TWI335659B - Semiconductor apparatus and method of manufacturing said semiconductor apparatus - Google Patents

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TWI335659B TW096106872A TW96106872A TWI335659B TW I335659 B TWI335659 B TW I335659B TW 096106872 A TW096106872 A TW 096106872A TW 96106872 A TW96106872 A TW 96106872A TW I335659 B TWI335659 B TW I335659B
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Description

1335659 Π) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於使用結晶金屬氧化膜當作 導體裝置,及製造半導體裝置之方法。 【先前技術】 氮化矽(ShN4 )膜或氧化矽(Si〇2 )膜迄 用當作介電膜’該介電膜被用於製造電容器裝置 積體電路(下面稱作“LSI”)中的電晶體之閘極!, 當LSI逐漸變得密集時,需要降低電容器裝 的面積。另一方面’旨在使電容器的應用多樣化 電容器的成本,藉以適合更複雜的LSI功能,目 LSI外部的電容器已併入到LSI,出現LSI中的 之趨勢。爲了在限制電容器裝置的佔有面積之同 電容需求,使用具有高介電常數的材料當作形成 置的介電膜是有效的。 當作具有高介電常數的介電膜/進來已將注 氧化鉅(Ta205) ’氧化耠(Hf02),氧化結( 氧化銘(A!2〇3 )等。已積極發展將它們不僅應 絕緣膜而且也應用到當作電容器裝置的介電膜。 晶相使用這些材料。例如,雖然氧化鈴(Hf02 ) 晶’但是它們通常與諸如添加在其中的矽(Si) 起使用以防止它們的結晶作用。 這些材料的典型的介電常數圖示如下。這些 電膜之半
今已被使 和大規模 §緣膜。 置所佔用 並且降低 前爲止在 電容漸增 時也確保 電容器裝 意力放在 Zr02), 用到閘極 通常以非 等容易結 等元素一 是在非晶
L -4- 1335659 瓤 ~ - (2) 相中所獲得的大約値,因爲介電常數事實上視胃中的雜質 濃度和膜密度而定,可歸因於形成膜的材料。 [表格1] 材料名稱 介電常數 氧化矽(Si〇2) 約4 氮化砂(s i 3 N 4) 約7 氧化銘(Al2〇3) 約9 氧化錐(Zr02) 15 到 22 氧化鈴(Hf02) 15 到 22 氧化鉅(Ta203) 22 到 30
已知結晶介電膜當作顯現甚至比上述材料高的介電特 性之材料。例如’鈦酸緦(S r T i 0 3,下面簡稱作s T 0 ), 鈦酸鋇(BaTi03,下面簡稱作BTO),混合有BT0之晶 φ 體的鈦酸鋇緦(BaxSri-xTi03,下面簡稱作BST ),具有 絕佳鐵電特性之鈦酸锆鉛(PbzrxTh_x03,下面簡稱作 PZT )等。已在硏發中,並且據此,已朝實際的應用進行 硏究它們的物理特性。 這些結晶介電膜具有稱作鈣鈦礦結構的晶體結構,及 已知它們的介電常數視它們的晶性而定(見例如下面非專 利文件1 )。 [非專利文件 UTsuyoshi HORIKAWA,Noboru MIKAMI. Hiromi 1T0. Yoshikazu OHNO, Tetsuro (3) (3)1335659 MAKITA, Kazunao SATO,“ 用於 25 6 Mbit DRAM 的 (Β3〇.753Γ().25)Ή03膜”,IEICE (電子,資訊,及通訊工程 協會)TRANS ELECTRON, Vol. E77-C,No.3,pp.3 8 5 - 3 9 1, 1994 在鈣鈦礦結構中,較好的晶性呈現較高的介電常數。 此被認爲是離子極化的現象。因爲結晶介電膜的介電常數 分別呈現對晶性的相依性大,所以難以槪要地指定它們的 介電常數。然而,若該膜是如此結晶以致於它們呈現此種 能夠成爲高介電薄膜的絕佳性,則它們的介電常數大約是 5 0 到 1 0 0 〇 當欲藉由使用此種結晶介電膜形成具有高電容密度的 電容器裝置時,必須形成具有令人滿意的晶性之膜。爲了 如此,必須滿足兩要求。 第一要求是在夠高的溫度中形成膜,此乃任何晶性生 長共有的要求。雖然溫度與晶性的關係視所使用的材料而 定’但是已有許多報告說明在STO和BST膜的例子中, 它們的膜形成溫度通常大約500 - 8 00°C,包括隨後的熱 處理。 第二要求是膜與膜形成基體的表面材料之晶格匹配。 從此觀點考慮使用結晶介電膜的電容器裝置之形成,與結 晶介電膜呈現令人滿意的晶格匹配之材料當作下電極的表 面材料最佳。通常,使用諸如鈾(Pt)或釕(Ru)等金屬 材料’或諸如氧化釕膜(Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ) 等導電氧化膜等。已有揭示表示晶格常數和與下層的晶格 -6- (4) (4)1335659 之重要性的例子(見例如專利文件1 )。 [專利文件1]匹配日本專利申請出版號碼11-2〇4745 然而,即使使用呈現令人滿意的晶格匹配之材料形成 下電極,已知結晶介電膜通常仍具有其晶性最初並不令人 滿意,但是之後在膜形成中經由其本身的晶格匹配逐漸提 高之傾向。因此,膜在其最初生長時呈現低的介電常數, 較少的結晶區,卻在其具有改良的晶性之上層中呈現高介 電常數。 形成旨在減少LSI的表面積之電容器裝置的方法包含 在互連處理之後已形成的層之間形成電容器裝置。藉由如 此作,甚至在電容器裝置下方可形成諸如電晶體等其他裝 置,因此,此種方法有效。再者,在層之間形成電容器裝 置能夠在使用現存互連或上及下電極的部分中容易形成 MIM (金屬絕緣體金屬)結構。此實施足夠低的互連電阻 ,因此有利於高頻裝置應用。 然而,在互連處理之後形成電容器裝置時,最大的裝 置形成溫度被限制,因此考慮到有關互連的可靠性和其他 裝置的性能波動之問題,必須在3 50 - 400 °C下形成裝置 。然而,在上述範圍內的溫度中,與在高溫所形成的結晶 介電膜之晶性比較,該結晶介電膜的晶性被削弱’因此介 電常數被降低。 如上述,具有鈣鈦礦結構之結晶介電膜呈現絕佳的介 電常數。