半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在提高具有沉积层构造的导电性阻挡层的阻挡氧元素性的同时，防止在具有沉积层构造的导电性阻挡层上生成浮起或者是剥离得到接触电阻的安定化。半导体装置，具有与电容元件（２１）和晶体管的源极区域或者是漏极区域（１３）电连接的针型接触点（１５），形成在该针型接触点（１５）上的只是高熔点金属氮化物的氮化钛形成的导电层（１６Ａ），氮化钛铝膜，铱膜，氧化铱膜的沉积层形成的防止氧元素扩散的多结晶状导电性氧阻挡层（１７）。通过将由结晶定向性低的氮化钛形成的导电层１６Ａ设置在导电性氧阻挡层１７的下侧，在导电层１６Ａ直接上面形成的导电性氧阻挡膜的氮化钛铝膜就会成为致密的膜构造，可以有效地防止氧元件的侵入。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术，是涉及包括在电容绝缘膜上使用金属氧化物的电容元件的。
技术介绍
近年，使用平面型构造的1kbit～64kbit的较小电容电介质存储装置已开始了批量生产，最近具有多层型构造的256kbit～4Mbit的大电容存储装置成为了开发的中心。多层构造型强电介质装置，是在构成电容元件的下部电极的下侧，配置与半导体装衬底电连接的针型接触点以缩小cell尺寸，可以谋得大幅度提高集成度。要实现这样的针型接触点构造，在结晶由金属氧化物形成的电容绝缘膜的热处理之际，不使针型接触点氧化的措施是必要的。以前，如专利文献1所示，在电极材料下部沉积氧元素阻挡层，实现防止针型接触点氧化的构造。以下，参照以前的半导体装置图面进行说明。图18，表示专利文献1记载的半导体装置的主要部分剖面图。如图18所示，在由半导体衬底100主面上的元件分离膜101划分形成的复数元件形成区域上，各自形成了由栅极电极102和源极区域及漏极区域103形成的晶体管。半导体衬底100上，形成了覆盖各晶体管的全层间绝缘膜104。层间绝缘膜104上，形成了与晶体管的源极区域或者是漏极区域103电连接了的复数针型接触点105。层间绝缘膜104上，形成了由氧化铱(IrO2)或者是氧化钌(RuO2)形成的，通过覆盖各针型接触点105防止向各针型接触点105扩散氧元素的导电性阻挡层106。各导电性阻挡层106上，各自形成了由下部电极107、Pb(Zr、Ti)O3或者是SrBi2Ta2O9等的高电介质或者是强电介质形成的电容绝缘膜108和上部电极109形成的电容元件110。(专利文件1)特开平10-93036号公报(专利技术所要解决的课题)然而，本申请的专利技术者们，发现了包含上述以前电容元件110的半导体装置有以下种种问题。也就是，上述以前的半导体装置中的下部电极107和针型接触点105之间，在为使电容绝缘膜108结晶的热处理工序中，防止从半导体衬底100上方侵入的氧元素(O2)的扩散，设置了防止针型接触点105上部氧化的导电性阻挡层106。然而，如图19(a)所示，使用于上述以前的半导体装置的导电性阻挡层106，如后所述，得到了结晶粒(grain)的定向性较高的见解。因此，如果各结晶粒是与半导体衬底垂直的方向，也就是与针型接触点105平行的方向时，由从上方通过下部电极107的粒子界面侵入的氧元素(O2)，针型接触点105的上部就会被氧化，就有了所谓接触电阻增大的第1问题。在此基础上，还得到了导电性阻挡层106自身，由于从上方通过下部电极107的粒子界面侵入的氧元素很容易被氧化的见解。另一方面，为了进一步提高氧元素阻挡性，如图19(b)所示，还报道了导电性阻挡层106，是由包括氮化钛铝(TiAlN)膜106a、铱(Ir)膜106b、氧化铱(IrOx)膜106c形成的沉积层构造的构成。在具有这样的沉积层构造的导电性阻挡层106中，从上方通过下部电极107的粒子界面侵入的氧元素由氧化铱(IrOx)膜106c和铱(Ir)膜106b遮断。更详细地讲，氧化铱(IrOx)膜106c，防止对电容绝缘膜108热处理时的氧元素的侵入，铱(Ir)膜106b，防止氧化铱(IrOx)膜106c的喷涂时对TiAlN膜106a的氧化。在此基础上，由各自通过氧化铱(IrOx)膜106c及铱(Ir)膜106b的粒子界面侵入的氧元素在TiAlN膜106a表面上形成氧化铝(Al2O3)膜，遮断向针型接触点105的氧元素的侵入。然而，因为由氧化硅形成的作为导电性阻挡层106的基层的层间绝缘膜104定向性高，所以在它上面形成的导电性阻挡层106，因层间绝缘膜104的定向性优势定向，其结果，形成粒子界面。