TW504836B - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Description
504836 A7 _B7_ 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係關於一種半導體元件及用來製造該半導體元 件之方法，更特別關於一種包括電容器的半導體元件及用 來製造該半導體元件之方法。 發明背景 FRAM(氧鐵.電隨機存取記憶體）係把一氧鐵電氣膜使 用為電容器之介電質的非依電性半導體記憶體。FRAM具 有高達約數十奈秒的重寫速度、且具有lxl01G至lxlO12重寫 次數之良好重複性。再者，FRAM具有小的功率消耗。因 為這些因素，FRAM受到注目《當電源關閉時可保留資料 的FRAM被期待應用於各種使用，如可攜式儀器之記憶體 等等。 將參考第13圖來解說FRAM之電容器結構《第13圖係 傳統FRAM電容器之概念圖。 一下部電極132透過未顯示的一氧化矽膜等來形成在 未顯示的一矽基體上。一氧鐵電氣膜136形成在下部電極 132上。一上部電極140形戒在氧鐵電氣膜136上。 下部電極132、氧鐵電氣膜136及上部電極140構成 FRAM之電容器142。 此等電容器142之氧鐵電氣膜136可為PZTXPbZrxiuOs) 膜、SBT(SrBi2Ta209)膜或其他者。 例如，在PZT之氧鐵電氣膜136的情形中，需要使PZT 膜受到約60(TC之高溫熱處理、以結晶化成展現氧鐵電性的 perovskite結構0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） -4 - (請先¾讀背面之注意事項再填寫本頁)
504836 A7 _B7_ 五、發明説明（2 ) 據此，電容器之下部電極132和上部電極140係由具有 強自行定向和低反應性的Pt、Ir或其他者來形成。
Pt、Ir等係傾向以（111)來自行定向的材料。在下部電 極和上部電極由此等材料形成之情形中，下部電極和上部 電極之表面晶體方向可易於對齊。據此，在此等情形中， 氧鐵電氣膜之晶體方向可易於對齊，且氧鐵電氣膜可具有 良好perovskite晶體結構。再者，Pt、Ir等具有不易由高溫 之熱處理來氧化的特性。傳統上Pt、Ir等已使用為電容器 之下部電極132和上部電極140的材料^ 然而，形成下部電極和上部電極的Pt、Ir等係昂貴的 高尚金屬，且其市場價格不便宜。此已成為半導體元件之 低成本的障礙。在此，高尚金屬相對於基本金屬，且一般 意味不易受到化學改變、不易在空氣中由加熱來氧化及具 有低離子化傾向的金屬。 形成電容器之下部電極和上部電極的材料嚴格受限於 Pt、Ir等，其已係製程之簡化、電氣特性之改善等等的障 礙。 , 發明之概要 本發明之一目的係提供一半導體元件及用來製造可實 現低成本的半導體元件之方法。 本發明之另一目的係提供一半導體元件及用來製造該 半導體元件的方法，其允許難以使用為形成氧鐵電容器的 下部電極和上部電極之材料的一材料被使用為形成氧鐵電 容器的下部電極和上部電極之材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） .....................裝…-......訂.............線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _B7_ 五、發明説明（3 ) 根據本發明之一層面，提供一種半導體元件，包含有 一第一電極、形成在該第一電極上方的一氧鐵電氣膜、及 形成在氧鐵電氣膜上方的一第二電極，該半導體元件更包 含於第一電極和氧鐵電氣膜間的邊界、與於氧鐵電氣膜和 第二電極間的邊界之至少一個處形成、且具有perovskite 晶體結構的中間層。具有perovskite晶體結構的中間層係形 成在第一電極和氧鐵電氣膜間、及在氧鐵電氣膜和第二電 極間，藉此即使在基本金屬被使用為一氧鐵電容器之下部 電極和上部電極的一材料之情形中，氧鐵電氣膜仍可具有 展現氧鐵電性的晶體結構。基本金屬可使用為一氧鐵電容 器之下部電極和上部電極的一材料，其縮減半導體元件之 成本。難以使用為一氧鐵電容器之下部電極和上部電極的 一材料之材料可被使用，藉此製程可以簡化、且電氣特性 可被改善。 根據本發明之另一層面，提供一種半導體元件，包含 有：一電容器，該電容器包括一第一電極、形成在該第一 電極上方的一氧鐵電氣膜、及形成在氧鐵電氣膜上方的一 第二電極；以及連接至該第一電極或該第二電極的一電晶 體；該半導體元件更包含於第一電極和氧鐵電氣膜間的邊 界、與於氧鐵電氣膜和第二電極間的邊界之至少一個處形 成、且具有perovskite晶體結構的中間層。具有perovskite 晶體結構的中間層係形成在第一電極和氧鐵電氣膜間、及 在氧鐵電氣膜和第二電極間，藉此即使在基本金屬被使用 為一氧鐵電容器之下部電極和上部電極的一材料之情形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） -6 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
504836 A7 _B7_ 五、發明説明（4 ) 中，氧鐵電氣膜仍可具有展現氧鐵電性的晶體結構。基本 金屬可使用為一氧鐵電容器之下部電極和上部電極的一材 料，其縮減半導體元件之成本。難以使用為一氧鐵電容器 之下部電極和上部電極的一材料之材料可被使用，藉此製 程可以簡化、且電氣特性可被改善。 根據本發明之又一層面，提供一種製造半導體元件之 方法，該方法包含：形成一第一電極之步驟，於該第一電 極上方形成一氧鐵電氣膜之步驟，及在該氧鐵電氣膜上方 形成一第二電極之步驟；該方法更包含在形成該第一電極 之該步驟後、和在形成該氧鐵電氣膜之該步驟前，及/或在 形成該氧鐵電氣膜之該步驟後和在形成該第二電極之該步 驟前，形成可結晶化成perovskite結構的一中間層。具有 perovskite晶體結構的中間層係形成在第一電極和氧鐵電 氣膜間、及在氧鐵電氣膜和第二電極間，藉此即使在基本 金屬被使用為一氧鐵電容器之下部電極和上部電極的一材 料之情形中，氧鐵電氣膜仍可具有展現氧鐵電性的晶體結 構。基本金屬可使用為一氧鐵電容器之下部電極和上部電 極的一材料，其縮減半導體元件之成本。難以使用為一氧 鐵電容器之下部電極和上部電極的一材料之材料可被使 用，藉此製程可以簡化、且電氣特性可被改善。 如上述的，根據本發明，中間層係各形成在下部電極 和氧鐵電氣膜間、及在氧鐵電氣膜和上部電極間。