爲了獲得此種結晶介電膜,已發展包含使用有機 材料之方法的技術,諸如化學汽相澱積(CVD )法(見例 (5) (5)1335659 如專利文件2) ’原子層澱積(ALD)法,及溶膠凝膠處 理(見例如專利文件3 )。 [專利文件2]日本專利申請出版號碼2002-3 5 3 208 [專利文件3 ]日本專利出版號碼3 1 5 2 1 3 5 儘管利用有機材料的這些膜形成法具有絕佳的步驟涵 蓋範圍,但是它們也具有諸如含在膜形成材料中的碳和氫 等有機成分餘留在膜中的問題。例如,在使用有機材料形 成介電膜時,一般都知道諸如碳和氫等雜質會增加漏流。 此外,此種雜質的存在會妨礙晶體生長,致使介電常數降 低。 因爲在低溫膜形成中,有機成分的餘留更明顯,所以 必須在高溫形成膜。但是,如此變得難以在現存互連處理 之後所產生的層之間形成電容器裝置,因爲包含高溫處理 。同時,由於能夠避免餘留的有機成分之影響,所以依據 濺鍍法的膜形成(見例如專利文件4)對晶體生長有效。 [專利文件4]日本專利申請出版號碼2003-224 1 23 結晶介電膜的晶性最初令人不滿意,但是之後在膜形 成中經由自身的晶格匹配逐漸改良。膜在其最初生長時呈 現低的介電常數,較少的結晶區,卻在其具有改良的晶性 之上層中呈現高介電常數。而且,已知結晶介電膜具有其 電流漏洩特性視晶性而定之傾向。例如,當將焦點放在當 作結晶介電材料的BST時,許多實驗例子報告隨著增加 的膜形成溫度介電常數增加,漏流也增加(見例如非專利 文件2 )。換言之,最初生長的膜呈現降低漏流的品質。 * 8 - (6) (6)1335659 在較低結晶介電膜形成溫度中,此傾向變得更加明顯。也 在已知當作絕佳低溫膜形成法的RF濺鑛法中觀察到類似 傾向。 [非專利文件 2]Tsuyoshi HORIKAWA,Junji TANIMURA, Takaaki KAWAHARA, Mikio YAMAMURA, Masayoshi TARUTANI, Kouichi ONO,“後退火對液體源 化學汽相澱積所備製的(Ba,Sr ) Ti03薄膜之介電特性的 影響”,IEICE (電子,資訊,及通訊工程協會)TRANS ELECTRON, Vol. E81-C, No. 4, pp. 497-504, 1 998 當欲使用結晶介電膜當作電容器絕緣膜形成電容器裝 置時,結晶介電膜的晶性(例如,B S T膜等)在下電極介 面和上電極介面不同,上電極介面中的晶性比下電極介面 中的晶性較令人滿意。因此出現電流漏洩特性對在電極上 施加偏壓的方向之相依性。從下電極注入電子之方向,即 在上電極上施加正偏壓的狀態被表示作“正偏壓”,反之, 在上電極上施加負偏壓之狀態被表示作“負偏壓”。 圖1圖示評估電流漏洩特性的電容器裝置之結構,圖 1是一般配置的橫剖面圖。圖3圖示依據偏壓方向的電子 注入方向。圖4圖示電流漏洩特性對偏壓的相依性之例子 〇 如圖1所示,電容器裝置具有BST膜130插入在下 電極120和上電極140之間的結構。使用在400°C或更低 溫度中所RF濺鍍的膜當作BST膜130,及使用鉑製造下 電極120和上電極140。再者,如圖3所示,有關偏壓方 -9- (7) (7)1335659 向和電子注入方向之間的關係,在正偏壓中,從下電極 120注入電子到上電極140,反之,在負偏壓中,從上電 極140注入電子到下電極12〇。此種電容器裝置的電流漏 洩特性被評估,及將結果圖示在圖4。 如圖4所示,電流漏洩特性呈現對偏壓方向明顯的相 依性。在正偏壓中,隨著電壓增加,在漏流/電容密度中 可見到溫和向上曲線,反之在負偏壓中,隨著電壓(絕對 値)增加,可見到漏流/電容密度突然增加。此說明由於 B ST膜的晶性所導致的傾向。 此外,圖2圖示進行上述量測的BST膜130之橫剖 面、傳輸電子顯微鏡(TEM)照片圖。BST膜130在其形 成的最初相(即在與下電極1 20的介面中)是非晶的,而 在其上層(即在與上電極140的介面中)是複晶的。 在諸如以低溫形成的BST膜等結晶介電膜中,從最 初生長的區和之後在膜形成中所生長的上層之間的晶性差 可明顯看出其電流漏洩特性對偏壓的相依性。如此,負壓 中的電流漏洩特性之退化引起可靠性的問題。再者,其對 偏壓方向的相依性也引起諸如在RF (射頻)帶的信號失 真等問題。因此需要改良電流漏洩特性。若可藉由不引起 電容器裝置的單元電容降低之方法改良電流漏洩特性’則 因爲不削弱結晶介電膜的性能,所以此種方法是適當的。 【發明內容】 鑑於在使用結晶介電膜當作電容器絕緣膜的電容器裝 -10- * (8) 13.35659 置中單元電容是電極的漏洩特性之權衡交換,故欲解決的 問題係在維持單元電容的同時提高電流漏洩特性之困難。 本發明的目的係藉由在維持單元電容的同時減少負偏 壓的漏流以提高破壞電壓。 根據本發明的一實施例,在第一電極和第二電極之間 ’半導體裝置設置有具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜。在結 晶介電膜的柱狀晶體部位中,半導體裝置至少具有晶性經 g 此變得不連續的不連續介面。 根據本發明的一實施例,晶性經此變得不連續之不連 續介面被設置在結晶介電膜的柱狀晶體部位。因此,例如 ,當施加負偏壓在電極的其中之一時,在不連續介面中阻 隔注入來自電極的其中之一的電子到相對的電極,藉以減 少電流漏拽。 根據本發明的另一實施例,提供有製造在第一電極和 第二電極之間設置有具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜之半導 φ 體裝置之方法。該方法包括在形成結晶介電膜時,在結晶 介電膜的柱狀晶體部位中形成晶性經此變得不連續之不連 續介面的步驟。 根據本發明的另一實施例,在形成結晶介電膜時,將 晶性經此變得不連續的不連續介面形成在結晶介電膜的柱 狀晶體部位。因此,例如,當施加負電壓在電極的其中之 一上時,形成結晶介電膜,其中在不連續介面中阻隔注入 來自電極的其中之一的電子到相對的電極,藉以能夠製造 降低電流漏洩的半導體裝置。 -11 - (9) (9)1335659 根據本發明的一實施例’晶性經此變得不連續之不連 續介面被設置在具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜之柱狀晶體 區。因此’在本發明的結晶介電膜中,與具有相同厚度的 單層結晶介電膜比較,能夠降低漏流。結果,具有能夠實 施可靠性高的電容器裝置之優點。而且,藉由設置一層結 晶介電膜(例如複晶膜)在不連續介面之上,可減少漏流 卻不會使單元電容退化。