半导体器件及其制造方法技术

一种制造半导体器件的方法，其包括：在半导体衬底之上形成绝缘膜；在绝缘膜上形成导电膜；在导电膜上形成介电膜；在介电膜上以一定间隔形成多个上电极；通过溅射法在上电极和介电膜上形成第一保护性绝缘膜；通过原子层沉积法在第一保护性绝缘膜上形成第二保护性绝缘膜，从而用第二保护性绝缘膜填充沿着介电膜的晶界的间隙；在第二保护性绝缘膜形成为提供下电极之后使导电膜形成图案。

【技术实现步骤摘要】

本文讨论的实施例涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
除了快闪存储器之外，诸如铁电随机存取存储器(FeRAM)的铁电存储器被称为非易失性存储器，这种非易失性存储器即使在电源关闭后也不会失去信息。铁电存储器包括铁电电容器，该铁电电容器使用铁电膜作为电容器介电膜。铁电存储器通过使铁电膜的极化方向与“0”和“1”相关联而在其中储存信息，与快闪存储器相比，其具有以低功耗进行高速数据运算的优点。然而，在提高产量方面，铁电存储器仍有进一步改进的空间。需要注意的是，与本申请有关的技术在日本专利特许公开文献第2012-38906号、日本专利特许公开文献第2011-155268号和日本专利特许公开文献第2005-183843号中公开。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提高包括铁电电容器的半导体器件的产量以及提供该半导体器件的制造方法。下文公开的一个方案提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括：在半导体衬底之上形成绝缘膜；在绝缘膜上形成导电膜；在导电膜上形成介电膜，介电膜包括铁电体；在介电膜上以一定间隔形成多个上电极；通过溅射法在上电极和介电膜上形成第一保护性绝缘膜；通过原子层沉积法在第一保护性绝缘膜上形成第二保护性绝缘膜，从而用第二保护性绝缘膜填充沿着介电膜的晶界产生的间隙；以及在第二保护性绝缘膜形成为提供下电极之后使导电膜形成图案，从而形成包括上电极、介电膜和下电极的铁电电容器。本公开的另一方案提供了一种半导体器件，其包括：绝缘膜，形成在半导体衬底之上；下电极，形成在绝缘膜上；介电膜，形成在下电极上，介电膜包括铁电体并具有沿介电膜的晶界产生的间隙；多个上电极，以一定间隔形成在介电膜上，以与下电极和介电膜一起形成铁电电容器；第一保护性绝缘膜，形成在介电膜的除了间隙之外的部分上和上电极上；以及第二保护性绝缘膜，形成在第一保护性绝缘膜上和位于间隙中的介电膜上，使得间隙被第二保护性绝缘膜填充。通过以下的公开内容，介电膜的晶界中产生的间隙被第一保护性绝缘膜和第二保护性绝缘膜的复合膜填充，所以可防止当导电膜在随后的步骤中形成图案时产生的生成物进入间隙并腐蚀下电极。附图说明图1A到图1D是本专利技术人所研究的半导体器件在制造过程中的剖视图；图2A到图2J是本专利技术人所研究的包括在半导体器件中的铁电电容器在制造过程中的放大剖视图；图3A到图3H是本专利技术人所研究的包括在半导体器件中的铁电电容器在制造过程中的放大俯视图；图4是基于铁电膜的扫描电子显微镜(SEM)图像绘制的立体图；图5是基于铁电电容器的透射电子显微镜(TEM)图像绘制的剖视图；图6是基于与图5不同的铁电电容器的SEM图像绘制的剖视图；图7是示出铁电电容器的磁滞曲线(hysteresiscurve)的示意图，其中在下电极中产生凹部；图8A到图8G是根据本实施例的包括在半导体器件中的铁电电容器在制造过程中的放大剖视图；图9A到图9F是根据本实施例的半导体器件在制造过程中的剖视图；图10A到图10G是根据本实施例的包括在半导体器件中的铁电电容器在制造过程中的放大俯视图；以及图11是示出本实施例中的电容器介电膜的间隙的各种形式的放大剖视图。具体实施方式在说明本实施例之前，将描述本专利技术人所研究的事项。诸如PZT膜等铁电膜用作铁电电容器中的电容器介电膜。当铁电膜暴露于诸如水分或氢等还原性物质时，将发生铁电膜的还原，从而导致铁电膜的铁电特性(诸如剩余极化电荷量)的劣化。至于防止铁电特性以这种方式劣化的方法，可使用一种方法，该方法包括用保护性绝缘膜覆盖铁电电容器，该保护性绝缘膜阻止诸如氢等还原性物质。至于可用作保护性绝缘膜的膜，氢难以穿过的氧化铝膜都是可用的。本专利技术人研究了使用这种保护性绝缘膜时会发生的问题，具体如下。图1A到图1D是本专利技术人所研究的半导体器件在制造过程中的剖视图。该半导体器件是平面型FeRAM，其以如下方式被制造。首先，将描述用于获得图1A中的剖视图所示的结构的步骤。首先在n型或p型硅(半导体)衬底1的表面上形成用于限定晶体管的作用区(activeregion)的浅沟道隔离(STI)的凹槽，诸如二氧化硅等绝缘膜被埋置于凹槽中以获得元件隔离绝缘膜2。元件隔离结构不限于STI；备选地，元件隔离绝缘膜2可通过对硅进行局部氧化(LOCOS)的方法形成。然后，将p型杂质引入硅衬底1的作用区中，以形成p阱3，此后，作用区的表面被热氧化以形成用作栅极绝缘膜4的热氧化膜。接着，多晶硅膜在硅衬底1的整个上表面上形成大约200nm的厚度，由此形成的多晶硅膜通过光刻技术和蚀刻术而形成图案，从而形成栅电极5。两个栅电极5以一间隔被大致平行地设置在p阱3上，这些栅电极5组成字线的一部分。栅电极5的材料不限于多晶硅膜。作为多晶硅膜的替代方案，可依此次序形成厚度为大约50nm的非晶硅膜和厚度为大约150nm的硅化钨膜。随后，通过离子注入将诸如磷等n型杂质引入硅衬底1的位于每个栅电极5的侧面上的部分，所述离子注入使用栅电极5作为掩膜以形成n型源-漏扩展(source-drainextensions，源-漏延伸区)6a和6b。此后，在硅衬底1的整个上表面上形成绝缘膜，而且该绝缘膜被回蚀并作为绝缘侧壁7留在栅电极5的侧面。例如，通过化学气相沉积(CVD)法将二氧化硅膜形成为绝缘膜。接着，诸如砷等n型杂质再次被离子注入到硅衬底1，同时使用绝缘侧壁7和栅电极5作为掩膜，以在栅电极5的横向侧的硅衬底1中形成n型源-漏区域8a和8b。被夹在两个栅电极5之间的n型源-漏区域8b用作位线的一部分，p阱3中两侧处的两个n型源-漏区域8a被电连接到稍后将描述的电容器的上电极。然后，通过溅射法在硅衬底1的整个上表面上形成诸如钴层等高熔点金属层，此后，该高熔点金属层被加热并与硅反应，以在硅衬底1上形成高熔点金属硅化物层9。高熔点金属硅化物层9也在栅电极5的表面层部分上形成，从而导致栅电极5的低电阻。此后，通过湿法蚀刻来去除元件隔离绝缘膜2上的仍未反应的高熔点金属层和类似物。通过上述步骤，包括栅电极5和n型源-漏区域8a和8b的n型金属氧化物半导体(MOS)晶体管TR的基本结构和类似结构在p阱3中完成。接下来，如图1B所示，用作覆盖绝缘膜14的硅氧氮化物膜在硅衬底1的整个上表面上形成大约200nm的厚度。然后，用作第一层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在半导体衬底之上形成绝缘膜；在所述绝缘膜上形成导电膜；在所述导电膜上形成介电膜，所述介电膜包括铁电体；在所述介电膜上以一定间隔形成多个上电极；通过溅射法在所述上电极和所述介电膜上形成第一保护性绝缘膜；通过原子层沉积法在所述第一保护性绝缘膜上形成第二保护性绝缘膜，从而用所述第二保护性绝缘膜填充沿着所述介电膜的晶界产生的间隙；以及在所述第二保护性绝缘膜被形成为提供下电极之后，使所述导电膜形成图案，从而形成包括所述上电极、所述介电膜和所述下电极的铁电电容器。

