TW454294B - Method for fabricating a capacitor of a semiconductor device and the structure of the same - Google Patents

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Α7 Β7 五、發明説明（1) c發明之背景〕 請 先 閲 ί背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 本發明總體上僳關於一種半導體装置之電容器，且尤 指一種適用於高度整合之半導體裝置的電容器。又*本發 明涉及一種用於製造該電容器结構的方法。 由於半導體裝置為高度蝥合，而晶格一般尺寸較小， 使得其很難固定與存儲電極之表面積成正比之足夠的存儲 電容器◊特別地，於一 DRAM裝置情形下（其單位晶格 包括一 MO S電晶體與一電容器），高度整合之掴點，意圖 增加電容器（其佔據晶片内之一較大面積）之儲存電容量 ，同時減小電容器所佔據之面積。 訂 各種不同的技術已被提出以提升電容器之儲存電容量 ，該電容量由下式表示： E 〇 X E r X A C = _______________

T 經濟部中央樣準局員工消費合作社印装 其中C代表該電容器之儲存電容量，Ε〇代表一真空管介 電常數，Er代表一電介質膜之介電常數| Α代表電容器 之面積，及T代表該電容器之厚度。 例如，一具有高介電常數之電介質膜係由一薄的B S T ((Ba，Sr)Ti03 )或 PZT (PbUryTixfbs )膜構成 * 各膜具一允許半導體装置被高度整合之高介電常数Er。然 而，此技術具一缺點，即代替電容器之下電極之表面上會 形成小丘與小孔，使得装置之電性不穗並使再生性降低。 -3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 4 5 9 ^ > A7 _B7__ 五、發明説明（V ) 為了克服該缺點，現有另種技術，其中一電容器包括 —下電極與一上電極，兩者均由氧化釕（RU〇2 )或白金 (P t)製成，並且經由熱處理而使之穩定。 當使用氧化釕作電極時，於熱處理之際，電介質膜與 上電極之間出現應力。再者，由於氧氣或矽_上電極及（ 或）下電極擴散至電介質膜内，使電介質膜之特性降低。 另一缺點係氧化釕膜製造媛慢。 於上、下電極由白金製成之情形中，於2 0 0〜30 . .， ου之熱處理之際*矽與矽化物將形成於白金表面，使漏 電流顯著增加。因此，不僅電極之電性變弱，且與絕緣膜 之黏連亦變糟。此外，白金可能由於應力而產生小丘*且 薄膜之特性隨著時間延伸而降低。 利用氧化釕與白金之儍點，一種形成一電極之技術被 提出以解決上述問題，如^.41-31131^以於1 9 9 5年之「積 體撖電物質」第8期第151-163頁中所揭示者。然而，以上 < 之傳統技術亦具有缺點*即電容器之預備製程十分複雜， 致使半導體裝置之可靠性下降。進一步地·該複雜的擊程 致使生產成本增加，生產率降低。 因此，半導體裝置之一電容器之以上傳統製造技術並 不適用於高度整合的半導體装置。 / 〔發明之概要〕.

因此，本發明之一目的係在於服前技中遭遇的上述 問題並堤供一種半導體装置之電容器结構*其具有足K . i -4- ' ^ ……--...-. 一 _ 本紙張尺度適:用一中國國家標率（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4B4&94 at t ____B7_ 五、發明説明（^ ) 適用於高度整合之半導,體裝置的高電容量。 本發明之另一目的係在於提供一種用於製造該電容器 結構之方法。 依據本發明之一特點·—種製造半導逋裝置之一電容 器之方法，包括步驟：準備一半導體基片；於該半導體基 片上形成一釕一白金膜；熱處理該釕一白金膜以於該釕一 白金膜上生成一釕一白金氧化物；及於該釕-白金氧化物 上依序形成一電介質膜與一導電膜。 依據本發明之另一特點，一種製造半導體裝置之一電 容器之方法，包括步驟：準備一半導體基片；於該半導體 基片上形成一下絕緣層，該下絕緣曆具一接觸孔*透過該 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 絕下膜白化上 -, 下該鈦 一氮之 器極。 該與化釕金構 容電物 明 於頭氮該白结 電上化 發 ; 插該於 I 獲 之一氧 本 出觸於 Μ 釕所 置Μ金 解 露接；膜該於 裝膜白 理 暴該膜金於及 體質 I 楚 被於鈦白案； 導介釕 清 積 ·，化一圖膜 半電一 將 面頭氮釕加鈦 種、與 述 定插 一該；與。 