中間層 由一材料來形成，其即使在中間層由弱自行定向之一材料 來形成在下部電極上之情形中、仍可結晶化成perovskite 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） .......................裝------------------訂..................緣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 五、發明説明（5 結構，且其即使在下部電極和上部電極之材料為基本金屬 的情形中，仍可防止下部電極和上部電極之氧化，且更可 壓制氧鐵電氣膜中的元素之轉㈣下部電極和上部電極 中。據此，令間層即使在如基本金屬的弱自行定向材料被 使用為-氧鐵電容器之下部電極和上部電極的材料之情形 中，仍允許氧鐵.電氣膜具有展現氧鐵電性的晶體結構。根 據本發明，顧基本金屬等可使用為一氧鐵電容器之下部 電極和上部電極的材料，藉此半導體元件可具有低成本。 根據本發明，難以使用為一氧鐵電容器之下部電極和 上部電極的一材料之材料可被使用，藉此製程可以簡化、 且電氣特性可被改善。 1式之簡單描述 訂 第1A和1B圖係根據本發明之第一實施例的半導體元 件之截面圖； 第2A-2C圖係根據本發明之第一實施例的半導體元件 之截面圖’在用來製造該半導體元件的方法之步驟中，其 顯示該方法（第1部份）； 第3 A和3B圖係根據本發明之第一實施例的半導體元 件之截面圖’在用來製造該半導體元件的方法之步驟中， 其顯示該方法（第2部份）； 第4A和4B圖係根據本發明之第一實施例的半導體元 件之戴面圖，在用來製造該半導體元件的方法之步驟中， 其顯示該方法（第3部份）； 第5圖係根據本發明之第一實施例的半導體元件之戴 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 504836 A7 B7 五、發明説明（6 ) 面圖，在用來製造該半導體元件的方法之步驟中，其顯示 該方法（第4部份）； 第6A-6C圖係根據本發明之第一實施例的修正之半導 體元件的截面圖； 第7A-7C圖係根據本發明之第一實施例的修正之半導 體元件的載面圖.； 第8A和8B圖係根據本發明之第二實施例的半導體元 件之截面圖； 第9A和9B圖係根據本發明之第二實施例的半導體元· 件之截面圖，在用來製造該半導體元件的方法之步驟中， 其顯示該方法； 第10A和10B圖係根據本發明之第三實施例的半導體 元件之截面圖； 第11A和11B圖係根據本發明之第三實施例的半導體 元件之截面圖，在用來製造該半導體元件的方法之步驟 中，其顯示該方法； 第12A和12B圖係根據本發明之第三實施例的修正之 半導體元件的截面圖；及 第13圖係傳統FRAM之電容器的概念圖。 發明之詳細描述 [第一實施例] 將參考第1A-5圖來解說根據本發明之第一實施例的 半導體元件及其製造方法。第1A和1B圖係根據本發明之第 一實施例的半導體元件之截面圖。第1A圖係根據本發明的 9 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· ;線丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格(210X297公釐） 504836 A7 ___B7 _ 五、發明説明（7 ) 半導體元件之截面圖，其顯示該半導體元件之構造。第1B 圖係根據本發明的半導體元件之電容器的截面圖，其顯示 該等電容器之構造。第2A-5圖係根據本發明的半導體元件 之截面圖，在用來製造該半導體元件的方法之步驟中，其 顯示該方法。 (半導體元件） 將參考第1A和1B圖來解說根據本實施例的半導體元 件。 如第1A和1B圖顯示的，用來界定元素區12的一元素隔 離膜14被形成在一矽基體10上。在由元素隔離膜14界定的 元素區12中，包括具有形成在侧壁上的一侧壁絕緣膜16、 和一源極/汲極擴散層20之閘極電極18的電晶體被形成。 再者，600nm厚氧化矽膜之一層際絕緣膜22被形成在 整個表面上》接觸孔23形成在層際絕緣膜22中、下至源極/ 汲極擴散層20。傳導體插頭24a、24b形成在接觸孔23内。 100nm厚氧化矽氮化物膜之一阻停膜26形成在層際絕 緣膜22上。一250nm厚氧化矽膜28形成在阻停膜26上。 200nm厚TiN膜之一黏附層30形成在氧化石夕膜28上。 lOOnm厚Ni膜之一下部電極32形成在黏附層30上。 20nm厚BTO(BaTi03)膜的一中間層34形成在下部電極 32上。BTO係具有perovskite晶體結構的一介電質。 200nm厚PZTXPbZrxTiuO3)膜之一氧鐵電氣膜36形成 在中間層34上。PZT係具有perovskite晶體結構的一含pb氧 化物氧鐵電，即一鉛基底氧化物氡鐵電。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） -10 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝丨 、可| 504836 A7 _B7_ 五、發明説明（8 ) 20nm厚BTO膜之一中間層38形成在氧鐵電氣膜36 上。80nm厚Ni膜之一上部電極40形成在中間層38上。 下部電極32、中間層34、氧鐵電氣膜36、中間層38及 上部電極4 0構成針對一記憶體之一電容器4 2。 300nm厚膜的一氧化矽膜44形成在整個表面上。達到 上部電極40的接觸孔46、和達到傳導體插頭24a的一接觸孔 48形成在氧化矽膜44中。 經由接觸孔46、48來把上部電極和傳導體插頭24a互相 連接的一互相連接層50形成在氧化矽膜44上。300nm厚氧 化矽膜的一層際絕緣膜52形成在整個表面上。達到傳導體 24b的一接觸孔54形成在層際絕緣膜52、氧化矽膜44與28 及阻停膜26中。 一位元線58形成在層際絕緣膜52上，經由接觸孔54而 連接至傳導體插頭24b。因此，根據本實施例的半導體元件 被構成^ 根據本實施例的半導體元件之特徵主要在於，下部電 極32和上部電極40由Ni形成，一基本金屬和各由BTO的中 間層34、38分別形成於下部電極32和氧鐵電氣膜36間及於 氧鐵電氣膜36和上部電極40間。在此，在此，基本金屬係 相對於高尚金屬的語詞，且一般意味化學上不穩定、傾向 在空氣中由加熱而氧化及具有高離子化傾向的金屬。
