TWI228798B - Barrier for capacitor over plug structures - Google Patents
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Description
1228798 ^ . _j號92106416_年月曰 卩η： 五、發明說明（1) " 發明領域 本發明係有關一種被用於如積體電路（ICs)之阻障，其 可減少如氧之原子及分子的擴散。更特別是，該阻障可減 少插塞結構之電容器中之插塞的氧化。 發明背景 5己憶體積體電路包含複數個被位元線及字線相互連接 的記憶體胞元。記憶體胞元包括用於儲存一位元資訊之被 耦合至電容器的電晶體。為了解高密度記憶體積體電路， 記憶體胞元運用一種如第一圖所示之插塞上之電容器（c〇p) 結構。該結構包括一電容器140，其具有被放 及142間之介電層146。該電容被耦合至傳導插塞 通常’氧環境中之高溫退火係為改善介電層特性所 需’特別是用於高k介電及鐵電物質。此外，氧環境中之另 一退火係為修復因接觸洞丨6 5之蝕刻造 期間，氧係經由電容擴散並氧化插塞。某些貝例。子所中而^ 加u電阻性？電子開路連接可導致效能降級及失敗。 俜被i供3 ΐ i Γ經由電谷擴散’被形成自銥之阻障層18 7
咖I m化μ分層1位準間介電⑽）層 於層之間藉：增加點石著η ’戶斤以氮化銥層182係被提供 之側壁係被暴露。氧可咖=而，如圖示，阻障及黏著層 障及位準間介電水：透f被暴露側壁，並沿黏著、阻 ΐυ娜™!WttWHVHW:--；--’氧化該黏著層，某些例子中為
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i號 9210641R
夷哭：期提供一被改良的阻障層，用於減少插 塞、乡口稱之電谷态中之插塞的氧化。 五、發明說明（2) 插塞。 發明摘要 中， 層及 之外 銀。 第一 障層 一阻 障層 層之 本發 關插塞結構之電容器的形成。-實施例 電容考二^，化之被改良阻障。該阻障係被放置黏著 —益之間糟以減少插塞的氧化。 例中’非傳導黏著層係被提供於插塞被放置處 篦一 L ?電層。一實施例中，黏著層係包含氮化 ^ 〃一阻障層係被提供於黏著層及電容器之間。 ，t f係被放置於第二阻障層及黏著層之間。第二阻 :盍著第一阻障層之上表面及側壁。一實施例中，第 :早層”銥而第二阻障層包含χ氧化銥(Ir〇x)。第二阻 ^制如氧之穿透第一阻障層之側壁及黏著及第一阻障 面的擴散，藉此減少或避免插塞的。 明詳細說明 良阻 器。 亦可
t，係有關用於減少如氧之原子及分子之擴散的改 tf阻障特別有用於記憶體胞元之插塞結構的電容 、具施例中’該阻障係被運用於鐵電電容器。該阻障 被用於如高k介電電容器的其他類型電容器。 第一圖顯不具有一電晶體230及一電容器240的一鐵電 ，胞兀201。電晶體之第二終端232係被耦合至電容器 二電極241。電晶體之閘極2 33及第一終端2 31分別被相 字線250及位το線26 0。被耦合至電容器之第二電極242 1228798
者係為極板線27 0。電容器使用鐵電物質之滯後極 儲存資，。被儲存於記憶體胞元中之邏輯值係視電容器之 ，化而定。為了改變極性，大於轉換電壓（矯頑電壓）: 必須被經由位元線及極板線被施加橫跨電容哭之電極― ΐ二電容器之極化係視被施加之電壓的極性而定。鐵電電 =器之一優點係其於電源被移除之後仍能維持其極化狀 態’形成非依電性記憶體胞元。 —即參考第三圖，依據本發明一實施例之鐵電插塞上之電 容器結構301係被顯示。插塞上之電容器結構係被形成於半 導體基板3 05，且被位準間介電層318絕緣。例如，位準間 介電層可包含二氧化矽（Si〇2)。如氮化矽或摻雜矽酸玻璃θ 之其他類型介電物質亦可用。插塞上之電容器結構包含一 具有如斜錯酸根鈦酸鹽（PZT)之鐵電層346的電容器34〇。銷 叙组（SBT)或其他類型之鐵電物質亦可用。鐵電層係被放置 於第一及第二電極341及342之間。例如，該電極包括如鉑 之貴金屬。例如SrRU()3、LaG.5、SrQ.5()3、LaNi03 或YBa2Cii3 07 之 其他類型傳導物質亦可用。上及下電極可被形成自相同或 不同的物質。 替代實施例中，插塞上之電容器結構包含一第一及第 二電極之間的介電層。例如，該介電層包含一高k介電層， 而該電極包含如釕（Ru )之傳導物質。其他類型之介電物質 或傳導物質亦可被用於介電層及電極。 例如，插塞37 0係被提供電子耦合該電容器至電晶體的 擴散區域。該插塞係被形成自如聚矽（p〇ly_Si)或鎢（W)的 傳導物質。其他類型之傳導物質亦可被使用。針對聚矽插
