EP1114451A1 - Mikroelektronische struktur, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung in einer speicherzelle - Google Patents

Mikroelektronische struktur, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung in einer speicherzelle

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EP1114451A1
EP1114451A1 EP99952272A EP99952272A EP1114451A1 EP 1114451 A1 EP1114451 A1 EP 1114451A1 EP 99952272 A EP99952272 A EP 99952272A EP 99952272 A EP99952272 A EP 99952272A EP 1114451 A1 EP1114451 A1 EP 1114451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
electrode
microelectronic
titanium nitride
barrier
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Withdrawn
Application number
EP99952272A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Wendt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1114451A1 publication Critical patent/EP1114451A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40—Capacitors
    • H01L28/60—Electrodes

Definitions

  • Microelectronic structure process for its production and its use in a memory cell.
  • the invention relates to an microelectronic structure with a semiconductor structure, a barrier structure, an electrode structure and a dielectric structure made of a high-epsilon material. Such structures are used in particular as part of a capacitor.
  • high-epsilon materials are used as a dielectric for capacitor structures. Such capacitors are used in particular as a storage capacitor or as part of a sensor element. Dielectric materials that have a dielectric constant ⁇ > 10 are referred to as high-epsilon material.
  • the high-epsilon materials include paraelectric and ferroelectric materials.
  • banum strontium titanate (BST) and strontium bismuth tantalate (SBT) are examined with regard to their use as a storage dielectric in a storage capacitor.
  • the deposition of high-epsilon materials is usually carried out by metal-organic deposition in MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MOD (metal organic deposition) processes, which are carried out at high temperatures in an oxygen-containing atmosphere.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MOD metal organic deposition
  • post-heating in oxygen is also necessary, which is carried out at BST at 550 ° C.
  • TaSiN is to be used.
  • additional equipment with expensive targets is he ⁇ conducive for the deposition of these materials.
  • the invention is based on the problem to provide a micro-electro- ⁇ African structure with a semiconductor structure, a barrier structure, an electrode structure and a dielectric structure of a high-epsilon material, satisfying the requirements in the preparation of a storage capacitor and which can be manufactured without expensive equipment.
  • the microelectronic structure has an electrode structure which has a tensile mechanical layer tension.
  • the term stress is also used by experts for mechanical layer tension.
  • the invention makes it Take advantage of the knowledge that high-epsilon materials deposited at high temperatures have a tensile layer tension.
  • the invention makes use of the knowledge that the layer voltage of the electrode structure determines the total layer voltage of the electrode structure and the barrier structure. Because the electrode structure has a tensile layer voltage in the structure according to the invention, that is to say the layer voltage is greater than 0 Pa and the structure bulges away from the base at the edge of the structure, the dielectric structure and the base on which this creates a similar layer tension. This avoids a change in the layer voltage due to the application of the dielectric structure. Such a change in the layer voltage is responsible for the detachment of the electrode structure from the barrier structure in the known method and for the oxidation of the barrier structure in a known method.
  • the dielectric structure can be formed from any high-epsilon material.
  • the dielectric structure comprises barium strontium titanate (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead zirconium titanate (PZT) or the like.
  • the electrode structure contains platinum, which is widely used as an electrode material in connection with high-epsilon materials because of its reaction behavior.
  • the platinum electrode structure with a specific resistance in the range between 10.5 and 13 ⁇ cm is preferably used. It has been shown that platinum with a specific resistance in this range additionally has a diffusion effect for oxygen. This is probably due to the higher density of the platinum. This diffusion barrier effect makes the underlying one Barrier structure additionally protected against oxidation during the deposition of the dielectric layer.
  • the platm m of the electrode structure preferably has an average grain size between 60 and 100 nm. In this large area of the medium grain size, Platm has a sharp [111] texture, which has proven to be advantageous for the quality of the dielectric structure deposited thereon.
  • the barrier structure in such a way that it contains a titanium layer and a titanium nitride layer, since these materials are common and well investigated as semiconductor materials in semiconductor technology.
  • the titanium nitride layer preferably has a specific resistance in the range between 70 and 200 ⁇ cm. This reduces the layer resistance of the barrier structure and the electrode structure.
  • the barrier structure preferably has a layer tension> -200 MPa, so that the combination of barrier structure and electrode structure has a tensile layer tension. It is particularly advantageous if the layer tension of the barrier structure is> 200 MPa, since the barrier structure then also has a tensile layer tension.
