TW559982B - Methods of forming metal-comprising materials and capacitor electrodes; and capacitor constructions - Google Patents

Methods of forming metal-comprising materials and capacitor electrodes; and capacitor constructions Download PDF

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Description

559982 A7
技術領域 例如電容器電極的方 本發明係關於形成包含金屬材料， 法。本發明同樣係關於電容器結構。 發明背景 電容器結構應用於許多半導體结播 一〜 卞守篮、、°構中，例如記憶體陣列 不絶性§己憶體陣列是^ —動離隨施& 莉& 1迎機存取記憶體（DRAM)陣 列，其中該陣列之個別的元包含一電容器及一 晶體。 。 電 電容器結構包含-第-導電電容器電極及_第二導電電 容器電極’由-介電材料將它們分離。在各種合成物中， 適合用做電容器電極的是金屬，例如鉑、铑 '銥、釕等。 這些金屬可藉由沉積獲取，將一有機金屬前驅物材料曝露 於一氧化環境（例如一 〇2，〇3及/或^〇的環境）中，使該前 驅物分解並釋放該金屬。然後該釋放金屬沉積於基板形成 一金屬膜，最後該金屬膜作為一電容器電極併入一電容器 裝置。 在該有機金屬前驅物的氧化過程中會出現一個困難點， 即與一半導體基板關聯的材料曝露於氧化環境下，其本身 就會氧化，或在該有機金屬前驅物的降級過程中也發生降 級。因此，除了有機金屬前驅物的氧化法，開發出在半導 體基板上形成金屬材料的另一種方法是必要的。 發明概要 一方面，本發明包括一種形成一半導體結構之含金屬塊 的方法。提供一半導體基板及一最近似於該基板的有機金 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 559982 A7 B7
屬前驅物。該前驅物曝露於一還原中，以釋放該前驅物中 之金屬，隨後該釋放金屬沉積於該半導體基板上。 另一方面，本發明包括形成一半導體結構中一含金屬塊 的一具體實施例，其中一包含金屬前驅物曝露於氨水中， 釋放該前驅物中之金屬，隨後該釋放金屬沉積於一半導體 基板上。 另一方面，本發明包括形成電容器電極之方法論，其中 一包含金屬前驅物曝露於一還原環境中，沉積一含金屬塊 ，該金屬群最後作為一電容器電極併入一電容器結構。 本發明也包括電容器結構。 圖式簡單說明 下面參考後面的附圖說明本發明較佳具體實施例。 該圖為一半導體晶圓片段的橫截面簡圖，呈現本發明一 具體實施例。 較佳具體實施例詳細說明 參考圖中一半導體晶圓片段丨〇說明本發明一具體實施例 。片段10包括一基板12，其可由，例如單晶矽組成。為有 助於說明下面的申請專利範圍，術語「半導體基板」定義 為任何包含半導體材料的結構，包括但不限於，較大的半 導體材料如一半導體晶圓（單體或含有其它材料之集合體）， 及半導體材料層（單體或含有其它材料之集合體）。術語「基 板」私任何支撐結構，包括單不限於上面說明的半導體基 板。 基板12上形成一絕緣材料14，其可包含，例如硼磷碎酸 559982 A7 —_____B7 五、發明説明（3一厂 " "—" 鹽（borophosphosilicate)玻璃（BPSG)及 / 或二氧化矽。一開口 從絕緣材料14擴展至基板12，以此開口為基礎在基板12内 形成一擴散區16。擴散區16可為η型導電摻雜或p型導電摻 雜。擴散區16可看作一由基板12支撐的一電氣節點之示範 性具體實施例。 一系列導電材料在絕緣材料群14的開口内形成.，並擴展 至擴散區16之上。這種導電材料包括一導電摻雜矽群18， 例如η型或ρ型摻雜多晶矽。導電材料也包括一金屬矽化物 層20及一含有金屬或金屬氮化物層22。注意除圖中呈現的 材料18，20和22之外，也可選擇使用其它導電材料。例如 ，材料18可用一導電金屬插塞如一鈦插塞或一鎢插塞代替 。在其它的具體實施例中，擴散區16與含石夕層18之間提供 一金屬矽化物層，示範性金屬矽化物包括矽化鈦或矽化鎢 。層18，20和22可藉由習用的方法形成。 在特定具體實施例中，層22由或基本上由氮化鈦、氮化 鎢、氮化钽、元素鈦、元素钽或元素鎢中的一個或多個組 成，而層20由或基本上由石夕化鈦或石夕化鎢組成。層20和22 用作擴散及/或氧化阻擋層。 導電層22上形成的一含金屬群24，在所示的具體實施例 中與層22直接接觸。依照本發明之方法，藉由一有機金屬 前驅物曝露於一還原形成群24，釋放該前驅物中金屬，隨 後該釋放金屬沉積形成群24。在所示具體實施例中，群24 被圖樣化成一矩形區塊。這樣，在該釋放金屬沉積後，藉 由例如微影處理和一適當的蝕刻即可完成此過程。適當的 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）