而且,可降低負偏壓中的漏流, 並且在正及負偏壓二者中可獲得大體上相同的漏洩特性。 因此,不僅可提高電容器裝置的可靠性,並且也能夠由於 RF (射頻)帶的抑制信號失真獲得穩定的性能。 根據本發明的另一實施例,晶性經此變得不連續之不 連續介面形成在具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜之柱狀晶體 區。根據本發明的另一實施例,晶性經此變得不連續之不 連續介面形成在具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜之柱狀晶體 區。因此,在本發明的結晶介電膜中,與具有相同厚度的 單層結晶介電膜比較,可降低漏流。結果,能夠形成可靠 性高的電容器裝置。而且,藉由形成一層結晶介電膜(如 、複晶膜)在不連續介面之上,可減少漏流卻不會使單元 電容退化。而且,在所製造的半導體裝置中’可降低負偏 壓中的漏流,並且在正及負偏壓二者中可獲得大體上相同 的漏洩特性。因此,不僅可提高電容器裝置的可靠性,並 且也能夠由於RF (射頻)帶的抑制信號失真獲得穩定的 性能。 -12- (10) 1335659 【實施方式】 將參考圖5及6說明本發明的一實施例(第 )。圖5爲當作電容器裝置的例子之電容器的槪 圖’及圖6爲圖5的部位A之放大TEM照片圖。 如圖5及6所示,第一電極20形成在基體 圖示)。考量到其電容器絕緣膜3 0的晶體生長 格匹配’此第一電極20的至少一表面係由金屬 金材料’或導電氧化物形成較佳。金屬材料包括 及釕(Ru )。合金材料係藉由混合選自鎳(N i Ta) ’及鈮(Nb)的至少其中一種與鋁(Al) 匹配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕 ,氧化緦釕(SrRU〇3 ),及含鑭氧化物(如'
La, -xSrxMn03 )。需注意基體10可具有形成在 體電路,及因此諸如電晶體的裝置和互連可形成 極20下面的層中。再者,第一電極2〇的底層理 是絕緣膜(未圖示)’諸如藉由化學機械拋光( 平面化者等。 電容器絕緣膜30形成在第一電極20上。此 緣膜30主要係由具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜 如鈦酸緦(SrTi〇3,下面簡稱作STO),鈦酸鋇 ,下面簡稱作BTO),鈦酸鋇緦(BaxSn.xTi03 稱作BST) ’或駄酸鉻鉛(PbzrxTh.xO;,下ΐ ΡΖΤ )等。在下面說明中,採用BST當作例子 製成的此電容器絕緣膜30是例如i00nm厚。並 一實施例 要橫剖面 1 0上(未 期間之晶 材料,合 鉑(pt) ),鉅( 所備製以 (Ru〇2) 其上的積 在第一電 想上可以 CPM)所 電容器絕 形成,諸 (BaTi03 ,下面簡 S簡稱作 。由 BST 且,重要 -13- 1335659 ' ' (11) 的是其膜形成溫度不會導致可靠性退化或在膜之育 的互連及電晶體之性能波動。通常,溫度是350 . 或更低’但是也視基體結構而定。 在電容器絕緣膜3 0中,晶性經此變得不連續 續介面3 3形成在結晶介電膜的柱狀晶體部位。也 ’電容器絕緣膜30的主要部位具有疊層結構,該 構係由結晶介電膜的第一層(下面稱作“第一層’’) φ 連續介面33,及結晶介電膜的第二層(下面稱作‘ ”)34所形成。再者’在第一層32下面,形成當 —層32時所產生的非晶層31。因此,電容器絕g 實際上是含有非晶層3 I的膜。 第二電極40形成在電容器絕緣膜30上。面對 絕緣膜30的此第二電極40之至少一側係由與電容 膜30呈現令人滿意的晶格匹配之膜形成。此種膜 由金屬材料,合金材料,或導電氧化物形成。金屬 φ 括鉑(Pt )及釕(RU )。合金材料係藉由混合選自 ),鉅(Ta),及鈮(Nb)的至少其中一種與鋁 所備製以匹配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧 Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如 La】.xSrxMn〇3)。 因此,第一電極20和第二電極40的整個部分 述金屬材料或導電氧化物製成。 當在400°C或更低的溫度中形成電容器絕緣膜 ,膜的晶性最初被削弱,但是之後在膜形成處理中 所形成 -4 00 °C 之不連 就是說 疊層結 32,不 第二層 生長第 会膜30 電容器 器絕緣 可例如 材料包 鎳(Ni (A1 ) 化釕( 、 可由上 30時 逐漸提 -14- 13.35659 .. (12) 高。因此’電容器絕緣膜30的最下層(面對第一電極2〇 的一側)是非晶層3 1。從此非晶層31出現漏流對偏壓的 相依性。而且,在極低溫度中(如、5 01或更低),主要 形成電容器絕緣膜3 0的結晶介電膜之隨後晶體生長變得 非常慢或甚至不再進行。因此,爲了獲得結晶介電膜的鐵 電特性之優點,包括後處理之膜形成的溫度是200 t或更 筒較佳。 φ 在上述半導體裝置1中,設置不連續介面33插入在 第一層32和第二層34之間的疊層結構。也就是說,不連 續介面33形成在第一層32和第二層34的柱狀晶體中。 此處,關於如圖1所示的未具有不連續介面之習知技術結 構和根據本發明的半導體裝置1之結構,檢查漏流/電容 密度與電壓的關係。 將參考圖7說明該結果。需注意的是,BST膜被使用 當作它們的結晶介電膜。習知技術的結晶介電膜是1 〇 〇 n m φ 厚’而本發明的結晶介電膜是總共是1 OOnm厚,包括第 —層32的70nm和第二層34的30nm。需注意的是,最 初以膜形成處理所形成之它們的非晶層具有相同厚度。 如圖7所示’在正偏壓中,根據習知技術的結構和根 據本發明的結構二者大體上呈現相等的洩漏電流特性,而 在負偏壓中,根據本發明的結構呈現對偏壓的相依性之提 高,及獲得的漏流位準大體上與正偏壓中所獲得的漏流位 準相同。此處’若漏洩破壞電壓被定義當作正或負偏壓到 達lxl(T2(lE-2)nA/pF的漏洩電流/電容密度之電壓,則 -15- (13) (13)1335659 從習知技術結構所獲得的漏洩破壞電壓大約是15V,而從 半導體裝置1可獲得30V (絕對値)或更高。 此處,分別檢査在不連續介面3 3的上面和下面所形 成之第一層32和第二層34的晶體結構。將參考圖8A-8D 說明該結果。圖8A爲電容器絕緣膜3 0的橫剖面之明視 場TEM照片圖;圖8B爲電容器絕緣膜30的橫剖面之暗 視場TEM照片圖;圖8C爲圖8A的部位A之電子繞射照 片圖;及圖8D爲圖8A的部位B之電子繞射照片圖。 