  • the semiconductor structure preferably contains silicon, the barrier structure titanium nitride and titanium, the titanium layer having a thickness between 10 and 40 nm and the titanium layer having a thickness between 80 and 200 nm.
  • the electron structure contains platm and has a thickness between 50 and 200 nm.
  • the dielectric structure has BST and a thickness between 8 and 50 nm.
  • the dielectric structure contains another high-epsilon material, in particular lead-zirconium-titanate or strontium-bismuth-tantalate.
  • the materials of the barrier structure and the electrode structure are adapted to the material of the respective dielectric structure.
  • the electrode structure is formed by sputtering platm at a sputtering temperature of at least 200 ° C. It has been shown that the mechanical layer tension of the electrode structure is essentially a function of the deposition temperature. When platinum is deposited by sputtering at a sputtering temperature of at least 200 ° C., the mechanical layer tension, for which the term stress is often used in the specialist literature, is tensile.
  • the sputtering temperature for the deposition of the electrode structure from platinum is preferably chosen between 450 and 550 ° C. It has been shown that, at this higher deposition temperature, a lower layer resistance of the platinum, a larger average grain size of the platinum and a pronounced [111] layer texture are additionally achieved. In addition, it was observed that platinum sputtered at a higher temperature is a better diffusion camera for oxygen and thus more effectively protects the underlying barrier structure against oxidation during the deposition of the dielectric structure.
  • the sputtering power is set in the range between 0.5 and 2 kW and the sputtering pressure in the range between 1 and 5 mTorr.
  • the barrier layer is preferably formed from a titanium layer and a titanium nitride layer.
  • the titanium nitride layer is formed by sputtering in an atmosphere with at least 70 percent nitrogen.
  • the nitrogen content is determined as the ratio of the gas flows in standard cubic centimeters (sccm).
  • a gas mixture of argon and nitrogen is preferably used for sputtering the titanium nitride.
  • the pressure is preferably between 5 and 15 mTorr. It has been shown that the oxidability of the barrier structure is reduced by the high nitrogen content m in the sputtering atmosphere.
  • the titanium nitride layer is preferably deposited at temperatures between 400 and 500 ° C. and a nitrogen content of 80 percent in the sputtering atmosphere. This further reduces the oxidizability of the barrier structure. In addition, the mechanical layer stresses in the barrier structure become zero or slightly tensile.
  • the microelectronic structure can advantageously be used as part of a storage capacitor in a memory cell, the electrode structure representing a first electrode of the storage capacitor.
  • the storage capacitor also has a second electrode, which is arranged on the side of the dielectric structure opposite the first electrode.
  • microelectronic structure can be used as part of a sensor or actuator.
  • FIG. 1 shows a section through a memory cell with a storage capacitor, which has a microelectronic structure with a semiconductor structure, a bar- structure, an electrode structure and a dielectric structure.
  • Figure 2 shows the relationship between sputtering temperature and mechanical layer tension of a platinum layer.
  • FIG. 3 shows the relationship between the mechanical layer stress and the sputtering temperature of a Pt / TiN / Ti stack.
  • Em semiconductor substrate 1 contains a memory cell arrangement with a plurality of memory cells.
  • Each of the memory cells has a selection transistor with two source / dram regions 2, a gate oxide region 3, a gate electrode 4 and a storage capacitor with an electrode structure 5, a dielectric structure 6 and an upper electrode structure 7 (see FIG. 1).
  • the gate electrode 4 is connected to a word line
  • one of the source / dram regions 2 is connected to a bit line 8.
  • An intermediate oxide layer 9 covers the selection transistor.
  • a contact hole is provided in the intermediate oxide layer 9, which extends to the other source / dram region 2, which is not connected to the bit line 8, and which is filled with a semiconductor structure 10.
  • the semiconductor structure 10 contains doped polysilicon.
  • the barner structure 11 comprises a titanium layer 111 and a titanium nitride layer 112 arranged above it.
  • the titanium layer 111 has a thickness of 20 nm.
  • the titanium nitride layer 112 has a thickness of 100 nm.
  • the barrier structure 11 is electrically conductive. Together with the semiconductor structure 10 made of n + -doped polysilicon with a dopant concentration of 5 xl ⁇ l9 k ls 5 x it establishes an electrical connection between the Source / Dram Geb ⁇ et 2 and the lower electrode structure 5 of the storage capacitor.
