專利名稱：電容元件、半導(dǎo)體存儲器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其電容絕緣氧化物制作的電容元件及包括該電容元件的半導(dǎo)體存儲器及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，電子機(jī)器的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了大容量數(shù)據(jù)的處理及保存，也就對電子機(jī)器的功能提出了更高的要求，電子機(jī)器中所用的半導(dǎo)體器件及構(gòu)成該半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體元件的尺寸也在迅速地向細(xì)微化發(fā)展。
與此相伴，為實(shí)現(xiàn)例如動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的高集成化，用高介電材料代替以前的硅氧化物或者硅氮化物來制作電容絕緣膜這樣的技術(shù)正得到廣泛的研究和開發(fā)。
而且，有關(guān)具有自發(fā)極化特性的鐵電體膜的研究和開發(fā)也是熱門，都為的是使能在以前所未達(dá)到的低工作電壓下進(jìn)行高速的讀寫操作的非易失性隨機(jī)存取存儲器早日步入實(shí)用。對于其電容絕緣膜用這些高介電材料或者鐵電體制作的半導(dǎo)體存儲器來說，存儲容量在兆位級的高集成存儲元件正在用疊式存儲單元代替以前的平面式存儲單元。
下面，參看附圖，說明已往的半導(dǎo)體存儲器。
圖15示出了日本國公開特許公報特開平11-8355號中所公開的已往的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)。
如圖15所示，已往的半導(dǎo)體存儲器，包括由形成在半導(dǎo)體襯底101上的源、漏極區(qū)102和形成在半導(dǎo)體襯底101的溝道區(qū)上且中間隔著柵極絕緣膜103的柵電極104構(gòu)成的晶體管105。在半導(dǎo)體襯底101上，形成了覆蓋包括晶體管105的那整個面的層間絕緣膜106；在該層間絕緣膜106上形成了和源、漏極區(qū)102中之任一個區(qū)電連接的接觸柱塞107。
層間絕緣膜106上形成了由氮化硅(Si3N4)制成的絕緣性氫阻擋層108，在接觸柱塞107的上端部分形成了由氮化鈦(TiN)制成的導(dǎo)電性氫阻擋層109。
絕緣性氫阻擋層108上，形成了含有二氧化銥(IrO2)或者二氧化釕(RuO2)的下方電極110，以讓它和導(dǎo)電性氫阻擋層109相連。
在絕緣性氫阻擋層108上的下方電極110和110之間，形成了由氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或者氧化氮化硅(SiON)等制成的掩埋絕緣膜111。
在包含下方電極110的掩埋絕緣膜111上，形成了由鋯鈦酸鉛(PZT)或者鉭酸鍶鉍(SBT(SrBi2)Ta2O9)等鐵電體制成的電容絕緣膜112；在該電容絕緣膜112上形成了包含二氧化銥或者二氧化釕的上方電極113；在上方電極113上，形成了由氮化硅等制成的絕緣性氫阻擋層114。
本發(fā)明要解決的問題然而，上述已往的半導(dǎo)體存儲器還存在以下兩個問題。
第一個問題，為構(gòu)成下方電極110且由阻擋氧等的二氧化銥或者二氧化釕制成的導(dǎo)電性氧化膜，會被制造過程中所產(chǎn)生的氫還原而使它對氧的阻擋性下降。
第二個問題，為構(gòu)成電容絕緣膜112的高介電材料或者鐵電體被制造過程中所產(chǎn)生的氫還原，作為電容元件的電氣特性就會下降。
首先，參看圖16(a)及圖16(b)，說明具有阻擋氧的性能的下方電極在制造過程中被還原的第一個問題。
如圖16(a)所示，在將包含二氧化銥或者二氧化釕的下方電極110圖案化后再形成掩埋絕緣膜111A的時候，二氧化銥或者二氧化釕很容易被來自原料氣體即甲烷(SiH4)或者氨(NH3)的氫離子還原。該還原反應(yīng)在利用等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)形成掩埋絕緣膜111A時尤為明顯。
結(jié)果，阻擋下方電極110中的氧原子擴(kuò)散的性能就下降，如圖16(b)所示，在進(jìn)行為使由形成在下方電極110上的高介電材料或者鐵電體制成的電容絕緣膜112結(jié)晶所必需的650～800℃之間的氧退火處理時，從該電容絕緣膜112中擴(kuò)散出的氧離子就經(jīng)過下方電極110的內(nèi)部擴(kuò)散到該電極和接觸柱塞107的界面而造成接觸不良，如接觸電阻增大等。
其次，參考圖17，說明由高介電材料或者鐵電體制成的電容絕緣膜在制造過程中被還原的第二個問題。
如圖15或者17所示，在實(shí)際的半導(dǎo)體存儲器中，多個電容元件和晶體管共同被布置成2維即所謂的陣列狀。如上所述，在該被布置成陣列狀的電容元件中的電容絕緣膜112由高介電材料或者鐵電體制成的情況下，常常使用金屬氧化物。因此，僅靠設(shè)在電容元件下方的絕緣性氫阻擋層108及設(shè)在上方的絕緣性氫阻擋層114，不可能防止被布置成陣列狀的電容元件中位于其周圍部分100的那些電容元件被氫離子還原。這是因?yàn)槿鐖D17所示，盡管能防止氫離子從半導(dǎo)體襯底101的上方及下方擴(kuò)散來，但卻不能防止氫離子從平行于襯底面的那一方向(橫向)擴(kuò)散到被布置成陣列狀的多個電容元件中位于周圍部分100的那些電容元件中。
然而，日本國公開特許公報特開2001-237393號公開了由氫阻擋層將半導(dǎo)體存儲器中的一個電容元件完全覆蓋起來的結(jié)構(gòu)，但對多個電容元件被布置在2維陣列上而構(gòu)成的半導(dǎo)體存儲器來說，若不是所有的電容元件都被氫阻擋層完全覆蓋起來，就不能防止電容元件特性下降。
還有，日本國公開特許公報特開平11-126881號公開了其結(jié)構(gòu)為用氫阻擋層將多個電容元件完全覆蓋起來的半導(dǎo)體存儲器。但是，該公報中并沒公開如何對其圖1所示的上方電極110施加電壓。假設(shè)形成用以將電壓施加給上方電極110的接觸孔，那么就必須蝕刻覆蓋上方電極110的氫阻擋層111。若這時蝕刻氫阻擋層111以形成開口，則如日本國公開特許公報特開2001-44376號公報所述，開口后進(jìn)行光阻灰化處理時所產(chǎn)生的氫及在這之后的布線工序(將柱塞填到接觸孔、形成及圖案化布線、借助氫氣對布線進(jìn)行退火處理以及在布線間形成絕緣膜等這一系列的工藝)中所產(chǎn)生的氫，都會使電容元件變壞。
如上所述，對已往的半導(dǎo)體存儲器來說，很難用氫阻擋層將包含多個被布置成陣列狀的電容元件的存儲單元陣列完全覆蓋起來。
