TW459381B - Method for making an integrated circuit capacitor including tantalum pentoxide - Google Patents
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4 5938 五、發明說明(1 ) 相關之申請 本申請根據以前申請之共同臨時申請序號6 〇/ 115,530 1999,1,12提出。 本發明關於半導體範圍,特別關於在積體電路中電容 之方法。 發明之背景 一積體電路通常包括電晶體及在半導體積體上形成之 其他裝置。一電容器可提供爲積體電路之一部份’其係由 形成一第一導電電極及第二導電電極於介電層上。此種電 容器通常用於記憶體單元中供dram裝置之用’及在類 比至數位轉換器及其他電路中使用。 揭示於頒給DeBoer等人之美國專利 5 ,910,880之五氧化二鉅(Ta2〇5)爲電容器 介質之最佳材料,因爲其相對之高達2 5之介質常數。比 較之下,氮化矽之介質常數約爲8 ,二氧化矽之介質常數 約爲4。五氧化二鉅之高介質常數能使其利用較薄之材料 層於電極之間,以達到利用其他較低介電常數相同之電容 此種電容器之典型結構包括一第一或多晶矽之了方電 極。矽化氮之第一障礙層之製備可提供保護多晶矽不會形 成二氧化矽,及防止在五氧化二钽澱積其上時之擴散《鈦 化氮或鎢化氮之第二障礙層可在多晶矽或上方電極之金屬 層形成前澱積在五氧化二鉬之上° --- --- ------束· ί (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'J4 本纸張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公f ) _ 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 593 8 ] A7 _______B7_____ 五、發明說明(2 ) 頒給Sekine等人之美國專利5 ’ 622 ,888揭示 利用五氧化二鉅製造DRAM電容器之方法。一鎢層潑濺 澱積在多晶矽下方電極上。五氧化二鉅用化學氣相沈積法 (CVD)以3 0 〇°C至6 0 (KC之溫度範圍澱積。但不 幸,高溫有使鎢氧化之趨勢。此後’五氧化二鉅利用氧氣 在溫度由2 0 0 °C至6 0 0°C之範圍以電漿密化=上方鎢 電極在五氧化二鉅上形成。 儘管在利用五氧化二鉬爲電介質之電晶體電路之範圍 中之持續發展,仍然有必要進一步發展製造方法,以生產 具有相當高電容値及其他理想特性之電容器。 本發明之槪述 有鑑於上述之背景,因此本發明之目的爲提供一方法 ,以製造具有相當高電之積體電路電容器。
本發明之此等及其他目的,特性及優點係由一製造積 體電路電容器之方法而提供,該方法在一實施例中包含下 列步驟:形成鄰近半導體基體之第一金屬電極:在第一金 屬電極上形成五氧化二鉬層,並維持低於將其氧化之溫度 ;實施五氧化二鉅層之至少一遠距離電漿退火,並保持低 於將第一金屬電極氧化之溫度;及在鄰近五氧化二鉅層形 成第二電極1並保持低於將第一金屬層氧化之溫度。·__形成 五氧化二鉬層之步驟最好含五氧化二鉅,在低於5 0 0°C *最好低於4 0 〇 °C之溫度下之化學氣相沈積。五氧化二 鉬之CVD形成最好在1〇分鐘之內實施。此外,CVD — — — — — — — — — —--^.----I ί 訂· I I I I I I I (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張又度適用中®國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) -5- 459381 Α7 Β7 五、發明說明(3) 期間之壓力典型大於3托,如3 _ 1 5托之範圍。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲減低對五氧化鉅層之損失,退火步驟最好包含將五 氧化鉬層暴露在純氮之第一遠距離電漿中,及包含氮及氧 之第二遠距離電漿中。因此,第一電極之金屬氧化可以避 免,由本發明之方法生產之高品質五氧化二鉅可以獲得。 第一金屬電極之金屬可包含至少一鈦、鎢、鉅、餡、 銥、釕及其合金。第一金屬電極最好包含至少一鈦、鎢、 鉅、及其合金。其中最好爲金屬中包含氮化鈦。 此方法尙包括以下步驟:在鄰近半導體積體處形成至 少一介電層’在至少一介電層中形成一開口。準此。形成 第一金屬電極層之步驟,可包含形成第一金屬電極層以便 將至少一介電層中之開口排成線。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 形成第一金屬電極層之步驟可包含,形成第一金屬層 及氮化根據一實施例之上表面部份之步驟。