  • the lower electrode structure 5 of the storage capacitor has a thickness of 100 nm. It contains platinum.
  • the dielectric structure 6 contains BST and has a thickness of 50 nm.
  • the upper electrode structure 7 contains platm and has a thickness of 100 nm.
  • a 20 nm thick titanium layer 111 is first deposited m Ar at a pressure of 1 to 5 mTorr and a sputtering power between 1 and 5 kW. Then, in a reactive sputtering process, a gas mixture of argon and nitrogen at a pressure between 5 and 15 mTorr, a sputtering power of 6.5 kW and a nitrogen content of 80 percent in the sputtering atmosphere, the 100 nm thick titanium nitride layer 112 is deposited. The temperature during the deposition is 400 to 500 ° C. With these deposition insulation, the mechanical layer tension of the barrier structure 11 is zero to slightly tensile.
  • these deposition conditions mean that the nitrogen content m of the titanium nitride layer 112 with a stoichiometry N: T ⁇ > 1.
  • the barrier structure 11 has a specific sheet resistance of 90 ⁇ cm.
  • the lower electrode structure 5 is deposited from platm in a sputtering process at a deposition temperature between 450 and 550 ° C., a pressure of 3.5 mTorr and a sputtering power of 0.5 kW. With these deposition parameters, the lower electrode structure 5 has a tensile layer tension. Furthermore, the lower electrode structure 5 has a specific resistance of 11 ⁇ cm. It has a sharp [111] texture. Due to the separation conditions, the lower electrode structure 5 also shows a good diffusion barrier effect for oxygen.
  • FIG. 2 shows the dependence of the mechanical layer tension, also called stress, on a 100 nm thick platinum layer, which was deposited with a sputtering power of 0.5 kW, a gas flow of 65 sccm argon and a sputtering pressure of 3.5 mTorr, m Dependence of the temperature T m ° C shown. It shows that the mechanical layer tension S> 0 becomes from a deposition temperature of about 200 ° C. This means that the layer has a tensile layer tension.
  • the layer tension S is determined as follows: The shape or position of the wafer between the capacitor plates is determined capacitively or by means of a laser at various points on the wafer. By comparing with a plan
  • Layer voltage S and the sputtering temperature T are shown for a stack which has a 20 nm thick titanium layer, a 100 nm thick titanium nitride layer arranged thereon and a 100 nm thick platinum layer arranged thereon.
  • Curve 3a shows the relationship in the event that the titanium layer and titanium nitride layer are deposited at a deposition temperature of 450 ° C., while the deposition temperature of the platinum layer varies.
  • Curve 3b shows the relationship in the event that the platinum layer is deposited at 500 ° C. and the deposition temperature of the titanium nitride layer and the titanium layer varies.
  • the mechanical layer stress S of the platinum layer is a function of the deposition temperature of the platinum layer. This means that the resulting layer tension of the stack (see FIG. 3) is essentially determined by the layer tension of the platinum layer.

Abstract

Eine mikroelektronische Struktur, die insbesondere als Teil eines Speicherkondensators geeignet ist, umfasst eine Halbleiterstruktur (10), eine Barrierestruktur (11), eine Elektrodenstruktur (5) und eine dielektrische Struktur (6) aus einem Hochepsilonmaterial. Die Elektrodenstruktur (5) weist eine tensile mechanische Schichtspannung auf. Die Herstellung der mikroelektronischen Struktur erfolgt insbesondere durch Sputtern von Platin zur Bildung der Elektrodenstruktur (5) bei einer Sputtertemperatur von mindestens 200 DEG C.

Description

Beschreibung
Mikroelektronische Struktur, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung m einer Speicherzelle.
Die Erfindung betrifft eine iriikroelektronische Struktur mit einer Halbleiterstruktur, einer Barrierestruktur, einer Elek- trodenstruktur und einer dielektrischen Struktur aus einem Hochepsilonmaterial. Derartige Strukturen finden insbesondere als Teil eines Kondensators Anwendung.