一極膜 描 預觸與理物鈦極，電金 的 一 接膜處化化板點下白 例 之一 鈦熱氧氮 ~ 特一 I 施 片成一 ; 金該與一之釕 實 基彤成膜白、膜又上一 ，之 髓内形金 膜質之片括 1 圖 導孔序白釕金介明基包明附 半觸依 I 一白電發體極說照 該接上釕成 I 一本導電要參 - 該之一生釕成據半下簡由 孔之層成上該形依 一 該圖藉 觸層緣彤膜、序 括中附 接緣絕上金物依 包其 t 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 454¾ 94 A7 B7 > 五、發明説明（ •之其它目的與特點，其中： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一圖至第七圖係為剖視示意圃，顯示依據本發明之 一種用於製造半導體裝置之一電容器的方法。 〔較佳實施例的詳细描述） 參看附圖，本發明之較佳實施例之應用將被最佳地理 解，其中相似的參考圖號分別用於相似與對應的部件。 如第一圖所示，首先*於一半導體基片1 1上形成一 下絕緣層1 3，其目的係為令包括一;元件隔離膜（圖中未 示）、一閘極氧化_(圖中未示）及一閘極（圖中未示） 之整個結構平面化。於該閘極彤成，之後，可形成一位元線 。該下絕緣層1 3係由可流動性極佳之絕緣材料製成，如 _隣酸矽玻璃（以下稱為〃 BPSG") ° 隨後，使用一接觸光罩（圔中未示），進行一蝕刻製 程，藉Μ令該下絕緣層1 3選擇性地開放K形成一接觸孔 1 5，透過該接觸孔，一預定面積之半導體基片1 1 ’即 一摻雜面積被暴露出來。 Κ後，於所獲得之结構上（包括該下絕緣層1 3與該 經濟部中央橾準局貝工消費合作杜印装 接觸孔1 5 )，沈積一多晶砂墊層，其後經歷蝕刻Μ於接 . 觸孔1 5内彤成一接觸插頭多晶矽膜L 7. ° -r-—.rJ..-wi—ι.· .； 第二圖係為一钛膜19與一氮化k膜依序形成於 所獲得之结構之後，繼之K沈積一釕一白金膜2 3於該氮 化鈦膜2 1上所取得之剖視圖◊該鈦膜1 9之厚度約為1 00〜30 0A，同時氮化膜2 1之厚度約為200〜4 -6- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） Α7 Β7 454^94 五、發明説明（f) (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) Ο 0A。對於一釕一白金膜2 3，可提供之厚度範圍約為 2000〜5000A。為了沈積釕一白金膜23，進行 一濺鍍製程，其中釕與白金同時被用作濺鍍目標。此用於 釕一白金膜2 3之沈積製痠係利用採用一 D C或RF磁源 之濺鍍。該沈積製程最好係於室溫至7 〇 0¾之基片溫度 範圍内、於一5 0〜5 0 0 0瓦功率下、於一 1毫托爾〜 1 00托爾之壓力下執行1〜1 0分鐘°大氣、氮氣、氬 氣或氧氣均可使用。 隨後，於一氧氣下進行半小時至2小時之熱處理以於 釕一白金膜2 3之表®上生成一氧化物2 5，如第三圖所 示。該釕一白金氧化物25係由RuxOyPtz表示（X、 y與z各表示組分比，同時x + y + z = l)。此熱處理製程係於約 500〜800t：之溫度下進行。 第四圃係為一感光膜圖案2 7彩成於所獲得之结構上 之後取得之一剖面。對於此情彭* 一感光膜（圖中未示） 形成於所獲得之结構上並使用一儲存電極光罩（圖中未示 )而被蝕刻。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 第五圃係為使用該感光膜圖案2 7作為一光罩*該釕 —白金氧化物25、釕一白金膜23、氮化鈦膜2 1及鈦 膜1 9依序被蝕刻以分別彤成一釕一白金氧lb物圖案2 5 a、一釕一白金膜圃案23a、一氮化钛膜圖案2 1 a及 一鈦膜圖案19a，繼之Μ去除該感光膜圖寨2 7之後取 得之剖面。 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 29?公釐) 4 5 4^ 9 4 A7 > B7 五、發明説明（^ ) 此後，一具有高介電常數之電介質2 9於所獲得结構 之上彤成一特定厚度，如第六圖所示。一具有高介電常數 之絕緣膜*如B S T或PZT被用作為電介質膜29。該 電介質膜29最好具一約30◦〜600A之厚度。 最後，如第七圖所示，一導電曆被沈，積於該電介質膜 29之上以形成一板極31，藉此形成一具足夠適用於高 度整合之半導體裝置之電容量的電容器。 如此前所述，由於釕與白金並不形成一複雜的組合结 構，而係同時作為沈積的目標物，故該程序可被簡化。再 者，由於釕與白金之溫合依據本發明可被簡單地控制，故 其可調整電介質膜之特性。此外，釕一白金目標物可使大 氣氧被用於形成釕_白金氧化物之下電極*即儲存電極。 因此，依據本發明*可明顯的提昇半導體裝置之電性 與可靠性，並且最終提供高度整合半導體装置基礎。 本發明已以一舉例_明之方式被描述，可以理解本寨 所用之術語是為了描述之便而無限定之意。