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案號 92106416 五、發明說明（4) 塞，包含矽化物之預先層通常被提供於電極及插塞之間 分層自位準間介電層。電晶體之閘極係被耦合至字線，而 其他擴散區域係被耦合至位元線。上電極係被耦合至極 線4且障層382係被提供於電容器之下電極下方，藉. 氧之擴散Μ呆護插塞370避免氧化。一實施例中，該 j 包含一對氧呈現良好之阻障特性的非氧化傳導物質。—J ，例中，該阻障層包含銀。如纪、錄或餘之其他對氧呈& 良好之阻障特性的非氧化傳導物質亦可被使用。 為了提升阻障層及分層自位準間介電層之間的黏著 J ’黏：層383係被提供。黏著層之物質應為穩定、呈 之阻障特性並具有與阻障層堅固鏈結的特性。一實施例- j黏著層係包含非傳導性氧化物。較佳是，該黏著層 他：：：乳化鈦。如二氧化鈽、二氧化锆或二氧化鈐之其 ::質亦可被使用。因為二氧化鈦為非傳導性，所以其可 :於插塞被放置處之外之分層自位準間介電層上。此旦 =作為氧之擴散路徑之分層自位準間介電層及黏著層 』介"面。 障。：m層392係被提供於第一阻障層上，而形成-阻 壁。明，第二阻障層覆蓋第-阻障層之表面及側 特性一 ϋρ早層具有良好之阻障特性及與黏著層鏈結的 2 施例中，第二阻障層包含氧化錶山⑻。完全 體穿^之第二阻障層’係可避免氧或其他氧化氣 作ί ϊ第一阻障層之側壁及沿著第一阻障及黏著層之介面
1228798 修正 案號 9210641fi 五、發明說明（5) 封層可於恢復退火期間抑制電容器層的氧化。一 中，該囊封層包含氧化鋁（A〗2%)或氮化矽（SiN)。如二氧化 鈽、二氧化锆或二氧化餘之其他非傳導性物質亦可被使 用0 徂2第ΓΓ:示之替代實施例中，附加阻障層484係被提 供於弟-阻障層及黏著層之間。一實施例中，附加阻障層 係包含可改善f -阻障層及黏著層γβ1之黏著性的傳導物 質。此外，Ρ且障層484可抑制插塞物質（如石夕）向上擴散進入 電容器。如圖示，第一阻障層覆蓋著附加阻障層之表面及 側壁。提供僅覆蓋附加阻障層之表面的第一阻障層亦為可 用三一實施例中，附加阻障層係包含鈦。如氮化鈦# 、氮化钽、氮矽化鈕或氮鋁化鈦之其他物 雖然插塞上之電容器結構被顯示具有 其他類型之插塞上之電容器結構亦可被使用。例如，插塞 上之電容器結構可包含兩個電容器，如被用於鏈式記憶體 架構者。例如，鏈式記憶體架構係被說明KTakashim/等人 之1 998年5月，美國電機及電子工程師學會之固態電路期刊 第33冊第787至7 92頁”高密度鏈式鐵電隨機存取記憶體 (ChainFRAM)"中，其在此因各種目的被併入參考。 第五至八圖顯示依據一實施例用於生產電容器的處 理。參考第五圖，一基板30 5係被提供。該基板係包含如矽 之一半導體基板。如絕緣體上之矽之其他類型的基板亦可 被使用。該基板係以被形成其上之分層自位準間介電層3 j 8 來製成。例如，該分層自位準間介電層係包含二氧化^。 分層 士口 匕石夕之其他類型之介電物質亦為可用。例如 1 第11頁 1228798 案號 92106416 五、發明說明（6) 擴散 位準間介電層以下者，係為具有一閘極及第一及第 區域的一電晶體。 非傳導性黏著層383係被沉積於分層自位準間介電層 上。非傳導性黏著層係可增強隨後被形成對分層自位準 介電層之阻障之間的黏著性。黏著層係被挑選提供其及 後被形成阻障物質之間之堅固鏈結，藉以 /氏 透層間介面的擴散…實施例中，該非傳導性 含二氧化鈦。可替代是，該非傳導性黏著層係可包含二氧 化#、二氧化锆、二氧化鎗或其他類型非傳導性黏著層。 例如，黏著層可藉由化學汽相沉積（CVD)、物理汽相沉積 (PVD)、甩膠（spin-coat ing)或其他已知技術來形成。 黏著層被形成後，接觸開口係被形成來暴露胞元電晶 體之擴散區域之一。該接觸開口係使用如傳統罩幕及蝕刻 技術來形成。如鎢或聚矽的傳導物質接著被沉積，填充該 接觸開口並覆蓋分層自位準間介電層表面。其他類型之傳 導物質亦為可用。基板表面係被化學機械拋光（CMp )平面 化。黏著層可當作化學機械拋光之蝕刻阻擋物，藉以移除 過多之傳導物質形成具有黏著層之共面之插塞3 7 〇。針對應 用使用聚矽插塞，矽化物預先層係於沉積黏著層之前被形 成於分層自位準間介電層上。 阻障層5 8 2接著被沉積於黏著層上。該阻障層包含呈現 良好阻障特性的傳導物質。如上述，該傳導物質應形成與 黏著層堅固鏈結藉以避免或降低氧沿著層間介面的側面擴 月欠 貝細*例中’该阻卩早層包含銀。如把、錢或餘之其他 具有良好之阻障特性及形成與黏著層堅固鏈結的傳導物質