Mit zunehmender Miniaturisierung der Halbleiterschaltungsan- ordnungen, insbesondere Speicherzellenanordnungen, finden Hochepsilonmaterialien Anwendung als Dielektrikum für Konden- satorstrukturen. Derartige Kondensatoren werden insbesondere als Speicherkondensator oder als Teil eines Sensorelementes eingesetzt. Als Hochepsilonmaterial werden dielektrische Materialien bezeichnet, die eine Dielektrizitätskonstante ε > 10 aufweisen. Insbesondere gehören zu den Hochepsilonmateπa- lien paraelektrische und ferroelektrischen Materialien. Insbesondere werden Banum-Strontium-Titanat (BST) und Stronti- um-Wismut-Tantalat (SBT) im Hinblick auf ihren Einsatz als Speicherdielektπkum m einem Speicherkondensator untersucht.
Die Abscheidung von Hochepsilonmaterialien erfolgt meist durch metallorganische Abscheidung m MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) - oder MOD (metal organic depositi- on) -Prozessen, die bei hohen Temperaturen m sauerstoffhalti- ger Atmosphäre durchgeführt werden. Um die für Speicheranwen- düngen gewünschten Leckstrome von weniger als 10~8 A/cm2 zu erzielen, ist ferner eine Nachtemperung m Sauerstoff notig, die bei BST bei 550°C durchgeführt wird.
Es ist vorgeschlagen worden (siehe US-PS 5 005 102) , bei der Herstellung von Kondensatoren m integrierten Schaltungen zum Schutz von unterhalb des Hochepsilonmateπals angeordneten Halbleiterstrukturen eine Barriereschicht aus Ti- tan/Titannitrid zu verwenden.
Untersuchungen (siehe zum Beispiel J. 0. Olowolafe et al, J. Appl. Phys. Bd. 73, Nr. 4, 1993, Seiten 1764 bis 1772) zeigen, daß bei Verwendung einer Barriere aus Titan/Titannitrid beim Abscheideprozeß des Hochepsilonmateπals die Barriere leicht oxidiert wird und T1O2 gebildet wird, das ein Isolator ist und die Leitfähigkeit der Elektrodenstruktur beeintrach- tigt. Außerdem lost sich Titannitrid bei hohen Temperaturen ab, was zur Zerstörung der Speicherkondensatoren fuhren kann.
Deshalb ist vorgeschlagen worden (siehe T. Hara et al, Jpn. J. Appl. Phys. Bd. 36 (1997), Seiten L893 bis L895) , als Bar- riere ein Material, das aus drei Komponenten, zum Beispiel
TaSiN, besteht, zu verwenden. Zur Abscheidung dieser Materialien ist jedoch zusätzliches Equipment mit teuren Targets er¬ forderlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine mikroelektro¬ nische Struktur mit einer Halbleiterstruktur, einer Barrierestruktur, einer Elektrodenstruktur und einer dielektrischen Struktur aus einem Hochepsilonmaterial anzugeben, die den Erfordernissen bei der Herstellung eines Speicherkondensators genügt und die ohne aufwendiges Equipment herstellbar ist.
Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur angegeben werden.
Dieses Problem wird erfmdungsgemaß gelost durch eine mikro- elektronische Struktur gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.
Die mikroelektronische Struktur weist eine Elektrodenstruktur auf, die eine tensile mechanische Schichtspannung aufweist. Für die mechanische Schichtspannung ist m der Fachwelt auch der Begriff Stress gebrauchlich. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei hohen Temperaturen abgeschiedene Hochepsilonmaterialien eine tensile Schichtspannung aufweisen. Darüber hinaus macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß die Schichtspannung der Elektrodenstruktur die Gesamtschichtspannung von Elektrodenstruktur und Barrierestruktur bestimmt. Dadurch, daß m der erfmdungsgemaßen Struktur die Elektrodenstruktur eine tensile Schichtspannung aufweist, das heißt, die Schichtspannung ist großer als 0 Pa und die Struktur wölbt sich am Rand der Struktur von der Un- terlage weg, weisen die dielektrische Struktur und die Unterlage, auf der diese erzeugt wird, eine ähnliche Schichtspannung auf. Dadurch wird ein Wechsel der Schichtspannung durch das Aufbringen der dielektrischen Struktur vermieden. Em derartiger Wechsel der Schichtspannung wird für das Ablosen der Elektrodenstruktur von der Barrierestruktur m dem be- Kannten Verfahren und die Oxidation der Barrierestruktur in αem bekannten Verfahren verantwortlich gemacht.
