專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法、以及薄膜器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種其中形成有鐵電電容器的半導(dǎo)體器件及其制造方法，以及一種需要良好定向性的薄膜器件。
背景技術(shù)：
DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)或SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)這類易失性存儲器和閃存(FLASH)存儲器這類非易失性存儲器已經(jīng)用于各種領(lǐng)域。另一方面，作為既具有DRAM的高速、低電壓可操作性又具有閃存的非易失特性的存儲器，F(xiàn)RAM(鐵電隨機存取存儲器)、MRAM(磁性隨機存取存儲器)和PRAM(可編程隨機存取存儲器)具有較大的潛力，對這些器件已進(jìn)行了各種研究和開發(fā)工作。事實上，它們中的一些已經(jīng)批量生產(chǎn)。
FRAM是利用鐵電材料的磁滯現(xiàn)象的非易失性存儲器。含有FRAM的半導(dǎo)體器件具有一種電容器結(jié)構(gòu)，其中上電極、鐵電層和下電極分別置于襯底上。作為鐵電層的鐵電材料，Pb(Zr，Ti)O3[PZT]具有較大的自發(fā)極化并具有極大的潛力。CVD(化學(xué)氣相沉積)方法適用于形成鐵電層，因為它能形成致密膜。
在鐵電電容器領(lǐng)域技術(shù)課題之一為通過使其結(jié)構(gòu)精密化來增加電容量。為了器件結(jié)構(gòu)的小型化，正在探討幾種方法。即，用1T1C(一個晶體管和一個電容器)的電路結(jié)構(gòu)代替2T2C(兩個晶體管和兩個電容器)的電路結(jié)構(gòu)，用堆疊結(jié)構(gòu)代替平面結(jié)構(gòu)，用三維結(jié)構(gòu)代替平板結(jié)構(gòu)。
要從平面結(jié)構(gòu)改變成堆疊結(jié)構(gòu)，必須通過導(dǎo)電塞(plug)在晶體管正上方形成下電極。為了防止導(dǎo)電塞被氧化，下電極自身必須具有阻氧特性。此外，為了使PZT具有較大的自發(fā)極化，PZT自身必須具有良好的定向性(orientation)和結(jié)晶品質(zhì)。為了達(dá)到這樣的要求，位于鐵電層(PZT層)下面的下電極也必須具有良好的定向性和結(jié)晶品質(zhì)。
為了在鐵電電容器中獲得良好的定向性，已提出在形成下電極之前，在NH3氣氛中在二氧化硅/硅襯底上進(jìn)行PLA(等離子體退火)，然后形成Ti膜(例如，參考專利文件1日本特開2004-153031號)。由Ir等制成的下電極形成在Ti膜上。然而，在高溫富氧的氣氛中Ti自身會變成具有絕緣特性的TiOx。由于這種原因，當(dāng)Ti膜用于導(dǎo)電塞上時，無法獲得電容器和導(dǎo)電塞之間的電接觸。
同時，為防止電容器的下電極和導(dǎo)電塞之間的氧化，已提出通過去除插入接觸孔中的金屬導(dǎo)電塞的最上端來形成膜槽(cavity)，然后在膜槽中通過噴鍍形成導(dǎo)電膜、例如氮化鈦(TiN)膜，從而形成具有高度抗氧化效果的導(dǎo)電塞(例如，參考專利文件2日本特開2001-284548號)。然而，在這種方法中，在最上端位置具有氮化鈦膜的導(dǎo)電塞要與Ir/IrO2下電極相接觸。
此外，作為一種確保鐵電電容器的良好電特性的方法，已提出使用氮化鈦通過氣相沉積來形成接觸塞(contact plug)自身，并且在接觸塞上形成由IrO2制成的下電極(例如，參考專利文件3日本特開2000-114482號)。
但是，上面描述的傳統(tǒng)方法旨在防止氧化，而電容器的晶體取向卻一點也沒有考慮。