【技术特征摘要】
2015.01.20 JP 2015-0086401.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
在半导体衬底之上形成绝缘膜；
在所述绝缘膜上形成导电膜；
在所述导电膜上形成介电膜，所述介电膜包括铁电体；
在所述介电膜上以一定间隔形成多个上电极；
通过溅射法在所述上电极和所述介电膜上形成第一保护性绝缘膜；
通过原子层沉积法在所述第一保护性绝缘膜上形成第二保护性绝缘膜，
从而用所述第二保护性绝缘膜填充沿着所述介电膜的晶界产生的间隙；以及
在所述第二保护性绝缘膜被形成为提供下电极之后，使所述导电膜形成
图案，从而形成包括所述上电极、所述介电膜和所述下电极的铁电电容器。
2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，所述方法还包括：
在所述第二保护性绝缘膜上以及在所述介电膜的侧表面上形成第三保
护性绝缘膜。
3.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，所述方法还包括：
在形成所述铁电电容器以后加热所述半导体衬底。
4.根据权利要求3所述的制造半导体器件的方法，其中，加热所述半
导体衬底在含氧环境中进行。
5.根据权利要求4所述的制造半导体器件的方法，所述方法还包括：
在所述铁电电容器上形成层间绝缘膜，其中
加热所述半导体衬底在形成所述层间绝缘膜之后进行。
6.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中
使所述导电膜形成图案包括：
在所述第二保护性绝缘膜上形成抗蚀膜；以及<...

【专利技术属性】
技术研发人员：置田阳一，伊藤英树，王文生，
申请(专利权)人：富士通半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP