铁电存储器件及其制造方法、半导体器件的制造方法技术

形成在铁电电容器的下部电极下方的自取向膜与其下方的导电性插头之间，形成厚度为１０ｎｍ以下的薄氧化铝膜，并阻断导电性插头中的晶粒取向对所述自取向膜的影响，还在所述氧化铝膜上形成薄的氮化膜，从而避免发生如下的问题，即，自取向膜中的金属元素被氧化膜表面的氧捕获从而不显出初期的自取向性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体器件，尤其涉及一种具有铁电电容器的半导体器 件及其制造方法。
技术介绍
铁电存储器为电压驱动的非易失性半导体存储元件，具有高速工作、低 耗电以及即使断开电源也不失去所保存信息的理想特性。铁电存储器已经应用在IC卡或者便携式电子设备中。图i是表示所谓的称为堆叠型的铁电存储器件io的结构的剖视图。如图1所示，铁电存储器件IO为所谓1T1C型器件，元件区域中IIA形 成共享位线的两个存储单元晶体管，其中该元件区域由元件分离区域111在 硅衬底11上划分而得。更具体地说，在所述硅衬底11中形成作为所述元件区域11A的N阱， 在所述元件区域IIA上，分别隔着栅极绝缘膜12A及12B形成具有多晶硅栅 极13A的第一MOS晶体管和具有多晶硅栅极13B的第二MOS晶体管。另外，在所述衬底ll中，对应所述栅极13A的两侧壁面形成P—型LDD 区域lla、 llb，并对应所述栅极13B的两侧壁面形成P—型LDD区域llc、 lld。在此，所述第一及第二MOS晶体管共同形成在所述元件区域llA中， 因此，同一个P—型扩散区域作为LDD区域lib和LDD区域llc被共享。在所述多晶硅栅极13A上形成硅化物层14A，而且多晶硅栅极13B上形 成硅化物层14B，另外，在所述多晶硅栅极13A的两侧壁面及所述多晶硅栅 极13B的两侧壁面上，各自形成侧壁绝缘膜。另外，在所述硅衬底11中，P+型扩散区域lle及llf形成在所述栅极13A 的各自的侧壁绝缘膜的外侧，还有，P+型扩散区域llg及llh形成在所述栅 极13B的各自的侧壁绝缘膜的外侧。然而，所述扩散区域llf和llg由同一 个P+型扩散区域构成。另外，在所述硅衬底11上，以覆盖包括所述硅化膜层14A及侧壁绝缘膜的所述栅极13A的方式，并且以覆盖包括所述硅化膜层14B及侧壁绝缘膜的所述栅极13B的方式形成SiON膜15，在所述SiON膜15上形成由Si02形成 的层间绝缘膜16。另外，在所述层间绝缘膜16中，以分别露出所述扩散区域 lle、 llf (即，扩散区域llg) 、 llh的方式形成接触孔16A、 16B、 16C，并 由W (钨)形成的通孔插头17A、 17B、 17C，通过层叠Ti膜和TiN膜的粘 合层17a、 17b、 17c形成在所述接触孔16A、 16B、 16C。另外，在所述层间绝缘膜16上形成与所述钨插头17A接触并层叠了下 部电极18A、多晶铁电膜19A及上部电极20A的第一铁电电容器Cl;与所 述钨插头17C接触并层叠了下部电极18C、多晶铁电膜19C及上部电极20C 的第二铁电电容器C2。另外，在所述层间绝缘膜16上，以覆盖所述铁电电容器C1、 C2的方式 形成由八1203形成的氢阻挡膜21，还有，在所述氢阻挡膜21上形成下一个层 间绝缘膜22。另外，在所述层间绝缘膜22中，形成了露出所述铁电电容器C1的上部 电极20A的接触孔22A、露出所述通孔插头17B的接触孔22B以及露出所述 铁电电容器C2的上部电极20B的接触孔22C，并且分别通过层叠Ti膜和TiN 膜的粘合层23a、 23b、 23c，将钨插头23A、 23B、 23C分别形成在所述接触 孔22A中。另外，在所述层间绝缘膜22上，分别对应所述钨插头23A、 23B、 23C， 与Ti/TiN叠层结构的阻挡金属膜一起，形成A1布线图形24A、 24B、 24C。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在这种铁电存储器件中，重要的是铁电电容器Cl、 C2中的铁电膜19A 或者19C的晶体取向。PZT(Pb(Zr、 Ti)03)等所谓的钙钛矿膜属于正方晶系，在晶格中，向Zr或 Ti原子向c轴方向的位移诱发将铁电性作为特征的自发极化。从而，在使用 这种多晶钙钛矿膜形成铁电电容器的电容器绝缘膜时，构成铁电膜的每个晶 粒的c轴方向由于与施加电场的方向平行，因此理想的是在垂直于电容器绝 缘膜的面的方向取向((001)取向)。相反，所述c轴取向在所述电容器绝缘膜的面内的情况下(100取向)，即使向电容器施加驱动电压，也不能感应 所要的自发极化。但是，在钙钛矿膜中，即使说是正方晶系，但c轴与a轴之差也很小， 因此，在以通常制造方法形成的PZT膜中，(001)取向的晶粒和(100)取向的晶粒以大致同样的数目发生自发极化，若考虑发生其它的取向，则实际 对铁电电容器的工作起到作用的晶体的比例很小。由于这种原因，以往在铁电存储的