如圖8A-8D所示,部位A是第一層32的一部分,及 部位B是第二層34的一部分。因此,經由傳輸電子顯微 鏡觀察形成在第一層32和第二層34之間的不連續介面 33之上和之下的區域中之兩點。從圖8C及8D可知’在 兩觀察點發現繞射光點,表示兩部位被結晶化。此外’從 繞射圖型中所發現的明顯差異又可看出第一層32和第二 層34之間的晶體取向之差異。因此,可在具有不連續介 面3 3當作邊界的結晶介電膜中發現不同的晶體取向之條 件上形成不連續介面3 3。再者,從圖8 B所示的暗視場照 片圖,甚至在焦點放在電子繞射分析之不連續介面的上面 和下面之鄰近柱狀晶體區之間可發現反差明顯不同’因此 ,又可看出它們晶體取向的差異。 因此,可在形成在不連續介面33上面的第二層34係 由具有晶體結構的結晶介電膜,並且第二層34的至少一 部分(或第一層32的至少一部分)包括晶體取向不同於 第一層32 (或第二層34)的區域之條件上形成不連續介 -16- (14) (14)1335659 面33。再者,藉由以延伸在由第一層32和第二層34做 爲邊界的整個區域上之方式形成不連續介面33,可提高 漏洩破壞電壓。 此外,在不連續介面的上面和下面之兩層被結晶化的 疊層之優點之一是單元電容不會降低。此處’習知技術的 結構與本發明的半導體裝置比較有關漏洩破壞電壓和單元 電容。將參考圖9說明該結果。 如圖9所示,本發明的半導體裝置(以實心圓形和實 心方形表示)呈現出大體上等於習知技術的結構之單元電 容的單元電容,而習知技術的結構(以空心圓形和空心方 形表示)呈現出漏洩破壞電壓從大約15V提高到30V » 再者,負偏壓中的漏流如何有效降低則視不連續介面 3 3的所在位置而定。尤其是,不連續介面3 3上面的結晶 介電膜部位具有最小的厚度要求。因此,檢查漏洩破壞電 壓與結晶介電膜的第二層厚度之關係。圖圖示結果。 在圖10中,縱座標表示漏洩破壞電壓及橫座標表示第二 層的厚度。而且,使用BST結晶介電膜。在第一層和第 二層的組合厚度是l〇〇nm之下’第二層的厚度被改變以 進行漏洩破壞電壓的量測。而且,類似上述’漏洩破壞電 壓被定義作正或負偏壓到達lx〗〇'2 ηΑ/pF的漏洩電流/電 容密度之電壓。 如圖10所示,漏洩破壞電壓隨著第二層的厚度增加 而提高。可看出當第二層是20nm厚時漏洩破壞電壓大約 是2:7V。因此,若最小厚度被設定成20nm或更多,則能 -17- (15) (15)1335659 夠有效降低負偏壓中的漏流。需注意的是’當第一層的厚 度是0時(即當只有第一層時)’這是習知技術的結構之 例子。在此例中,漏洩破壞電壓大約是15V。因此,藉由 在第一和第二層之間設置不連續介面和設定第二層的厚度 爲2 Onm或更多,漏洩破壞電壓大約提高到習知技術的結 構所提供的漏洩破壞電壓兩倍。當考慮到使用結晶介電膜 當作電容器裝置的介電膜時’並且因爲膜充作電容器絕緣 膜的厚度通常大約是200nm或更少’所以可從200nm或 更少之結晶介電膜的總厚度決定第二層的最大厚度。順便 —提的是,當第一層是7 〇nm厚時,第二層應是13 Onm厚 或更少。 再者,第二層比第一層越厚(即膜中的第二層之百分 比比第一層月大),則漏洩破壞電壓越好。從上面圖10 可見,第二層的厚度是第一和第二層的組合厚度之至少 20%或更多較佳。 而且,在形成第一層3 2期間,將非晶膜3 1形成在第 一電極20上。雖然因爲非晶膜3 1會降低介電常數,所以 此非晶膜31理想上是薄的,但是從漏洩破壞電壓的角度 看來其理想上應具有特定厚度。因此,檢查漏洩破壞電壓 與非晶膜的厚度之關係,圖】1圖示結果。類似上述,漏 洩破壞電壓被定義當作正或負偏壓到達lxl〇_2 nA/pF的漏 洩電流/電容密度之電壓。 如同從圖1 1所見一般’當非晶層是2 8 n m厚時,漏 洩破壞電壓到達3 0 V。因此’從漏洩破壞電壓角度看來, -18 - (16) (16)13.35659 非晶層大約3 Onm厚是足夠的。即使非晶層薄於此,藉由 形成不連續介面仍可確保大約30V的漏洩破壞電壓。此 外,由於在4 0 0 °C或更低的低溫中形成結晶介電膜產生此 種非晶層31。最重要的是,藉由在具有鈣鈦礦結構之結 晶介電膜的柱狀晶體中具有不連續介面之疊層結構實現漏 流的降低。因此’甚至藉由在以高溫所形成的結晶介電膜 之柱狀晶體中形成不連續介面,仍可提供類似優點。 因此其中一技術係形成複數不連續介面。此外,形成 例如具有組成類似於結晶介電膜或諸如導電化合物膜等金 屬膜或金屬導電膜的組成之非晶層的不連續介面,確實保 證漏洩破壞電壓。下面將說明這些技術。 首先,將參考圖示一般配置的槪要橫剖面之圖12說 明具有複數不連續介面之本發明的半導體裝置2之第二實 施例。圖1 2所示的結構是複數不連續介面的例子,尤其 是,例如此處形成兩不連續介面。 儘管上面已說明在結晶介電膜的兩層中插入不連續介 面的疊層結構,但是藉由增加不連續介面的層數也可獲得 類似優點。而且,儘管上述實施例已說明以低溫所形成的 膜之例子,但是本發明最重要的是藉由設置在具有鈣鈦礦 結構之結晶介電膜的柱狀晶體中形成不連續介面之疊層結 構實現漏流的降低。因此,甚至藉由以高溫形成的柱狀晶 體也可提供類似優點。例如,如圖1 2所示,在未形成非 晶層3〗之以高溫形成膜的例子中,柱狀晶體生長在整個 厚度方向的區域上。然後,藉由分別形成不連續介面6 1 -19- - (17) 1335659 ,62接近第一電極20和第二電極40,能夠在維持單元電 容的同時降低兩偏壓中的漏流。下面將特別說明該配置。 第一電極20形成在基體】0上(未圖示)。考量其在 電容器絕緣膜5 0的晶體生長期間之晶格匹配,此第一電 極20的至少一表面係由金屬,合金材料,或導電氧化物 形成較佳。金屬材料包括鉑(Pt )及釕(RU )。合金材料 係藉由混合選自鎳(Ni ),鉬(Ta ),及鈮(Nb )的至 g 少其中一種與鋁(A1 )所備製以匹配它們的晶格常數。導 電氧化物包括氧化釕(Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ), 及含鑭氧化物(如、La|-xSrxMn03)。需注意基體1〇可 具有形成在其上的積體電路,及因此諸如電晶體的裝置和 互連可形成在第一電極20下面的層中。再者,第一電極 20的底層理想上可以是絕緣膜(未圖示),諸如藉由化 學機械拋光(CPM)所平面化者等。 電容器絕緣膜50形成在第一電極20上。