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修正 亦可被使用。如濺散之傳統沉積技術可被使用。 參考第六圖，阻障層係被製成圖案以形成接觸插塞上 、面之阻障3 4 7。若矽化物層被提供，則阻障及矽化物層係 起被製成圖案。傳統罩幕及蝕刻處理係被用來將阻障声 製成圖案。 " 第二阻障層係被沉積於基板上，覆蓋著阻障及黏著 f ° 了實施例中，該第二阻障層係包含傳導氧化物。較佳 疋’第二阻障層包含氧化銥（IrOx)。可替代是，第二阻障 層包含具有良好之阻障特性及與黏著層堅固鏈結特性之其 他類型傳導氧化物。 " 該處理繼續形成阻障氧化物上之電容器的層。一實施 例中’該處理繼續形成鐵電電容器。形成其他類型之電容 器亦為可用。該處理包含隨後形成第一傳導電極64 1、鐵電 646及第一電極642層。例如，該電極包含如翻之貴金屬， 其他類型傳導物質亦可被使用。一實施例中，該鐵電物質 係包含鉛鍅酸根鈦酸鹽（PZT)。如鳃鉍鈕（SBT)之其他類型 之鐵電物質亦可用。各種已知技術係可被用來形成電容器 之不同層。例如，該技術係被說明為化學汽相沉積、物理 汽相沉積及甩膠，其在此因各種目的被併入參考。 針對使用鉛锆酸根鈦酸鹽之應用，氧化勰釘（S R〇 )層可 被形成於鐵電層及電極之間來增強鐵電層的屬性。 參考第七圖，第二阻障層及電容器之各層係被製成圖 案來形成電容器34 0。該層係利用如傳統罩幕及蝕刻技術被 製成圖案。如圖示，第二阻障層392覆蓋著第一阻障層 3 8 2，包括其側壁。
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電+容器被形成後，囊封層係被沉積於基板上。囊封層 3 ^覆蓋著電容器結構。一實施例中，囊封層包括氧化铭。 如氮化石夕或二氧化鈦之良好絕緣體及具有良好阻障特性之 其他類型物質亦為可用。 修正 #、ί考第八圖’分層自位準間介電層8 1 8係被沉積於覆蓋 著電容，結構之基板上。例如，該分層自位準間介電層係 〇括一氧化石夕。如氮化石夕、摻雜石夕酸玻璃或上旋玻璃之其 他類型介電物質亦可用。分層自位準間介電層表面係利用 學機械抛光來平面化。如逆流之其他技術亦可視被使 質而被使用。接點8 65接著被形成於介電層中，耦合電 $ 如板極線86 7。該接點可使用傳統鑲飾技術被形成。 ，飾技術或鑲飾及RIE技術之結合亦可被用來形成接點 五圖/之代^貝列/ ’附加阻障層係於第一阻障層58 2 (見第 著Γ Λ Λ /附力口阻障層係、可增強第—阻障層間之黏 组或氮銘化鈦之其他物丄化鈦、氮化組、_ 分別製成圖案，使第阻障層可被-起或 括其侧壁。該處理從$ ^層 覆蓋附加阻障層，包 秸八：土 a處理從第六圖繼續向 當本發明已參考各種每#、士& 乃 練技術人士應了解，只要。離：蘇別顯示及說明時，熟 作各種修改及改變。因此 X明之精神及範疇均可 u此’本發明之簕日 說明，而是參考附帶申嗜I 乾圍並不疋參考上述 定。 甲明專利乾圍及其同等全部範圍來決
第14頁 1228798 _ ’ _案號92106416_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 第一圖顯示插塞結構之電容器的一橫斷面圖。 第二圖顯示一鐵電記憶體胞元。 第三至四圖顯示本發明之不同實施例。 第五至八圖顯示依據本發明實施例用於生產插塞上之電容 器的處理。 元件符號說明 140 ， 240 ， 340 電容器 141，241，341，641 第一電極 142，242，3 42，642 第二電極 146, 318, 818 介電層 165 接觸洞 170 傳導插塞 182 氮化錶層/黏著層 187 ，3 8 2 第一阻障層 201 鐵電記憶體胞元 230 電晶體 231 第一終端 232 第二終端 233 閘極 250 字線 260 位元線 270 極板線 301 結構 305 半導體基板 346 鐵電層 347 表面阻障/附加阻障層 370 插塞 376 非傳導性囊封層 383 黏著層/氮化錶層 392 第二阻障層 484 附加阻障層/表面阻障 582 第一阻障層 641 第一傳導電極 646 鐵電 865 接點 867 板極線
