半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种制造半导体器件的方法。在一个衬底的表面上的绝缘膜上形成一个下层电极，并且在该下层电极上在等于或者小于４５０摄氏度，或者在等于或者小于该铁电膜的居里温度的温度下形成一个铁电膜。此后，在该铁电膜上形成一个上层电极，并且在该上层电极被形成之后，在高于该沉积温度或者该居里温度的温度下进行该热处理。从而形成一个具有特定的晶体取向的铁电膜，并且当以高于该沉积温度或者该居里温度的温度施加热处理去从以前转换为顺电相的时候，无需改变晶体结构，就可以获得铁电相，并且从而可以获得一个在相应的晶域的自然极化方向中对准好的铁电膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造半导体器件的方法，尤其涉及一种制造诸如半导体存储设备的半导体器件的方法，该半导体存储设备装备有一个具有铁电膜的电容器(电容)。例如，按照在JP-A-10-173140(第一个现有技术)中公开的技术，在一个Ir(iridium铱)下层电极上形成一个PbTiO3层，并且在其上通过利用一种反应性的喷镀方法形成一个PZT(锆钛酸铅Pb(Zr1-XTiX)O3)膜。此时，当该PZT膜被以在600至700摄氏度范围内更高的温度形成的时候，该下层的层PbTiO3起晶核作用，该PZT膜被作为铁电膜形成。在其上形成一个Ir上层电极。在前述公布的技术中，在形成该PZT膜之后，在氧气中以高温施加热处理。但是，该公布描述了这个过程意欲以喷镀补偿氧气的不足。因此，人们认为，第一个现有技术是一种对应于直接形成一个铁电膜的第一种方法。此外，在JP-A-2000-223662(第二个现有技术)公开的技术中，在分层的下层电极上，形成Pt(platinum铂)/Ti(titanium钛)/IrO2(氧化铱)，及一个PZT层，进一步一个由Au(gold黄金)等等制成的上层电极被形成，其后在含氧大气中，热处理被以700摄氏度施加1分钟，从而进行该PZT膜的晶化退火，并且通过该晶化退火，形成一个由PZT膜构成的铁电膜。在该公开中，没有清楚地提及该PZT层的晶体结构，但是，根据说明书来推测，在形成该PZT膜之后，施加该晶化退火，一个最初形成的PZT膜被认为是一个非晶形层或者一个不呈现铁电特性的晶体结构的层。因此，该第二个现有技术被认为是一种对应于其中一个顺电性的膜被形成继之以转变成铁电膜的第二个方法。因此，在第一个现有技术中，通过促进PZT膜的原子和离子扩散，当该PZT膜被形成的时候，一个想要的晶体结构被形成，并且因此形成一个铁电膜。此时，为了获得一个高质量晶体，由于热能促进该扩散是有必要的，并且为此该膜必须以高于600摄氏度或以上这样的温度沉积。但是，由于在这样的高温上，该热处理成为在先前的处理中形成的部件或者线路热老化的因素，因此，难以以这样的高温将沉积技术施加于制造半导体器件的实际过程中。此外，当沉积温度变得更高之时，构成铁电膜晶体的颗粒尺寸变得更大，据此该膜的不均匀性变得更大，导致引起漏电流增加以及击穿电压降低。再此外，虽然在尽可能低的温度制造铁电膜不是不可能的，原子和离子扩散不足以及产生较差的结晶性，也就是说，其难以获得一个高质量的铁电膜。此外，在该上层电极被形成之后，如果不施加该热处理，因在形成该上层电极、非活动晶域(一个在相同的方向自然极化方向被调整的区域)时，包括在与该铁电膜的分界面形成的空间电荷和晶体缺陷之缘故，晶域响应一个外部电场不均匀，因此可以引起降低剩余极化或者增加开关时间。此外，在形成该上层电极之后，如果未完成该热处理，在产生该铁电膜期间在一个表面上形成的结构缺陷，或者在形成该上层电极期间在该铁电膜的一个表面上插入的结构缺陷没有被恢复或者减低，导致引起击穿电压降低。另一方面，在第二个现有技术中，在一个非晶质膜或者一个顺电性(paraelectric)膜被形成之后，热处理是转换该结晶性所必需的。由于在那时需要600摄氏度以上更高的温度，类似于第一个现有技术的情况，该热处理成为引起部件或者布线的热老化因素，导致难以在实际的处理中适用于制造半导体器件。此外，虽然在较低的温度可以施加该热处理，仅仅可以获得一个铁电特性的数量不足和低的膜。再此外，由于在过渡到铁电体状态的时候，核产生和核生长过程难以控制，该晶体取向较差并且该晶域的自然极化方向不可能被对准，导致难以获得一个极化性能出色的膜。此外，与第一个现有技术相同之处在于形成该上层电极之后，还得施加热处理，据此可以包括非活动范围，并且该区域响应外部电场成为不规则的，因此剩余极化值可以被降低或者该击穿电压可以被降低。因此，在制造铁电膜或者电容器的现有技术中，由于该铁电膜的可转换的极化的量很小，当一个采用这样的制造技术制造的电容器被应用于半导体器件的时候，在现在的半导体器件中，该半导体器件要求在低电压下驱动，在低电压下，该铁电膜的极化转换变得困难，导致引起一个必要特性的问题，也就是说，不能获得必需的信号电压。参考在附图说明图1A示出的流程图，按照本专利技术的第一个制造半导体器件的方法，包括在诸如半导体衬底的一个表面的绝缘膜上形成一个下层电极(步骤S101)；在450摄氏度或者更低的温度下，在下层电极上形成一个铁电膜(步骤S102)；在该铁电膜上形成一个上层电极(步骤S103)；并且在形成该上层电极之后，在高于该铁电膜的沉积温度的温度之下施加热处理(步骤S104)；从而包括形成一个由下层电极、该铁电膜和该上层电极构成的电容器。此外，参考在图1B示出的流程图，按照本专利技术的第二个制造半导体器件的方法，包括在诸如半导体衬底的一个表面的绝缘膜上形成一个下层电极(步骤S201)；在等于或者低于该铁电膜的居里温度的温度下，在该下层电极上形成一个铁电膜(步骤S202)；在该铁电膜上形成一个上层电极(步骤S203)；并且在形成该上层电极之后，在高于该居里温度的温度之下施加热处理(步骤S204)。