专利名称：结构化的含金属氧化物层的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构化含金属氧化物层的制法。本发明尤其涉及可用作DRAM存储器单元的存储电容器内的铁电介质或仲电介质的结构化含金属氧化物层的制造。
在微电子学内制造的动态半导体存储器部件(DRAM)主要由选择晶体管或开关晶体管和存储电容器构成，其中一介电材料插入电容器两极片之间。通常多数用具有介电常数最大约为8的氧化物层或氮化物层作介质。为了缩小存储电容器，以及为了制造非易失存储器需要“新型的”电容器材料，例如具有显著高介电常数的铁电材料或仲电材料。列举一些这种材料在W.Hoenlein著的出版物“NeueDielektrika für GbitSpeicherchips(吉比特存储器芯片用新介质)”，Phys.B1.55(1999)。为了制造用于这类高集成度非易失半导体存储器部件用的铁电电容器，例如铁电材料如SrBi2(Ta,Nb)2O9(SBT或SBTN),Pb(Zr,Ti)O3(PZT)，或Bi4Ti3O12(BTO)可作为介质插入电容器极片之间。但是它也可以使用仲电材料，例如(BaSt)TiO3(BST)。
然而这种新型的铁电或仲电介质的应用对半导体制造工艺提出新的要求。首先这种新型材料不再可以与传统的电极材料多晶硅组合。因此必须使用惰性电极材料，例铂类金属即Pt、Pd、Ir、Rh、Ru或Os或其导电氧化物(例如RuO2)。通常也可以用导电氧化物，如LaSrCoOx或SrRuO3。其原因是在铁电介质淀积后它必须在温度约550～800℃的含氧气氛中必要时多次退火(“预处理”)。因此为了避免铁电介质与电极的不希望的化学反应，因此这大多由铂或对温度足够稳定和惰性的另一材料，如另一铂金属或导电氧化物制造。
在制造存储电容器时结构化步骤是必须的，其中铁电层通过腐蚀步骤部分地被腐蚀掉。这时显示出铁电层的遗留的边缘区以一定方式受损。尤其显示出在边缘区的SBT层的化学计量关系偏离原始的化学计量关系，出现铋量不足。从Fa.SAMSUNG获悉一种湿化学法，其中在腐蚀步骤之后围绕PZT材料制成的存储电容器的受损区被去掉。然而这导致铁电体层的层材料的不希望的损失，因此导致应制造的存储电容器的存储电容量的损失。
因此本发明的任务在于提供一种结构化、含金属氧化物层的制法，其中在结构化期间含金属氧化物层出现的损伤可以没有材料损耗地得以补偿。
本任务通过按发明描述的一种结构化、含金属氧化物层的制法即权利要求1所述特征予以解决。这种方法包含以下工艺步骤。
-衬底的准备；-含金属氧化物层淀积到衬底上；-含金属氧化物层的结构化；-沉积覆盖含金属氧化物层至少到边缘区的修复层，该层至少包含一种在含金属氧化物层内也含有的元素，可是由于结构化在边缘区内按照化学计量关系其量不足，以及-这样进行热处理，使该元素从修复层向含金属氧化物层的边缘区的受损区扩散。
本发明的方法可以在暴露的含金属氧化物层上进行，其中修复层优先全部覆盖含金属氧化物层，因此肯定盖在边缘区上。可是在结构化前也可以把另一层沉积到含金属氧化物层上，并且两层共同结构化，其中复原层接着这样沉积到其它层上和含金属氧化物层上，使得修复层至少覆盖含金属氧化物层的侧向边缘区。这时，含金属氧化物层可以构成存储电容器的介质，而其它层可以构成存储电容器的上电极，衬底可以由存储电容器的下电极构成。
接着修复层可以从含金属氧化物层上除去，并在必要时从其它层上除去。可是它也可以留在含金属氧化物层上，必要时留在其它层上，其中确实在必要时为了与其它层接触，必须腐蚀出通过修复层的接触孔。尤其当其它层应当用作存储电容器的上电极时，它可能是必要的形成通过修复层的接触孔。
热处理步骤主要在500-800℃的温度范围，时间从5到30分钟，以及在O2或N2气氛中进行。
为了制造DRAM存储器单元用的存储电容器，含金属氧化物层主要通过铁电或仲电材料构成。在第一种情况下，含金属氧化物层主要包含材料SrBi2(Ta,Nb)2O9(SBT或SBTN),Pb(Zr,Ti)O3(PZT)或Bi4Ti3O12(BTO)中的某一种。在第二种情况下，含金属氧物层包含例如材料(BaSr)TiO3(BST)。
如果含金属氧化物层由材料SBT形成，则复原层例如可以包含下述材料中的一种或多种SBT,BiOx/SBT,SBT+BiOx,BiTiOx,BiTiOx/SBT,SBT/BiTiOx或BiOx。
含金属氧化物层和/或复原层可以借助金属有机物淀积(MOD)，金属有机物化学汽相淀积(MOGVD)，或通过溅射工艺淀积。