裝 訂
線 559982
微影處理和蝕刻條件為熟悉本技藝人士所熟知。 群24由或基本上由釕、鍺、銀、鈷、鈀、鎳或鉑中的一 個或多個組成。在一特定具體實施例中，群24由或基本上 由釕組成，其藉由三羰基環己二烯釕⑽…b〇nyl_ cyclohexadiene ruthenium)前驅物曝露於一還原環境中形成 ，該還原環境由氨（ΝΑ)、二價氫⑴2)或等離子活化氫類 中的一個或多個成分組成。在特定的具體實施例中，該 還原由或基本上由氨（NH3)、二價氫（HJ或等離子活化氫 類中的一個或多個成分組成。在一示範性具體實施例中 ，二羰基環己二烯釕前驅物曝露於溫度為2丨〇Q(：的氨水中 ，壓力4陶爾（torr)，持續時間12〇秒，使群24的沉積厚度 達到約450埃。 先前技藝方法已存在，其中在一層上形成一含金屬塊的 方法，與上面說明的層22藉由曝露一有機金屬材料於氧化 被境中形成的方法相同。但是，採用先前技藝方法存在的 一個問題是氧化環境可氧化層22的各種組成成分，從而降 低該層的導電率。例如，若層22包含鈦、妲或鎢，該層曝 露於氧化環境中會形成氧化鈦、氧化鎢或氧化钽。這樣的 氧化物是電氣絕緣的，從而層22的預期導電特性會下降， 或在有些情況下甚至完全喪失，這會導致隨後由層22形成 的裝置热法操作。與之相比，本發明具體實施例中採用的 還原環境可避免層22材料的氧化，因而在群24的形成過程 中能保持層22的預期導電特性。利用本發明方法之還原環 境的進一步優勢是許多有機金屬前驅物材料含氧氣，在前 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2ΐ〇χ 297公爱) " ---- 5 五、發明説明（ 驅物材料的化學降級過程中會被釋放出來。釋放出的氧氣 可氧化基板材^。但是，利㈣原可在氧氣與一基板材料 發生不利反應前，將其完全清哈 疋生，月除例如，在本發明的特定 具體實施例中，NH3可用於完全清除氧氣。 以前不採用還原環境形成半導體結構中導電群的—個原 因’是考慮到-有機金屬前驅物_的碳，會沉積於前驅物 形成的-導電金屬物質中，除非將前驅物曝露於氧化環境 中。在本發明的-方面’公認為在特定的半導體製作應用 中，併入碳的問題與半導體裝置相關材料的氧化問題相比 ，前者是個小問題。例如，參照附圖說明的具體實施例中 ，保持層22的導電特性是非常必要的，而較少考慮除去群 24中的碳。因而，利用還原環境形成群24相對於利用氧化 環境較佳’即使相對於利用氧化環境產生的碳量，這種還 原環境會造成併入群24中的碳量增加。但是，對將三幾基 %己一烯釕前驅物曝露於氨水中形成一群24的一項分析顯 示，併入該群中的碳很少。因而，在本發明的特別具體實 施例中，可避免層22的氧化，也可避免碳併入群24中。這 就是本發明的較佳具體實施例，但應明白本發明也包括這 樣的具體實施例，其中出現碳併入群24中的現象。 在一些特別具體實施例中，群24可包含由一個或多個前 驅物形成的多種金屬。多種金屬包栝釕、铑、銥、鈷、鈀 、鎳或鉑中的一種或多種。在本發明的一些方面，需要群 24不是單獨由鉑組成。而是，在這些方面，群24可包含鉑 與其它金屬的組合。因此，可能實現群24藉由至少一種包 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 559982 A7 ___B7 五、發明説明（6~) " ~~ 含一非鉑金屬的前驅物形成，但是這樣的前驅物可用於與 其它包含翻之前驅物的結合。 群24形成後，該群上提供一介電材料26。介電材料％可 包含一氧化石夕及/或氮化石夕。另外，介電材料26可包含一所 謂的高k值材料，例如Ta205。 介電材料26形成後，一第二電容器電極28在介電材料％ 上形成。電容器電極28可包含金屬及/或導電摻雜矽。若電 極28包含金屬，即可如前面說明的群24之形成一樣利用一 還原形成。此外，電極28可藉由將一有機金屬前驅物曝露 於一氧化環境中形成。在本發明較佳具體實施例中，介電 材料26可包含一高k值材料，而電極28藉由一有機金屬前驅 物曝露於氧化環境中生成。氧化環境可彌補高k值材料中存 在的氧化物缺乏現象。例如，若該高k值材料包含， 則材料中會存在相對氧之數量鈕過量之區域，所以該材料 是钽過量（即在與TkO5相關的化學計量中存在高於正常量 的钽）。這樣的钽過量區域會缺乏該高艮值材料預期的介電 特性。該鈕過量區域曝露於氧化環境可將該區域轉化為 Ta2〇5，因而改善與該區域相關之介電特性。 第二電容器電極28由或基本上由釕、姥、銥、鈷、鈀、 鎳或鉑組成，可包含與群24中利用的一同樣金屬或群以中 未用的一不同金屬。在特別較佳具體實施例中，群24藉由 有機金屬前驅物曝露於一還原環境中形成，並將構成一 第一電容器電極；而群28將由一同樣的有機金屬前驅物或 一不同的有機金屬前驅物曝露於一氧化環境中形成，並將