Die dielektrische Struktur kann aus beliebigem Hochepsilonma- terial gebildet werden. Insbesondere weist die dielektrische Struktur Baπum-Strontium-Titanat (BST) , Strontium-Wismut- Tantalat (SBT), Blei-Zirkon-Titantat (PZT) oder ähnliches auf .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung enthalt die Elektrodenstruktur Platin, das als Elektrodenmaterial im Zusammenhang mit Hochepsilonmaterialien wegen seines Reaktionsverhal- tens vielfach verwendet wird.
Vorzugsweise wird die Elektrodenstruktur aus Platin mit einem spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 10,5 und 13 μΩcm eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß Platin mit einem spezifischen Widerstand m diesem Bereich zusätzlich eine Diffusi- onsbamerewirkung für Sauerstoff aufweist. Diese ist vermut- lieh auf die höhere Dichte des Platins zurückzuführen. Durch diese Diffusionsbarrierewirkung wird die darunterliegende Barrierestruktur bei der Abscheidung der dielektrischen Schicht zusatzlich gegen Aufoxidation geschützt.
Vorzugsweise weist das Platm m der Elektrodenstruktur eine mittlere Korngroße zwischen 60 und 100 nm auf. In diesem Gro- ßenbereich der mittleren Korngroße weist Platm eine scharfe [111] -Textur auf, die sich als vorteilhaft für die Qualltat der darauf abgeschiedenen dielektrischen Struktur erwiesen hat.
Es ist besonders vorteilhaft, die Barrierestruktur so vorzusehen, daß sie eine Titanschicht und eine Titannitridschicht enthalt, da diese Materialien als Barπerematerialien m der Halbleitertechnologie üblich und gut untersucht sind. Vor- zugsweise weist die Titannitridschicht einen spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 70 und 200 μΩcm auf. Dadurch wird der Schichtwiderstand von Barrierestruktur und Elektrodenstruktur reduziert.
Es ist besonders vorteilhaft, die Titannitridschicht mit einer Stochiometrie N:Tι > 1 vorzusehen, da dadurch die Oxi- dierbarkeit der Barrierestruktur verringert wird.
Vorzugsweise weist die Barrierestruktur eine Schichtspannung > -200 MPa auf, so daß die Kombination aus Barrierestruktur und Elektrodenstruktur eine tensile Schichtspannung hat. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Schichtspannung der Barrierestruktur > 200 MPa ist, da dann auch die Barrierestruktur eine tensile Schichtspannung hat.
Vorzugsweise enthalt die Halbleiterstruktur Silizium, die Barrierestruktur Titannitrid und Titan, wobei die Titanschicht eine Dicke zwischen 10 und 40 nm und die Titanmtπd- schicht eine Dicke zwischen 80 und 200 nm aufweist. Die Elek- tronenstruktur enthalt Platm und weist eine Dicke zwischen 50 und 200 nm auf. Die dielektrische Struktur weist BST auf und eine Dicke zwischen 8 und 50 nm. Alternativ enthalt die dielektrische Struktur em anderes Hochepsilonmaterial, insbesondere Blei-Zirkon-Titanat oder Strontium-Wismut-Tantalat . Die Materialien der Barrierestruk- tur und der Elektrodenstruktur werden m diesem Fall auf das Material der jeweiligen dielektrischen Struktur angepaßt.
Zur Herstellung der mikroelektronischen Struktur ist es vorteilhaft, auf einem Trager einen Schichtstapel zu erzeugen, der die Halbleiterstruktur, die Barrierestruktur, die Elektrodenstruktur und die dielektrische Struktur aufweist. Die Elektrodenstruktur wird durch Sputtern von Platm bei einer Sputtertemperatur von mindestens 200°C gebildet. Es hat sich gezeigt, daß die mechanische Schichtspannung der Elektroden- Struktur im wesentlichen eine Funktion der Abscheidetemperatur ist. Bei Abscheidung von Platm durch Sputtern bei einer Sputtertemperatur von mindestens 200°C ist die mechanische Schichtspannung, für die m der Fachliteratur auch oft der Begriff Streß verwendet wird, tensil.
Vorzugsweise wird die Sputtertemperatur für die Abscheidung der Elektrodenstruktur aus Platin zwischen 450 und 550°C gewählt. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser höheren Abscheidetemperatur zusatzlich em geringerer Schichtwiderstand des Platins, eine größere mittlere Korngroße des Platins und eine ausgeprägte [111] -Schichttextur erzielt wird. Darüber hinaus wurde beobachtet, daß bei höheren Temperatur gesputtertes Platm eine bessere Diffusionsbamere für Sauerstoff darstellt und dadurch die darunterliegende Barrierestruktur wah- rend der Abscheidung der dielektrischen Struktur effektiver gegen Aufoxidation sch tzt.