Pt、Ir等係傾向自行定向的材料，且在下部電極和上 部電極由此等材料形成之情形中，下部電極和上部電極之 表面晶體方向可易於對齊。據此，在下部電極和上部電極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 11 .......................裝.................tr------------……線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _F7_ 五、發明説明（9 ) 由Pt、Ir或其他者形成之情形中，氧鐵電氣膜之晶體方向 可易於對齊，其使得可能氧鐵電氣膜展現良好氧鐵電性且 具有perovskite晶體結構。Pt、Ir等具有不易由甚至高溫之 熱處理來氧化的特性。據此，Pt、Ir等已使用為電容器之 下部電極132和上部電極140的材料，如第13圖顯示的。 對照於此的.，如Ni等基本金屬係不易於自行定向的材 料。在下部電極和上部電極由此等材料形成之情形中，下 部電極和上部電極之表面晶體方向不易於對齊。據此，在 下部電極和上部電極由如Ni或其他者的基本金屬形成之情 形中，氧鐵電氣膜無法使晶體方向易於對齊，且已發現它 難以具有良好perovskite晶體結構。 再者，在一PZT膜中的Pb和氧傾向在基本金屬内被擴 散。據此，在如Ni等的基本金屬被使用為下部電極和上部 電極之情形中，用來把PZT膜結晶化的熱處理等、把PZT 膜中的Pb和氧擴散到下部電極和上部電極中，結果引起 PZT膜中的Pb和氧之缺陷。當Pb和氧之缺陷在PZT膜中被 引起時，PZT膜不容易結晶化成perovskite結構。據此，無 法獲得良好氧鐵電氣膜。.在此觀點上，很難使用如Ni等的 基本金屬為一氧鐵電容器之下部電極和上部電極的材料。 再者，在如Ni等的基本金屬被使用為下部電極和上部 電極的材料之情形中，下部電極和上部電極被PZT膜中的 氧所氧化。在此觀點上，難使用如Ni等的基本金屬為一氧 鐵電容器之下部電極和上部電極的材料。 如上述的，傳統上係昂貴高尚金屬的Pt、Ir等不可避 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 12 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 了裝丨 訂丨 ，線丨 504836 A7 B7 五、發明説明（l〇 ) 免地被使用，其已係半導體元件之成本縮減的障礙。可使 用為氧鐵電容器之下部電極和上部電極的材料之材料已狹 窄地受限於Pt、Ir等，其已係簡化製程和進一步改善電氣 特性的障礙。 然後，本發明藉由形成具有於下部電極32和氧鐵電氣 膜36間及於氧鐵電氣膜36和上部電極40間之下列特性的 BTO之中間層34、38，而解決這些問題。 BTO膜之居里溫度不充分地高。難以只使用BTO膜為 氧鐵電氣膜，來形成具有良好溫度特性的氧鐵電容器。另 一方面，BTO膜具有一特性，即使在BTO膜直接形成在如 Ni或其他者的一基本金屬之下部電極上的情形中，BTO膜 仍可藉由在一惰性氣體中之熱處理來形成perovskite晶體。 再者，BT0膜具有能夠壓制PZT膜中的Pb和氧之擴散 到如Ni等基本金屬的下部電極或上部電極中之特性。據 此，BTO的中間層分別形成於下部電極和PZT膜間及於PZT 膜和上部電極間，以藉此防止PZT膜失去氧鐵電性、且也 防止下部電極和上部電極被氧化。 如上述的，根據本實施例，具有上述特性的BTO之中 間層分別形成於下部電極和氧鐵電氣膜間及於氧鐵電氣膜 和上部電極間，藉此即使在如Ni等基本金屬被使用為下部 電極和上部電極之材料的情形中，展現氧鐵電性和 perovskite晶體結構的氧鐵電氣膜仍可形成。根據本實施 例，氧鐵電容器之下部電極和上部電極可由如Ni等的基本 金屬來形成，藉此半導體元件可具有低成本。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 13 .......................裝..................、可-......-..........線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _B7___ 五、發明説明（U ) 根據本實施例，難以使用、如Ni等基本金屬被使用為 下部電極和上部電極之材料，藉此製程可簡化、且電氣特 性可改善。 (製造半導體元件之方法） 其次，將參考第2A-5圖來解說根據本實施例的半導體 元件之方法。 首先，如第2A圖顯示的，元素隔離膜14由LOCOS(矽 之局部氧化）而形成在一矽基體10之表面上，來界定元素區 12 ° 然後，各包括在側壁上形成有一側壁絕緣膜16的一閘 極電極18、和一源極/汲極擴散層20之電晶體形成在元素區 12中。 然後，如第2B圖顯示的，600nm厚層際絕緣膜22之一 氧化矽膜由CVD(化學氣相沉積）來形成在整個表面上，且 層際絕緣膜22之表面由CMP(化學機械拋光）而被平面化。 然後，接觸孔23由微影來形成穿過層際絕緣膜22、下 至源極/汲極擴散區20。 其次，一 20nm厚Ti膜和一 50nm厚TiN膜由錢鍍來依序 形成在整個表面上，以形成一黏附層（未顯示)之Ti膜和TiN 膜。其次，一 600nm厚鎢層（未顯示）由CVD來形成在整個表 面上。因此，黏附層和鎢層被形成在層際絕緣膜22上、和 接觸孔23中。 然後，鎢層和黏附層由CMP來拋光直到層際絕緣膜22 之表面露出為止，以形成埋在接觸孔23中的黏附層和鎢層 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 504836 A7 __ B7 _____ 五、發明説明（l2 ) 之傳導體插頭24a、24b。 如第2C圖顯示的，一 l〇〇nm厚氧化矽氮化物膜之阻停 膜26由CVD來形成在整個表面上。 然後，250nm厚氧化矽膜28形成在整個表面上。 然後，如3A圖顯示的，一200nm厚TiN膜之黏附層30 由濺鍍來形成在整個表面上。 其次，用來形成下部電極32的一 lOOnm厚Ni膜31由使 用氬離子述的濺鍍而在一惰性大氣中形成。 然後，用來形成中間層34的20nm厚BTO(BaTi03)膜藉 由使用氬離子述的濺鍍、而在不曝露於周遭大氣的一惰性 大氣中來形成在整個表面上。膜層形成條件可為例如 lOsccmAr氣體流量率、3Pa真空度、1.5W施加電源、20秒 濺鍍時間、及20至200°C膜層形成溫度。BTO膜33在一惰性 大氣中形成，用來防止Ni之下部電極的氧化、且形成一所 需化合物之BTO膜。濺鍍提供標靶高的暫態穩定度，且BTO 膜33可以一所需化合物被穩定化來形成。 BTO膜33在Ni膜31已形成後、不曝露於周遭大氣地連 續來形成，使得Ni膜31之表面不受污染，且沒有天然氧化 物層形成在Ni膜31之表面上。在形成Ni膜31之步驟後且在 形成BTO膜33前、來實施曝露於周遭大氣之情形中，需要 清潔Ni膜31之表面的步驟。然而，在Ni膜31已形成後、不 曝露於周遭大氣地連續形成BTO膜33之情形中，無需清潔 Ni膜31之表面的步驟。