解決方案為實(shí)現(xiàn)上述第1個目的，本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)，為由防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層來覆蓋電容元件中的下方電極的側(cè)面；為實(shí)現(xiàn)上述第2個目的，本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)，為由防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層來覆蓋電容元件中的電容絕緣膜的側(cè)面；為實(shí)現(xiàn)上述第3個目的，本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)，為由防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層來覆蓋包括電容元件在內(nèi)的存儲單元陣列中的1個以上的方塊單元。
具體而言，為達(dá)成上述第1個目的，本發(fā)明所涉及的第1種電容元件，包括下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上的上方電極以及將下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜。下方電極包括防止氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層。形成有至少和下方電極側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸而來防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層。
根據(jù)第1種電容元件，因形成了防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層，做到了它至少和下方電極的側(cè)面中的導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，故可由形成在下方電極側(cè)面的絕緣性阻擋層來控制形成掩埋下方電極周圍的掩埋絕緣膜時所產(chǎn)生的氫向下方電極擴(kuò)散。結(jié)果，在例如由金屬氧化物制成防止構(gòu)成下方電極的氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的情況下，就能防止導(dǎo)電性阻擋層被氫還原，也就能維持該導(dǎo)電性阻擋層對氧的阻擋性。
在第1種電容元件中，最好是在含氫的氣氛下形成掩埋絕緣膜。
在第1種電容元件中，最好是由氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)形成掩埋絕緣膜。
在第1種電容元件中，最好是絕緣性阻擋層也防止氧擴(kuò)散。
在第1種電容元件中，最好是導(dǎo)電性阻擋層，包括由防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層組成的疊層膜。
在這種情況下，最好是第1導(dǎo)電性阻擋層，由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
在這種情況下，最好是第2導(dǎo)電性阻擋層，由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序而制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序而制成的疊層膜這些膜中的任一個，或者至少含有其中之二的疊層膜組成。
在第1種電容元件中，最好是絕緣性阻擋層中含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之任一個。
為達(dá)成上述第1個目的，本發(fā)明所涉及的第2種電容元件，包括下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上的上方電極以及將下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜。下方電極中包括由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序而制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序而制成的疊層膜這些膜中的任一個，或者至少含有其中之二的疊層膜組成的導(dǎo)電性阻擋層。形成有至少和下方電極的側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，且至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的絕緣性阻擋層。
根據(jù)第2種電容元件，因?qū)Πê杏啥趸灮蛘叨趸懶纬傻慕饘傺趸锏膶?dǎo)電性阻擋層的下方電極，形成了至少包含氧化鋁、氧化鈦鋁及氧化鉭鋁中之一的絕緣性阻擋層，而做到了它至少和下方電極的側(cè)面中的導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸。故可由形成在下方電極側(cè)面的絕緣性阻擋層來控制形成掩埋絕緣膜時所產(chǎn)生的氫向下方電極擴(kuò)散。結(jié)果，可防止導(dǎo)電性阻擋層被氫還原，也就可維持導(dǎo)電性阻擋層對氧的阻擋性。
為達(dá)成上述第1個目的，本發(fā)明所涉及的第1種半導(dǎo)體存儲器，包括形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的晶體管、形成在半導(dǎo)體襯底上覆蓋晶體管的層間絕緣膜、形成在層間絕緣膜上并和晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)保持電連接的接觸柱塞以及其下方電極形成在接觸柱塞上的本發(fā)明所涉及的第1及第2種電容元件。
根據(jù)第1種半導(dǎo)體存儲器，因包括本發(fā)明所涉及的第1種電容元件或者第2種電容元件，故可由形成在下方電極側(cè)面的絕緣性阻擋層來控制形成掩埋絕緣膜時所產(chǎn)生的氫向下方電極擴(kuò)散。結(jié)果是，在例如由金屬氧化物制成的情況下，就能防止導(dǎo)電性阻擋層被氫還原，也就能防止電容元件的特性下降。