此電容器絕 φ 緣膜50主要係由具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜形成,諸 如鈦酸緦(SrTi03,下面簡稱作STO ),鈦酸鋇(BaTi03 ,下面簡稱作BTO ),鈦酸鋇緦(BaxSn.xTiCh,下面簡 稱作BST ),或鈦酸鍩鉛(PbzrxTi^Ch,下面簡稱作 PZT)等。在下面說明中,採用BST當作例子。由BST 製成的此電容器絕緣膜50是例如l〇〇nm厚。重要的是, 其膜形成溫度不會導致可靠性退化或在膜之前所形成的互 連及電晶體之性能波動。通常,溫度是350— 400 °C或更 低,但是也視基體結構而定。 -20- 1335659 • - (18) 在電容器絕緣膜50中,晶性經此變得不連續之複數 (此處爲二)不連續介面61’ 62分別形成在接近第一和 . 第一電極20 ’ 40的結晶介電膜之柱狀晶體部位。這些不 連續介面61 ’62分別位在距離第—和第二電極2〇,4〇 20nm或更多之處。類似於早先參考圖1〇所說明的例子。 因此’電容器絕緣膜5 0的主要部位具有疊層結構, 該疊層結構係由結晶介電膜的第一層(下面稱作“第—層,, φ ) 5 1 ’不連續介面61,結晶介電膜的第二層(下面稱作“ 第二層”)52,不連續介面62,及結晶介電膜的第三層( 下面稱作“第三層”)53所形成。 第二電極40形成在電容器絕緣膜50上。面對電容器 絕緣膜50的此第二電極40之至少一側係由與電容器絕緣 膜5 0呈現令人滿意的晶格匹配之膜形成。此種膜可例如 由金屬材料,合金材料,或導電氧化物形成。金屬材料包 括鉑(Pt )及釕(Ru )。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni φ ),钽(Ta ),及鈮(Nb )的至少其中一種與鋁(A1 ) 所備製以匹配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕( Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如、
La 卜 xSrxMn〇3)。 因此,第一電極20和第二電極40的整個部分可由上 述金屬材料或導電氧化物製成。 在上述半導體裝置2中’設置結晶介電膜的第一層 51,第二層52,及第三層53分別插入不連續介面61,62 之疊層結構以減少負偏壓中的漏流。也就是說’不連續介 -21 - (19) 1335659 面61 ’ 62形成在第一層51到第三層53的柱 中。因此,以不連續介面61,62提高漏洩破 者’因爲第一層51到第三層53由結晶介電膜 當與電容器絕緣膜50被形成當作單層結晶介 比較時,疊層結構呈現單元電容幾乎未減少》 接著’將參考圖示一般配置的槪要橫剖隹 說明本發明的半導體裝置3之第三實施例。圖 結構是不連續介面由非晶層形成之例子。 如圖13所示,第一電極20形成在基體] 示)。考量到其電容器絕緣膜30的晶體生長 匹配’此第一電極20的至少一表面係由金屬 材料,或導電氧化物形成較佳。金屬材料包括 釕(Ru )。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni ),及鈮(Nb )的至少其中一種與鋁(a]) 配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕 氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如、l )。需注意基體1〇可具有形成在其上的積體 此諸如電晶體的裝置和互連可形成在第一電極 層中。再者,第一電極20的底層理想上可以 未圖示),諸如藉由化學機械拋光(CPM)所 〇 電容器絕緣膜30形成在第一電極20上。 緣膜30主要係由具有鈣鈦礦結構的結晶介電 如鈦酸緦(SrTi〇3 ’下面簡稱作STO ),鈦酸 狀晶體部位 壞電壓。再 組成,所以 電膜之結構 δ圖之圖1 3 I 13所示的 【〇上(未圖 期間之晶格 材料,合金 鉑(Pt)及 ),鉅(Ta 所備製以匹 (Ru〇2), 3i-xSrxMn〇3 電路,及因 20下面的 是絕緣膜( 平面化者等 此電容器絕 膜形成,諸 鋇(BaTi03 -22- (20) (20)1335659 ’下面簡稱作BTO ),鈦酸鋇緦(BaxSri-xTi03,下面簡 稱作 BST ),或鈦酸銷鉛(PbzrxTinCh,下面簡稱作 PZT )等》在下面說明中,採用BST當作例子。由BST 製成的此電容器絕緣膜30是例如lOOnm厚。並且,重要 的是’其膜形成溫度不會導致可靠性退化或在膜之前所形 成的互連及電晶體之性能波動。通常,溫度是3 50 - 4 00 °C或更低,但是也視基體結構而定。 在電容器絕緣膜3 0中,晶性經此變得不連續之非晶 層3 5形成在結晶介電膜的柱狀晶體部位。此非晶層3 5的 組成類似於結晶介電膜的組成。因此,電容器絕緣膜30 的主要部位具有疊層結構,該疊層結構由結晶介電膜的第 一層32,非晶層35,及結晶介電膜的第二層34形成。 第二電極40形成在電容器絕緣膜30上。面對電容器 絕緣膜30的此第二電極40之至少一側係由與電容器絕緣 膜3 0呈現令人滿意的晶格匹配之膜形成。此種膜可例如 由金屬材料,合金材料,或導電氧化物形成。金屬材料包 括鉑(Pt )及釕(Ru )。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni ),鉬(Ta ),及鈮(Nb )的至少其中一種與鋁(A1 ) 所備製以匹配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕( Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如、 Lai.xSrxMn〇3)。 因此,第一電極20和第二電極40的整個部分可由上 述金屬材料或導電氧化物製成。 在上述半導體裝置3中,設置結晶介電膜的第一層 -23- (21) (21)1335659 3 2和第二層3 4插入不連續介面的非晶層3 5之曼層結構 以減少負偏壓中的漏流。也就是說,不連續介面的非晶層 35形成在第一層32和第二層34的柱狀晶體部位中。因 此,以非晶層35提高漏洩破壞電壓。再者,因爲第一層 32和第二層34由結晶介電膜組成,所以當與電容器絕緣 膜30被形成當作單層結晶介電膜之結構比較時,疊層結 構呈現單元電容幾乎未減少。 接著’將參考圖示一般配置的槪要橫剖面圖之圖14 說明本發明的半導體裝置4之第四實施例。