半导体器件和制造方法技术

一种半导体器件，包括：衬底；晶体管，形成在衬底的表面上；第一绝缘膜，形成在晶体管上方；第二绝缘膜，形成在第一绝缘膜上；第三绝缘膜，形成在第二绝缘膜上；第四绝缘膜，形成在第三绝缘膜上；以及铁电电容器，形成在第四绝缘膜上，其中第三绝缘膜的氢气渗透率高于第一绝缘膜的氢气渗透率，第二绝缘膜和第四绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于第一绝缘膜和第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率。

Semiconductor Devices and Manufacturing Methods

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和制造方法
本文讨论的公开内容涉及一种半导体器件和制造方法。
技术介绍
利用铁电存储器的极化反转在铁电电容器中保持信息的铁电随机存取存储器(FeRAM)的开发最近取得了发展。FeRAM是一种非易失性存储器，配置为即使在电源关闭的时候也能保存信息。这种铁电存储器具有高集成度、高速驱动、高耐用性和低功耗特性。具有钙钛矿晶体结构、剩余极化强度为大约10μC/cm2至30μC/cm2的铁电氧化物主要用作形成铁电电容器的铁电膜材料；铁电氧化物的例子包括PZT(Pb(Zr,Ti)O3)和SBT(SrBi2Ta2O9)。铁电氧化物的铁电性质易于因水分而劣化，这些水分来自与水具有高亲和性的层间绝缘膜，例如氧化硅膜。也就是说，在形成铁电电容器之后的形成金属布线或形成层间绝缘膜的高温工艺期间，层间绝缘膜含有的水分分解成氢气和氧气。因此，氢气与铁电氧化物中的氧气反应，使铁电膜中缺氧，这降低了铁电膜的结晶度。由于层间绝缘膜含有的水分造成的缺氧不仅可以发生在高温工艺期间，而且也可以通过长期使用铁电存储器而发生。铁电膜的结晶度降低会造成铁电电容器劣化。因此，在相关技术中已经对铁电膜的结构进行了各种研究，以减少氢气进入铁电膜。例如，一种具有铁电电容器的结构在本领域中是已知的，该铁电电容器在上侧和侧面直接覆盖有氧化铝膜。此外，一种具有氮化硅膜的结构在本领域中是已知的，该氮化硅膜形成在半导体衬底的表面上并且设置在半导体衬底和连接到铁电电容器的晶体管之间。氧化铝膜和氮化硅膜不易渗透氢气和水分。此外，一种具有保护环(guardring)的结构在本领域中是已知的，该保护环设置在包括多个铁电电容器的存储器单元部周围。然而，相关领域技术不能充分降低因氢气造成的铁电电容器的劣化。相关技术文件专利文献专利文献1：日本特开专利公布第2005-268478号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种半导体器件及其制造方法，其能够进一步降低由氢气引起的铁电电容器的劣化。根据实施例的一个方面，半导体器件包括：衬底；晶体管，形成在衬底的表面上；第一绝缘膜，形成在晶体管上方；第二半导体膜，形成在第一半导体膜上；第三半导体膜，形成在第二半导体膜上；第四半导体膜，形成在第三半导体膜上；以及铁电电容器，形成在第四绝缘膜上，其中第三绝缘膜的氢气渗透率高于第一绝缘膜的氢气渗透率，其中第二绝缘膜和第四绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于第一绝缘膜和第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率。根据实施例的另一个方面，一种半导体器件的制造方法包括：在衬底的表面上形成晶体管；在晶体管上方形成第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成第二绝缘膜，第二绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于第一绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率；在第二绝缘膜上形成第三绝缘膜，第三绝缘膜的氢气渗透率高于第一绝缘膜的氢气渗透率，第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率低于第二绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率；在第三绝缘膜上形成第四绝缘膜，第四绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于第一绝缘膜和第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率；在第四绝缘膜上形成铁电电容器；以及进行退火以解吸第二绝缘膜和第四绝缘膜中包含的氢气。有益的效果根据所公开的技术，可以进一步降低由氢气造成的铁电电容器的劣化。附图说明图1是示出根据第一实施例的半导体器件的横截面图；图2A是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第1部分)；图2B是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第2部分)；图2C是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第3部分)；图2D是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第4部分)；图2E是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第5部分)；图3是示出根据第二实施例的半导体器件的概略布局的视图；图4是示出根据第二实施例的半导体器件在进行切割之前的视图；图5是示出根据第二实施例的半导体器件的横截面图；图6是示出存储器单元部内的晶体管的横截面图；图7是示出存储器单元部的电路配置的视图；图8A是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第1部分)；图8B是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第2部分)。图8C是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第3部分)；图8D是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第4部分)；图8E是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第5部分)；图8F是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第6部分)；图8G是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第7部分)；图8H是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第8部分)；图8I是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第9部分)；图8J是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第10部分)；图8K是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第11部分)；图8L是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第12部分)；图8M是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第13部分)；图8N是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第14部分)；图8O是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第15部分)；图8P是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第16部分)。图8Q是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第17部分)；图8R是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第18部分)；图8S是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第19部分)；图8T是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第20部分)；图8U是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第21部分)；图8V是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第22部分)；图8W是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第23部分)；图8X是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图(第24部分)；图9是示出实验使用的样品的横截面图；图10A是示出实验结果的图(第1部分)；以及图10B是示出实验结果的图(第2部分)。具体实施方式下文参考附图说明具体实施例。第一实施例首先，将描述第一实施例。图1是示出根据第一实施例的半导体器件的横截面图。如图1所示，根据第一实施例的半导体器件100包括衬底101和形成在衬底101的表面上的晶体管Tr。半导体器件100还包括形成在晶体管Tr上方的第一绝缘膜111、形成在第一绝缘膜111上的第二绝缘膜112、形成在第二绝缘膜112上的第三绝缘膜113以及形成在第三绝缘膜113上的第四绝缘膜114。半导体器件100还包括形成在第四绝缘膜114上的铁电电容器Q。第三绝缘膜113的氢气渗透率高于第一绝缘膜111的氢气渗透率，第二绝缘膜112和第四绝缘膜114的氢气渗透率和氧气渗透率高于第一绝缘膜111和第三绝缘膜113的氢气渗透率和氧气渗透率。配置为限定元件区域的元件隔离绝缘膜102形成在衬底101的表面上，晶体管Tr形成在元件区域中。晶体管Tr包括例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：衬底；晶体管，形成在所述衬底的表面上；第一绝缘膜，形成在所述晶体管上方；第二半导体膜，形成在第一半导体膜上；第三半导体膜，形成在所述第二半导体膜上；第四半导体膜，形成在所述第三半导体膜上；以及铁电电容器，形成在第四绝缘膜上，其中第三绝缘膜的氢气渗透率高于所述第一绝缘膜的氢气渗透率，其中第二绝缘膜和第四绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于所述第一绝缘膜和所述第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率。

