半导体器件及其制造方法技术

提供一种半导体器件及其制造方法。在具有形成于半导体衬底上的铁电电容器的半导体器件中，铁电电容器由下部电极、铁电膜以及上部电极构成该上部电极至少包括第一导电膜和形成在所述第一导电膜上的第二导电膜，所述第一导电膜由第一导电性贵金属氧化物构成，所述第二导电膜由金属氮化化合物构成，而且，在第一导电膜和第二导电膜之间夹持有由第二导电性贵金属物构成的第三导电膜和由贵金属构成的第四导电膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，特别涉及具有形成在半导体衬底 上的用于保持记忆的铁电电容器的铁电存储器及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着数字技术的发展，越来越倾向于高速处理或保存大容量的 数据。因此，对用于电子设备的半导体器件的高集成化以及高性能化的要求 越来越高。关于半导体存储器件，为了实现例如DRAM (Dynamic Random Access Memory:动态随机存取存储器)的高集成化，开始积极研发这样的技术， 即，将铁电材料或高介电常数材料用作为用于构成DRAM的电容元件的电 容绝缘膜，以代替现有的硅氧化物或者硅氮化物。以往，作为记忆信息在切断了电源后也不消失的非易失性存储器，已知 闪存器、铁电存f诸器(FeRAM: Ferro-electric Random Access Memory)。闪存器具有嵌入在绝缘栅型场效应三极管(IGFET: Insulated Gate Field Effect Transister)的栅极绝缘膜中的浮动门(floating gate)，在浮动门中储 存表示记忆信息的电荷，由此记忆(存储)信息。在写入、删除其信息时， 需要使通过绝缘膜的通道电流流过，需要较高的电压。另外，为了实现可进行电压更低且高速的写入作业以及读出作业的非易 失性RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)，还积极研发这样 的技术，即，将具有自然极化特性的铁电膜用作电容绝缘膜。具有这样的铁 电电容绝缘膜的半导体存储器件被称为铁电存储器(FeRAM)。FeRAM利用铁电的磁滞(hysteresis)特性记忆信息。在一对电极之间 夹持有铁电膜的铁电电容器结构中，因在电极间施加电压而发生极化，即使 消除施加电压，也会保持自然极化。若使施加电压的极性反转，则自然极化 的极性也反转。若检测出该自然极化，则能够读出信息。因此，若检测出该 自然极化，则能够读出信息。与闪存器相比，铁电存储器以低电压工作，能够以低功率进行高速写入。正在研究如下技术，即，在IC卡等中，利用在现有的逻辑技术中导入FeRAM 而成的逻辑混装芯片(SOC: System On Chip，单片系统)。构成FeRAM的电容器的铁电膜含有锆钛酸铅(PZT)、或掺杂了 La的 PZT (PLZT)、或惨杂了微量的Ca、 Sr或Si的PZT系列材料，或者，含有 SrBi2Ta209 (SBT、 Yl)或S线(Ta、 Nb) 209 (SBTN、 YZ)等Bi层状结 构化合物等。通过溶胶-凝胶法、溅射法或MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition:金属有机化学气相沉积)法等成膜法来形成这样的铁电膜。通常，通过这些成膜法，在下部电极上形成非晶体或微晶体状态的铁电 膜，并且通过之后的热处理使晶体结构变化为钙钛矿结构或铋层状结构。另 外，在形成铁电膜后，通过氧化来改善膜质。因此，作为电容器的电极材料，需要使用难以氧化的材料或即使氧化也 能够维持导电性的材料， 一般广泛使用Pt (销)、Ir (铱)以及IrOx (氧化 铱)等白金系列金属或其氧化物。另外，作为布线材料，普遍与通常的半导 体器件同样地使用Al (铝)。在FeRAM中，存在如下问题，即，由于在形成铁电电容器结构后的诸 多工序中生成的氢等，铁电膜容易劣化。因此，提出了如下技术，即，为了 阻挡氢等侵入到铁电膜，例如，使用铱氧化物(IrOx)等的导电性氧化物来 形成上部电极。然而，虽然通过将导电性氧化物用于上部电极材料使氧有助于阻挡氢 等，但相反地发生了如下问题，即，由于放出的氧气，使得位于上部电极正 上方的连接插件基底膜被氧化，例如，Ti、 TiN等被氧化，导致接触电阻增 大。