专利名称：形成含有金属的材料和电容器电极的方法以及电容器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成含有金属的材料的方法，如电容器电极。本法明还涉及电容器结构。
背景技术：
电容器结构被用在众多的半导体结构中，例如存储器阵列。一个典型的存储器阵列是动态随机存取存储器(DRAM)阵列，阵列的单独DRAM单元包括一个电容器器和一个晶体管。
电容器结构包括一个第一导电电容器电极和一个第二导电电容器电极，二者之间用介电材料隔开。在所有成分中适于用作电容器电极的是金属，如铂、铑、铱、钌等。通过将金属有机母体材料暴露在一个氧化的气体中(例如O2、O3和/或N2O)将母体分解并释放出金属而使得金属沉积。释放出来的金属沉积在基底上形成一层金属薄膜，该金属薄膜最后结合到电容器器件上作为电容器电极。
在氧化金属有机母体过程中有一个难题，结合在半导体基底上的材料被暴露在氧化气体中，它们自身在金属有机母体的降解过程中也会被氧化或者以其它方式被降解。因此，希望能有另外一种不同于氧化金属有机母体的在半导体基底上形成金属材料的方法，发明内容一方面，本发明包括一种用来形成一种用于半导体结构的含有金属的物质的方法。提供一半导体基底，并靠近基底提供金属有机母体。该母体被暴露在还原气体中使金属从母体中释放出来，之后被释放出来的金属沉积在半导体基底上。
另一方面，本发明包括一个形成用于半导体结构的含有金属的物质的实施例，其中含有金属的母体被暴露在氨气中将金属从母体中释放出来，随后释放出的金属被沉积在半导体基底上。
另一方面，本发明包括一种用于形成电容器电极的方法，其中含有金属的母体被暴露在还原气体中将含有金属的物质沉积出来，最后将其与电容器结构结合，作为电容器电极。
本发明还包括电容器结构。
下面将结合附图描述本发明的优选实施例。
附图是一个半导体晶片片段的示意性横截面视图，用以举例说明本发明的一个实施例。
具体实施例方式
本发明的一个实施例用图中的半导体晶片片段10来描述。片段10包括一个基底12，基底可包括例如单晶硅。为了阐明下文的权利要求，术语“半导电的基底”和“半导体基底”其含义是指包括半导电的材料的任何结构，包括但不限于块状半导电的材料，例如半导电晶片(包括单独的和与其他材料组合构成的)，和半导电的材料层(单独的和与在包括其他材料的组件中)。名词“基底”是指任何支撑结构，包括但不限于如上所述的半导体基底。
一种介电材料14形成在基底12上，介电材料由例如硼磷硅盐玻璃(BPSG)和/或二氧化硅组成。一个开孔穿过介电材料14延伸到基底12，在基底12内形成一个扩散区16，位于所述开孔的底部。扩散区16既可以作为n型导电掺杂也可作为p型导电掺杂。扩散区16可以被视为是典型的由基底12支持的电节点的实施例。
一系列导电的材料成形于材料14的开孔中，并在扩散区上方延伸。所述导电材料包括材料18，为导电掺杂的硅，例如n型或者p型掺杂的多晶硅。所述导电材料还可以包括一个金属硅化物层20和一个包括金属或者金属氮化物的层22。显然，除如附图标记18、20和22所示之外，其他导电性的材料也可以作为选择之一。例如材料18可以被导电性的金属插入物所代替，例如钛插入物或者钨插入物。在另外的实施例中，金属硅化物层被设置在扩散区16和含硅层18之间，典型的金属硅化物包括硅化钛或者硅化钨。层18、20和22可以用常规的方法形成。
在特殊的实施例中，层22可以包含以下成分氮化钛、氮化钨、氮化钽、钛元素、钽元素、钨元素，或者由它们组成或者基本由它们中的一种或者更多组成；层20可以包含硅化钛或者硅化钨，或者由它们组成或者基本由它们组成。薄膜20和22的功能是作为扩散和/或氧化阻挡层。
