur werden Haftungsprobleme der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht auf dem Grundsubstrat dadurch vermieden, daß die sauerstoffhaltige Iridiumschicht nur an ihrer seitlichen Grenzfläche (Umrandung) in Kontakt mit dem Grundsubstrat tritt. Die Haftung der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht auf einer siliziumhaltigen Schicht, insbesondere auf Polysilizium oder auf einem Metallsilizid, ist dagegen in der Regel ausreichend gut.
  • Die sauerstoffhaltige Iridiumschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 100 nm, günstigerweise sogar von etwa 20 bis 50 nm, auf. Es wird angestrebt, die sauerstoffhaltige Iridiumschicht möglichst platzsparend und dünn auszubilden. Die in der mikroelektronischen Struktur enthaltenen Barriereschichten (Sauerstoffbarrierenschicht, sauerstoffhaltige Iridiumschicht) sind vorteilhafterweise von einer Edelmetallschicht bedeckt. Insbesondere die Sauerstoffbarrierenschicht ist möglichst vollständig von der Edelmetallschicht überzogen. Als Edelmetall wird insbesondere Platin verwendet. Auf der Edelmetallschicht befindet sich eine metalloxidhaltige Schicht, die insbesondere bei einem Halbleiterspeicher das Hoch – ε – Dielektrikum bzw. das ferroelektrische Dielektrikum darstellt. Für die metalloxidhaltige Schicht werden insbesondere Metalloxide der allgemeinen ABOX verwendet, wobei A und B jeweils für wenigstens ein Metall aus der Gruppe Strontium, Wismut, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Kalium, Calzium und Barrium und O für Sauerstoff steht. X kann zwischen 2 und 12 liegen. Diese Metalloxide weisen je nach Zusammensetzung dielektrische oder ferroelektrische Eigenschaften auf, wobei diese Eigenschaften gegebenenfalls erst nach einem Hochtemperaturschritt zur Kristallisation der Metalloxide nachweisbar sind. Dielektrische Materialien mit hohem ε (ε > 20) sind beispielsweise Barium-Strontium-Titanat (BST) sowie Strontium-Titanat (STO). Dagegen weisen Strontium-Wismut-Tantalat (SBT) sowie Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) ferroelektrische Eigenschaften auf. Als Hoch – ε – Dielektrikum kommt darüber hinaus Tantaloxid zur Anwendung.
  • Bevorzugt wird die mikroelektronische Struktur in einer Halbleiterspeichereinrichtung verwendet, die zumindest eine erste und eine zweite Elektrode und dazwischen eine metalloxidhaltige Schicht aufweist, die zusammen einen Speicherkondensator bilden. Die erste Elektrode dieser Halbleiterspeichereinrichtung umfaßt dabei zumindest die sauerstoffhaltige Schicht und die Sauerstoffbarrierenschicht, so daß die erste Elektrode neben einer optionalen Edelmetallschicht auch die notwendigen Diffusionsbarrieren enthält.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1a bis 1e einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,
  • 2a bis 2f weitere Verfahrensschritte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,
  • 3 eine mikroelektronische Struktur als Teil einer Halbleiterspeichervorrichtung,
  • 4 den spezifischen Widerstand einer sauerstoffhaltigen Iridiumschicht in Abhängigkeit von der Temperaturbelastung und
  • 5 den spezifischen Widerstand einer sauerstoffhaltigen Iridiumschicht in Abhängigkeit vom Sauerstoffanteil in der Atmosphäre bei der Abscheidung.
  • Bei der Herstellung der mikroelektronischen Struktur wird von einem Grundsubstrat 5 aus Siliziumdioxid oder TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silan) ausgegangen, das von einem mit Polysilizium 8 gefüllten Kontaktloch 10 durchsetzt ist. Das Kontaktloch 10 schließt bündig mit der Oberfläche 15 des Grundsubstrats 5 ab. Dies wird beispielsweise durch einen geeigneten Polierschritt, beispielsweise durch ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP), erreicht. Auf die Oberfläche 15 des Grundsubstrats 5 wird anschließend nach einer etwa einminütigen Reinigung des Polysiliziums mit einer etwa 0,3 %-igen Flußsäure (HF), durch die das natürliche Oxid von der Polysiliziumschicht 8 entfernt wird, eine Wolfram-Silizidschicht 20 mit einer Stärke zwischen 30 und 100 nm abgeschieden. Optional kann anstelle des Wolfram-Silizids auch eine Titanschicht gleicher Stärke aufgetragen werden, wobei jedoch das Titan in einem späteren Hochtemperaturschritt weitestgehend vollständig durch das Polysilizum 8 im Kontaktloch 10 siliziert wird. Die Wolfram-Silizidschicht 20 stellt hier die Metallsilizidschicht dar.