氮化步驟最好 包括將第一金屬層暴露在含氮大氣中,同時維持低於金屬 氧化之溫度。或者,形成第一金屬電極之步驟,可包含澱 積第一金屬層及澱積一金屬氮化物層於其上*同時最好保 持金屬之氧化溫度以下。氮化表面部份可進一步改進層下 金屬氧化之抵抗,特別對鎢而言。 圖式之簡略說明 +__ .... 圖1爲本發明方法製成之電容器之簡略剖面圖。 圖2爲根據本發明所製之積體電路電容器方法之流程 圖。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^〇93H 1 A7 _______ 137 五、發明說明(4 ) 主要元件對照表 1 0 :積體電路 2 〇 :電容器 22,23,24:介電層 2 5 :半導體基體 2 6 :通孔 3 0 :第一金屬層 3 1 :金屬氮化物層 3 3 :五氧化二鉅層 3 4 :第二電極 3 5 :鎢插頭 較佳實施例之詳細說明 本發明現在將參考伴隨之圖式詳細說明,其中顯示本 發明之較佳實施例。本發明可併入許多不同型式中,但不 應解釋爲對揭示實施例之限制。反之,此等實施例提供後 ’此揭示將更爲徹底及完全’及可充份對精於此技藝人士 表達本發明之範圍。全圖中相同號碼代表相同元件。各層 及區域之尺寸大小,爲淸晰起見可能稍有誇大。 參考圖1及2,其說明製造包括電容器2 0之積·體電. 路1 0之方法。方法之說明實施例包括|在開始之後(段 40),在介電層22內形成一開口(段40)。積體電 路1 0亦包括在半導體積體2 5上形成之其他介電層2 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) --------------^--------訂----I----線 I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制ί; .4::: Λ7 ____B7 五'發明說明(5) ’ 24,及說明之通孔2 6用以連接電容器2 0 ,此點對 精於此技藝人士將甚爲瞭解。本發明主要目的爲形成一電 容器2 0以便用在嵌入之DRAM應用中,其高速邏輯電 路,包括其金屬化,已在積體上形成,此點對精於此技藝 人士亦可明瞭α 在段4 4,第一金屬層3 0已形成以排列介電層2 2 中之開□。第一金屬層最好包括鈦、鎢、鉅及其合金 > 或 在某些較佳實施例中之氮化钽。氮化鈦及氮化鉬爲最佳之 材料。在其他實施例中1第一金屬層3 0可包括至少一鉑 ,釕,銥及其合金。第一金屬層3 0最好由傳統之CVD 澱積技術形成,此點對精於此技藝人士非常瞭解,不再贅 述。 如第一金屬層包含鎢,能理想的將其氮化,及其上表 面部份以產生說明之金屬氮化物層3 1 (段4 6 )。鎢氮 化物表面部份可進一步抵抗在下方之鎢之氧化|如精於此 技藝人士所熟知者β此氮化之表面部份可由數個傳統技術 形成,如利用電漿及/或將表面暴露在含氮大氣中,如在 爐中之氨。在另一實施例中’金屬氮化物層3 1可由傳統 之澱積技術,如C VD形成。此金屬氮化物層3 1澱積時 最好維持金屬氧化之溫度以下°在另一實施例中其中.之第 —金屬層3 0包含鈦氮化物或鉅氮化物’故氮化物層· 3 1.. 不再需要。 在段4 8五氧化二耝層3 3已經形成作爲電容器介質 層。當然,五氧化二钽作爲電容器之介質最爲理想’與統 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) I I--I I I ' *--I--I I --------1^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 459381 A7 ___B7 五、發明說明(6 ) (諝先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 傳介質材料用以製造半導體比較,其具有高介質常數。五 氧化二鉬層3 3可由CVD方法形成,其中之鉬( OCaHs) 5及氧結合,此點亦爲精於此技藝人士瞭解。 根據本發明澱積溫度維持在第一金屬電極氧化溫度之 下。特別是,溫度最好維持在5 0 0 °C以下,及更好在約 4 0 0 °C以下。精於此技藝人士將可瞭解,五氧化二钽層 3 3之CVD澱積時間根據可用之工具而定。爲達到此方 法之較佳控制能力,時間典型在1 ~ 1 0分鐘範圍,雖然 ,利用迅速熱處理(R T P )亦可達成較快之時間。此外 ,爲了在相對之低溫度,達成高度有效之高澱積率,壓力 最好在大於3托,如3 — 1 5托之範圍。 在段5 0,五氧化二钽層3 3最好用遠距離電漿予以 退火。遠距離電漿產生低漏電電流之高品質五氧化二鉅層 。遠距離電漿可包括二分別之退火,其中第一次退火爲在 純氮氣中,第二次在氧氣及氮氣中退火,此點亦爲精於此 技藝人士所瞭解。在退火期間壓力可在1 — 5托。