根據本發明之眾多的修改舆變化為可能的。因此可K (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *ΤΓ 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 用 Μ 可 明 發 本。 ’ 施 内實 嚼 Κ 範加 之式 圍方 範它 利其 專的 請外 申之 之者 附述 隨描 於別 ' 特 解述 理上 本紙法尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. ,8 51 U 56 8 須請委tM明示-本案修王後是^^釔原實^杓容 經濟部中央揉準局身工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1.一種製造半導體裝置之一電容器之方法，包括步 驟： 準備一半導體基片； 藉由一個濺鍍製程，並Μ釕與白金作為濺鍍目標，於 該半導體基片上形成一釕一白金膜； 於氧氣下，熱處理該釕-白金膜，以於該釕一白金膜 上生成一釘一白金氧化物；反 依序鈾刻該釕-白金氧化物膜及該釕一白金膜，以彤 成一個儲存電極； 於該釕一白金氧化物上依序形成一電介質膜與一導電 膜0 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括於該 半導體基Η與該釕一白金膜之間形成一钛膜及一氮化钛膜 之步驟。 3，如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該釕一 白金膜係於溫度為室溫至7 0 0 C、功率為5 0〜5 0 0 瓦、沈積壓力為約1奄托爾〜1 00托爾、持縯時間為1 〜1 0分鐘之DC狼鍍製程中形成。 4 ·如申請專利範園第1項所述之方法，其中該釕一 白金膜係於溫度為室溫至7 0 0Ό之間、功率為5 0〜5 0.0瓦、沈積壓力為約1毫托爾〜1 00托爾、持績時間 為1〜10分鐘之RF濺鍍製程中形成。 5*如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該熱處 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4規格（21 〇 X 297公釐〉 5 4^94 AS Π B8 V C8 D8 六、申請專利範圍 I 理步驟係於約5 0 ◦〜8 0 0 °C下持續進行約0 . 5〜2 小時。 (請先閲讀背面之注意事項再r-v,.本頁) 6 ·—種製逭半等體装置之一電容器之方法*包括步 驟： 準備一半導體基片； 於該半導體基片上形成一下絕緣曆，該下絕緣曆具一 接觸孔，透過該接觸孔，該半導體基Η之一預定面積被暴 露出； 於該下涵緣層之該接觸孔內彤成一接觸插頭； 於該接觸插頭與該下絕緣曆之上依序形成一钛膜與一 氮化鈦膜； - 藉由一個濺鍍製程，並以釕與白金作為濺鍍目標，於 該氮化钛膜上形成一釕一白金膜； 於氧氣下*熱處理該釕一白金膜，Κ於該釕-白金g 上生成一釕一白金氧化物； 選擇性地蝕刻該釕-白金氮化物、該釕一白金膜、該 氮化钛與鈦膜，以形成一個儲存電極；及 經濟部中央橾隼局®ί工消费合作社印製 於所獲结構之上依序形成一電介質膜與一板槿。 7 *如申請專利範圃第6項所述之方法，其中該下絕 緣膜係由具極佳可流動性之硼磷酸矽玻璃材料製成。 8 *如申請專利範圍第6項所述之方法，·其中該接觸 插頭係由多晶矽形成。 9.如申請專利範圃第6項所述之方法，其中該鈦膜 -2 - 本紙張Λ度適用中國國家標準（CNS) Λ4規格（2t〇X297公Μ ) jiwn AS B8 C8 D8 六'申請專利範圍 係形成約1〇0〜3 Ο〇A之厚度。 1 0 ·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氮 化钛膜係形成約200〜400A之厚度。 1 1 ·如申請專利範圃第S項所述之方法，其中該 釕—白金膜係於溫度為室溫至7 0 〇 °c之間、功率為5 0 〜5 0 0瓦、沈積壓力為約1毫托爾〜1 〇 〇托爾、捋續 時間為1〜10分鐘之DC濺鍍製程中彫成。 1 2 ·如申請專利範園第6項所述之方法V其中該釕 —白金膜係於溫.度為室溫至7 00¾、坊率為50〜50 〇瓦、沈積壓力為約1毫托爾〜1〇〇托爾、持續時間為 1〜10分鐘之RF濺鍍製程中形成。 1 3 ‘如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該熱 處理步驟係於約500〜8 5 0D下持鑕進行約〇 . 5〜 2小時。 1 4 ♦如申請專利範圃第6項所述之方法，其中該電 介質膜係形成300〜600A之厚度。 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 本紙張尺度適用中國圃家樣率（CNS) Λ4規格{ 210X297公釐）