一种含有金属的物质24形成于导电层22上，在所示的实施例中其与层22物理接触。根据本发明所述方法，通过将金属有机母体暴露在还原气体中将金属从母体中释放出来，随后释放出来的金属被沉积，从而形成物质24。在所示的实施例中，物质24被图形化成矩形块。上述结果可以这样得到，例如，通过光刻处理和当释放出的金属沉积后的一个适当的蚀刻。适当的光刻处理和蚀刻条件对于本领域普通技术人员来说是公知的。
物质24可以包含钌、铑、铱、钴、钯、镍或者铂，基本由它们组成或者由它们中的一种或者多种组成。在特殊的实施例中，物质24含有或者基本由钌组成，通过将三碳酰基环己二烯钌母体暴露在由氨(NH3)、二原子氢(H2)、或者等离子体激活氢粒子中的一种或多种组成的还原气体中形成物质24。在某些实施例中还原气体由或者基本由氨(NH3)、二原子氢(H2)、或者等离子体激活氢粒子中的一种或多种组成。在一个典型的实施例中，三碳酰基环己二烯钌母体被暴露在温度为210℃的氨气中，压力为4托，持续120秒，沉积物质24的厚度大约为450。
在现有的方法中，含有金属的物质形成于一层上的方法同前面谈到的形成薄膜22的方法一样，都是将金属有机材料暴露在氧化气体中。然而，在现有技术的过程中存在这样一个问题，氧化气体能氧化层22中的多种成分，从而降低了其传导率。例如，如果层22中含有钛、钽或者钨，将该层暴露在氧化气体中能形成钛、钽或者钨的氧化物。这样的氧化物却是电绝缘的，因此，期望得到的层22的导电特性受到了损害，在某些例子中甚至完全丧失，这使得随后由层22形成元件变得不可能了。相反，在本发明的实施例中利用还原气体就能避免薄膜22中的材料被氧化，因此能够在形成物质24的过程中保持期望的导电特性。利用本发明所述方法中的还原气体还有另外一个好处，就是许多金属有机母体材料含有氧，在化学降解母体材料的过程中能被释放出来。被释放出来的氧能氧化基底材料。但是，利用还原气体能在其与基底材料发生有害反应之前将氧基本清除。例如，在本发明的一个实施例中，NH3能被用来将氧基本清除。
在此之前还原气体没有被应用在半导体结构中形成导电物质的原因是，除非母体被暴露在氧化气体中，否则来自金属有机母体的碳将沉积到由母体形成的导电金属物质上。在本发明的一个方面上，认识到，在特殊的半导体构成应用中相对于与半导体元件有关的材料的氧化而言，碳结合问题并非重要。例如，在如附图所示的实施例中，人们更关心的是保持薄膜22的导电特性，对从物质24上消除碳并不是很关心。因此利用还原气体来形成物质24相对于用氧化气体来说是更好的选择，甚至这样会使得碳在物质24中的结合相对于利用氧化气体时会增加增加。然而，一项对将三碳酰基环己二烯钌母体暴露在氨中形成的物质24的分析表明，非常少的碳结合于其上。因此，在本发明的一个特殊的实施例中，层22的氧化可以被避免，碳结合在物质24上也可以避免。这是本发明的一个优选实施例，但可以理解的是本法明还包括在物质24上出现碳结合情况的实施例。
在特殊的实施例中，物质24包括由一个或者更多母体形成的多种金属组成。多种金属包括以下的一种或更多钌、铑、铱、钴、钯、镍、铂。在本发明的某些方面，期望得到的是物质24不仅仅由铂组成。然而，在上述这些方面，物质24包括与其它金属相结合的铂。因此，希望得到的是由至少一种母体形成的物质24包括除铂之外的某种金属；但是这样则至少一个母体被用来与其它包括铂的母体结合使用。
形成物质24之后，在物质24上提供一层介电材料26。介电材料26包括二氧化硅和/或氮化硅。另外，或可选的，介电材料26包括所谓的高介电常数材料，例如，五氧化二钽(Ta2O5)。