  • Auf die Wolframsilizidschicht 20 wird anschließend eine sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 durch reaktives Sputtern von Iridium aufgetragen. Dies erfolgt bei einem Druck zwischen 0,005 und 0,02 mbar, bevorzugt bei 0,015 mbar sowie in einem Sauerstoff-Argon-Gemisch, wobei der Volumenanteil des Sauerstoffs zwischen 2,5 % und 15 %, bevorzugt bei 5 % liegt (2,5 % ≤ O2/(O2 + Ar) ≤ 15 %). Nach einem Sputterprozeß von etwa 30 sec hat sich auf dem Wolframsilizid 20 eine etwa 50 bis 150 nm Dicke sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 gebildet. Diese widersteht auch bei sehr hohen Temperaturen, die beispielsweise bei einem später erfolgenden sogenannten Ferroaneal bis zu 800°C betragen können, einer Iridiumsilizidbildung mit dem Wolframsilizid. Dies gilt auch für eine unmittelbar auf das Polysilizium abgeschiedene sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25.
  • Bevorzugt werden die sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 und die Wolframsilizidschicht 20 gemeinsam anisotrop geätzt, wobei die beiden Schichten seitlich leicht das Kontaktloch 10 überragen sollen, um das darin befindliche Polysilizium vollständig zu überdecken. Die so erhaltene Struktur ist in 1b gezeigt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1c wird eine etwa 100 nm dicke Sauerstoffbarrierenschicht aus Iridiumdioxid auf die sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 und das Grundsubstrat 5 aufgetragen und unter Verwendung einer Maske anisotrop geätzt. Dabei ist darauf zu achten, daß die Iridiumdioxidschicht 30 die sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 sowie die Wolframsilizidschicht 20 auch an ihren Seitenbereichen 32 vollständig überdeckt. Dadurch wird ein vollständiger Schutz der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht 25 und der Wolframsilizidschicht 20 vor einem Sauerstoffangriff geschützt sowie ein Kontakt zwischen der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht 25 und einer nachfolgend aufzubringenden Edelmetallschicht 35 aus Platin unterbunden. Durch die Trennung der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht 25 von der Platinschicht 35 soll insbesondere die Ausbildung einer Platiniridiumlegierung unterbunden werden, die möglicherweise zu ungünstigen Grenzflächeneigenschaften der Platinschicht 35 führen könnte.
  • Auf die in 1d dargestellte Edelmetallschicht 35, die optional auch aus Ruthenium bestehen kann, wird eine Strontium-Wismut-Tantalat-Schicht durch ein metallorganisches CVD-Verfahren oder ein MOD-verfahren (z.B. Spin-on Verfahren) unter Verwendung von Beta-Diketonaten abgeschieden. Dies erfolgt bei Temperaturen zwischen 300 und 800°C sowie in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, um die Strontium- und Wismut- Beta-Diketonate zu oxidieren. Abschließend wird eine weitere Edelmetallschicht 45 aus Platin ganzflächig aufgetragen.
    •
  • Verfahrensschritte zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur mit vergrabener sauerstoffhaltiger Iridiumschicht ist in den 2a bis 2f dargestellt. Auch hier wird von einem Grundsubstrat 5 ausgegangen, das optional auch aus zwei Schichten aufgebaut sein kann. Dazu besteht das Grundsubstrat 5 aus einer unteren Siliziumdioxidschicht 50 mit darüber befindlicher Siliziumnitrid oder TEOS-Schicht 55. Das Grundsubstrat 5 weist weiterhin ein Kontaktloch 10 auf, das jedoch nicht bis zur Oberfläche 15 des Grundsubstrats 5 mit Polysilizium gefüllt ist. Zu dieser Struktur gelangt man insbesondere durch einen Rückätzschritt des Polysiliziums nach Auffüllen des Kontaktlochs. Auf diese in 2a dargestellte Struktur wird zunächst nach Reinigung mit Flußsäure eine Platin-, Titan- oder Kobaltschicht mit einer Dicke zwischen 30 und 100 nm aufgetragen und einer Silizidbildung unterworfen. Dabei entsteht ausschließlich im Bereich des mit Polysilizium befüllten Kontaktlochs 10 ein Metallsilizid. Durch unterschiedliche Ätzeigenschaften des gebildeten Metallsilizids gegenüber dem Metall wird die Titan-, Platin- oder Kobaltschicht bis auf das gebildete selbstjustierte Metallsilizid 65 wieder entfernt. Das gebildete Metallsilizid 65 aus Titan-, Platin- oder Kobaltsilizid reicht jedoch nicht bis zur Oberfläche 15 des Grundsubstrats 5, so daß das Kontaktloch 10 noch nicht vollständig aufgefüllt ist.