因此，提出了如下技术在导电性氧化物上形成铱(Ir)等的耐氧化性 金属膜，以防止基底膜的氧化。而且，作为电容器电极，公开了如下结构。在JP特开2002-324894号公报(专利文献l)中记载有如下技术由第 一导电性氧化膜和第二导电性氧化膜构成形成在铁电膜上的上部电极，进 而，将第二导电性氧化膜形成为比第一导电性氧化膜更接近化学计量组成的 组成，由此使铁电电容器的电特性不会因多层布线结构工序而被劣化，能够 使铁电电容器的电特性微细化。在JP特开2003-17581号公报(专利文献2)中记载有具有如下结构的 电容器的半导体器件由表示为TixAlLXN (x=0.05 0.5)的氮化铝钛层构 成上部电极和下部电极中的至少一种，在这样结构的上部电极和下部电极之 间夹持有氧化钽等的高介电常数的金属氧化膜。在JP特开2003-100912号公报(专利文献3)中记载有如下技术在半 导体器件中，由Pt构成电容器的上部电极，进而，在上部电极上形成耐氧化 性的TiAlN阻挡膜，由此避免上部电极的露出所引起的电容绝缘膜的特性的 劣化。在JP特开2006-32451号公报(专利文献4)中提出了如下技术为了 防止氢的催化剂作用所带来的接触插件的劣化，由Pt/IrOx/Ir/TiAlN的层叠结 构来构成接触插件上的电容器的下部电极。在JP特开2003-258201号公报(专利文献5)中公开了如下方法使用 硬质掩模对电容器的构成膜进行统一蚀刻。这样情况下的氧阻挡膜的材料是 TiN、 TiAlN、 TiAlON、 Ir或它们的氧化物，或者是Ru、 RuOx。另夕卜，在JP特开2003-152165号公报(专利文献6)中提出了如下技术 在绝缘膜内形成使铁电电容器的上部电极露出的接触孔，在氧化环境中进行 热处理后，在接触孔内形成由TiN构成的紧贴膜，并将该TiN紧贴膜用作为 氢阻挡膜，进而，采用通过CVD法在接触孔内填充W层的方法，防止铁电 电容器的特性劣化。专利文献1: JP特开2002—324894号公报专利文献2: JP特开2003 — 17581号公报专利文献3: JP特开2003 — 100912号公报专利文献4: JP特开2006—32451号公报专利文献5: JP特开2003 — 258201号公报专利文献6: JP特开2003 —152165号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，根据上述专利文献2所记载的结构，仅由TiAlN膜构成电容器的 上部电极，因此若为了降低上部电极的电阻而使膜厚变厚，则使上部电极难以透过氧气，导致在之后的工序中不能使其下方的铁电膜充分地氧化。另外，根据专利文献3所记载的结构，使上部电极的下层部的Pt膜变厚， 以能够降低上部电极的电阻，进而，使其上的TiAlN阻挡膜变薄，以能够提 高氧气透过性。但是，由于Pt发挥氢等的还原气体的催化剂作用，因此在透过TiAlN阻挡膜的氢等侵入到Pt膜内的情况下，不能防止其下方的氧化物 铁电膜的还原劣化。因此，在专利文献2、 3所记载的方法中，不能充分地引出电容器的电 特性。与此相对，在使用专利文献l所记载的现有技术的情况下，能够提高电 容器的电特性，但是根据形成条件，电容器特性有时会劣化。艮P，在铁电膜上的电容器上部电极中，将上侧的第二导电性氧化膜形成 为比下侧的第一导电性氧化膜更接近化学计量组成的组成，但是，若使第二 导电性氧化膜变厚，则有时其本身会发生异常生长，使其下方的铁电膜的膜 质劣化。本专利技术的目的在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，具有形成在半导体衬底上的铁电电容器，其特征在于，　所述铁电电容器具有下部电极、形成在所述下部电极上的铁电膜、形成在所述铁电膜上的上部电极，　所述上部电极是至少包括第一导电膜和形成在所述第一导电膜上的第二导电膜的层 叠结构，所述第一导电膜由第一导电性贵金属氧化物构成，所述第二导电膜由金属氮化化合物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文生，
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]