【技术特征摘要】
2018.01.31 JP 2018-0151931.一种半导体器件，包括：衬底；晶体管，形成在所述衬底的表面上；第一绝缘膜，形成在所述晶体管上方；第二半导体膜，形成在第一半导体膜上；第三半导体膜，形成在所述第二半导体膜上；第四半导体膜，形成在所述第三半导体膜上；以及铁电电容器，形成在第四绝缘膜上，其中第三绝缘膜的氢气渗透率高于所述第一绝缘膜的氢气渗透率，其中第二绝缘膜和第四绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率高于所述第一绝缘膜和所述第三绝缘膜的氢气渗透率和氧气渗透率。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一绝缘膜是第一氮化硅膜，所述第三绝缘膜是第二氮化硅膜，所述第二氮化硅膜的氮含量低于所述第一氮化硅膜的氮含量。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中通过X射线光电子能谱进行的分析表明所述第三绝缘膜的Si-O键峰大于所述第一绝缘膜的Si-O键峰。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体器件，还包括：第五绝缘膜，其中所述第五绝缘膜形成在所述第四绝缘膜上，所述第五绝缘膜覆盖所述铁电电容器的上表面和侧表面，所述第五绝缘膜的氢气渗透率低于所述第三绝缘膜的氢气渗透率，所述第五绝缘膜的氧气渗透率低于所述第二绝缘膜和所述第四绝缘膜的氧气渗透率。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第五绝缘膜是氮化铝膜。6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体器件，还包括：第一导体，形成在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中；第二导体，形成在所述第三绝缘膜和所述第四绝缘膜中，所述第二导体连接到所述第一导体和所述铁电电容器；以及第三导体，与所述第一导体的下表面接触，所述第三导体与所述晶体管连接。7.根据权利要求6所述的半导体器件，还包括：第四导体，形成在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中；以及第五导体，与所述第四导体的下表面接触，并连接到所述晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：永井孝一，中村亘，中村光宏，伊藤昭男，
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