裝 訂
線 本紙張尺家標準(CNS) M規格(21〇 & 297公釐） 559982 A7 B7 五、發明説明（7 ) 構成一第二電容器電極。 該圖中該群24、26及28共同定義一電容器結構之至少一 部分。這樣的電容器結構可併入各種半導體裝置中，例如 一動態隨機存取記憶體（DRAM)單元。在該電容器結構併入 一動態隨機存取記憶體（DRAM)單元的具體實施例中，通常 有一利用擴散區16作為一源極/汲極區域之一電晶體閘極（圖 中未示），從而通過擴散區16與群24電氣連接。在這種具體 實施例中，群24可看作一電容器結構之一儲存節點。 遵照法令，本發明以或多或少比較特別的語言，說明有 關結構和方法特徵之内容。但是，應明白，本發明不限於 上述說明的這些特性，因為這裏揭示的方法包含實施^發 明之較佳形式。因此，本發明係在隨附申請專利二圍的^ 當範疇内，按本發明的形式或修改來申請，而該申嗜專利 範圍則同等原理作出適當解說。

Claims (1)

  1. 559982 A8 B8 C8 _____D8 六、申請專利範圍 1· 一種形成一半導體結構之含金屬塊之方法，其包含： 提供一半導體基板； 提供一或多個最近似該基板之有機金屬前驅物，至少 一或多個前驅物其中之一未包含鉑； 將一或多個前驅物曝露於一還原中，以釋放該前驅物 中之金屬；及 將該釋放之金屬沉積於該半導體基板，以在該半導體 基板上形成一含金屬塊。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板包含一上表面 ，其由TiN、元素Ti、WN、元素W、TaN和元素Ta中之 一或多個組成；且其中該上表面在該含金屬塊形成過程 中曝露於該還原中β 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板包含一可氧化 上表面；且其中該含金屬塊緊貼該上表面形成；至少在 一些金屬釋放過程中，該可氧化上表面曝露於該還原空 氣中。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板包含一上表面 由TiN元素Ti、WN、元素W、TaN和元素Ta中之 一或多個組成；且其中該含金屬塊緊貼該上表面形成。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含釕，且其中該釋放金屬基本由釕組成。 6. 如申％專利範圍第1項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含铑，且其中該釋放金屬基本由铑組成。 7. 如申請專利範圍第旧之方法，其中該一個或多個前驅物
    559982 A8 B8 C8 ---— _ D8_____ 六、申請專利範圍 包含銥，且其中該釋放金屬基本由銥組成。 8.如申請專利範圍第〖項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含始，且其中該釋放金屬基本由鈷組成。 9·如申請專利範圍第1項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含鈀，且其中該釋放金屬基本由鈀組成。 10.如申請專利範圍第1項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含錄，且其中該釋放金屬基本由鎳組成。 11 ·如申凊專利範圍第1項之方法，其中該一個或多個前驅物 包含三羰基環己二烯釕。 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中該還原包含nh3。 13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該還原包含活性氫。 14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該還原包含h2。 15. —種形成一半導體結構之含金屬塊之方法，其包含： 提供一半導體基板； 提供一最近似該基板之一包含金屬前驅物； 將該包含金屬前驅物曝露於Nh3中，以釋放該前驅物 中之金屬；及 將該釋放之金屬沉積於該半導體基板以形成該含金屬 16·如申請專利範圍第15項之方法，其中包含曝露該前驅 物於一由NH3組成之介質中，以釋放該前驅物中之該 金屬。 17.如申請專利範圍第15項之方法，其中該前驅物包含釕， 且其中該釋放金屬基本由釕組成。 