Es hat sich gezeigt, daß die gewählte Leistung und der Druck beim Sputtern nur einen geringen Einfluß auf die Eigenschaf- ten des Platins der Elektrodenstruktur haben. Die Sputterlei- stung wird im Bereich zwischen 0,5 und 2 kW und der Sputter- druck im Bereich zwischen 1 und 5 mTorr eingestellt. Vorzugsweise wird die Barriereschicht aus einer Titanschicht und einer Titannitridschicht gebildet. Die Titannitridschicht wird durch Sputtern m einer Atmosphäre mit mindestens 70 Prozent Stickstoffanteil gebildet. Der Stickstoffanteil wird als Verhältnis der Gasflusse m Standardkubikzentimeter (sccm) bestimmt. Vorzugsweise wird zum Sputtern des Titannitrids em Gasgemisch aus Argon und Stickstoff verwendet. Der Druck liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15 mTorr. Es hat sich gezeigt, daß durch den hohen Stickstoffanteil m der Sputte- ratmosphare die Oxidierbarkeit der Barrierestruktur verringert wird.
Vorzugsweise wird die Titannitridschicht bei Temperaturen zwischen 400 und 500°C und einem Stickstoffanteil von 80 Prozent m der Sputteratmosphare abgeschieden. Dadurch wird die Oxidierbarkeit der Barrierestruktur weiter verringert. Darüber hinaus werden die mechanischen Schichtspannungen m der Barrierestruktur Null oder leicht tensil.
Die mikroelektronische Struktur ist vorteilhaft als Teil eines Speicherkondensators m einer Speicherzelle einsetzbar, wobei die Elektrodenstruktur eine erste Elektrode des Speicherkondensators darstellt. Der Speicherkondensator weist darüber hinaus eine zweite Elektrode auf, die auf der der ersten Elektrode gegenüberliegenden Seite der dielektrischen Struktur angeordnet ist.
Alternativ ist die mikroelektronische Struktur als Teil eines Sensors oder Aktuators einsetzbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels und der Figuren naher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Speicherzelle mit einem Speicherkondensator, der eine mikroelektronische Struktur mit einer Halbleiterstruktur, einer Barne- restruktur, einer Elektrodenstruktur und einer dielektrischen Struktur enthalt.
Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Sputtertemperatur und mechanischer Schichtspannung einer Platmschicht .
Figur 3 zeigt den Zusammenhang zwischen mechanischer Schichtspannung und Sputtertemperatur eines Pt/TiN/Ti-Stapels.
Em Halbleitersubstrat 1 enthalt eine Speicherzellenanordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen. Jede der Speicherzellen weist einen Auswahltransistor mit zwei Source-/Dram- Gebieten 2, einen Gateoxidbereich 3, einer Gateelektrode 4 und einen Speicherkondensator mit einer Elektrodenstruktur 5, einer dielektrischen Struktur 6 und einer oberen Elektrodenstruktur 7 auf (siehe Figur 1) . Die Gateelektrode 4 ist mit einer Wortleitung verbunden, eines der Source-/Dram-Gebιete 2 ist mit einer Bitleitung 8 verbunden. Eine Zwischenoxid- schicht 9 bedeckt den Auswahltransistor. In der Zwischenoxid- schicht 9 ist em Kontaktloch vorgesehen, das auf das andere Source-/Dram-Gebιet 2, das nicht mit der Bitleitung 8 verbunden ist, reicht und das mit einer Halbleiterstruktur 10 aufgefüllt ist. Die Halbleiterstruktur 10 enthalt dotiertes Polysilizium. An der Oberflache der Halbleiterstruktur 10 ist eine Barrierestruktur 11 angeordnet, die die Oberflache der Halbleiterstruktur 10 vollständig abdeckt. Die Barnerstruk- tur 11 umfaßt eine Titanschicht 111 und eine darüber angeordnete Titannitridschicht 112. Die Titanschicht 111 weist eine Dicke von 20 nm auf. Die Titannitridschicht 112 weist eine Dicke von 100 nm auf.
