半导体器件的制造方法技术

在形成上电极保护膜从而使其与上电极的钌膜紧密接触而并未损坏钌膜之后，对上电极进行刻蚀，从而获得ＭＩＭ电容器，其中并不会由于上电极的钌膜的氧化而导致漏电流的增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体地，涉及一种MIM型电容器的制造方法。
技术介绍
动态随机存取存储器(DRAM)的存储单元包括选择晶体管和电容器，并且随着精细加工技术的进步，存储单元小型化，电容器的电荷累积量的减少已经成为问题。为了解决此问题，已经进行了很多研究，通过生产固体电容器，增加电极表面积，将电容器结构从金属绝缘体硅(MIS)结构转变为金属绝缘体金属(MIM)结构。具体地，利用钌(Ru)膜作为其电极的MIM型电容器引起了人们的广泛关注，作为大规模生产的技术，因为钌薄膜化学气相沉积(CVD)技术和处理技术已经得到了快速的发展。图2是示出了具有MIM型电容器的存储单元的典型传统示例的纵向剖面图。在通过以分隔绝缘膜2分隔硅衬底10的主面而设置的有源区中形成两个选择晶体管。每个选择晶体管包括通过栅极绝缘膜3形成在硅衬底10的主面上的栅极电极4和用作源极区和漏极区的一对扩散层区域5、6，集成并公共地使用各个选择晶体管的扩散层区域5。在此选择晶体管中，形成在层间绝缘膜25、26上的位线8与扩散层区域5通过贯穿层间绝缘膜25的多晶硅插头12和金属插头7相连。以层间绝缘膜21覆盖位线8，并通过在设置在形成在层间绝缘膜21上的层间绝缘膜22中的孔中层叠作为下电极的钌膜41、作为上电极的钌膜61和作为电容绝缘膜的氧化钽膜51，形成电容器。下电极41在其底面上与势垒金属膜32相连，以及势垒金属膜32经过接触金属膜31通过其底面与多晶硅插头11相连，此外，多晶硅插头11通过位于下方的多晶硅插头12与晶体管的扩散层区域6相连。在作为上电极的钌膜61上形成第一层配线86，第一层配线86与钌膜61通过连接插头81相连，通过穿透层间绝缘膜27形成连接插头81。将参照图3～图14，对如图2所示的存储单元中的MIM型电容器的制造方法的第一传统示例进行描述。在以多晶硅膜填充穿透层间绝缘膜21的接触孔之后，通过内刻蚀形成多晶硅插头11(图3)。在多晶硅插头11的顶面上的凹陷部分中形成用作势垒金属膜的钽膜和氮化钽膜32。之后，通过在氮气环境下的热处理，使钽膜与多晶硅反应，形成硅化钽膜31。随后，按照化学机械抛光(CMP)方法，去除凹陷外部的势垒金属膜(图4)。接下来，形成层间绝缘膜22，并形成穿透层间绝缘膜22的圆柱孔92，从而在圆柱孔92的底面上暴露势垒金属膜32的表面(图5)。接下来，按照溅射方法和CVD方法，形成钌膜41，作为下电极(图6)。然后，在孔中形成光刻胶膜99(图7)，并通过保护孔中的钌膜的同时的内刻蚀，去除位于孔的顶部的钌膜(图8)，并通过去除光刻胶膜99获得下电极41(图9)。接下来，按照CVD方法，形成氧化钽膜51，并进行热处理以重组氧化钽膜51(图10)。随后，按照溅射方法和CVD方法，形成钌膜61，作为上电极(图11)。按照光刻技术和干刻蚀技术，将此钌膜61处理成上电极的形状(图12)，并形成层间绝缘膜27(图13)。按照将四乙基原硅酸酯(TEOS)和氧气(O2)用作材料气体的等离子体CVD方法，形成层间绝缘膜27。尽管因为能够以较低的成本和较低的温度(≤400℃)形成层间绝缘膜(SiO2膜)，此方法盛行，但由于不充分的覆盖，在上电极中形成了空腔95。钌膜是易于通过干法刻蚀进行处理的贵金属材料，并例如能够在氧气或氯气和氧气的混合气体的环境下进行刻蚀。但是，如果将钌膜用作下电极，其在刻蚀处理器件被部分氧化，由此导致了漏电流增加的问题。即，如果在部分下电极转变为钌的氧化物时，在其上形成了电容绝缘膜，在用于重组电容绝缘膜的热处理器件，钌的氧化物发生变化、变形或收缩，结果，将应力施加到电容绝缘膜上，从而增加了漏电流。日本未审专利公开(KOKAI)No.2001-313379描述了一种方法，其中在将第一钌膜处理成下电极的形状之后，在第一钌膜41的表面上有选择地生长用作缓冲膜(保护膜)的第二钌膜43，作为防止来源于钌的氧化物的漏电流增加的方法。该方法在防止来源于下电极的钌膜表面上的氧化物的电容器的漏电流特性的恶化上取得了一定的效果(图14)。但是，根据如图14所示的传统示例，尽管防止了来源于下电极表面上的氧化物的漏电流的增加，但不能防止来源于上电极的氧化的漏电流增加。即，尽管在上电极的刻蚀处理期间，部分钌膜被转变为氧化物，在电容器形成之后的还原环境中的热处理工艺中，氧化物再次被还原为钌膜。因为发生了体积收缩，从而降低了上电极的密度，还原气体渗透到上电极的钌膜中，以还原氧化钽膜，并且在氧化钽膜中包含氢。结果，发生了漏电流增加的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种用于制造新颖的MIM型电容器的方法，其中电容器的漏电流并不会因为上电极的钌膜的氧化而增加。本专利技术的方案是一种，所述半导体器件包括形成在半导体衬底的主面上的存储器选择MISFET；以及电容器，具有与所述存储单元选择MISFET的源极和漏极之一电连接的下电极、上电极和设置在所述下电极和所述上电极之间的电容绝缘，所述方法包括以下步骤形成所述电容绝缘膜；在所述电容绝缘膜上形成所述上电极膜；形成上电极保护膜，从而与所述上电极膜接触；以及将所述上电极保护膜和所述上电极膜刻蚀成所述上电极的形状。本专利技术所能获得的效果简单描述如下(1)根据本专利技术，可以对上电极的钌膜进行刻蚀，而不会损坏(氧化、形成空腔)上电极的钌膜。