形成介电材料26之后，在介电材料26上形成一个第二电容器电极28。电容器电极28包括金属和/或导电性掺杂的硅。如果电极28包括金属，利用一个如上文所述的用来形成物质24的还原气体即可形成电极28。可选择的，电极28还可以通过将一金属有机母体暴露在氧化气体中来形成。在本发明的优选实施例中，介电材料26含有高介电常数材料，并且电极28是通过将金属有机母体暴露在氧化气体中得到的。该氧化气体能弥补氧化物缺陷，否则其将继续存在于高介电常数材料中。例如，如果高介电常数材料包括Ta2O5，由于材料中钽的总量超过了氧的总量，所以该区域的材料是富钽材料(也就是说钽的含量比化学数量关系Ta2O5中应存在的高)。上述富钽区域缺少期望的高介电常数材料的电绝缘特性。将富钽区域暴露在氧化气体中能使该区域转化为Ta2O5，并因此提高该区域相关的电绝缘特性。
第二电容器电极28包括钌、铑、铱、钴、钯、镍、或者铂，由它们组成或者基本由它们组成；可以包括与在物质24中采用的金属完全相同的金属，或者与物质24中采用的不同的金属。在一个特殊的优选实施例中，物质24通过将金属有机母体暴露在还原气体中而形成，并将构成第一电容器电极；通过将同样的金属有机母体或者一个不同的金属有机母体暴露在氧化气体中得到物质28，并作为第二电容器电极。
如图所示物质24、26、28共同确定了至少部分电容器结构。这样的电容器结构可以被用在各种半导体元件中，例如DRAM单元。在该电容器结构被应用在DRAM单元的实施例中，通常具有采用扩散区16作为源极区或者漏极区的晶体管门，并通过扩散区16与物质24电连接。在这样的实施例中，物质24作为电容器结构的存储节点。
权利要求
1.一种用来形成用于半导体结构的含有金属的物质的方法，包括提供一半导体基底；靠近基底提供一个或者更多个金属有机母体，上述一个或者更多个母体中至少有一个不含铂；将一个或者更多的母体暴露在还原气体中使金属从一个或者更多的母体中释放出来；和将被释放出来的金属沉积在半导体基底上，从而在半导体基底上形成含有金属的物质。
2.如权利要求1所述的方法，其中基底包括由氮化钛(TIN)、元素钛、氮化钨(WN)、元素钨、氮化钽和元素钽中一种或者更多组成的上表面；其中，在形成含有金属的物质时上表面被暴露在还原气体中。
3.如权利要求1所述的方法，其中基底包括一个可氧化的上表面；其中，形成的含有金属的物质与上表面物理上靠接；在释放至少某些金属时，可氧化的上表面被暴露在还原气体中。
4.如权利要求1所述的方法，其中基底包括由氮化钛(TIN)、元素钛、氮化钨(WN)、元素钨、氮化钽和元素钽中一种或者更多组成的上表面；其中，形成的含有金属的物质与上表面物理上靠接。
5.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有钌，并且释放出来的金属基本由钌组成。
6.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有铑，并且释放出来的金属基本由铑组成。
7.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有铱，并且释放出来的金属基本由铱组成。
8.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有钴，并且释放出来的金属基本由钴组成。
9.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有钯，并且释放出来的金属基本由钯组成。
10.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有镍，并且释放出来的金属基本由镍组成。
11.如权利要求1所述的方法，其中一个或者更多的母体含有三碳酰基环己二烯钌。
12.如权利要求1所述的方法，其中还原气体包括NH3。
13.如权利要求1所述的方法，其中还原气体包括活性氢。
14.如权利要求1所述的方法，其中还原气体由H2组成。
15.一种用来形成用于半导体结构的含有金属的物质的方法，包括提供一半导体基底；靠近基底提供含有金属的母体；将含有金属的母体暴露在NH3中，以将金属从母体中释放出来；和将释放出来的金属沉积在半导体基底上，以形成含有金属的物质。