因此，如图19(a)所示的由单层形成的导电性阻挡层106的情况相同，由通过下部电极107及导电性阻挡层106的粒子界面侵入的氧元素，针型接触点105的上部容易被氧化。再有，通过导电性阻挡层106包含的铱(Ir)膜106b及氧化铱(IrOx)膜106c的各粒子界面侵入的氧元素，因为在导电性阻挡层的下部设置的TiAlN膜106a表面形成厚氧化膜，所以，TiAlN膜106a的体积膨胀。由于这个膨胀，如图19(b)所示，特别是TiAlN膜106a侧部从侧面氧元素侵入大，所以，该TiAlN膜106a的周边部分比内部膨胀更大。由于这样的周边部分膨胀大的体积膨胀，在导电性阻挡层106上产生大的应力，又为了缓和这个应力，在由沉积层形成的导电性阻挡层106中，特别是TiAlN膜106a和铱(Ir)膜106b的分界面产生了浮起或者是剥离这样的第二问题。由这个浮起或者是剥离，针型接触点105和下部电极107的接触电阻增高。
技术实现思路
本专利技术的目的为解决上述以前的问题，在提高具有沉积层构造的导电性阻挡层的阻挡氧元素性的同时，防止在具有沉积层构造的导电性阻挡层上生成浮起或者是剥离得到接触电阻的安定化。(为解决课题的方法)为达成上述目的，本专利技术所涉及的第1半导体装置，以包括形成在衬底上的下部电极；由电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在下部电极的下侧包含高熔点的导电性阻挡层；只是由形成在导电性阻挡层下侧的高熔点金属的氮化物形成的导电层；为特征。根据第1半导体装置，因为包括了只是由形成在导电性阻挡层下侧的高熔点金属的氮化物形成的导电层，当导电性阻挡层形成在绝缘层上的情况下，该导电性阻挡层和绝缘层之间只由高熔点金属的氮化物形成的导电层以介于其中的状态形成。由此，因为与将导电性阻挡层直接形成在绝缘层上的情况相比，导电性阻挡层的结晶定向变得不规则导电性阻挡层变得致密，所以就可以防止从上方侵入其他膜的粒子界面的氧元素的通过。因此，在只由高熔点金属氮化物形成的导电层下侧设置针型接触点的情况下，可以防止该针型接触点的氧化，所以能够抑制接触电阻的增大。再有，因为防止了导电性阻挡层自身的氧化，抑制了导电性阻挡层的体积膨胀，所以，抑制了导电性阻挡层自身的变形，也可以防止导电性阻挡层的浮起或者是剥离。且，本申请的专利技术者们，将只是高熔点金属氮化物与其他金属相比，得到了定向性低的发现。在第1半导体装置中，最好的是导电层的至少一部分为多结晶构造或者是非结晶构造。这样做的话，在形成在导电层上的导电性阻挡层的结晶构造变得致密，可以抑制侵入位于导电性阻挡层上方的下部电极或者是其他膜的氧元素向下方的侵入。本专利技术所涉及的第2半导体装置，以包括形成在衬底上的下部电极；由电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在下部电极的下侧的导电性阻挡层；形成在导电性阻挡层下侧，至少一部分包含非结晶构造的导电层；为特征。根据第2半导体装置，因为包括了形成在导电性阻挡层下侧，至少一部分包含非结晶构造的导电层，在包含非结晶构造的导电层中不存在结晶粒子界面，所以，导电层变得致密。因此，形成在包含非结晶构造的导电层上的导电性阻挡层，与没有设置致密的导电层的情况相比，其结晶粒子的粒径变小，所以，氧元素从导电性阻挡层的上部到下部为止的通过路径长增加。其结果，抑制了由介于上部电极扩散来的氧元素引起的导电性阻挡层自身的氧化，提高导电性阻挡层的耐氧化性。因此，在防止了设置在导电性阻挡层下方的针型接触点的氧化的同时，也防止了由于导电性阻挡层自身氧化引起的体积膨胀所引起的浮起或者是剥离，也就可以得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征为：包括：由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧包含高熔点金属的导电性阻挡层；以及形成在上述导电性阻挡层下侧的只是由高熔点金属氮化物形成的 导电层。

【技术特征摘要】