  • Dies erfolgt erst mit der nun auf das Grundsubstrat 5 aufgetragenen sauerstoffhaltigen Iridiumschicht in einer Materialstärke zwischen 50 und 150 nm. Die sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 wird anschließend bis auf die TEOS-Schicht 55 zurückgeschliffen. Die so erhaltene Struktur, bei der die sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25 bündig mit der Oberfläche 15 des Grundsubstrats 5 abschließt, ist in 2d dargestellt.
  • Nun wird die Sauerstoffbarrierenschicht 30 aus Iridiumdioxid aufgetragen und strukturiert, wobei das Kontaktloch 10 vollständig von dieser Schicht bedeckt ist. Danach werden noch die Edelmetallschicht 35, die metalloxidhaltige Schicht 40 sowie die weitere Edelmetallschicht 45 aufgetragen und geeignet strukturiert.
  • Danach wird ein Hochtemperaturausheilschritt in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zur Auskristallisation der metalloxidhaltigen Schicht 40 durchgeführt. Insbesondere bei der Verwendung von SBT als metalloxidhaltige Schicht 40 muß diese Behandlung bei 800°C für etwa 1 Stunde durchgeführt werden. Während dieser Behandlung soll das SBT vollständig auskristallisieren, um somit eine möglichst hohe remanente Polarisation der SBT-Schicht zu erreichen. Optional kann der Hochtemperaturausheilschritt auch vor der Abscheidung der weiteren Edelmetallschicht 45 erfolgen.
  • Eine Halbleiterspeichereinrichtung, die die erfindungsgemäße mikroelektronische Struktur enthält, ist in 3 dargestellt. Diese Einrichtung umfaßt einen Auswahltransistor 70 und einen Speicherkondensator 75. Der Auswahltransistor 70 umfaßt zwei voneinander getrennte dotierte Gebiete 80 und 85 in einem einkristallinen Siliziumsubstrat 90, die ein Source- und ein Draingebiet des Auswahltransistors 70 darstellen. Auf dem Siliziumsubstrat 90 zwischen den beiden dotierten Gebie ten 80 und 85 ist die Gateelektrode 95 mit untergelegtem Gatedielektrikum 100 angeordnet. Die Gateelektrode 95 und das Gatedielektrikum 100 sind durch seitliche Isolationsstege 105 sowie Isolationsschichten 110 vollständig bedeckt. Die gesamte Struktur ist vom Grundsubstrat 5 vollständig bedeckt. Durch das Grundsubstrat 5 reicht ein Kontaktloch 10 bis zu dem dotierten Gebiet 85, wodurch der auf dem Grundsubstrat 5 sitzende Speicherkondensator 75 mit dem Auswahltransistor verbunden ist.
  • Der Speicherkondensator 75 besteht seinerseits aus einer unteren Elektrode 115, einem Kondensatordielektrikum 40 sowie einer oberen Elektrode 45. Die untere Elektrode umfaßt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Platinschicht 35, eine Iridiumdioxidschicht 30 sowie eine sauerstoffhaltige Iridiumschicht 25. Die untere Elektrode 115 ist somit mehrlagig aufgebaut und umfaßt auch alle notwendigen Barrierenschichten zum Schutz des im Kontaktloch befindlichen Polysiliziums 8 vor einer Oxidation sowie zum Schutz vor einer ungewollten Siliziumdiffusion.
  • Die sauerstoffhaltige Iridiumschicht ist durch einen sehr geringen spezifischen Widerstand charakterisierbar. Dies ist beispielsweise in 4 dargestellt, die Meßkurven von anoxidiertem Iridium (sauerstoffhaltige Iridiumschicht mit Ir(O) gekennzeichnet) auf unterschiedlichen siliziumhaltigen Schichten zeigt. Dazu wurde anoxidiertes Iridium auf Polysilizium, Titansilizid bzw. Platinsilizid in einer 5 %igen Sauerstoffatmosphäre abgeschieden und nachfolgend für etwa 1 ½ Stunden bei unterschiedlichen Temperaturen behandelt. Der spezifische Widerstand ist im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 800°C stets kleiner als 20 μOhm·cm, bei anoxidiertem Iridium auf Platinsilizid sogar deutlich unter 10 μOhm·cm.