(2)根据本专利技术，抑制了由于利用氢气的处理而导致的电容器的漏电流增加。(3)根据本专利技术，提高了MIM型电容器的可靠性。(4)根据本专利技术，提高了具有MIM型电容器的器件(DRAM等)的可靠性。附图说明图1是示出了根据本专利技术第一实施例的电容器的剖面图；图2是示出了具有MIM型电容器的第一传统存储单元的剖面图；图3是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图4是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图5是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图6是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图7是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图8是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图9是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图10是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图11是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图12是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图13是示出了根据第一传统方法的电容器制造步骤的剖面图；图14是示出了第二传统MIM型电容器的剖面图；图15是示出了根据本专利技术第一实施例的电容器制造步骤的剖面图；图16是示出了根据本专利技术第一实施例的电容器制造步骤的剖面图；图17是示出了根据本专利技术第一实施例的电容器制造步骤的剖面图；图18是根据本专利技术第一实施例的、用于I-V特性评估的电容器的剖面图；图19示出了根据本专利技术第一实施例的I-V特性的评估结果；图20示出了根据本专利技术第一实施例的分析样本的剖面结构；图21示出了上电极保护膜的材料及其形成方法对电容器特性的影响 图22是示出了根据本专利技术第二实施例的电容器制造步骤的剖面图；图23是示出了根据本专利技术第二实施例的电容器制造步骤的剖面图；图24是示出了根据本专利技术第二实施例的电容器制造步骤的剖面图；图25是示出了根据本专利技术第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件制造方法，所述半导体器件包括：形成在半导体衬底的主面上的存储器选择ＭＩＳＦＥＴ；以及电容器，具有与所述存储单元选择ＭＩＳＦＥＴ的源极和漏极之一电连接的下电极、上电极和设置在所述下电极和所述上电极之间的电容绝缘膜，所述方法包括以下步骤：形成所述电容绝缘膜；在所述电容绝缘膜上形成所述上电极膜；形成上电极保护膜，从而与所述上电极膜接触；以及将所述上电极保护膜和所述上电极膜刻蚀成所述上电极的形状。

【技术特征摘要】
JP 2003-12-1 2003-4013161.一种半导体器件制造方法，所述半导体器件包括形成在半导体衬底的主面上的存储器选择MISFET；以及电容器，具有与所述存储单元选择MISFET的源极和漏极之一电连接的下电极、上电极和设置在所述下电极和所述上电极之间的电容绝缘膜，所述方法包括以下步骤形成所述电容绝缘膜；在所述电容绝缘膜上形成所述上电极膜；形成上电极保护膜，从而与所述上电极膜接触；以及将所述上电极保护膜和所述上电极膜刻蚀成所述上电极的形状。2.根据权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述电容绝缘膜是氧化钽膜。3.根据权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述上电极膜是钌膜。4.根据权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述上电极膜是钌膜和钨膜的层叠膜。5.根据权利要求4所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述钨膜是利用溅射方法形成的。6.根据权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述上电极保护膜是利用CVD方法形成的。7.根据权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述上电极保护膜是氧化钽膜。8.根据权利要求7所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述氧化钽膜是利用五乙氧基钽(Ta(OC2H5)5)和氧气作为材料气体形成的。9.根据权利要求7所述的半导体器件制造方法，其特征在于所述氧化钽膜的形成包括第一膜形成步骤和第二膜形成步骤，第二膜形成步骤的膜形成速度高于第一膜形成步骤的膜形成速度。10.根据权利要求9所述的半导体器件制造方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村吉孝，川越刚，佐久间浩，浅野勇，黑木启二，五嶋秀和，饭岛晋平，
申请(专利权)人：尔必达存储器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]