JP 2003-10-22 2003-3616491.一种半导体装置，其特征为包括由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧包含高熔点金属的导电性阻挡层；以及形成在上述导电性阻挡层下侧的只是由高熔点金属氮化物形成的导电层。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征为上述导电层的至少一部分，为多结晶构造或者是非结晶构造。3.一种半导体装置，其特征为包括由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧的导电性阻挡层；形成在上述导电性阻挡层下侧，至少一部分包含非结晶构造的导电层。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层的一部分，包含高熔点金属。5.一种半导体装置，其特征为包括由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧的，至少一部分包含为非结晶构造的高熔点金属的导电性阻挡层。6.一种半导体装置，其特征为包括由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧的导电性阻挡层；形成在上述导电性阻挡层下侧的，由高熔点金属形成的导电层；另外上述导电层相对于上述导电性阻挡层的接触面积，为70％以上。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征为上述导电层，是电连接上述衬底和上述下部电极的针型接触点。8.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层的一部分，含有高熔点金属。9.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征为还包括形成在上述导电层下侧的，电连接上述衬底和上述下部电极的针型接触点。10.根据权利要求1～9中任何一项所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层，与在该导电性阻挡层下侧不设置上述导电层的情况相比具有不规则的定向性。11.根据权利要求1～9中任何一项所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层中X射线反射(101)最大强度比的比值在3.0以下。12.根据权利要求1～9中任何一项所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层，是由复数层导电性阻挡层的沉积层形成，与上述导电层相接的导电性阻挡膜，由氮化钛铝制成。13.一种半导体装置，其特征为包括由形成在衬底上的下部电极、电容绝缘膜及上部电极形成的电容元件；形成在上述下部电极的下侧的导电性阻挡层；形成在上述导电性阻挡层下侧的，电连接上述衬底和上述下部电极的至少两个针型接触点。14.根据权利要求13所述的半导体装置，其特征为上述导电性阻挡层，是由复数层导电性阻挡层的沉积层形成，与上述导电层相接的导电性阻挡膜，由氮化钛铝制成。15.根据权利要求1～9及14中任何一项所述的半导体装置，其特征为导电性阻挡层是由钌(Ru)、氧化钌(RuOx)、硅化钌(RuSix)、氮化钌(RuNx)、铼(Re)、氧化铼(ReOx)、硅化铼(ReSix)、氮化铼(ReNx)、锇(Os)、氧化锇(OsOx)、硅化锇(OsSix)、氮化锇(OsNx)、铑(Rh)、氧化铑(RhOx)、硅化铑(RhSix)、氮化铑(RhNx)、铱(Ir)、氧化铱(IrOx)、硅化铱(IrSix)、氮化铱(IrNx)、钛铝合金(TiAl)、硅化钛铝(TiAlSix)、氮化钛铝(TiAlNx)、钽铝合金(TaAl)、硅化钽铝(TaAlSix)、氮化钽铝(TaAlNx)、白金(Pt)及金(Au)形成的材料群中至少一种材料构成的。16.根据权利要求1或者是2所述的半导体装置，其特征为上述导电层，氮化钛(TiOx)、氮化钽(TaOx)、氮化钨(WNx)及氮化钴(CoNx)形成的材料群中至少一种材料构成的。17.根据权利要求3～5中任何一项所述的半导体装置，其特征为上述导电层，由氮化钛(TiOx)、氮化钽(TaOx)、氮化钨(WNx)及氮化钴(CoNx)、钛铝合金(TiAl)、钽铝合金(TaAl)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、镍(Ni)及钴(Co)形成的材料群中至少一种材料构成。18.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：久都内知惠，三河巧，十代勇治，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]