对于制造存储电容器的情况，铂金属或铂金属的导电氧化物可以用作电极材料。
本发明的方法结合到半导体部件制造尤其是与DRAM存储器单元的制造方法中去。
本发明唯一的实施例依靠附图详细说明如下。即
图1表示，按照两种不同存储器方案的传统的DRAM存储器单元的剖面图。
图2A-C表示，根据本发明的一个实施例在各个工艺步骤后的本发明制造的存储电容器的剖面图。
在DRAM存储器单元的结构中，主要有两种不同的结构方案，其共同点是在下平面中的开关晶体管直接在半导体衬底上形成，而存储电容器安排在上平面中，其中两者通过其间的绝缘层彼此隔离。
根据第一种结构方案(“叠层单元”)，开关晶体管和存储电容器主要直接相叠地安排，其中存储电容器的下电极通过穿越绝缘层以导电材料填充的接触孔(“插塞”)与MOS晶体管的漏区彼此电连接。
根据第二种结构方案(“偏置单元”)，开关晶体管和存储电容器相互错开地安排，其中存储电容器的上电极通过两个接触孔与MOS晶体管的漏区电连接。
在图1，传统的DRAM存储器单元的两种结构方案仅出于简化图示的原因用唯一的一个部件统一描述。部件结构依靠“叠层单元”详细说明如下。
首先一只MOS晶体管2通过以下方式在半导体衬底1上制造，即通过掺杂形成一漏区21和一源区23，其间形成一沟道，通过安置在沟道上的栅极22可控制其导电率。栅极22可以通过存储器部件的字线WL形成或与其连接。源区23与存储器部件的位线BL连接。接着MOS晶体管2用平面化的绝缘层4，例如用氧化物如SiO2，覆盖。在这绝缘层4上形成存储电容器3，其方式为首先淀积下电极31并结构化，通过填充导电材料如多晶硅的接触孔41，该电极与MOS晶体管2的漏区电连接。至此为止制造的结构表示按照本发明含意的衬底。
随后在该衬底上，即在这下电极31上淀积形成电容器介质的铁电材料或仲电材料的含金属氧化物层32。这层32在侧向伸展到下电极31上，并且上电极33整个平面地淀积其上并结构化。接着所得到的结构重新被第二平面化绝缘层5，例如氧化物层如SiO2，覆盖。其内形成另一接触通孔51，通过它借助合适的导电材料，存储电容器3的上电极33可以与外引线P(公共的电容器极片)连接。MOS晶体管2的源区23通过以下方式与位线BL相连，即形成穿过两绝层4和5伸展的接触孔45并且填充导电材料，如多晶硅。
“偏置单元”结构以类似的方式制造，其中，形成穿过两绝缘层4和5伸展的接触孔46，以便借助导电的横向连接8和另一穿过绝缘层5伸展的接触孔52与存储电容器的上电极连接。
因此在两种存储器方案中必须使含金属氧化物层32结构化。为了补偿在结构化期间出现的损伤，实施本发明的方法，该方法依靠图2A-C说明如下。
一含金属氧化物层32，在当前的情况下是SBT层，沉积在铂制的下电极31上。该淀积可以有选择地通过MOD(金属有机物淀积)法或通过MOCVD(金属有机化学汽相淀积)法淀积。层32的SBT材料在淀积后处于一种无定形或多晶状态。接着铂制上电极33淀积在SBT层上，之后两层32和33通过传统的光刻和腐蚀技术以共同的形状和大小结构化。这些工艺步骤的最终状态在图2A上表示。由于腐蚀工艺SBT层在其边缘区32A具有结构损伤。尤其表明在腐蚀过程之后在这边缘区32A内的铋含量减少。这多半随着层32的电特性变坏和存储电容器3的减少的存储电容量而出现。
在根据图2B接着的工艺步骤，含铋的复原层34淀积在该结构上。该复原层34的材料可以包含以下材料之一或几个SBT,BiOx/SBT,SBT+BiOx,BiTiOx,BiTiOx/SBT,SBT/BiTiOx。在应用这些材料时，在实施方法之后去除复原层34是不可能的，或者只在困难条件下才是可能的。因此为了对以后的上电极34的接触，接触孔必须通过复原层34腐蚀。然而也可以例如把纯铋氧化物层淀积到该结构上。这种材料具有优点，即它在高温下是易挥发的，随后在实施方法之后可以相当简单地从结构上重新去掉，因此使随后的上电极33的接触容易实现。
接着，进行热处理步骤，其目的使元素铋从复原层34向层32的受损伤的边缘区32A进行物质输运，因此边缘区32A修复。这个热处理步骤同时可以用于使无定形或稀少的多晶层32转变为单晶或大颗粒多晶层。然而也可以在结构化之前进行第一热处理步骤，以便使淀积的含金属氧化物层32结晶化。
热处理优选在500和800℃之间的温度范围，时间在5和30分钟之间，有选择地在O2或N2气氛内进行。在进行该热处理时铋扩散到受损区，因此重新补偿在那里占支配地位的铋不足。因此受损的边缘区32A按照其化学计量重新恢复，并且含金属氧化物层32可以完整地保持。