當然, 溫度理想在底於第一電極之金屬氧化溫度之下,如約爲 5 0 0 °C,更好爲4 0 0 °C以下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次,第二電極3 4可在五氧化二钽層3 2上形成( 段52)。第二電極34最好含金屬,更好含上述^第一 金屬電極3 0中任何一種金屬。在停止前(段5 ,γ 鎢插頭3 5形成後以塡充由電容器層在段4 5 ,由開□所 限定之凹部中,此點亦爲精於此技藝人士所瞭解。 本發明之方法提供一電容器2 0,其具有較傳統電容 本紙張尺度適用中國囤家標準(CNS)A_1規格<210 X 297公釐) /1 K Q 〇 C: -ΐ Α7 __Β7 五、發明說明(7 ) 器包括多矽晶下方電極爲高之電容。根據本發明產生之電 容器2 0 ’可有電容値爲2 0毫微微法拉/c m2,與傳統 電容器相比,後者僅爲其半。五氧化二鉬層3 3 ,由於遠 距離電槳退火,其漏電電流相當低,因此可爲積體電路中 之理想電容器,亦爲精於此技藝人士所瞭解。 本發明之實施例之許多修改,將可由精於技藝人士, 自以上說明之原則及圖式中獲益而想到此等修改。因此, 吾人瞭解本發明並不僅限於揭示之特殊實施例,及各種修 改與實施例均擬包括在附錄之申請專利範圍中。 ----- I-----------------------^ * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
-KF 本纸張疋度適用中國國家標準(CNS)A4規烙(210 X 297公釐)
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- 9,5 4 • —1or 8 S 8 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 ·—種積體電路電容器的製造方法,其包含下列步 驟: 在鄰近半導體基體處形成第一金靥電極; 在第一金屬電極上形成五氧化二鉬層,同時保持溫度 在其氧化溫度以下; 實施五氧化二钽層之至少一遠距離電漿退火,同時保 持溫度在第一金屬電極的氧化溫度以下:及 在退火步驟之後,在鄰近五氧化二鉬層處形成第二電 極’同時保持溫度在第一金屬電極的氧化溫度以下。 2 .如申請專利範圍第1項之方法,其中形成五氧化 二鉬層之步驟包含在大約5 0 0 °c以下之溫度的化學氣相 沈積。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中形成五氧化 二鉬層之步驟包含在大約4 0 0°C以下之溫度的化學氣相 沈積。 4 _如申請專利範圍第1項之方法,其中形,成五氧化 二鉅層之步驟更包含在少於大約10分鐘的時間內形成五 氧化二鉅層。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中形成五氧化 二鉅層之步驟更含在大於大約3托之壓力時形成五氧,化.二 鉬層。 _ 6 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中實施至少一 遠距離電漿退火之步驟包含將五氧化二钽層暴露在含有遠 距離電漿之純氮中。 本紙張尺度適用_國困家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) -Π - --------4.---—---—訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 5938 1 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 如申請專利範圍第6項之方法,其中實施至少一 遠距離電漿退火之步驟包含在純氮遠距離電漿退火之後, 將五氧化二鉅層暴露於含有遙空電漿之氧及氮中。 8 .如申請專利範圍第1項之方法,其中形成第一金 屬電極之步驟包含形成第一金屬電漿以便包括至少鈦、鎢 、鉅及其合金的其中一個。 9 .如申請專利範圍第1項之方法,其中形(成第一金 屬電極之步驟包含形成第一金屬電漿以便包括至少鈦、鎢 、钽、鉑、钌、銥及其合金的其中一個。 1 0 ,如申請專利範圍第1項之方法,其中形成第二 電極之步驟包含形成一第二金屬電極。 1 1 .如申請專利範圍第1項之方法,更包含下列步 驟: 在鄰近半導體基體處形成至少一介電層·,及 在至少一介電層中形成一開口;以及 其中,形成第一金屬電極之步驟包含形成第一金屬電 極來排列(1丨ne)—開口於至少一介電層中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 .如申請專利範圍第1項之方法,其中形成第一 金屬電極之步驟包含形成第一金靨層及氮化其上方表面部 份之步驟。 \ _ 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之方法,其中氮化之. 