中，整体作为(111)取向膜来形成铁电膜19A、 19C,并 使取向方向与<111>方向一致，以此确保大的转换电荷量Qsw。对于实现这种铁电膜的取向控制，重要的是控制下部电极18A及18C的 品体取向，因此，在所述下部电极18A或者18C中，作为取向控制膜Ti膜， 其显示出强的自组织作用，并在这种取向控制膜上形成(111)取向的Ir、 Pt、 IrOx、 RuOx等金属或者导电性氧化物。自取向Ti膜表示(002)取向。但是，作为取向控制膜使用Ti膜的情况下，例如，如图1的例子，如果 Ti膜的沉积发生在氧化硅膜等的氧原子露出在表面上的膜上，则导致沉积的 反应性高的Ti原子与膜表面的氧原子，如图2所示，立即形成坚固的结合， 从而阻碍由Ti原子在膜表面自由移动而产生的Ti膜的自组织化(self organization)，因此，在获得的Ti膜中，导致所要的(002)取向的晶粒的 比例减小。而且，如图2概略显示，发生构成Ti膜的晶粒的c轴向对氧化膜 16的主面倾斜取向的情况，其结果，导致生成多个所要(002)取向以外的取 向的晶粒。因此，如图3所示，专利文献1记载了如下技术，即，在图1的结构形 成到所述接触插头17A 17C为止的时刻，用NH3等离子体来处理所示层间 绝缘膜16的表面，如图4所示，使NH基与层间绝缘膜16表面的氧原子结口 o根据这种结构，即使在所述层间绝缘膜上进一步沉积Ti原子，如图4所 示，所沉积的Ti原子也不会被氧原子捕获，并能够自由地在层间绝缘膜表面 移动，其结果，在所述层间绝缘膜16上形成(002)取向的自组织化的Ti膜。因此，在如上形成的Ti膜上，形成所述下部电极18A、 18B，并在其上 还形成铁电膜19A或者19B，以此能够获得(111)取向的晶粒的比例高的铁 电膜。但是，在所述专利文献1所记载的技术中，由于下部电极18A或者18C 直接形成在W插头17A或者17C上，因此即便进行了 NH3等离子体处理， 也不能阻断对插头17A或者17C的表面的晶体取向的影响，所述插头17A或 者17C由多晶钨等的多晶金属构成，因此，在所述铁电膜19A或者19B的大 部分中，无法有效地实现Ti膜的自组织化的取向控制。专利文献l: JP特开2004—153031号公报专利文献2: JP特开2004 — 311470号公报用于解决问题的方法根据一个方面，本专利技术提供一种铁电存储器件，包括半导体衬底；场 效应晶体管，其形成在所述半导体衬底上，并包括第一及第二扩散区域；层 间绝缘膜，其以覆盖所述场效应晶体管的方式形成在所述半导体衬底上；导 电性插头，其形成在所述层间绝缘膜中，并与所述第一扩散区域接触；铁电 电容器，其形成在所述层间绝缘膜上，并与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电存储器件，包括：半导体衬底，场效应晶体管，其形成在所述半导体衬底上，并包括第一及第二扩散区域，层间绝缘膜，其以覆盖所述场效应晶体管的方式形成在所述半导体衬底上，导电性插头，其形成在所述层间绝缘膜中，并与所述第一扩散区域接触，铁电电容器，其形成在所述层间绝缘膜上，并与所述导电性插头接触；其特征在于，所述铁电电容器由铁电膜、在上下方夹持铁电膜的上部电极以及下部电极构成，所述下部电极与所述导电性插头电连接，含有Ａｌ和氧的层夹在所述导电性插头和所述下部电极之间，含有氮的层夹在含有所述Ａｌ和氧的层和所述下部电极之间，自取向层夹在含有所述氮的层和所述下部电极之间，所述自取向层由具有自取向性的物质形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铁电存储器件，包括半导体衬底，场效应晶体管，其形成在所述半导体衬底上，并包括第一及第二扩散区域，层间绝缘膜，其以覆盖所述场效应晶体管的方式形成在所述半导体衬底上，导电性插头，其形成在所述层间绝缘膜中，并与所述第一扩散区域接触，铁电电容器，其形成在所述层间绝缘膜上，并与所述导电性插头接触；其特征在于，所述铁电电容器由铁电膜、在上下方夹持铁电膜的上部电极以及下部电极构成，所述下部电极与所述导电性插头电连接，含有Al和氧的层夹在所述导电性插头和所述下部电极之间，含有氮的层夹在含有所述Al和氧的层和所述下部电极之间，自取向层夹在含有所述氮的层和所述下部电极之间，所述自取向层由具有自取向性的物质形成。2. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，含有所述A1和 氧的层为在表面至少具有一层氧原子层的TiAlN膜。3. 根据权利要求2所述的铁电存储器件，其特征在于，所述TiAlN膜具 有50 100nm的厚度。4. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，含有所述氮的层至少包括一层氮原子层。5. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，含有所述氮的层 表面被进行氢终端化处理。6. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，所述铁电膜具有 (111)取向。7. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，所述自取向层由从Ti、 Ir、 Pt、 PZT、 SrRu03、 Ru、 TiN、 TiAlN、 Al、 Cu、 IrOx群中选择的 一种或者多种物质形成。8. 根据权利要求1所述的铁电存储器件，其特征在于，所述导电性插头 由从Si、 Ti、 TiN、 TiAlN、 W、 Al、 Cu、 Ru、 SrRu03群中选择的一种或者多 种物质形成。9. 一种铁电存储器件的制造方法，其特征在于， 包括在形成晶体管的半导体衬底上，以覆盖所述晶体管的方式形成层间绝缘 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐次田直也，
申请(专利权)人：富士通微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]