據此，Ni膜31被形成，然後不曝露 於周遭大氣地連續來形成BTO膜33，藉此製程可簡化，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 15 -----------------------裝------------------訂..................線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 ____£7___ 五、發明說明（13 ) 導致較低製造成本。對於在Ni膜31已形成後、不曝露於周 遭大氣地連續來形成BTO獏33，可使用一群集工具。 BTO膜33可由sol-gel程序來形成^ s〇i-gei程序係使用 一有機金屬溶液為原始材料的一濕式膜層形成方法。 Sol-gel程序允許一混合比例之原始材料可適當地改變，且 一化合物之BT0膜可被精密調整。 然而，當BT0膜33由sol-gel程序來形成時，群集工具 無法使用。據此，難以在Ni膜31已形成後、不曝露於周遭 大氣地來形成BT0膜33。當BT0膜由s〇l-gel程序來形成 時，需要在形成BT0膜33前來清潔Ni膜31之表面的步驟。 其次，如第3B圖顯示的，用來形成氧鐵電氣膜36的一 200nm厚PZIXPbZrxTi^OO膜35由使用氬離子束的濺鍍、不 曝露於周遭大氣地形成在整個表面上。膜層形成條件可為 例如lOOsccm Ar氣體流量率、3Pa真空度、2kW施加電源、 5分鐘濺鍍時間、及20至20(TC形成溫度。PZT膜35在一惰 性大氣中形成，用來防止一化合物之BTO膜的改變、且形 成一所需化合物之PZT膜。PZT膜35在BTO膜33已形成後、 不曝露於周遭大氣地連續來形成，以防止BT0膜33之表面 的污染等等。 PZT膜35形成在尚未結晶化成perovskite結構的BTO膜 33上，其因BTO膜33、PZT膜35等可由將稍後描述的熱處 理而一起結晶化成perovskite結構，而沒有特別問題。 PZT膜35可由sol-gel程序來形成。當PZT膜35由sol-gel 程序來形成時，難以在BTO膜33已形成後、不曝露於周遭 本紙張尺度適用中國國家標準（) A4規格（210X 297公釐） -16 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) l·裝- 、可丨 it 504836 A7 B7 五、發明説明（Η ) 大氣地來形成PZT膜35。 其次，用來形成中間層38的一20nm厚BTO膜37由使用 氬離子束的濺鍍、在不曝露於周遭大氣的一惰性大氣中來 形成在整個表面上。可在例如用來形成BTO膜33的相同條 件下來形成BTO膜37。 BTO膜37在氧鐵電氣膜36已形成後、不曝露於周遭大 氣地連續來形成，以防止氧鐵電氣膜36之表面的污染等等。 BTO膜37可如BTO膜33地由sol-gel程序來形成。然 而，在BTO膜37由sol-gel來形成的情形中，難以在氧鐵電 氣膜35已形成後、不曝露於周遭大氣地連續來形成BT0膜 37 〇 然後，用來形成上部電極40的一 80nm厚Ni膜39由使用 氬離子束的濺鍍、在不曝露於周遭大氣的一惰性大氣中來 形成在整個表面上。
Ni膜39在已形成BT0膜37後、不曝露於周遭大氣地連 續被形成，以防止BT0膜37之表面被污染。 其次，600°C之10分鐘熱處理在一惰性大氣中被重複三 次。一惰性大氣可為例如.Ar氣。此熱處理把BT0膜33、PZT 膜35和BT0膜37結晶化成perovskite結構。熱處理在一惰性 大氣中來實施，以針對良妤iPer〇vskite結構結晶化、來防 止BT0膜33、PZT膜35、BT0膜37等的化合物之改變。 然後，如第4A圖顯示的，藉由使用微影和乾式蝕刻、 來把Ni膜39、BT0膜37、PZT膜35、BT0膜33、Ni膜31 和 黏附層30圖型化。因此’電容器42由Ni膜31之下部電極32、 本紙張尺度適用中國國家標準（°®) A4規格（210X297公I) - 17 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂· 504836 A7 _B7__ 五、發明説明（I5 ) BTO膜33之中間層34、PZT膜35之氧鐵電氣膜36、BYO膜 37之中間層38及Ni膜39之上部電極40來形成。 然後，如第4B圖顯示的，一 300nm厚氧化矽膜44形成 在整個表面上。 然後接觸孔46由微影來形成在氧化矽膜44中、下至上 部電極40，且接觸孔48形成在氧化矽膜44、28和阻停膜26 中、下至傳導體插頭24a。 其次，一TiN膜形成在整個表面上。然後，TiN膜由微 影來圖型化，以形成經由接觸孔46、48把上部電極40和傳 導體插頭24a互相連接的互相連接層50〇 然後，如第5圖顯示的，一300nm厚氧化矽膜之層際絕 緣膜52形成在整個表面上。 然後，一接觸孔54由微影來形成在層際絕緣膜52，氧 化矽膜44、28和阻停膜26中，下至傳導體插頭24b之上表面。 然後，一600nm後A1膜形成在整個表面上。然後，A1 膜由微影來圖型化、以形成經由接觸孔54而連接到傳導體 插頭24b之位元線56。 因此，根據本實施例的半導體元件被製成。 (用來製造半導體元件之方法的修正例） 然後，將參考第2A至5圖來解說根據本實施例來製造 半導體元件之方法的修正例。 根據本修正例的半導體製造方法之特徵在於，用來在 BTO膜33已形成時、且在PZT膜35、BTO膜37和Ni膜39已 形成後把BTO膜33結晶化成perovskite結構的熱處理，用來 18 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 504836 A7 _____ B7___ 五、發明説明（16 ) 把PZT膜35和BTO膜37結晶化的熱處理被實施。 上至形成BTO膜33之步驟、且包括BTO膜33形成步驟 的製造步驟，係與已參考第2A至3A圖而解說於上的那些半 導體元件製造方法者相同，且其解說不再重複。 然後，600°C之1〇分鐘熱處理在一惰性大氣中被重複三 次。一惰性大氣可為例如Ar氣（看第3A圖）。 然後，以和參考第3B圖而解說於上的半導體元件製造 方法中相同之方式，PZT膜35、BTO膜37和Ni膜39依序形 成。 然後，60(TC之5分鐘熱處理在一惰性大氣中被重複三 次。一惰性大氣可為例如Ar氣。 根據本修正例之半導體元件製造方法的製造步驟，係 與已參考第4Α至5圖而解說於上的那些半導體元件製造方 法者相同，且其解說不再重複。 因此，根據本修正例的半導體元件由根據本修正例的 半導體元件製造方法而製成（看第5圖）。 