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 559982 A8 B8 C8 六、申請專承-----S 18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該前驅物包含铑， 且其中該釋放金屬基本由鍺組成。 19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該前驅物包含銥， 且其中該釋放金屬基本由銥組成。 2〇.如申請專利範圍第15項之方法，其中該前驅物包含鈷， 且其中該釋放金屬基本由鈷組成。 21. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該前驅物包含鈀， 且其中該釋放金屬基本由把組成。 22. 如申請專利範圍第15項之方法，其令該前驅物包含鉑， 且其中該釋放金屬基本由姑組成。 23. 如申睛專利範圍第丨5項之方法，其中該前驅物包含鎳， 且其中該釋放金屬基本由鎳組成。 24. —種形成一電容器之方法，其包含： 提供一半導體基板其具有一電氣節點為其支撐； 形成一電氣互連與該節點電氣接觸，該電氣互連包含 導電摻雜矽； 在該電氣互連上形成一導電材料，該導電材料包含 TiN、WN、TaN、元素Ta、元素Ti及元素w中之一或多 個； 提供一最近似於該導電材料之包含金屬前驅物； 曝路該刖驅物於一還原中’以釋放該前驅物中之金 屬； 將該釋放之金屬沉積於該介電材料以形成一第一電容 器電極； -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱)
    訂
    559982 A8 B8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 在該第一電容器電極上形成一介電材料；及 在該介電材料上形成一第二電容器電極。 25.如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含釕， 且其中該釋放金屬基本由釕組成。 26·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含铑， 且其中該釋放金屬基本由铑組成。 27·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含銥， 且其中該釋放金屬基本由銥組成。 28·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含鈷， 且其中該釋放金屬基本由鈷組成。 29·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含鈀， 且其中該釋放金屬基本由鈀組成。 3〇·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含鉑， 且其中該釋放金屬基本由鉑組成。 31·如申請專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含鎳， 且其中該釋放金屬基本由錄組成。 32.如申凊專利範圍第24項之方法，其中該前驅物包含三羰 基環己二烯釕。 33·如申請專利範圍第24項之方法，其中該還原包含Nh3。 34.如申請專利範圍第24項之方法，其中該還原包含活性 氫。 35·如申請專利範圍第24項之方法，其中該還原包含h2。 36.如申請專利範圍第24項之方法，其中該導電材料由TiN 、元素Τι、WN、元素W、TaN及元素Ta中之一或多個組 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 559982 A8 B8 C8
    成。 其中該第二電容器電極 37·如申請專利範圍第24項之方法 包含導電摻雜矽。 38. 如申請專利範圍第24項 包含金属.且…： 其中該第二電容器電極 .^ _ '、中第一電容器電極之形成包含曝露一 包含金屬前驅物於一還原中。 39. 如申請專利範圍第24項 &人 心乃凌，其中該第二電容器電極 包含金屬；且其中第二雷女 、 電各裔電極之形成包含曝露一含 金屬刚驅物於一氧化空氣中。 价如申請專利範圍第24項之方法，其中該第二電容器電極 包含金=4其中該介電材料包含—氧化物，且其中該 第一電容器電極之形《包含曝露一含金屬前驅物於一氧 化空氣中。 41.如申請專利範圍第24項之方法，其中該第二電容器電極 包含金屬；且其中該介電材料包含一 Ta2〇5 ,且其中該第 二電容器電極之形成包含曝露一含金屬前驅物於一氧化 空氣中，該氧化環境由乂〇、〇2及〇3中之一或多個成分 組成。 -15· 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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