介质电容器的底层电极结构及其制造方法技术

一种薄膜集成电路电极器件（２０），包括基片（２２）和支承在所述基片上的底层电极（２４），所述器件的特征在于： 相互扩散区（３８）包括具有退火的粘结金属和贵金属部分（５２，５４）的混合物的稳定晶格；和 在所述区域退火后沉积在所述区域上的贵金属层（４０）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及集成电路器件的布线层领域，更具体地说，涉及包括扩散阻挡层的电极，以及其制造方法。特别地，扩散阻挡层优选用在介质电容器或铁电电容器的电极上。2.现有技术的描述集成电路器件由于材料的不协调性可能出现故障或性能下降。薄膜层可能由于相邻层的扩散而受到污染。此外，因为在器件的生产过程中经常需要加热，由于相关层的热膨胀系数不同，会产生破裂、剥落、表面平整的问题。因为在不考虑其上形成电路层的基片不可能预见给定层的热性能，这些问题会由于电路层的微细性质而愈加严重。因此，电路设计者必需小心选择将要形成相应薄层的材料。普通的电路故障包括短路，是由于相邻间的连接不良，一层从另一层破裂或剥落引起的。在硅技术器件中，铂布线层或电极可能与将铂电极和硅晶片分开的二氧化硅或二氧化钛隔离层连接不良。通过在溅射铂电极之前，在隔离层上涂敷钛金属粘结层，研究人员已成功地降低了破裂的发生率；然而，已证实涂敷钛金属是有问题的。由于钛的扩散，额外的钛成了其它层的污染物。在集成电路中扩散的钛污染是特别成问题的，因为钛的阳离子通常以不同的价态存在，即+2、+3和+4价，引起了相应晶格缺陷。人们企图构造金属氮化物的扩散阻挡层以隔离粘结层金属。例如可以参见Larson等人的US 5,005,102和Garceau等人的“TiNAs A Diffusion Barrier Layer In The Ti-Pt-Au Beam Less Metal System”，60Thin Solid Films，237-247，No.2，(1979)，这两篇文献都教导使用氮化钛作为扩散阻挡层。金属氮化物的退火可能产生表面不平整性，例如小丘，可能引起介质或铁电电容器的短路。仍然需要一种粘结良好而且没有引起短路的不平整性的有效底层电极结构。此外，在硅技术器件中，原来的阻挡层被证明在防止硅或二氧化硅的扩散或浮散(blooming)上是无效的，而硅或二氧化硅的扩散或浮散能明显降低高介电电容器的性能。问题的解决办法通过提供一种基本上无表面不平整性的包括扩散阻挡层和电极的电极结构，本专利技术克服了前面提出的问题。即使在没有金属氮化物时，阻挡层也能有效地防止或减少粘结金属的扩散和硅扩散或浮散。阻挡层是按特殊方法生产的，该方法包括相互扩散一种粘结金属部分和一种贵金属部分以提供一个特别稳定的阻挡区晶格，并用一个临时金属氧化物或旋涂玻璃(spin-on glass，“SOG”)层来覆盖该晶格。除去临时层，就涂敷好了相对纯的或未扩散的贵金属从而完成了电极和阻挡区域。与由未经特殊处理的相同组分制造的器件相比，包括具有这种底层电极结构的电极的铁电电容器器件在极化上的改进大至100％或更大。阻挡层还赋予介电电容器以性能上显著的改进。本专利技术包括一种电极结构，具有由相互扩散的金属形成的扩散阻挡区。含阻挡层的电极结构在例如薄膜铁电电容器或介质电容器的集成电路器件中特别有用。阻挡区是由一种粘结金属部分和一种贵金属部分形成的，它们至少部分地相互扩散，例如，使相应部分同时退火，使它们至少部分混合。由SOG或金属氧化物形成的临时层形成在阻挡层的顶部，可以与阻挡区同时退火。在退火期间，粘结金属扩散穿过阻挡层和临时层。由于除去临时层，除了在层的边界也通常发生之外，还引起粘结金属通量的突变。通过用贵金属层遮盖或覆盖阻挡层完成了电极。阻挡区提供了选自粘结金属部分、基片部分和其混合物的可扩散部分的第一平均通量。贵金属层提供了小于可扩散部分的第一平均通量的第二平均通量。通量的变化是由于在稳定阻挡区晶格之前除去接受粘结金属部分的临时层引起的。电极由基片支承，也可以用如介电或铁电材料的附加层覆盖。在本专利技术的优选形式中，基片是硅基片，但也可以是其它任何基片。阻挡区的贵金属和贵金属层的贵金属优选是同一类金属，特别优选是铂。粘结金属优选是钛或钽。阻挡区的贵金属部分的涂敷厚度优选是粘结金属部分厚度的约3至8倍。本专利技术的特别优选的形式包括集成电路电容器器件。该电容器包括沉积在完成的阻挡电极的贵金属层顶上的金属氧化物层。金属氧化物层优选由选自介电常数大于或等于二氧化硅的介电常数的铁电金属氧化物、高介电金属氧化物组成的组或其混合物形成的材料。铁电金属氧化物是特别优选的。