如上述的，第1Α和1Β圖顯示的半導體元件可藉由在 ΒΤΟ膜33已形成時，來實施把ΒΤΟ膜33結晶化成perovskite 結構的熱處理，且再者在PZT膜35、BTO膜37和Ni膜39已 形成時來實施把PZT膜35和BTO膜37結晶化成perovskite結 構，而製成。 (半導體元件之修正例（第1部份）） 其次，將參考第6A圖來解說根據本實施例的半導體元 件之修正例（第1部份）。第6A圖係根據本修正例之半導體元 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公愛） -19 - -----------------------裝..................、玎..................緣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _B7___ 五、發明説明（17 ) 件的截面圖。在第6A至7C圖中，除了 一電容器的組成構件 被省略。 電容器42a之特徵主要在於，一中間層34a和一中間層 38a係由 BST(BaxSr1-xTi03)來形成。 BST膜具有如BT0(BaTi03)的上述特性。難以只藉由其 居里溫度不充分地高的BST膜，來形成具有良妤溫度特性 之氧鐵電容器。另一方面，BST膜具有特性，即使在BST 膜直接形成在其自行對齊軟弱、如Ni或其他者的一基本金 屬之下部電極上的情形中，BST膜仍可由熱處理來結晶化 成perovskite結構。BST膜及BTO膜具有能夠壓制PZT膜中 的Pb和氧之擴散到如Ni等基本金屬的下部電極和上部電 極中之特性。 因此，如本修正例的，即使在BST被使用為中間層之 材料的情形中^使用基本金屬為下部電極和上部電極之材 料的一氧鐵電容器仍可形成。 (半導體元件之修正例（第2部份)） 然後，將參考第6B圖來解說根據本實施例的半導體元 件之修正例（第2部份）。第6B圖係根據本修正例之半導體元 件的截面圖。 在第6B圖顯示的電容器42b之特徵主要在於， ST0(SrTi03)膜被使用為中間層34b、38b之材料。 ST0膜及BT0具有上述特性。 據此，如本修正例的，即使在ST0膜被使用為中間層 之材料的情形中，使用基本金屬為下部電極和上部電極之 20 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 504836 A7 B7 五、發明説明（18 ) 材料的一氧鐵電容器仍可形成。 (半導體元件之修正例（第3部份）） 將參考第6C圖來解說根據本實施例的半導體元件之 修正例（第3部份）。第6C圖係根據本修正例之半導體元件的 截面圖。 在第6C圖顯示的電容器42c之特徵主要在於，CaTi03 膜被使用為中間層34c、38c之材料。
CaTi03膜及BTO具有上述特性。 據此，如本修正例的，即使在CaTi03膜被使用為中間 層之材料的情形中，使用基本金屬為下部電極和上部電極 之材料的一氧鐵電容器仍可形成。 (丰導體元件之修正例（第4部份）） 然後，將參考第7A圖來解說根據本實施例的半導體元 件之修正例（第4部份）。第7A圖係根據本修正例之半導體元 件的截面圖。 在第7A圖顯示的電容器42d之特徵主要在於，係有La 加入的PZT之PLZTGPbHLayXZrkTiJOO被使用為氧鐵電 氣膜之材料。 PLZT膜及PZT膜係具有perovskite晶體結構的一鉛基 底氧化物氧鐵電氣膜，其展現氧鐵電性。 在本修正例中，PLZT被使用為氧鐵電氣膜之材料，以 壓制在一氫大氣中實施熱處理時自氧鐵電氣膜的氧之空 乏。 在一般半導體製程中，熱處理經常在氫大氣中被實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 21 ----------------------裝...............tr_-……-----------線· (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 504836 A7 _B7__ 五、發明説明（19 ) 施。據此，在PZT被使用為氧鐵電氣膜之情形中，氧由在 氫大氣中的熱處理而自PZT膜竭出，因PZT膜中的氧傾向與 氫結合、且PZT膜中的氧之空乏經常發生。當氧空乏在PZT 膜中發生時，無法形成良好perovskite晶體結構、且電容器 無法展現良好氧鐵電性。 如本修正例.中的，在PLZT被使用為一氧鐵電氣膜之材 料的情形中，所增加La可壓制氧從PLZT膜之竭出。據此， 即使在熱處理於氫大氣中被實施時，可保留良好之 perovskite晶體結構，且電容器可展現良好氧鐵電性。 PLZT可具有ί列如X=0.6JLY=0.01之 >(匕合物tb率。PLZT 膜之化合物比率不限於該化合物比率，且可被適當設定、 以形成所需特性之一氧鐵電容器。 如上述的，在本實施例中，PLZT膜被使用為氧鐵電氣 膜。即使在熱處理於氫大氣中被實施之情形中，從PLZT 膜的氧之空乏可被壓制。據此，在本修正例中，可確保良 好之perovskite晶體結構、且可提供其氧鐵電容器具有良妤 電氣特性的半導體元件。 (半導體元件之修正例（第5部份）） 其次，將參考第7B圖來解說根據本實施例的半導體元 件之修正例（第5部份）。第7B圖係根據本修正例之半導體元 件的截面圖。 在第7B圖顯示的電容器42e之特徵主要在於，中間層 34a、38a係由BST來形成，且PLZT被使用為氧鐵電氣膜36a 之材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 22 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
504836 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 如上述的，即使在BST之中間層34a、38a和PLZT之氧 鐵膜36a被組合的情形中，使用基本金屬為下部電極32和上 部電極40之材料的一氧鐵電容器仍可形成。 (半導體元件之修正例（第6部份）） 其次，將參考第7C圖來解說根據本實施例的半導體元 件之修正例（第6部份）。第7C圖係根據本修正例之半導體元 件的截面圖。 在第7C圖顯示的電容器42f之特徵主要在於，Cu被使 用為下部電極32a和上部電極40a之材料。 亦即，在第1A和1B圖顯示的半導體元件中，Ni被使用 為下部電極32和上部電極40之材料，但在本修正例中，Cu 被使用為下部電極32a和上部電極40a之材料。其電阻為低 且具有高的熱電阻之Cu係近來被注意為半導體元件之互 相連接材料等的一材料。據此，根據本修正例，可能下部 電極和上部電極被形成與互相連接層等來整合。 如上述的，用於中間層、氧鐵電氣膜、下部電極和上 部電極的材料、化合物、組合物等可被適當地設定，使得 具有所需特性的氧鐵電容器可被形成。 (第二實施例）