Claims (1)
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案號 92106416 六、申請專利範圍 1· 一種具有插塞結構之電容器的積體電 一半導體基板，具有被形成於其表 匕括· 一黏著層，位於該介電層表面上； 之一介電層； 一插塞，被形成於該介電層上，該插塞表面 表面成共面； 係與该黏著層 一電谷器’被形成於該黏著層上與該插塞接觸；及 第一及第二阻障層，位於該電容器及該黏著層之間，該第 一阻障層與該黏著層及該插塞接觸，該第二阻障層覆蓋該 第一阻障層之一上表面及側壁且與該黏著層及該電容 觸。 σ 2 ·如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該電容器包括一 鐵電電容器。 3·如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該電容器包括一 高k介電電容器。 4 ·如申請專利範圍第1至3項之任一項之積體電路，其中該 黏著層包括一非傳導性物質。 5 ·如申請專利範圍第4項之積體電路，其中該第一阻障層係 包含銥。 6 ·如申請專利範圍第5項之積體電路，其中該第二阻障層係麄 包含傳導性氧化物。 7 ·如申請專利範圍第6項之積體電路，其中該傳導性氧化物 係包含氧化銥。 · 8·如申請專利範圍第4項之積體電路，其中該第二阻障層係 ， 包含傳導性氧化物。 ·
第16頁 1228798 _案號92106416_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第4項之積體電路，其中該傳導性氧化物 係包含氧化銥。 1 0.如申請專利範圍第4項之積體電路，其中該第一阻障層 係包含被挑選自絶、錄及餘之一物質。 11.如申請專利範圍第1 0項之積體電路，其中該第二阻障層 係包含傳導性氧化物。 1 2.如申請專利範圍第11項之積體電路，其中該傳導性氧化 物係包含氧化銀。 1 3 ·如申請專利範圍第4項之積體電路，進一步包含一附加 阻障層，該附加阻障層被配置於該第一阻障層之下。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含欽。 1 5.如申請專利範圍第1 3項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含被挑選自包含氮化鈦、氮化鈕、氮矽化钽及氮鋁化 鈦之群組之一物質。 1 6.如申請專利範圍第1 3項之積體電路，其中該第一阻障層 覆蓋該附加阻障層之一上表面及側壁。 1 7.如申請專利範圍第1 6項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含鈦。 1 8.如申請專利範圍第1 6項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含選自包含氮化鈦、氮化钽、氮矽化鈕及氮鋁化鈦之 群組之一物質。 1 9.如申請專利範圍第6項之積體電路，進一步包含一附加 阻障層，該附加阻障層被配置於該第一阻障層之下。
1228798 _案號92106416_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 2 0.如申請專利範圍第1 9項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含欽。 2 1.如申請專利範圍第1 9項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含被挑選自包含氮化鈦、氮化钽、氮矽化鈕及氮鋁化 鈦之群組之一物質。 2 2.如申請專利範圍第1 9項之積體電路，其中該第一阻障層 覆蓋該附加阻障層之一上表面及側壁。
2 3.如申請專利範圍第22項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含鈦。 2 4.如申請專利範圍第2 2項之積體電路，其中該附加阻障層 係包含被挑選自包含氮化鈦、氮化钽、氮矽化钽及氮鋁化 鈦之群組之一物質。
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