在按照本专利技术的第一个和第二个制造半导体器件的方法中，在形成上层电极之后，在热处理之后，可以将该上层电极或者该铁电膜和该下层电极形成一个必要的图形。作为选择，在该上层电极被形成为必要的图形和此外一个覆盖至少该上层电极的覆盖膜被形成之后，可以施加该热处理。在按照本专利技术的第一个和第二个制造方法中，在形成该铁电膜(步骤S102和S202)的过程中，最好是通过利用一个具有有机金属气体(有机金属的化学气相淀积方法)的MOCVD方法形成的。在这种情况下，当在较低的压力条件、较低的温度之下施加该MOCVD方法的时候，可以形成晶体取向更高的铁电膜。尤其是，在第一个制造方法中，如在JP-A-2000-58526的公布中描写的，当在该MOCVD期间压力被设置高于1330mPa的时候，在达到衬底表面之前，有机金属气体的分子和氧分子多次重复碰撞，从而导致微晶粒其组成成分不受控制。当该压力被设置为等于或者低于以上所述的压力值的时候，成为破坏该晶体结构因素的该微晶粒可以被大体上抑制产生。因此，即使在较低的温度，可以形成该晶体取向较高的铁电膜。如在图2A至2C所示出的，按照本专利技术的第一个和第二个制造半导体器件的方法，当该铁电膜在450摄氏度或者更低或者在该居里温度Tc或者更低形成的时候，该铁电膜生长，以便构成在表面能中很小的特定的结晶表面，并且产生一个具有特定的晶体取向结果的铁电膜。如图2A所示，由于该晶体取向，上述的铁电膜的铁电域在自然极化方向方面受到限制，但是，即使在该限制之下，可以采用不同的方向。如图2B所示，当在上述的状态中的该铁电膜被提升到是该沉积温度上限的高于450摄氏度的温度，或者高于该居里温度Tc的温度的时候，该相位转变到顺电性(paraelectric)相位或者大体上接近于引起的状态。因此，该自然极化消失。但是，由于该相位转变不涉及原子和离子的扩散，除自然变形以外，该基本晶体结构保持仍旧。如图2C所示，当在冷却期间膜的温度变为尤其是居里温度Tc或者更低的时候，该顺电相经历到铁电相的过渡。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤：形成一个下层电极；在等于或者小于该铁电膜的居里温度的温度下，在该下层电极上形成铁电膜；在该铁电膜上形成一个上层电极；和在高于该居里温度的温度下进行热处理；从而形成一个由该下层电极、 铁电膜和上层电极形成的电容器。

【技术特征摘要】
JP 2002-2-28 053066/20021.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤形成一个下层电极；在等于或者小于该铁电膜的居里温度的温度下，在该下层电极上形成铁电膜；在该铁电膜上形成一个上层电极；和在高于该居里温度的温度下进行热处理；从而形成一个由该下层电极、铁电膜和上层电极形成的电容器。2.一种制造半导体器件的方法，包括步骤形成一个下层电极；在450摄氏度或者更小的温度下，在该下层电极上形成一个以钙钛矿结构结晶的铁电膜；在该铁电膜上形成一个上层电极；和在高于该铁电膜的沉积温度的温度下进行热处理；从而形成一个由该下层电极、铁电膜和上层电极形成的电容器。3.如权利要求1或2中的任一个所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤是一种利用有机金属材料气体的汽相生长方法(MOCVD方法)。4.如权利要求1或2中的任一个所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤是一种利用有机金属材料气体的汽相生长方法(MOCVD方法)；并且在生长期间的压力是1330mPa或者更小。5.如权利要求1或2中的任一权利要求所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤包括在下层电极的表面上形成初始核，并且在不同于形成该初始核的沉淀条件下，在该初始核上形成所述铁电膜。6.如权利要求3所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤包括在下层电极的表面上形成初始核，并且在不同于形成该初始核的沉淀条件下，在该初始核上形成所述铁电膜。7.如权利要求4所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤包括在下层电极的表面上形成初始核，并且在不同于形成该初始核的沉淀条件下，在该初始核上形成所述铁电膜。8.如权利要求1-2中的任一权利要求所述的制造半导体器件的方法；其中形成该铁电膜的步骤包括在该下层电极上单独或者和氧化气体一起提供铅或者铋有机金属原料气体，并且据此形成所述铁电膜。9.如权利要求3所述的制造半导体器件的方法；其中形成该铁电膜的步骤包括在该下层电极上单独或者和氧化气体一起提供铅或者铋有机金属原料气体，并且据此形成所述铁电膜。10.如权利要求4所述的制造半导体器件的方法；其中形成该铁电膜的步骤包括在该下层电极上单独或者和氧化气体一起提供铅或者铋有机金属原料气体，并且据此形成所述铁电膜。11.如权利要求5所述的制造半导体器件的方法其中形成该铁电膜的步骤包括在该下层电极上单独或者和氧化气体一起提供铅或者铋有机金属原料气体，并且据此形成所述初始核。12.如权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹村浩一，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]