步驟包含暴露第一金屬層於含有周圔環境(ambient )之氮 中,同時保持溫度在金屬的氧化溫度以下。 1 4 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中形成第一 本纸張尺度適用中01家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) -12- A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 金屬層電極之步驟包含沈積第一金屬層及沈積一金屬氮化 物層於其上,同時保持溫度在金屬的氧化溫度以下。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 5 ·—種積體電路電容器的製造方法,其包含下列 步驟: 在鄰近半導體基體處形成第一金屬電極; 在第一電極上形成一層五氧化二钽層’同時在少於大 約1 0分鐘之時間期間保持溫度在大約5 0 0 °C以下; 實施五氧化二鉅層之至少一遠距離電漿退火,同時保 持溫度在大約5 0 0 °C以下; 在退火步驟之後,在鄰近五氧化二鉅層處形成第二電 極,同時保持溫度在大約5 0 0°C以下。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之方法,其中形成五 氧化二鉅層之步驟包含在大約4 0 0 °C以下之溫度的化學 氣相沈積。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之方法,其中實施至 少一遠距離電漿退火之步驟包含將五氧化二鉅層暴露在含 有遠距離電漿之純氮中。 1 8 .如申請專利範圍第1 了項之方法,其中實施至 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 少一遠距離電漿退火之步驟包含在純氮遠距離電漿退火之 後,將五氧化二鉅層暴露於含有遠距離電漿之氧及氮屬中 '. 0 ' 1 9 .如申請專利範圍第1 5項之方法,其中形成第 一金屬電極之步驟包含形成第一金屬電極以便包括至少鈦 鎢、鉅及其合金的其中一個。 ^紙張又度適用中國國家標草(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45938 t ?88 D8 六、申請專利範圍 2 Ο 如申請專利範圍第1 5項之方法,其中形成第 一金屬電極之步驟包含形成第一金屬電極以便包括鈦、鎢 、鉅、釕、銥及其合金的其中一個。 2 1 ·如申請專利範圍第1 5項之方法,其中形成第 二電極之步驟包含形成第二金屬電極。 2 2 .如申請專利範圍第1 5項之方法,更包含下列 步驟= 在鄰近半導體積體處形成至少一介質層;及 在至少一介質層中形成一開口 :以及 其中,形成第一金屬電極之步驟包含形成第一金屬電 極來排列開口在至少一介電層中。 2 3 . —種積體電路電容器的製造方法,其包含下列 少驟· 在鄰近半導體基體處形成第一金屬電極,其包含至少 鈦、鎢、鉅及其合金的其中一個; 在第一金屬電極上形成一層五氧化二鉅層,同時維持 溫度在大約5 0 0 °C以下; 遠距離電漿退火五氧化二鉅層於純氮屬電漿中: 在純氮氣退火之後,遠距離電漿退火五氧化二鉬層於 氮氣及氧氣電漿中;及 .... 在氮氣及氧氣電漿中遠距離電漿退火之後,在鄰近五〜 氧化二鉅層處形成第二電極。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項之方法,其中形成五 氧化二钽層之步驟包含在大約4 0 0°C以下的溫度之化學 本紙張尺度適用中國固家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) -14- -------1 I------^---I----訂---—II-- (請先閱讀背面之注惠事瑣溥填寫本 4 A8i 六、申請專利範圍 氣相沈積。 2 5 .如申請專利範圍第2 3項之方法,其中形成五 氧化二钽層之步驟包含在少於大約10分鐘之時間內形成 五氧化二鉅層。 2 6 .如申請專利範圍第2 3項之方法,其中形成第 二電極之步驟包含形成一第二金屬電極。 2 7 .如申請專利範圍第2 3項之方法,更包含下列 少驟: 在鄰近半導體基體處形成至少一介電層;及 在至少一介電層中形成至少_開口; 其中,形成第一金屬電極之步驟包含形成第一金饜電 極來排列一開口於至少一介電層中。 I ^-------^i!! — 訂---------線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張疋度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) -15-
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