將參考第8 A-9B圖來解說根據本發明之第二實施例的 半導體元件及其製造方法。第8A和8B圖係根據本實施例的 半導體元件之截面圖。第8A圖係根據本實施例的半導體元 件之截面圖，其顯示其之結構。第8B圖係根據本實施例的 半導體元件之一電容器的截面圖，其顯示其之結構。第9A 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 23 - 訂^ 線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _B7__ 五、發明説明（21 ) 和9B圖係在用來製造根據本實施例的半導體元件之方法 步驟的半導體元件之截面圖，其顯示該方法《本實施例與 那些根據第一實施例的半導體元件及其製造方法之相同構 件，由相同參考標號來表示、而不再重複或簡化其解說。 (半導體元件） 首先，將參考第8A和8B圖來解說根據本實施例的半導 體元件。 根據本實施例的半導體元件之特徵主要在於，下部電 極之材料係Ni、且上部電極之材料為Pt。 如第8A和8B圖顯示的，一中間層34之BTO形成在Ni 之下部電極32上。一氧鐵電氣膜36之PZT形成在中間層34 上。
Pt之一上部電極58形成在氧鐵電氣膜36上。在本實施 例中，上部電極58之材料為Pt，其使得無需在氧鐵電氣膜 36和上部電極58間形成一中間層。 下部電極32、中間層34、氧鐵電氣膜36和上部電極58 構成針對一記憶體之電容器42g。 在本實施例中，係_廉價基本金屬的Ni被使用為至少 下部電極32之材料。與其中一昂貴高尚金屬被使用為下部 電極和上部電極兩者之材料的第13圖顯示之半導體元件相 較下，根據本實施例的半導體元件可具有較低成本。 (用來製造半導體元件之方法） 其次，將參考第9A和9B圖來解說用來製造根據本實施 例之半導體元件的方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 24 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ;裝丨 、tr— *線， 504836 A7 _B7_ 五、發明説明（22 ) 上至形成BTO膜33之步驟、包括BTO膜33形成步驟的 步驟係與那些用來製造根據第2A-3A圖顯示的第一實施例 的半導體元件之方法者相同，且其解說不再重複。 然後，如第9A圖顯示的，以和第一實施例中的相同方 式，一200nm厚PZT膜35不曝露於周遭大氣地形成在氧鐵電 氣膜36上。 然後，用來形成上部電極58的一 lOOnm厚Pt膜57不曝 露於周遭大氣地由濺鍍來形成在整個表面上。 在上述步驟後的半導體元件製造方法之步驟係與那些 用來製造根據第4A-5圖顯示的第一實施例的半導體元件 之方法者相同，且其解說不再重複。 因此，根據本實施例的半導體元件被製成（看第9B圖）。 如上述的，根據本實施例，一廉價基本金屬被使用為 至少下部電極32之材料，其使用可能提供比其中一昂貴高 尚金屬被使用為下部電極和上部電極之材料的第13圖顯示 之傳統半導體元件較低成本的一半導體元件。 (第三實施例） 將參考第10A-11B圖.來解說根據本發明之第三實施例 的半導體元件及其製造方法。第10A和10B圖係根據本實施 例的半導體元件之戴面圖。第10A圖係根據本實施例的半 導體元件之截面圖，其顯示其之結構。第10B圖係根據本 實施例的半導體元件之一電容器的截面圖，其顯示其之結 構。第11A和11B圖係在用來製造根據本實施例的半導體元 件之方法步驟的半導體元件之截面圖，其顯示該方法。本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 25 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· :線丨 504836 A7 _B7___ 五、發明説明（23 ) 實施例與那些根據第一和第二實施例的半導體元件及其製 造方法者之相同構件，由相同參考標號來表示、而不再重 複或簡化其解說。 (半導體元件） 首先，將參考第10A和10B圖來解說根據本實施例的半 導體元件。 . 根據第10A和10B顯示的半導體元件之特徵主要在 於，一氧鐵電氣膜60係由膜來提供，其 中八係1!、？1)、3丨、或稀有鹼土元素之至少任一元素；3係 Bi、Pb、Ca、Sr、和 Ba之至少任一元素；C 為 Ti、Nb、Ta、 W、Mo、Fe、Co、Cr和Zr之至少任一元素；且Y為2、3、4 和5之任一個。 在第一和第二實施例中，如ΡΖΤ膜的一鉛基底氧化物 氧鐵電氣膜被使用為氧鐵電氣膜36，但本實施例的氧鐵電 氣膜可沒有明顯問題地被使用。亦即，即使在本實施例之 氧鐵電氣膜被使用的情形中，仍可形成展現良妤氧鐵電性 的晶體結構、且仍可形成具有良妤電氣特性之氧鐵電容器。 其中例如Α係Bi、Β係Sr、C係Ta、且Υ為2的上述 (A0)2(By“Cy03y+1)膜係 SBT(SrBi2Ta209)膜。 SBT膜係具有perovskite結構的一晶體結構之一氧鐵 電氣膜，且Bi203產生另一個，即一鉍層結構氧鐵電氣膜。 鉍層結構氧鐵電氣膜展現如鉛基底氧化物氧鐵電氣膜 之良好氧鐵電性。 即使在如Ni等基本金屬被使用為下部電極32和上部電 26 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 504836 A7 _B7_ 五、發明説明（24 ) 極40之情形中，如SBT膜的鉍層結構氧鐵電氣膜仍可如 PZT膜被使用的實施例中，藉由形成中間層34、38來提供 展現良好氧鐵電性的一氧鐵電氣膜60。 如上述的，根據本實施例，.即使在上述氧鐵電氣膜被 使用之情形中，仍可形成使用基本金屬為下部電極和上部 電極之材料的一氧鐵電容器。 根據本實施例，即使在上述氧鐵電氣膜被使用的情形 中，要使用為下部電極和上部電極之材料的材料不狹窄地 限於Pt、Ir等，其使得可能簡化製程和改善電氣特性。 (用來製造半導體元件之方法） 然後，將參考第11A和11B圖來解說用來製造根據本實 施例之半導體元件的方法。 根據本實施例、包括形成BTO膜31之步驟、用來製造 半導體元件的製造步驟，係與那些用來製造根據第2A-3A 圖顯示的第一實施例的半導體元件之方法者相同，且其解 說不再重複。 然後，如第11A圖顯示的，用來形成氧鐵電氣膜60的 一 200nm厚SBT膜59、由.使用氬離子束的濺鍍、不曝露於 周遭大氣地形成在整個表面上。膜層形成條件係例如 lOsccm Ar氣流量率、3Pa真空度、2kW施加電源、5分鐘濺 鍍時間及20-200°C膜層形成溫度。 其次，以和第一實施例中的相同方式，用來形成中間 層38的一 BTO膜57、用來形成上部電極的一 Ni膜39不曝露 於周遭大氣地依序來形成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 27 — II •裝 訂 線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 B7 五、發明説明（25 ) 根據本實施例的半導體元件製造方法之下列步驟係與 那些用來製造根據第4A-5圖顯示的第一實施例的半導體 元件之製造方法者相同，且其解說不再重複。 因此，根據本實施例的半導體元件被製成（看第11圖）。 (修正例（第1部份）） 其次，將參.考第12A圖來解說根據本實施例的半導體 元件之修正例（第1部份）。第12A圖係根據本修正例之半導 體元件的截面圖。 在第12A圖顯示的電容器之特徵主要在於，由上述 (AOMBy.iCyC^H)膜來提供一氧鐵電氣膜60a，其中A係 Bi、B係 Ba、C係 Ti、且 Y為 3，即 Bi2Ba2Ti3012。