當(dāng)Ti膜在PLA工藝之后形成的時候，結(jié)晶品質(zhì)變成很好，且電容器的鐵電材料的定向性也能很好地維持。然而，由于下部(inferiority)的抗氧化效果不好，就不能在導(dǎo)電塞和電容器之間得到充分的電性接觸。
另一方面，當(dāng)通過噴鍍或氣相沉積的方法形成的氮化鈦膜嵌入在導(dǎo)電塞和電容器之間時，能得到良好的抗氧化效果；然而，卻不能夠得到滿意的結(jié)晶品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種具有具備良好電特性的鐵電電容器的半導(dǎo)體器件，該器件能同時提供優(yōu)良的結(jié)晶品質(zhì)(crystal quality)和充分的抗氧化效果。本發(fā)明還提供一種制造該半導(dǎo)體器件的方法。此外，本發(fā)明提供了一種需要良好定向性的薄膜器件。
依照本發(fā)明的一個實施例，通過噴鍍或氣相沉積直接形成氮化鈦(TiN)膜的方法被取代；首先形成鈦(Ti)膜，然后，在含氮的氣氛中應(yīng)用RTA(快速熱退火)工藝使鈦膜氮化，以形成氮化鈦膜。利用這種方法，能夠改善氮化鈦膜的結(jié)晶品質(zhì)，同時保持了阻氧特性。
在一個更優(yōu)選實例中，在晶片上進(jìn)行PLA(等離子體退火)預(yù)處理后形成Ti膜，再通過在含氮的氣氛中應(yīng)用PLA工藝將鈦膜氮化以形成氮化鈦膜。因而，與通過不采用PLA預(yù)處理使鈦膜氮化而成的氮化鈦膜相比較而言，可獲得一種具有更加良好的結(jié)晶品質(zhì)的氮化鈦膜。
特別地，依照本發(fā)明的第一方案，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括電容器，其將氮化鈦膜用作下電極的一部分，且該氮化鈦膜為將應(yīng)用PLA工藝后形成的鈦(Ti)膜氮化而獲得的。
優(yōu)選地，在通過搖擺曲線(rocking curve)方法測得的XRD(X光衍射)圖形中，氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM(半高寬值)介于2°到7°的范圍內(nèi)。
更優(yōu)選地，位于峰值處的FWHM介于3°到5°的范圍內(nèi)。
依照本發(fā)明的第二方案，提供一種薄膜器件。該薄膜器件包括半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底上的氮化鈦膜，以及氮化鈦膜上的定向膜。在該薄膜器件中，在通過搖擺曲線方法測得的XRD圖形中，氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM介于2°到7°的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，位于峰值處的FWHM介于3°到5°的范圍內(nèi)。
定向膜包括金屬薄膜、介電薄膜、壓電薄膜、導(dǎo)電氮化膜、導(dǎo)電氧化膜或鐵電薄膜。當(dāng)定向膜為金屬薄膜如Ir膜或Pt膜、或者為導(dǎo)電氮化膜如TiAlN膜的時候，在定向膜上可形成介電薄膜、壓電薄膜和/或鐵電薄膜。
依照本發(fā)明的第三方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該半導(dǎo)體器件的制造方法包括步驟在絕緣膜中形成接觸塞，以連接到半導(dǎo)體襯底上的元件；在NH3氣氛中對絕緣膜應(yīng)用PLA工藝；在接觸塞上形成鈦膜；將鈦膜氮化，以形成氮化鈦膜，用作電容器下電極的一部分；以及在氮化鈦膜上形成金屬膜，用作電容器下電極的另一部分。
在優(yōu)選實例中，PLA(等離子體退火)預(yù)處理執(zhí)行5秒或更長時間，更優(yōu)選地，執(zhí)行的時間范圍為5秒至240秒。通過在鈦膜形成之前執(zhí)行PLA工藝，由搖擺曲線方法測得的氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM可集中于3°到5°的范圍內(nèi)，并且下電極金屬的(111)面位于峰值處的FWHM可集中于2°到3°的范圍內(nèi)。