圖14所示的 結構是不連續介面由金屬導電膜形成之例子。 如圖14所示’第一電極20形成在基體1〇上(未圖 示)。考量到其電容器絕緣膜3 0的晶體生長期間之晶格 匹配,此第一電極20的至少一表面係由金屬材料,合金 材料,或導電氧化物形成較佳。金屬材料包括鈾(Pt)及 釕(Ru)。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni),钽(Ta ),及鈮(Nb)的至少其中一種與鋁(a丨)所備製以匹 配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕(Ru02 ), 氧化總I了( SrRu〇3 ),及含鑭氧化物(如、La^xSrxMnC^ )。需注意基體10可具有形成在其上的積體電路,及因 此諸如電晶體的裝置和互連可形成在第一電極20下面的 層中。再者’第一電極20的底層理想上可以是絕緣膜( 未圖示),諸如藉由化學機械拋光(CPM)所平面化者等 〇 電容器絕緣膜30形成在第一電極20上。此電容器絕 -24 - (22) 1335659 緣膜30主要係由具有耗欽礦結構的結晶介電膜形成,諸 如鈦酸緦(S r T i Ο 3,下面簡稱作S Τ Ο ),鈦酸鋇(B a T i 0 3 ,下面簡稱作Β Τ Ο ) ’鈦酸鋇緦(B a x S r , · x T i Ο 3,下面簡 稱作 BST),或鈦酸锆鉛(PbzrxTh.x03,下面簡稱作 PZT)等。在下面說明中,採用BST當作例子。由BST 製成的此電容器絕緣膜30是例如l〇〇nm厚。並且,重要 的是’其膜形成溫度不會導致可靠性退化或在膜之前所形 B 成的互連及電晶體之性能波動。通常,溫度是3 50 - 4 00 °C或更低,但是也視基體結構而定。 在電容器絕緣膜3 0中,晶性經此變得不連續之金屬 導電膜3 6形成在結晶介電膜的柱狀晶體部位。此金屬導 電膜36由例如金屬膜,導電氧化膜等製成。例如,可使 用諸如鈾(Pt)及釕(Ru)等金屬材料,或係藉由混合選 自鎳(Ni),鉬(Ta),及鈮(Nb)的至少其中一種與 鋁(A1 )所備製以匹配它們的晶格常數之合金材料,或諸 φ 如氧化釕(RU〇2 ),氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化 物(如、La|.xSrxMn03)等導電氧化物。 因此,電容器絕緣膜30的主要部位具有疊層結構, 該疊層結構係由結晶介電膜的第一層32,金屬導電膜36 ’及結晶介電膜的第二層34所形成》 第二電極40形成在電容器絕緣膜30上。面對電容器 絕緣膜30的此第二電極40之至少一側係由與電容器絕緣 膜3 0呈現令人滿意的晶格匹配之膜形成。此種膜可例如 由金屬材料,合金材料,或導電氧化物形成。金屬材料包 -25- (23) (23)1335659 括鉑(Pt)及釕(Ru)。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni )’鉅(Ta),及鈮(Nb)的至少其中—種與鋁(A1) 所備製以匹配它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕( Ru02 ) ’氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如、
Lai.xSrxMn〇3 )。 因此,第一電極20和第二電極40的整個部分可由上 述金屬材料或導電氧化物製成。 在上述半導體裝置4中,設置結晶介電膜的第一層 32和第二層34插入不連續介面的金屬導電膜36之疊層 結構以減少負偏壓中的漏流。也就是說,不連續介面的金 屬導電膜36形成在第一層32和第二層34的柱狀晶體部 位中。因此,以金屬導電膜36提高漏洩破壞電壓。再者 ,因爲第一層32和第二層34由結晶介電膜組成,所以當 與電容器絕緣膜3 0被形成當作單層結晶介電膜之結構比 較時,疊層結構呈現單元電容幾乎未減少。 接著,將參考稍早圖示的圖5說明本發明的實施例( 第五實施例)。 如圖5所示,第一電極20形成在基體10上(未圖示 )。考量到其電容器絕緣膜3 0的晶體生長期間之晶格匹 配,此第一電極20的至少一表面係由金屬材料,合金材 料,或導電氧化物形成較佳。金屬材料包括鉑(Pt)及钌 (Ru )。合金材料係藉由混合選自鎳(Ni ),鉅(Ta ) ,及鈮(Nb)的至少其中一種與鋁(A1)所備製以匹配 它們的晶格常數。導電氧化物包括氧化釕(Ru〇2 ),氧 -26- (24) (24)1335659 化緦釕(SrRu〇3 ),及含鑭氧化物(如、Lai-xSrxMn03 ) 。需注意基體1〇可具有形成在其上的積體電路,及因此 諸如電晶體的裝置和互連可形成在第一電極20下面的層 中。再者,第一電極20的底層理想上可以是絕緣膜(未 圖示),諸如藉由化學機械拋光(CPM)所平面化者等。 然後,電容器絕緣膜30形成在第一電極20上。此電 容器絕緣膜30主要係由具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜形 成,諸如鈦酸緦(SrTi03,下面簡稱作STO ),鈦酸鋇( BaTi03,下面簡稱作BTO),鈦酸鋇緦(BaxSr】-xTi03, 下面簡稱作BST),或鈦酸鍩鉛(PbzrxTh-xC^,下面簡 稱作PZT )等。在下面說明中,採用 BST當作例子。由 BST製成的此電容器絕緣膜30是例如lOOnm厚。並且, 重要的是,其膜形成溫度不會導致可靠性退化或在膜之前 所形成的互連及電晶體之性能波動。通常,溫度是350 -4〇〇°C或更低,但是也視基體結構而定。 在此溫度範圍內所形成的BST膜之晶性最初令人不 滿意,但是之後由於如早先參考圖4所示一般其漏流對偏 壓的相依性出現而逐漸改善。然而,在極低溫度中,其接 下來的晶體生長甚至無法進行。在此例中,無法獲得結晶 介電膜的鐵電特性之優點,因此,包括後處理的膜形成之 溫度爲200°C或更高較佳。 在電容器絕緣膜30中,晶性經此變得不連續之不連 續介面3 3形成在結晶介電膜的柱狀晶體部位。下面將說 明形成此不連續介面3 3之方法。 -27- • (25) 1335659 如下獲得不連續介面3 3。在 ,在欲形成不連續介面的位置暫時 度下降。下降大約20 °C是足夠的 介電膜的形成,如此獲得不連續f 用到下面技術》 在結晶介電膜的形成期間,加 10。並且’當中斷膜形成時,從膜 g 基體溫度。之後,將基體再次放入 晶介電膜的形成。