16.如权利要求15所述的方法，其中母体所暴露的气体由NH3组成，用来将金属从母体中释放出来。
17.如权利要求15所述的方法，其中母体含有钌，并且释放出来的金属基本由钌组成。
18.如权利要求15所述的方法，其中母体含有铑，并且释放出来的金属基本由铑组成。
19.如权利要求15所述的方法，其中母体含有铱，并且释放出来的金属基本由铱组成。
20.如权利要求15所述的方法，其中母体含有钴，并且释放出来的金属基本由钴组成。
21.如权利要求15所述的方法，其中母体含有钯，并且释放出来的金属基本由钯组成。
22.如权利要求15所述的方法，其中母体含有铂，并且释放出来的金属基本由铂组成。
23.如权利要求15所述的方法，其中母体含有镍，并且释放出来的金属基本由镍组成。
24.一种形成电容器的方法，包括提供一半导体基底，该基底包括由它支撑的电节点；形成与节点电接触的电互连，电互连相互电连接包括导电掺杂的硅；在电互连上形成一层导电材料，该导电材料包括氮化钛(TIN)、氮化钨(WN)、氮化钽、元素钽、元素钛和元素钨中一种或者更多；提供一与导电材料靠近的金属有机母体；将母体暴露在还原气体中，以将金属从母体中释放出来；将释放出来的金属沉积在导电材料上以形成第一电容器电极；在第一电容器电极上形成一介电材料；和在介电材料上形成一第二电容器电极。
25.如权利要求24所述的方法，其中母体含有钌，并且释放出来的金属基本由钌组成。
26.如权利要求24所述的方法，其中母体含有铑，并且释放出来的金属基本由铑组成。
27.如权利要求24所述的方法，其中母体含有铱，并且释放出来的金属基本由铱组成。
28.如权利要求24所述的方法，其中母体含有钴，并且释放出来的金属基本由钴组成。
29.如权利要求24所述的方法，其中母体含有钯，并且释放出来的金属基本由钯组成。
30.如权利要求24所述的方法，其中母体含有铂，并且释放出来的金属基本由铂组成。
31.如权利要求24所述的方法，其中母体含有镍，并且释放出来的金属基本由镍组成。
32.如权利要求24所述的方法，其中母体含有三碳酰基环己二烯钌。
33.如权利要求24所述的方法，其中还原气体包括NH3。
34.如权利要求24所述的方法，其中还原气体包括活性氢。
35.如权利要求24所述的方法，其中还原气体由H2组成。
36.如权利要求24所述的方法，其中导电材料由氮化钛(TIN)、元素钛、氮化钨(WN)、元素钨、氮化钽和元素钽中的一种或者更多组成
37.如权利要求24所述的方法，其中第二电容器电极包括导电扩散的硅。
38.如权利要求24所述的方法，其中第二电容器电极包括金属；并且在形成第二电容器电极包括将含有金属的母体暴露于还原气体。
39.如权利要求24所述的方法，其中第二电容器电极包括金属；并且在形成第二电容器电极包括将含有金属的母体暴露于氧化气体。
40.如权利要求24所述的方法，其中第二电容器电极包括金属；其中介电材料包括一种氧化物；并且形成第二电容器电极包括将含有金属的母体暴露于氧化气体。
41.如权利要求24所述的方法，其中第二电容器电极包括金属；其中介电材料包括Ta2O5；并且形成第二电容器电极包括将含有金属的母体暴露于一种包括N2O、O2、和O3其中一种或更多的氧化气体。
全文摘要
本发明包括一种用来形成一种用于半导体结构的含有金属的物质的方法。提供一半导体基底，并靠近基底提供金属有机母体。该母体被暴露在还原气体中，使金属从母体中释放出来，之后被释放出来的金属沉积在半导体基底上。本发明还包括电容器结构以及用于形成电容器结构的方法。
文档编号H01L21/02GK1543665SQ02816057
公开日2004年11月3日 申请日期2002年8月15日 优先权日2001年8月16日
发明者H·杨, H 杨 申请人:微米技术有限公司