當(dāng)用上述方法獲得的氮化鈦膜用作鐵電電容器的下電極的一部分時，鐵電電容器的電特性能夠得到很大程度的改善。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它目的和進(jìn)一步的特點將更為清楚，在附圖中圖1A為示出包括本發(fā)明實施例在內(nèi)的五種下電極膜的XRD(X光衍射)圖形的曲線圖；圖1B為圖1A中顯示的曲線的峰值部分放大的曲線圖；圖2A為通過搖擺曲線方法測得的氮化鈦的(111)面峰值圖形的曲線圖，該氮化鈦材料用作下電極的一部分；圖2B為通過搖擺曲線方法測得的Ir的(111)面峰值圖形的曲線圖，該Ir材料用作下電極的另一部分；圖3A為示出氮化鈦膜的(111)面和Ir膜的(111)面的FWHM(半高寬值)的測量結(jié)果的表格，其中所述氮化鈦膜和Ir膜用作下電極元件；圖3B為示出氮化鈦的(111)面和Ir的(111)面的FWHM與PLA時間的函數(shù)關(guān)系的曲線圖；圖4A為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第一個工藝的示意圖；圖4B為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第二個工藝的示意圖；圖4C為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第三個工藝的示意圖；圖4D為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第四個工藝的示意圖；圖4E為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第五個工藝的示意圖；
圖4F為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第六個工藝的示意圖；圖4G為示出依照本發(fā)明實施例形成半導(dǎo)體器件的第七個工藝的示意圖；以及圖5為示出依照本發(fā)明實施例在半導(dǎo)體器件的制造方法中形成鐵電電容器的過程的流程圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，請參照圖1A、圖1B、圖2A和圖2B，本發(fā)明的基本原理描述如下。在圖1A到圖2B中，依照本發(fā)明實施例的下電極特性將與由傳統(tǒng)技術(shù)形成的下電極特性進(jìn)行比較而顯示。圖1A為示出包括本發(fā)明實施例在內(nèi)的五種下電極膜的XRD(X光衍射)圖形的曲線圖。圖1B為圖1A中顯示的曲線的峰值部分放大的曲線圖。圖2A為示出通過不同方法形成為下電極膜的氮化鈦膜的搖擺曲線的曲線圖。圖2B為示出形成為下電極膜的Ir膜的搖擺曲線的曲線圖。
在圖1A和圖1B中，五種類型的下電極樣本形成在二氧化硅/硅襯底上，且每一種樣本的XRD圖形應(yīng)用2θ/θ方法測量。在下電極膜(薄膜)的(111)面上進(jìn)行測量。
在圖1A和圖1B中，圖形(a)是Ir/Ti樣本的XRD圖形，其中在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜而不執(zhí)行PLA預(yù)處理，且使用現(xiàn)有技術(shù)在其上形成Ir膜。
在圖1A和圖1B中，圖形(b)是Ir/Ti樣本的XRD圖形，其中應(yīng)用PLA工藝后在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜，且使用公知技術(shù)在其上形成Ir膜(參考專利文件1)。