可藉由將基體完 效實施從膜形成室取出基體的處理 產力和污染角度看來此技術並不理 他有效的技術,包括取出基體到諸 以降低基體溫度,將基體放入溫度 度之另一處理室,及冷卻基體支撐 需注意的是,在降低台溫度的例子 Φ 時,藉由設置在台內的台加熱機構 在降低基體溫度的這些技術中 電膜的溫度變化有關之熱收縮,熱 製緊接在中斷膜形成之前的膜形成 開始結晶介電膜的膜形成時,這是 成之前和之後可有效在結晶介電膜 不連續表面之原因。 如上述,基體的有效溫度變化 中斷結晶介電膜的形成然後重新開 結晶介電膜的形成期間 停止膜形成,及基體溫 。之後,重新開始結晶 <面3 3。尤其是,可利 熱形成膜在其上的基體 形成室取出基體以降低 膜形成室以重新開始結 全從膜形成室取出以有 步驟,但是從基體的生 想。鑑於此,可利用其 如真空隔絕室等運送室 低於系統中的膜形成溫 台以降低基體溫度等。 中,在重新開始膜形成 使台可加熱較理想。 ,由於與基體和結晶介 膨脹等,所以要忠實複 條件是困難的。當重新 爲什麼在重新開始膜形 的介面中有效形成結晶 是藉由在形成期間首先 始形成以形成用以減少 -28- (26) (26)1335659 漏流之兩層結構的因素之一。例如,在電漿的電子溫度等 影響之下’基體的表面溫度在膜形成期間比在一開始高。 在處理的此刻,暫時中斷膜形成。然後,變得極難以忠實 準確恢復中斷之前調整表面溫度的相同條件。此溫度變化 是形成具有不連續介面在結晶介電膜的柱狀晶體部位之疊 層結構的因素之一。爲了獲得本實施例所說明的漏洩破壞 電壓之提高,在膜形成的中斷和重新開始之間以20 t或 以上降低基體的有效表面溫度較佳。 如上述,用以形成具有晶性是不連續之介面的疊層結 構之一有效技術係在結晶介電膜的形成期間改變膜形成溫 度。若例如膜形成系統使用電阻發熱型台式加熱器當作基 體加熱機構,則當以自然冷卻將不連續介面形成在疊層結 構中時,可能大幅削弱生產力。例如,若甚至在基體被自 然冷卻30分鐘時仍無法充分降低漏流,則基體需要被冷 卻更久。此問題的解決方案可使用諸如具有較小熱容量的 台式加熱器,或具有高冷卻效率的台式結構等,諸如藉由 在台內循環冷卻劑(如、冷卻水,冷卻氣體,液化氣體等 )等。 而且,也可使用在膜形成期間和膜形成中斷期間可改 變冷卻劑的流率之機構,或在膜形成中斷期間藉由諸如冷 卻扇等機構增加溫度變化之機構。並且,甚至以現存系統 可採用諸如在膜形成中斷期間關掉靜電夾盤或利用運送機 構暫時從台舉起基體等之措施。 同時,藉由以燈加熱可實施有效的溫度變化。在已燈 -29- (27) (27)1335659 加熱的例子中,溫度變化如此平順,使得這成爲有效形成 不連續介面的有效機構。尤其是,當中斷膜形成時減少燈 的輸出或暫時關掉燈,並且藉由如此作,可快速且有效地 降低基體的有效溫度。 當作在更高可控制性之下用以形成不連續介面之另一 機制,在結晶介電膜的兩層之間形成晶性令人極度不滿意 的薄膜是有效的。例如早先參考圖1 3所說明的薄非晶層 35形成在結晶介電膜(第一層32和第二層34之間)之 結構。 用以形成此非晶層3 5的技術係降低例如RF磁控管 濺鍍系統的RF功率。尤其是,將RF功率降到2/3或更 低。當降低功率時,膜形成率也同樣降低。因此,當非晶 層35是厚的時,生產力明顯退化。而且,爲了在抑制單 元電容減少的同時獲得充分降低漏流的優點,此非晶層 35理想上被形成至少不低於3nm厚也不大於l〇nm厚。 若此非晶層3 5小於3 nm厚,則厚度的可控制性被削弱, 反之若其大於I 〇nm,則介電常數大幅下降。因此’非晶 層35的厚度在上述範圍較佳。 而且,也可使用除了 RF功率之外的參數形成非晶層 。例如,藉由改變膜形成溫度或真空程度以有效形成非晶 層35。尤其是,若真空程度下降很快,則用以濺鍍目標 的氬(Ar)粒子之入射速度或從目標釋出的濺鍍粒子之能 量降低,因此能夠形成較少的結晶膜。 可利用另一技術形成比非晶層更完全的不連續介面。 -30- (28) 1335659 也就是說’在中斷結晶介電膜(第一層32)的膜形成之 後’使用例如金屬材料’合金材料,或導電氧化物形成金 屬導電膜36。金屬材料包括鉑(Pt)及釕(RU)。合金 材料係藉由混合選自鎳(Ni),鉅(Ta),及鈮(Nb) 的至少其中一種與鋁(A1 )所備製以匹配它們的晶格常數 °導電氧化物包括氧化釕(Ru02 ),氧化緦釕(SrRu03 ),及含鑭氧化物(如、Lai-xSrxMn03 )。之後,在金屬 φ 導電膜36上,再次形成結晶介電膜(第二層34),藉以 可形成更明顯的不連續介面。此技術有效消除由於形成非 晶層35時所發生的介電常數之降低所導致的單元電容之 降低的問題。爲了獲得不連續性形成金屬導電膜3 6,因 此其理想上是50nm厚或更少。甚至大約5nm厚或更少的 金屬導電膜36可提供充分降低漏流的優點。 儘管在各個上述實施例中已說明結晶介電膜由BST 製成的例子,但是尤其他材料製成的結晶介電膜也可提供 φ 類似於BST所提供的優點之優點。 本發明包含有關日本專利局於2006,2,28發表的日 本專利申B靑遗碼]Ρ2006·051895之主題,併入其全文做爲 參考。 【圖式簡單說明】 從下面連同附圖的本發明之例子和實施例的詳細說明 可更容易明白本發明,其中: 圖1爲習知技術的電容器裝置結構之配置的槪要橫剖 -31 - (29) (29)1335659 面圖; 圖2爲習知技術的電容器裝置結構之TEM橫剖面照 片圖; 圖3爲依據偏壓方向的電子注入之方向圖; 圖4爲習知技術中與偏壓有關的漏流/電容密度圖; 圖5爲實施例(第一實施例)的槪要橫剖面圖; 圖6爲圖5的部位A之放大TEM照片圖; 圖7爲本發明和習知技術之間的比較之與偏壓有關的 漏流/電容密度圖; 圖8A爲電容器絕緣膜的一區之明視場TEM照片圖; 圖8B爲電容器絕緣膜的該區之暗視場TEM照片圖; 圖8C爲圖8A的部位A之電子繞射照片圖; 圖8D爲圖8A的部位B之電子繞射照片圖: 圖9爲比較本發明與習知技術的漏洩破壞電壓和單元 電容之圖; 圖10爲漏洩破壞電壓與第二層的厚度之圖; 圖Π爲漏洩破壞電壓與非晶層的厚度之圖; 圖12爲本發明的半導體裝置之第二實施例的槪要橫 剖面圖, 圖13爲本發明的半導體裝置之第三實施例的槪要橫 剖面圖;及 圖14爲本發明的半導體裝置之第四實施例的槪要橫 剖面圖。 -32 - (30) 1335659 【主要元件符號說明】 1 :半導體裝置 2 :半導體裝置 3 :半導體裝置 4 :半導體裝置 10 :基體