在用氧化铋时可以根据其较高的易挥发性，已经从温度400℃开始应用。
如果从以下情况出发，即在含金属氧化物层腐蚀或结构化时一种最易于挥发的元素或一种成分优先去掉时，本发明也可以引伸到其它的铁电材料。例如材料PZT也可以用于含金属氧化物层32。在这种情况下易挥发的成分是Pb，所以在进行结构化之后存在Pb不足量的层32的边缘区32A。在这种情况下对复原层34而言，含Pb的层淀积到结构上。在接着的热处理工艺中，复原层的元素Pb扩散进受损区，即层32的边缘区。
正是按照这种方式，本发明可以应用到其它的铁电或仲电材料，主要考虑应用到DRAM用的存储电容器的制造。
权利要求
1．结构化的、含金属氧化物层(32)的制造方法，包含以下工艺步骤-衬底的准备；-含金属氧化物层(32)淀积到衬底上；-含金属氧化物层(32)的结构化；-沉积覆盖含金属氧化物层至少到边缘区(32A)的修复层(34)，该层至少包含一种在含金属氧化物层(32)内也含有的元素，可是由于结构化在边缘区(32A)内按照化学计量关系其量不足；以及-这样进行热处理，使该元素从修复层(34)向含金属氧化物层(32)的边缘区(32A)的受损区扩散。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征为-在结构化前，另一层淀积到含金属氧化物层(32)上并且两层共同结构化，以及-复原层(34)是这样淀积到其它层和含金属氧化物层(32)上，使得它至少覆盖含金属氧化物层(32)的侧向边缘区(32A)。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征为-含金属氧化物的层(32)形成存储电容器(3)的介质，-其它层形成存储电容器(3)的上电极(33)，以及-衬底由存储电容器(3)的下电极(31)形成。
4．根据上述权利要求之一所述的方法，其特征为-在热处理步骤后修复层(34)从含金属氧化物层(32)去除，并在必要时从其它层去除。
5．根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征为-在热处理步骤后修复层(34)不从含金属氧化物层(32)去除，并在必要时不从其它层去除。
6．根据前述权利要求之一所述的方法，其特征为-包围含金属氧化物层(32)的层(31,33)通过铂类金属，即Pt,Pd,Ir,Rh,Ru或Os或导电氧化物形成。
7．根据前述权利要求之一所述的方法，其特征为-热处理工艺在温度范围从500℃到800℃，时间从5到30分钟，并且有选择地在O2或N2气氛内进行。
8．根据前述权利要求之一所述的方法，其特征为-含金属氧化物层(32)包含SrBi2(Ta,Nb)2O9(SBT或SBTN)，从修复层(34)应输运进去的元素是铋(Bi)。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征为-修复层(34)包含下述材料的一种或多种，SBT,BiOx/SBT,SBT+BiOx,BiTiOx,BiTiOx/SBT,SBT/BiTiOx或BiOx。
10．根据权利要求1到6之一所述的方法，其特征为-含金属氧化物层(32)包含Pb(Zr,Ti)O3(PZT)，并且从修复层(34)输运进去的元素是铅(Pb)。
11．根据前述权利要求之一所述的方法，其特征为一含金属氧化物层(32)和/或修复层(34)借助金属有机物淀积(MOD)，金属有机物化学气相淀积(MOCVD)或溅射工艺淀积。
12．半导体部件的制法，尤其是DRAM存储器单元的制法，其中-开关晶体管(2)在半导体衬底(1)上形成，-第一绝缘层(4)在开关晶体管(2)上淀积，以及-存储电容器(3)在绝缘层(4)上形成，其中存储电容器的介质根据前述权利要求之一通过含金属氧化物层(32)的淀积和结构化制造。
全文摘要
在含金属氧化物层(32)的结构化时出现的边缘区(32A)的损伤可以通过修复层(34)的淀积和接着的热处理得以补偿，因此出现从修复层(34)进入受损边缘区(32A)的材料流。含金属氧化物层(32)可以形成DRAM存储器单元的存储电容器(3)的介质。
文档编号H01L21/311GK1316774SQ0013751
公开日2001年10月10日 申请日期2000年12月27日 优先权日1999年12月28日
发明者W·哈特纳, G·欣德勒, V·温里希, M·阿尔斯特德特 申请人:因芬尼昂技术股份公司