在圖1A和圖1B中，圖形(c)是在本發(fā)明實施例中用作下電極膜的Ir/TiN樣本的XRD圖形，其中應(yīng)用PLA工藝后在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜，然后在氮氣氣氛中對Ti膜應(yīng)用RTA(快速熱退火)工藝以將Ti膜氮化成為氮化鈦膜，再在氮化鈦膜上形成Ir膜。
在圖1A和圖1B中，圖形(d)是Ir/PLA-TiN樣本的XRD圖形，其中應(yīng)用PLA工藝后，通過如噴鍍或氣相沉積的工藝，在二氧化硅/硅襯底上直接沉積氮化鈦膜，再在其上形成Ir膜。這是一個用于比較的實例。
在圖1A和圖1B中，圖形(e)是在本發(fā)明實施例中用作下電極膜的Ir/TiN樣本的XRD圖形，其中形成Ti膜，而不需在形成鈦膜之前應(yīng)用PLA工藝；在氮氣氣氛中應(yīng)用RTA工藝對Ti膜進(jìn)行氮化而形成氮化鈦膜，再在其上形成Ir膜。
在圖1B中，圖形(c)和(e)的氮化鈦峰值PTiN介于硅的峰值PSi和銥的峰值PIr之間，圖形(b)示出鈦的峰值PTi。
圖2A為示出通過搖擺曲線方法測得的幾個樣本的氮化鈦的(111)面的峰值圖形的曲線圖，圖2B為示出通過搖擺曲線方法測得的幾個樣本的Ir的(111)面的峰值圖形的曲線圖。圖2A和圖2B中示出的峰值圖形(a)到(e)為從相同的樣本獲得的，所述樣本通過結(jié)合圖1A和圖1B的XRD圖形(a)到(e)而得到說明。如圖2A和圖2B所示，在圖形(d)中，應(yīng)用PLA工藝后，通過噴鍍工藝或氣相沉積工藝，在二氧化硅/硅襯底上沉積氮化鈦膜自身，再在其上形成Ir膜；圖中既沒有顯示出氮化鈦膜的峰值，也沒有顯示出氮化鈦膜上的Ir膜的峰值，因此可以理解為晶體取向是不令人滿意的。也就是說，即使直接沉積的氮化鈦膜用于需要良好定向性的元件，例如鐵電電容器、壓電元件、液晶元件等，這也意味著該元件不起作用。
另一方面，圖形(c)通過該實施例的樣本測得，其中應(yīng)用PLA工藝后在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜，并通過在氮氣氣氛中對Ti膜應(yīng)用RTA工藝而形成氮化鈦膜，再在氮化鈦膜上形成Ir膜；在圖中氮化鈦膜顯示出了一個清楚的尖峰(請參考圖2A)，并且氮化鈦膜上形成的Ir膜同樣顯示出銳利的尖峰(請參考圖2B)。在上述的下電極上形成的鐵電膜的定向性大為改善，并且由該鐵電膜形成的鐵電電容器顯示出良好的極化特性。
同樣地，在依照本發(fā)明實施例的圖形(e)中，其中在硅襯底上形成Ti膜而不應(yīng)用PLA工藝，并且通過在氮氣氣氛中對Ti膜應(yīng)用RTA工藝而形成氮化鈦膜，再在氮化鈦膜上形成Ir膜；在圖中氮化鈦膜顯示出一個平緩的尖峰(請參考圖2A)。然而，當(dāng)在圖形(e)中的氮化鈦膜與在圖形(d)中通過噴鍍工藝直接形成的氮化鈦膜進(jìn)行比較時，在圖形(e)中的氮化鈦膜和其上的Ir膜表現(xiàn)出了良好的結(jié)晶品質(zhì)(請參考圖2A和2B)。
如圖2B所示，在利用現(xiàn)有技術(shù)的圖形(b)中，其中應(yīng)用PLA工藝后在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜，并且在Ti膜上形成Ir膜；在圖中Ir膜顯示出一個良好的尖峰，由此，Ir膜顯示出用作下電極的良好的結(jié)晶品質(zhì)。然而，正如上面提到的，Ti膜容易被氧化并且沒有起到阻氧膜的作用。
當(dāng)對本發(fā)明實施例的圖形(c)和(e)進(jìn)行比較時，返回到圖1B，在沒有應(yīng)用PLA預(yù)處理而僅通過氮化沉積的Ti膜而得到的氮化鈦膜中(圖形(e))，XRD的峰值位置從圖形(c)的峰值位置上有了移位，并且圖形(e)的峰(PTiN)比圖形(c)的峰鈍化。在XRD圖形中，因為峰值位置依賴于晶格常數(shù)而有所不同，所以在沒有應(yīng)用PLA工藝而氮化的氮化鈦膜中(圖形(e))，其晶格常數(shù)與最初的氮化鈦所對應(yīng)的有些偏離。也就是說，氮化鈦膜未完全氮化。換句話說，可以理解為在形成Ti膜之前的PLA工藝強化了Ti的氮化。