Die Barrierestruktur 11 ist elektrisch leitfahig. Gemeinsam mit der Halbleiterstruktur 10 aus n+-dotιertem Polysilizium mit einer Dotierstoffkonzentration von 5 xlθl9 kls 5 x stellt sie eine elektrische Verbindung zwischen dem Source-/Dram-Gebιet 2 und der unteren Elektrodenstruktur 5 des Speicherkondensators dar.
Die untere Elektrodenstruktur 5 des Speicherkondensators weist eine Dicke von 100 nm auf. Sie enthalt Platin.
Die dielektrische Struktur 6 enthalt BST und weist eine Dicke von 50 nm auf.
Die obere Elektrodenstruktur 7 enthalt Platm und weist eine Dicke von 100 nm auf.
Zur Herstellung der Barrierestruktur 11 und der unteren Elektrodenstruktur 5 wird zunächst m Ar bei einem Druck von 1 bis 5 mTorr und einer Sputterleistung zwischen 1 und 5 kW eine 20 nm dicke Titanschicht 111 abgeschieden. Anschließend wird m einem reaktiven Sputterprozeß einem Gasgemisch aus Argon und Stickstoff bei einem Druck zwischen 5 und 15 mTorr, einer Sputterleistung von 6,5 kW und einem Stickstoffanteil von 80 Prozent m der Sputteratmosphare die 100 nm dicke Titannitridschicht 112 abgeschieden. Die Temperatur bei der Abscheidung betragt 400 bis 500°C. Bei diesen Abscheideoedm- gungen ist die mechanische Schichtspannung der Barrierestruktur 11 Null bis leicht tensil. Sie ist großer als - 200 MPa. Ferner bedingen diese Abscheidebedingungen, daß der Stick- stoffanteil m der Titannitridschicht 112 mit einer Stochio- metrie N:Tι > 1 ist. Die Barrierestruktur 11 weist einen spezifischen Schichtwiderstand von 90 μΩcm auf.
Nachfolgend wird m einem Sputterprozeß bei einer Abscheidetemperatur zwischen 450 und 550° C, einem Druck von 3,5 mTorr und einer Sputterleistung von 0,5 kW die untere Elektrodenstruktur 5 aus Platm abgeschieden. Bei diesen Abscheideparametern weist die untere Elektrodenstruktur 5 eine tensile Schichtspannung auf. Ferner weist die untere Elektrodenstruktur 5 einen spezifischen Widerstand von 11 μΩcm auf. Sie weist eine scharfe [111] -Textur auf. Durch die Abscheidebe- dingungen zeigt die untere Elektrodenstruktur 5 darußer hinaus eine gute Diffusionsbarrierewirkung für Sauerstoff.
In Figur 2 ist die Abhängigkeit der mechanischen Schichtspan- nung, auch Stress genannt, einer 100 nm dicken Platmschicht, die bei einer Sputterleistung von 0,5 kW, einem Gasfluß von 65 sccm Argon und einem Sputterdruck von 3,5 mTorr abgeschieden wurde, m Abhängigkeit der Temperatur T m °C dargestellt. Es zeigt, daß ab einer Abscheidetemperatur von etwa 200°C die mechanische Schichtspannung S > 0 wird. Das heißt, die Schicht weist eine tensile Schichtspannung auf. Die Schichtspannung S wird folgendermaßen bestimmt: Kapazitiv oder mittels eines Lasers wird an verschiedenen Stellen des Wafers die Form oder Position des Wafers zwischen den Konden- satorplatten bestimmt. Durch Vergleich mit einer planen
Scheibe kann die Scheibenverbiegung ermittelt und damit der Stress nach R. Glang (Rev. of Sei. Instr., 36 (1965) Seite 7) berechnet werden.
In Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen der mechanischen
Schichtspannung S und der Sputtertemperatur T für einen Stapel dargestellt, der eine 20 nm dicke Titanschicht, eine darauf angeordnete 100 nm dicke Titannitridschicht und eine darauf angeordnete 100 nm dicke Platmschicht aufweist. Die Kur- ve 3a zeigt den Zusammenhang für den Fall, daß die Titanschicht und Titannitridschicht bei einer Abscheidetemperatur von 450°C abgeschieden werden, wahrend die Abscheidetemperatur der Platmschicht variiert. Die Kurve 3b zeigt den Zusammenhang für den Fall, daß die Platmschicht bei 500°C abge- schieden wird und die Abscheidetemperatur der Titannitridschicht und der Titanschicht variiert.