Bi2Ba2Ti3012&SBT係鉍層結構氧鐵電氣膜。 因此》即使在Bi2Ba2Ti3〇i2被使用為氧鐵電氣膜之材料 的情形中，使用一基本金屬為下部電極和上部電極的一氧 鐵電容器仍可形成。 (修正例（第2部份)） 其次，將參考第12B圖來解說根據本實施例的半導體 元件之修正例（第2部份）·。第12B圖係根據本修正例之半導 體元件的截面圖。 在第12B圖顯示的電容器42i之特徵主要在於，由上述 (AOMBwCyOsy+O膜來提供一氧鐵電氣膜60a，其中A係 Bi、B係Ca、C係Ti、且 Y為 4，即Bi2Ca3Ti4015。
Bi2Ca3Ti4015&SBT係鉍層結構氧鐵電氣膜。 因此，即使在Bi2Ca3Ti34〇H被使用為氧鐵電氣膜之材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 28 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝丨 、可| :線丨 504836 A7 B7 五、發明説明（26 ) 料的情形中，使用一基本金屬為下部電極和上部電極的一 氧鐵電容器仍可形成。 [經修正實施例] 本發明不限於上述實施例、且可涵蓋其他各種修正例。 例如，在上述實施例中，BTO等被使用為中間層、但 中間層之材料不限於上述材料。任何材料只要具有上述特 性即可使用，即可結晶化成perovskite結構的材料、即使在 中間層被形成在弱自行定向之材料的下部電極上之情形 中，可防止即使在下部電極和上部電極由基本金屬形成之 情形中的下部電極和上部電極之氧化、且可壓制氧鐵電氣 膜中的元素之轉移到下部電極和上部電極。 可滿足上述條件的材料係例如由含有所加入任何元素 之Ca、Sr、Ή、Pb、Bi、稀有鹼土 元素、Nb、Ta、W、Mo、 Fe、Co、Cr和Zr的BTO形成之材料。特別地，例如， Ba(BixmyTU.x.y)03 ^ BaCBi.TayTii.x.^Os' Ba(BixWyTi1.x.y)03 ' Ba(BixMoyTil.x.y)03' Ba(BixFeyTii.x.y)03' Ba(BixCoyTii.x.y)〇3 ' BaCBixCryTikdOs、BaCBixZryTihdOa等可使用為中間層。 這些材料具有例如Χ=〇·2且Υ=0·25之化合物比率。 當中間層之材料可使用（BaxCaySrk-yRiOs、 (BaxTlySq.x.JTiCb等時，這些材料可具有例如Χ=〇·5且 Υ=0·25之化合物比率。（BaxPUTiOs等可使用為中間層之 材料。這些材料之化合物比率可為例如Χ=〇·5。 Bax(EryTiNy)03等可使用為中間層之材料。這些材料可具有 例如Χ=0·5且Υ=0·5之化合物比率。上述化合物比率可適當 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐) 29 .....................裝..................、玎................線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 504836 A7 _B7_ 、發明説明（27 ) 地調整以給予中間層所需之特性。 在本實施例中，當氧鐵電氣膜、鉛基底氧化物氧鐵電 等之材料被使用時，氧鐵電氣膜之材料不限於本實施例中 描述之材料。任何其他氧鐵電氣膜可被適當地使用。 在第一和第二實施例中，已由PZT等而解說鉛基底氧 化物氧鐵電。然而，鉛基底氧化物氧鐵電不限於實施例中 描述之材料，且任何其他鉛基底氧化物氧鐵電可被適當地 使用。例如，至少任何元素之La、Sr、和Ca可進一步加入 PZT。例如，係由含有加入La、Sr、Ca的PZT形成之一錯 基底氧化物氧鐵電的PLCSZT可被使用。 在上述實施例中，下部電極和上部電極之材料係Ni和 Cu，但其他基本金屬可被適當地使用。例如，Cr等可被使 用。 在上述實施例中，下部電極和上部電極之材料為Ni， 但其他元素可加至Ni。例如，至少任一材料之Sc、Ti、V、 Cr、Mo、Fe、Co、Cu、Y、Zr、Nb、Mn、Ta、W、Ir和 Pt 可加至Ni。 在上述實施例中，Cp也使用為下部電極和上部電極之 材料，但其他元素可加至Cu。例如，至少任一材料之Sc、 Ti、V、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Y、Zr、Nb、Μη、Ta、W、 Ir和Pt可加至Cu。 在上述實施例中，如Ni等基本金屬被使用為下部電極 和上部電極之材料以縮減成本，但可使用相當廉價之高尚 金屬來縮減成本。例如，比Pt、Ir等廉價的Au等被使用， 30 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 504836 A7 B7 五、發明説明（28 ) 來藉此提供半導體元件比傳統半導體元件較低的成本。 在第二實施例中，Pt被使用為由高尚金屬形成的上部 電極之材料，但高尚金屬之上部電極的材料不限於Pt。例 如，可能使用Pt合金、或Ir、Ir合金等。 在第二實施例中，下部電極由基本金屬形成，而上部 電極由高尚金屬形成。下部電極可由高尚金屬形成，而上 部電極由基本金屬形成，且在此情形中需要在氧鐵電氣膜 和上部電極間形成一中間層。 在第三實施例中，鉍層結構氧鐵電由BST等來例示。 鉍層結構氧鐵電不限於第三實施例中描述之材料，且任何 其他鉍層結構氧鐵電可被適當地使用。 在第三實施例中，A、B、C和Y被設定來形成鉍層結 構氧鐵電。然而，A、B、C和Y不被設定來限制鉍層結構 氧鐵電之形成，且可適當地設定來形成具有所需特性之氧 鐵電。 上述實施例已藉由FRAM來解說。然而，本發明不一 定施用於FRAM、且可適用於使用氧鐵電的任何半導體元 件。上述電容器可適用於一單一電容器。當上述電容器被 施用於單一電容器時，仍可提供上述功能和效果。 在上述實施例中，中間層和氧鐵電氣膜係由濺鍍和 sol-gel程序來形成。然而，不只可由濺鍍和sol-gel程序、 也可由其他膜層形成程序，來形成中間層和氧鐵電氣膜。 在上述實施例中，使用來形成中間層和氧鐵電氣膜的 惰性氣體係氬氣。然而，不只氬氣、也可使用其他惰性氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 31 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