在本發(fā)明實施例中下電極的圖形(c)和(e)都具有良好的結(jié)晶品質(zhì)和阻氧特性。然而，應(yīng)用了PLA工藝的圖形(c)有著更良好的結(jié)晶品質(zhì)(定向性)。
圖3A是一個表格，示出在圖1A到圖2B中所示的上述(a)到(e)五種圖形位于峰值處的FWHM(半高寬值)的測量結(jié)果。在圖3A中，示出用作下電極元件的Ir膜的FWHM和氮化鈦膜的FWHM。
在通過噴鍍工藝等直接沉積的氮化鈦膜中(圖形(d))，峰值本身不存在，因而無法測量FWHM。
在來自一樣本(其中，使用現(xiàn)有技術(shù)在Ti膜上僅形成Ir膜)的圖形(a)中，Ir膜的FWHM超過5°，并且對改善鐵電材料定向性的貢獻(xiàn)較低。此外，Ti膜具有較低的阻氧特性。
在來自一樣本(其中，應(yīng)用PLA工藝后形成Ti膜且使用現(xiàn)有技術(shù)在Ti膜上形成Ir膜)的圖形(b)中，在(111)面上的Ir膜的FWHM是較佳的2.9°。然而，與圖形(a)中相似，Ti膜僅有較低的阻氧特性。
在本發(fā)明實施例的圖形(c)中，Ti(111)膜在應(yīng)用PLA工藝后形成，并通過在氮氣氣氛中經(jīng)RTA工藝而氮化，再在氮化鈦膜上形成Ir膜；該圖形中，在(111)面上的Ir膜的FWHM是2.8°，而在(111)面上的氮化鈦膜的FWHM是3.7°。因此，這顯示了良好的結(jié)晶品質(zhì)。在上述的下電極膜上形成的鐵電膜的定向性得到改善，并且電容器能夠具有良好的極化特性。通過由PLA工藝進(jìn)行調(diào)整，可使氮化鈦膜的FWHM很小，即約為2°。
在本發(fā)明實施例的圖形(e)中，在二氧化硅/硅襯底上形成Ti膜而沒有應(yīng)用PLA預(yù)處理，并通過在氮氣氣氛中對Ti膜應(yīng)用RTA工藝進(jìn)行氮化而形成氮化鈦膜，再在氮化鈦膜上形成Ir膜；該圖形中，(111)面上的Ir膜的FWHM是4.9°，而(111)面上的氮化鈦膜的FWHM是6.9°。
圖3B為氮化鈦膜和氮化鈦膜上的Ir膜的FWHM與PLA時間的函數(shù)關(guān)系曲線圖。如圖3A所示圖表中指出，未經(jīng)過PLA預(yù)處理的氮化鈦(111)面的FWHM是6.9°；然而，該FWHM可通過執(zhí)行PLA預(yù)處理以及增加PLA時間而減小。為了更準(zhǔn)確，通過執(zhí)行PLA預(yù)處理5秒或更長時間，氮化鈦(111)面的FWHM可集中于3°到5°的范圍內(nèi)，并且Ir/氮化鈦(氮化鈦膜上的Ir(111)面)的FWHM可集中于2°到3°的范圍內(nèi)。
上述數(shù)據(jù)可以支持以下結(jié)論當(dāng)其XRD圖形的FWHM范圍為2°到7°、優(yōu)選為3°到5°的氮化鈦膜用作下電極的一部分時，良好的阻氧特性和結(jié)晶品質(zhì)能夠同時獲得。在這情況下，在氮化鈦膜上方形成的Ir膜的XRD圖形的FWHM為2°到5°，優(yōu)選為2°到3°。
圖4A到圖4G為示出制造半導(dǎo)體器件工藝的示意圖，其中上述的氮化鈦膜用作電容器下電極的一部分。
如圖4A所示，首先，將多個MOS晶體管20形成在阱區(qū)12中，該阱區(qū)12是用現(xiàn)有的方法在襯底10上通過多個隔離區(qū)11隔離出的。形成用于保護(hù)MOS晶體管20的覆蓋絕緣膜21(例如，SiON膜)，沉積第一介電中間層22，并且形成到達(dá)MOS晶體管20的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(源極和漏極)的接觸塞30。在形成接觸塞30的過程中，例如，在第一介電中間層22中開出的接觸孔(未顯示)中通過噴鍍形成TiN/Ti膠層30a，用CVD(化學(xué)氣相沉積)方法沉積鎢(W)層30b，以及在此之后，應(yīng)用CMP(化學(xué)機械拋光)工藝，從而使表面平整。