  • Die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands vom Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beim Abscheiden der anoxidierten Iridi umschicht ist in 5 gezeigt. Deutlich erkennbar ist ein starker Abfall des spezifischen Widerstands zwischen 2 und 2 ½ % Volumenanteil des Sauerstoffs. Weiterhin ist erkennbar, daß bei einer nachträglichen Temperaturbehandlung bei relativ hohen Temperaturen zwischen 650 und 800°C sogar mit einem weiteren Rückgang des spezifischen Widerstands zu rechnen ist.
  • Die sauerstoffhaltige Iridiumschicht ist weiterhin auch durch ihren relativ geringen Sauerstoffgehalt charakterisierbar. Die stöchiometrischen Verhältnisse der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht weichen deutlich von denen einer Iridiumdioxidschicht (IrO2) ab. Dies äußerst sich z.B. darin, daß in der sauerstoffhaltigen Iridiumschicht mehr Iridium als Sauerstoff enthalten ist.
  • Eine weitere Charakterisierungsmöglichkeit für die sauerstoffhaltige Iridiumschicht besteht darin, daß diese Schicht auf einer siliziumhaltigen Schicht auch bei Temperaturen bis zu 800°C keine zusammenhängende Iridiumsilizidschicht bildet, die durch eine Widerstandsvergrößerung nachweisbar wäre. Daher eignet sich die sauerstoffhaltige Iridiumschicht auch insbesondere als Barrierenschicht in einem Halbleiterspeicher, der als Kondensatordielektrikum ferroelektrisches SBT oder PZT verwendet.

Claims (11)

  1. Mikroelektronische Struktur mit – einem Grundsubstrat (5); – einer siliziumhaltigen Schicht (8, 20); – einer Sauerstoffbarrierenschicht (30) aus einem leitfähigen Metalloxid; und – einer zwischen der siliziumhaltigen Schicht (8, 20) und der Sauerstoffbarrierenschicht (30) angeordneten sauerstoffhaltigen Iridiumschicht (25), die mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Sputtern) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre herstellbar ist, wobei der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre zwischen 2.5 % und 15 % liegt; dadurch gekennzeichnet, daß die siliziumhaltige Schicht (8, 20) und die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) gemeinsam im Grundsubstrat (5) vergraben und vollständig von der Sauerstoffbarrierenschicht (30) bedeckt sind.
  2. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Metalloxid aus Iridiumdioxid oder Rutheniumdioxid besteht.
  3. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die siliziumhaltige Schicht (8, 20) aus Polysilizium oder aus zumindest einem Metallsilizid besteht.
  4. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die siliziumhaltige Schicht (8, 20) aus einer Polysiliziumschicht (8) und zumindest einer Metallsilizidschicht (20) be steht, wobei sich die Metallsilizidschicht (20) zwischen der Polysiliziumschicht (8) und sauerstoffhaltigen Iridiumschicht (25) befindet.
  5. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsilizid wenigstens ein Silizid aus der Gruppe Yttriumsilizid, Titansilizid, Zirkonsilizid, Hafniumsilizid, Vanadiumsilizid, Niobsilizid, Tantalsilizid, Chromsilizid, Molybdänsilizid, Wolframsilizid, Eisensilizid, Cobaltsilizid, Nickelsilizid, Palladiumsilizid, Platinsilizid und Kupfersilizid enthält.
  6. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) eine Dicke von etwa 100 nm, bevorzugt von etwa 20 nm bis 50 nm aufweist.
  7. Mikroelektronische Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Edelmetallschicht (35) die Sauerstoffbarrierenschicht (30) überdeckt.
  8. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Edelmetallschicht (35) von einer metalloxidhaltigen Schicht (40) bedeckt ist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer mikroelektronischen Struktur, wobei die mikroelektronische Struktur ein Grundsubstrat (5) und eine sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) aufweist, wobei die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Sputtern) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden wird und der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre zwischen 2.5 % und 15 % liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die siliziumhaltige Schicht (8, 20) und die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) gemeinsam im Grundsubstrat (5) vergraben und vollständig von der Sauerstoffbarrierenschicht (30) bedeckt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil von Sauerstoff in der Atmosphäre bei etwa 5 % liegt.
  11. Verwendung einer mikroelektronischen Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Halbleiterspeichereinrichtung, die zumindest eine erste (115) und eine zweite Elektrode (45) und dazwischen eine metalloxidhaltige Schicht (40) aufweist, die zusammen einen Speicherkondensator (75) bilden, wobei die sauerstoffhaltige Iridiumschicht (25) zusammen mit der Sauerstoffbarrierenschicht (30) Teil der ersten Elektrode (115) der Halbleiterspeichereinrichtung sind.
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