•、可I :線丨 504836 A7 _B7_ 五、發明説明（29 ) 體’且氦氣、氖氣、氪氣、氮氣、氤氣、其混合氣體或其 他者例如可被適當地使用。 元件標號對照 10...矽基體 32、32a、132…下部電極 12...元素區 33、37...BTO膜 14...元素隔離膜 34、34a-34c、38、38a-38c 16...側壁絕緣膜 ...中間層 18...閘極電極 35…PZT膜 20…源極/汲極擴散層 36、36a、60、60a-60b、136 22、52…層際絕緣膜 ...氧鐵電氣膜 23、46、48、54···接觸孔 40、40a、58、140 24a、24b···傳導體插頭 …上部電極 26...阻停膜 42、42a-42i···電容器 28、44…氧化矽膜 50…互相連接層 30…黏附膜 56...位元線 31、39...Ni膜 57...Pt 膜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袭丨 、τ· L線· 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐）
Claims (1)
- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504836 _ g_ 六、申請專利範圍 1· 一種半導體元件，包含有一第一電極、形成在該第一電 極上方的一氧鐵電氣膜、及形成在氧鐵電氣膜上方的一 第一電極’該半導體元件更包含： 於該第一電極和該氧鐵電氣膜間的邊界、與於該氧 鐵電氣膜和該第二電極間的邊界之至少一個處形成的 perovskite晶體結構之一中間層。 2·依據申請專利範圍第丨項之半導體元件，其中 該中間層係BaTi〇3層、SrTi03層、或CaTi〇e。 3·依據申請專利範圍第2項之半導體元件，其中 該中間層更含有至少任何元素之Ca、sr、T卜Pb、 Bl、稀有鹼土 元素、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、 Cr和 Zr 〇 4·依據申請專利範圍第丨項之半導體元件，其中 該第一電極及/或該第二電極係基本金屬。 5·依據申請專利範圍第2項之半導體元件，其中 該第一電極及/或該第二電極係基本金屬。 6·依據申請專利範圍第3項之半導體元件，其中 該第一電極及/或該第二電極係基本金屬。 7·依據申請專利範圍第4項之半導體元件，其中 該基本金屬係Ni、Cii或Cr。 8·依據申請專利範圍第5項之半導體元件，其中 該基本金屬係Ni、Cu或Cr。 9.依據申請專利範圍第6項之半導體元件，其中 該基本金屬係Ni、Cu或Cr。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · ill — I 訂 illi P-33 - A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 Ca 1〇·依據申請專利範圍第1項之半導體元件，其中 該氧鐵電氣膜係鉛基底氧化物氧鐵電氣膜。 u•依據申請專利範圍第1〇項之半導體元件，其中 該錯基底氧化物氧鐵電氣膜係PbZrxTiix〇3膜。 12·依據申請專利範圍第U項之半導體元件，其中 δ亥PbZrxTi1-x〇3膜更含有至少任一元素之La、和 依據申請專利範圍第1項之半導體元件，其中 該氧鐵電氣膜係（AOMBwCyOsw)膜，其中a係 丁1、？1>、^卜或稀有鹼土元素之至少任一元素；]8係3卜 Pb、Ca、Sr、和Ba之至少任一元素；c為Ti、Nb、Ta、 W、Mo、Fe、Co、Cr和Zr之至少任一元素；且γ為2、3、 4和5之任一個。:ΐ \ r - 14·依據申請專利範屬夢丨3項之半導體元件，其中 ·—:‘今.·7 〜 該氧鐵電氣^係鉍層結構氧鐵電氣膜。 15.依據申請專利範圍第14項之半導體元件，其中 該Μ層結構氧鐵電氣膜係SrBi2Ta2〇9膜、 Bi2Ba2Ti3012 膜或 Bi2Ca3Ti4015 膜。 16· —種半導體元件，包含有：一電容器，該電容器包括一 第一電極、形成在該第一電極上方的一氧鐵電氣膜、及 形成在該氧鐵電氣膜上方的一第二電極；以及連接至 該第一電極或該第二電極的一電晶體；該半導體元件 更包含： 於該第一電極和該氧鐵電氣膜間的邊界、與於該氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐〉 — — II 蠢！ * - I ! _ I ! I f請先閲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 34 504836 B8 C8 —-------— D8____ 六、申請專利範圍 鐵電氣膜和該第二電極間的邊界之至少—個處形成的 perovskite晶體結構之一中間層。 17.-種製造半導體元件之方法，該方法包含：形成—第一 電極之步驟，於該第一電極上方形成一氧鐵電氣膜之步 驟，及在該氧鐵電氣膜上方形成一第二電極之步驟；該 方法更包含： ^ 在形成該第一電極之該步驟後、和在形成該氧鐵電 氣膜之該步驟前，及/或在形成該氧鐵電氣膜之該步驟 後、和在形成該第二電極之該步驟前，形成可結晶化成 perovskite結構的一中間層之步驟。 18·依據申請專利範圍第17項的製造半導體元件之方法，其 中 、 在形成該中間層之該步驟中，該中間層係在一惰性 大氣中形成。 19_依據申請專利範圍第π項的製造半導體元件之方法，其 中 該中間層和該氧鐵電氣膜係不曝露於周遭大氣地 形成。 — 丨 d — · I ! t !!! (請先聞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 35 本紙張尺度適用中國國家標準（CNQA4規格Ο10 X 297公釐〉
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