接下來，如圖4B所示，下電極膜40、50和60、鐵電膜70、以及上電極膜80和90依次沉積在整個表面上。在該實施例中，下電極薄膜為氮化鈦膜40、TiAlN膜50以及Ir膜60。更詳細(xì)地，為了提高定向性，形成一層厚度為20nm的Ti膜，然后通過在650℃的氮氣氣氛(流速為10slm)中持續(xù)兩分鐘對Ti膜應(yīng)用RTA工藝而形成氮化鈦膜40。也就是說，Ti膜被氮化，從而形成氮化鈦膜40。
優(yōu)選地，在形成Ti膜之前，在NH3氣氛中執(zhí)行PLA預(yù)處理。此實例中執(zhí)行PLA的條件如下例如，襯底溫度是400℃，提供到襯底上的13.56MHz的高頻電源的功率是100W，提供到等離子體產(chǎn)生區(qū)上的350kHz的高頻電源的功率是55W，并且處理時間是60秒。接下來，通過噴鍍形成用作阻氧膜的厚度為100nm的TiAlN膜50，以及形成用作電極膜的厚度為100nm的Ir膜60。此外，用MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相沉積)方法沉積用作第一層且厚度為5nm的PZT膜，并在第一層上依次形成厚度為115nm的Pb(Zr，Ti)O3[PZT]膜；至此，形成了鐵電膜70。此時，襯底溫度是620℃，并且壓力是666Pa(5Torr)。此外，在鐵電膜70上，通過噴鍍形成用作鐵電電容器的上電極膜一部分的厚度為150nm的IrO2膜80，此外，在IrO2膜80上形成厚度為50nm的Ir膜90(上電極膜的一部分)。在這之后，為了修復(fù)形成上電極膜80和90所造成的對鐵電膜70的損害，應(yīng)用恢復(fù)退火(recoveryannealing)工藝。在該實施例中，爐內(nèi)退火工藝在退火爐中的氧氣氣氛中以550℃的溫度進(jìn)行60分鐘。
接下來，如圖4C所示，形成具有堆疊結(jié)構(gòu)的鐵電電容器75，該堆疊結(jié)構(gòu)由上電極72(由上電極膜90和80形成)、鐵電膜70和下電極71(由下電極膜60、50和40形成)形成。更詳細(xì)地，用光刻方法形成預(yù)定的硬質(zhì)掩模(未顯示)，再把上電極膜90和80、鐵電膜70、以及下電極膜60、50和40的區(qū)域中沒有被硬質(zhì)掩模覆蓋的地方通過蝕刻工藝依次去除。
接下來，如圖4D所示，沉積一層氧化鋁保護(hù)膜100，并且在氧氣氣氛中以550℃的溫度進(jìn)行爐內(nèi)退火60分鐘。
接下來，如圖4E所示，形成第二介電中間層110，并且通過CMP工藝使第二介電中間層110的表面平整。在這種情況下，第二介電中間層110是使用HDP(高密度等離子體)設(shè)備形成的氧化膜，從用作鐵電電容器75的上電極一部分的Ir膜90的上表面到第二介電中間層110的平整表面之間的厚度是300nm。
接下來，如圖4F所示，通過制模和蝕刻的方式，形成到達(dá)接觸塞30的接觸孔(未顯示)，然后形成用作阻隔金屬層或膠層的氮化鈦膜120a和用作接觸金屬的W(鎢)膜120b，并且用CMP工藝使表面平整。至此，就形成了接觸塞120。
接下來，如圖4G所示，形成連接到鐵電電容器75的上電極72的接觸孔(未顯示)，然后在該接觸孔中形成用作阻隔金屬的氮化鈦膜130a和用作接觸金屬的W(鎢)膜130b，并且用CMP工藝使氮化鈦膜130a和W膜130b的表面平整。至此，就形成了接觸塞130。進(jìn)一步，用TiN/Al/TiN膜形成第一層金屬布線140。每層膜的厚度如下例如，氮化鈦膜140a的厚度是70nm，Al膜140b的厚度是360nm，氮化鈦膜140c的厚度是50nm。在形成第一層金屬布線140之后，應(yīng)用曝光工藝和蝕刻工藝，并且通過形成第三介電中間層(未顯示)來進(jìn)行多層布線的形成工藝。