20 :第一電極 3 0 :電容器絕緣膜 3 1 :非晶層 32 :第一層 3 3 :不連續介面 34 :第二層 3 5 :非晶層 36 :金屬導電膜 40 :第二電極 5 0 :電容器絕緣膜 5 1 :第一層 52 :第二層 53 :第三層 6 1 :不連續介面 62 :不連續介面 ]2 0 :下電極 1 3 0 :鈦酸鋇緦膜 1 4 0 :上電極 -33

Claims (1)

1335659 乃年K月%曰修正本 十、申請專利範圍 第96 1 068 7 2號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國99年5月4日修正 1-—種半導體裝置,其在第一和第二電極之間設置 有具有#5欽礦結構的結晶介電膜,在該結晶介電膜的柱狀 晶體部位中’該半導體裝置包含晶性經此變得不連續之不 φ 連續介面, 其中該不連續介面的至少一部分係由非晶層形成。 2.根據申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中疊 層在該不連續介面之上的區域具有晶體結構,及 具有該晶體結構的該區域之厚度是20 nm或更多,及 該結晶介電膜的總厚度是200 nm或更少。 3·根據申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中疊 層在該不連續介面之上的區域具有晶體結構,及 9 在該不連續介面之下的區域和之上的該區域之至少一 部分具有晶體方向不同的區域。 4. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該 不連續介面的至少一部分係由金屬膜或導電氧化膜形成。 5. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中形 成複數不連續介面。 6.根據申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中將 非晶膜形成在該第一電極和該結晶介電膜之間。 7. 一種製造半導體裝置之方法,包括在第一電極和 1335659 第二電極之間形成具有鈣鈦礦結構的結晶介電膜之步驟, 該方法包含在形成該結晶介電膜時,在該結晶介電膜的柱 狀晶體部位中形成晶性經此變得不連續之不連續介面的步 驟。 8.根據申請專利範圍第7項之製造半導體裝置的方 法,其中該不連續介面係由在形成該結晶介電膜期間暫時 減少溫度,然後恢復該形成加以形成。
9·根據申請專利範圍第7項之製造半導體裝置的方 法’其中該不連續介面係由在以RF濺鍍法形成該結晶介 時’在該結晶介電膜形成期間改變膜形成壓力加以形 成。 iO·根據申請專利範圍第7項之製造半導體裝置的方 & ’其中將具有晶體結構的區域形成在該不連續介面之上 ,及
將晶體方向不同的區域形成在該不連續介面之下的區 域和之上的該區域之至少一部分。 n.根據申請專利範圍第7項之製造半導體裝置的方 法’其中該不連續介面的至少一部分係由非晶層形成。 12·根據申請專利範圍第7項之製造半導體裝置的方 法’其中該不連續介面的至少一部分係由金屬導電膜形成 13·根據申請專利範圍第 & 中形成複數不連續介面 14.根據申請專利範圍第 7項之製造半導體裝置的方 f 7項之製造半導體裝置的方 -2- 133.5659 法,其中以400°C或更低形成具有該不連續介面之該結晶 介電膜,及 將非晶膜形成在該第一電極和該結晶介電膜之間。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8796804B2 (en) * 2008-04-22 2014-08-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Forming sensing elements above a semiconductor substrate
US20130001809A1 (en) * 2009-09-29 2013-01-03 Kolpak Alexie M Ferroelectric Devices including a Layer having Two or More Stable Configurations
JP2011155033A (ja) * 2010-01-26 2011-08-11 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法および半導体デバイス
JP5499811B2 (ja) 2010-03-19 2014-05-21 富士通株式会社 キャパシタ及び半導体装置
US8847196B2 (en) 2011-05-17 2014-09-30 Micron Technology, Inc. Resistive memory cell
US10453913B2 (en) * 2017-04-26 2019-10-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Capacitor, semiconductor device and methods of manufacturing the capacitor and the semiconductor device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6331325B1 (en) * 1994-09-30 2001-12-18 Texas Instruments Incorporated Barium strontium titanate (BST) thin films using boron
JPH11204745A (ja) 1998-01-08 1999-07-30 Taiyo Yuden Co Ltd 誘電体素子
JP2002353208A (ja) 2001-05-28 2002-12-06 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法及び製造装置
JP3615188B2 (ja) 2002-01-28 2005-01-26 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP3986859B2 (ja) * 2002-03-25 2007-10-03 富士通株式会社 薄膜キャパシタ及びその製造方法

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