Der Kurve 3a ist zu entnehmen, daß die mechanische Schichtspannung des Stapels mit zunehmender Abscheidetempera- tur des Platins zunehmend tensil wird. Der Kurve 3b ist zu entnehmen, daß die Schichtspannung S des Stapels durch die zunehmende Abscheidetemperatur der Titannitridschicht und der Titanschicht kaum beeinflußt wird. Em Vergleich der Kurven 3a und 3b zeigt, daß die Schichtspannung des Stapels im wesentlichen durch die Abscheidetemperatur des Platins beeinflußt wird.
Wie Figur 2 entnehmbar ist, ist die mechanische Schichtspannung S der Platmschicht eine Funktion der Abscheidetemperatur der Platmschicht. Das heißt, die resultierende Schichtspannung des Stapels (siehe Figur 3) wird im wesentli- chen durch die Schichtspannung der Platmschicht bestimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Mikroelektronische Struktur
- mit einer Halbleiterstruktur (10),
- mit einer Barπerstruktur (11),
- mit einer Elektrodenstruktur (5) ,
- mit einer dielektrischen Struktur (6) aus einem Hochepsilonmaterial, - bei der die Elektrodenstruktur (5) eine tensile mechanische Schichtspannung aufweist.
2. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1, bei der die Elektrodenstruktur (5) Platm enthalt.
3. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 1, bei der die Elektrodenstruktur (5) einen spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 10,5 und 13 μΩcm aufweist.
4. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Platm m der Elektrodenstruktur (5) eine mittlere Korngroße zwischen 60 und 100 nm aufweist.
5. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Barrierestruktur (11) eine Titanschicht (111; und eine Titannitridschicht (112) enthalt.
6. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 5, bei der die Titannitridscnicht (112) einen spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 70 und 200 μΩcm aufweist.
7. Mikroelektronische Struktur nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Titannitridschicht (112) eine Stochiometπe N:Tι > 1 aufweist.
8. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Barrierestruktur (11) eine mechanische Schichtspannung > - 200 MPa aufweist.
9. Mikroelektronische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis
- bei der die Halbleiterstruktur (10) Silizium enthalt,
- bei der die Barrierestruktur (11) Titannitrid m einer Dik- ke zwischen 80 und 200 nm und Titan m einer Dicke zwischen 10 und 40 nm enthalt,
- bei der die Elektrodenstruktur (5) Platm m einer Dicke zwischen 50 und 200 nm enthalt,
- bei der die dielektrische Struktur (6) BST enthalt.
10. Verfahren zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur,
- bei dem em Schichtstapel erzeugt wird, der eine Halbleiterstruktur (10), eine Barrierestruktur (11), eine Elektro- denstruktur (5) und eine dielektrische Struktur (6) aus einem Hochepsilonmaterial erzeugt werden,
- bei dem die Elektrodenstruktur (5) durch Sputtern von Platm bei einer Sputtertemperatur von mindestens 200°C gebil- det wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Sputtertemperatur zwischen 450 und 550°C liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, - bei dem zur Bildung der Bamerstruktur (11) eine Titanschicht (111) und eine Titannitridschicht (112) erzeugt werden,
- bei dem die Titannitridschicht (112) durch Sputtern m ei¬ ner Atmosphäre mit mindestens 70 Prozent Stickstoffanteil gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Titannitridschicht (112) bei einer Temperatur zwischen 400 und 500°C und mit einem Stickstoffanteil von mindestens 80 Prozent gesputtert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
- bei dem die Halbleiterstruktur aus Silizium gebildet wird,
- bei dem die Barrierestruktur (11) aus Titan mit einer Dicke zwischen 10 und 40 nm und Titannitrid mit einer Dicke zwi- sehen 80 und 200 nm gebildet wird,
- bei dem die Elektrodenstruktur (5) m einer Dicke zwischen 50 und 200 nm gebildet wird,
- bei dem die dielektrische Struktur (6) aus Barium- Strontium-Titanat gebildet wird.
15. Verwendung einer mikroelektronischen Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Teil eines Speicherkondensators ei- ner Speicherzelle, wobei die Elektrodenstruktur eine erste Elektrode des Speicherkondensators darstellt und der Spei- cherkondenstor auf der der ersten Elektroden gegenüberliegenden Seite der dielektrischen Struktur (6) eine zweite Elektrode (7) aufweist.
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