顶层电极沉积在金属氧化物层上以完成电容器。在高介电电容器的情形中，金属氧化物材料优选是具有经验式为ABO3的钙钛矿，其中A是A位金属阳离子，B是B位金属阳离子，O是氧。特别优选的钙钛矿是钽酸钡锶(“BST”)，它可以是铁电的或是非铁电的，取决于结构上等价的A位钡和锶金属的相对量。尽管两种类型的BST的典型的介电常数都高于二氧化硅的介电常数，用作电介质时使用非铁电BST是优选的。阻挡层用来保持BST基本上不含有硅和二氧化硅扩散部分。这些扩散的硅部分可能迁移到BST层并降低介电性能。特别优选的BST通式具有平均经验通式Ba0.7Sr0.3TiO3。在铁电电容器中，金属氧化物材料优选是类钙钛矿层状超晶格材料。术语“类钙钛矿”是指相应氧八面体层形成的晶格，氧八面体层被包括如铋的三价金属的超晶格母点层隔开。这些材料被认为是一大类铁电材料，但是由于器件的可靠性问题，过去一直未能成功地应用于集成电路器件中。层状超晶格材料的类钙钛矿部分形成了分立层。这些层包括具有位于立方体内的氧八面体的原胞(primary cell)，立方体是由comers的大A位金属所限定。氧原子占据立方体的平面中心，而较小的B位元素占据立方体的中心。在某些情况下，氧八面体结构可以保持没有A位元素。特别优选的层状超晶格材料是具有平均经验式为SrBi2Ta2O9的钽酸锶铋。超晶格母点层特别优选由(Bi2O2)2+材料形成，但也可以包含铊(III)作为金属。因此特别优选的氧八面体结构层具有(SrTa2O7)2-的平均经验通式。由于金属有机前体溶液的退火，相应层自发产生层状超晶格。氧八面体层是铁电的，具有带离子电荷的平均经验通式，离子电荷由超晶格母点层补偿以平衡总的晶体电荷。阻挡层用来保持层状超晶格材料基本不含粘结金属，而粘结金属会由于引起点缺陷而降低极化度。存在一种优选的方法以生产含有薄膜阻挡层的电极器件。粘结金属部分沉积在基片上，第一贵金属部分涂敷在粘结金属部分上。粘结金属和贵金属都优选通过溅射来沉积。临时金属氧化物或SOG涂层，例如，SiO2或SrBi2Ta2O9，沉积在电极结构的顶上。临时层经受第一次退火，并通过蚀刻而被除去，留下具有阻挡区的底层电极，其中，阻挡区包括相互扩散的粘结和贵金属部分。第二贵金属层优选溅射到阻挡区的顶上。介电或铁电金属氧化物层沉积在第二贵金属部分上，该组合的层经受第二次退火。特别优选的方法包括在约450℃-850℃下使阻挡区和临时金属氧化物涂层一起退火。特别优选的退火温度是600℃。在临时层或涂层被除去后沉积第二贵金属层，在第二贵金属层上优选形成第二金属氧化物层。特别优选的形成相应金属氧化物层的方法包括沉积液体前体以形成前体膜，加热前体膜以产生金属氧化物。附图简述附图说明图1图示了包括底层电极的薄膜电容器器件，其底层电极具有贵金属导电层部分和粘结金属层部分，它们混合或相互扩散形成了扩散阻挡区；图2详细地图示了图1的阻挡层区域；图3图示了制造图1所示电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜集成电路电极器件(20)，包括基片(22)和支承在所述基片上的底层电极(24)，所述器件的特征在于相互扩散区(38)包括具有退火的粘结金属和贵金属部分(52，54)的混合物的稳定晶格；和在所述区域退火后沉积在所述区域上的贵金属层(40)。2.如权利要求1的器件，所述底层电极的特征在于从所述粘结金属到所述区域的扩散梯度的突变，所述突变的特征在于它是由于从所述区域的表面(48)除去临时层(59)引起的。3.如权利要求2的器件，所述基片的特征在于在所述基片和所述区域之间插入了隔离层32。4.如权利要求1的器件，所述贵金属部分和所述贵金属覆盖层都包括同一种贵金属。5.如权利要求1的器件，所述相互扩散区基本上由铂和钛组成。6.如权利要求1的器件，所述贵金属层基本上由铂组成。7.如权利要求1的器件，进一步的特征在于金属氧化物层(26)通过所述贵金属层和所述相互扩散区与所述基片接触，所述金属氧化物层包括选自由铁电金属氧化物、介电常数大于或等于二氧化硅的介电金属氧化物组成的组，或其结合物；以及顶层电极(28)通过所述金属氧化物层与所述第一贵金属层接触。8.如权利要求7的器件，所述金属氧化物层的特征在于它是层状超晶格材料。9.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吾妻正道，卡洛斯·帕斯·德·阿劳约，约瑟夫·库奇阿罗，
申请(专利权)人：塞姆特里克斯公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：