圖5是一個流程圖，顯示依照本發(fā)明實施例在半導(dǎo)體器件的制造方法中形成鐵電電容器的過程。
參考圖5所示的流程圖來描述該過程。
首先，形成連接到MOS晶體管20的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的接觸塞30(步驟S101)。接著，在NH3氣氛中以400℃的溫度將PLA工藝進(jìn)行1分鐘(步驟S102)。形成Ti膜(步驟S103)。在這之后，通過以650℃在氮氣氣氛(10slm)中對Ti膜應(yīng)用RTA工藝持續(xù)兩分鐘，形成氮化鈦膜40(步驟S104)。形成TiAlN膜50(步驟S105)，并形成Ir膜60(步驟S106)。此外，通過MOCVD方法形成用作鐵電膜的PZT膜(步驟S107)，并且依次形成用作上電極元件的IrO2膜80和Ir膜90(步驟S108和S109)。
接下來，通過層疊例如氮化鈦膜和TEOS(原硅酸四乙酯)膜，而且以預(yù)定的圖案制模，來形成硬質(zhì)掩模(步驟S110)。通過利用硬質(zhì)掩模來蝕刻Ir膜90、IrO2膜80、鐵電膜70、Ir膜60、TiAlN膜50和氮化鈦膜40，形成具有預(yù)定形狀的鐵電電容器75(步驟S111)。
在上述的實施例中，解釋了本發(fā)明的方案。然而，本發(fā)明不局限制于該實施例。例如，本發(fā)明可用于將例如Pt的材料用作下電極的堆疊結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)形成鐵電膜時，使用了噴鍍方法和MOCVD方法。然而，其它的膜形成方法，如旋轉(zhuǎn)涂布(spin-on)法和溶膠-凝膠(sol-gel)法，都能用作鐵電膜的形成方法。此外，其它的材料也可用作鐵電材料。再者，不脫離本發(fā)明的范圍可進(jìn)行各種變化和改型。
因為本發(fā)明實施例的氮化鈦膜高度地定向于(111)方向，因此只要反映底層定向性的材料用于電容器結(jié)構(gòu)，該氮化鈦膜就可以應(yīng)用于各種類型的電容器結(jié)構(gòu)。此外，氮化鈦膜在需要良好定向性和阻氧特性的各種器件中可用作導(dǎo)電膜。
本發(fā)明實施例的氮化鈦膜可用于薄膜器件，包括需要良好定向性的壓電器件和液晶器件。在這些薄膜器件中，定向膜可形成在氮化鈦膜上方，該氮化鈦膜在通過搖擺曲線方法測得的XRD圖形中(111)面上位于峰值處的FWHM從2°到7°，更優(yōu)選地，從3°到5°。
定向膜例如為由Ir、Pt等制成的金屬薄膜，如TiAlN膜的導(dǎo)電氮化膜，導(dǎo)電氧化膜，介電薄膜，壓電薄膜和鐵電薄膜。當(dāng)定向膜是Ir膜、Pt膜或TiAlN膜時，介電薄膜、壓電薄膜和鐵電薄膜可進(jìn)一步形成在定向膜上。
在上述的任何一種情況中，通過PLA預(yù)處理與將Ti膜氮化的結(jié)合，能夠制成具有高定向性和良好阻氧特性的氮化鈦膜。在這種情況下，形成于氮化鈦膜上方的膜的定向性也得以提高，反映出底層氮化鈦膜的高定向性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括電容器，其具有作為下電極一部分的氮化鈦膜，其中氮化鈦膜是通過對等離子體退火預(yù)處理之后形成的鈦膜進(jìn)行氮化而獲得的。
2.一種半導(dǎo)體器件，包括電容器，其具有作為下電極一部分的氮化鈦膜，其中在通過搖擺曲線方法測得的XRD(X光衍射)圖形中，氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM(半高寬值)處于2°到7°的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中位于峰值處的FWHM處于3°到5°的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，還包括在氮化鈦膜上的金屬膜，該金屬膜作為下電極的一部分，其中在通過搖擺曲線方法測得的XRD圖形中，金屬膜的(111)面位于峰值處的FWHM處于2°到5°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，還包括在氮化鈦膜上的金屬膜，其作為下電極的一部分，其中在通過搖擺曲線方法測得的XRD圖形中，金屬膜的(111)面位于峰值處的FWHM處于2°到3°的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包括在氮化鈦膜和金屬膜之間的阻氧膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，還包括在氮化鈦膜和金屬膜之間的阻氧膜。
8.一種薄膜器件，包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上的氮化鈦膜；以及在氮化鈦膜上的定向膜；其中在通過搖擺曲線方法測得的XRD圖形中，氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM處于2°到7°的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜器件，其中氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM處于3°到5°的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜器件，其中定向膜包括Ir膜、Pt膜和TiAlN膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜器件，還包括在定向膜上形成的介電薄膜、壓電薄膜和/或鐵電薄膜。
12.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括如下步驟在絕緣膜中形成接觸塞，使其能連接到半導(dǎo)體襯底上的元件；在NH3氣氛中對絕緣膜應(yīng)用PLA預(yù)處理；在接觸塞上形成鈦膜；將鈦膜氮化以形成作為電容器下電極的一部分的氮化鈦膜；以及在氮化鈦膜上形成作為電容器下電極的另一部分的金屬膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該氮化步驟包括在含氮的氣氛中以650℃的半導(dǎo)體襯底溫度退火鈦膜兩分鐘。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括步驟在氮化鈦膜和金屬膜之間形成阻氧膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括步驟通過在金屬膜上依次形成鐵電膜和上電極膜來形成鐵電電容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該PLA預(yù)處理執(zhí)行5秒或更長時間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該PLA預(yù)處理執(zhí)行預(yù)定的時間，從而在由搖擺曲線方法測得的XRD圖形中氮化鈦膜的(111)面位于峰值處的FWHM集中于3°到5°的范圍內(nèi)，并且，在由搖擺曲線方法測得的XRD圖形中金屬膜的(111)面位于峰值處的FWHM集中于2°到3°的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該制造方法包括步驟在絕緣膜中形成接觸塞，使其能連接到半導(dǎo)體襯底上的元件；在NH
文檔編號H01L21/3205GK1917148SQ20061011562
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者松浦修武 申請人:富士通株式會社