為達(dá)成上述第1個目的，本發(fā)明所涉及的第1種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成和源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在層間絕緣膜上形成包括能防止氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成下方電極的第5個工序；在層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層而將下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來的第6個工序；在絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的下方電極且已平坦化的第1絕緣膜及絕緣性阻擋層上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜，再在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第8個工序；通過在包含下方電極的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而在下方電極上由第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由第1絕緣膜形成掩埋下方電極之周圍的掩埋絕緣膜的第9個工序。
根據(jù)第1種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，先圖案化第1導(dǎo)電膜而讓它和接觸柱塞電連接，在層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成下方電極，之后再在層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層來覆蓋下方電極的側(cè)面。于是，因在形成掩埋下方電極的掩埋絕緣膜之前，就已在下方電極的上面及側(cè)面形成了絕緣性阻擋層，故在由金屬氧化物制成防止構(gòu)成下方電極的氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的情況下，就能防止導(dǎo)電性阻擋層被氫還原，也就能維持該導(dǎo)電性阻擋層對氧的阻擋性。
在第1種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是在含氫的氣氛下形成掩埋絕緣膜。
在第1種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是第4個工序包括形成防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層的工序，和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層的工序。
為達(dá)成上述第2個目的，本發(fā)明所涉及的第3種電容元件，包括下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上的上方電極以及將下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜。下方電極包括防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層。形成了至少和下方電極側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸來防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層，還形成了把上方電極的上面、側(cè)面及電容絕緣膜的側(cè)面覆蓋起來來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層，第2絕緣性阻擋層在覆蓋下方電極的同時還與第1絕緣性阻擋層相接觸。
根據(jù)第3種電容元件，因由防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層覆蓋由金屬氧化物制成的電容絕緣膜的側(cè)面，故制造過程中所產(chǎn)生的氫不會從電容絕緣膜的側(cè)面擴(kuò)散，金屬氧化物也就不會被還原。而且，因防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層在覆蓋下方電極的同時，還和第1絕緣性阻擋層相接觸，故電容元件被該第2絕緣性阻擋層覆蓋好，而不留一點(diǎn)縫隙。這樣，就可防止該電容元件被氫還原。結(jié)果是，電容元件能具備所規(guī)定的電氣特性。
在第3種電容元件中，最好是在含氫的氣氛下形成掩埋絕緣膜。
在第3種電容元件中，最好是由氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)形成掩埋絕緣膜。
在第3種電容元件中，最好是第1絕緣性阻擋層也防止氧擴(kuò)散。
在第3種電容元件中，最好是導(dǎo)電性阻擋層包括由防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層組成的疊層膜。
在這種情況下，最好是第1導(dǎo)電性阻擋層，由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
在這種情況下，最好是第2導(dǎo)電性阻擋層，由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序而制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序而制成的疊層膜這些膜中的任一個，或者至少含有其中之二的疊層膜組成。
在第3種電容元件中，最好是第1絕緣性阻擋層及第2絕緣性阻擋層由氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)或者氧化鉭鋁(TaAlO)制成。
為達(dá)成上述第2個目的，本發(fā)明所涉及的第4種電容元件，包括下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上的上方電極以及將下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜。下方電極包括由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個或者至少包含其中之二的疊層膜組成的導(dǎo)電性阻擋層，形成了至少和下方電極側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的第1絕緣性阻擋層。還形成了把上方電極的上面、側(cè)面及電容絕緣膜的側(cè)面覆蓋起來，至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的第2絕緣性阻擋層，第2絕緣性阻擋層在覆蓋下方電極的同時還與第1絕緣性阻擋層相接觸。
根據(jù)第4種電容元件，因下方電極包括由鈦、鋁、硅、鉭或者它們的氮化物制成的導(dǎo)電性阻擋層，且在該導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面還形成了由鋁的氧化物、鈦和鋁的氧化物、或者鉭和鋁的氧化物制成的第1絕緣性阻擋層。不僅如此，因形成了由從制成第1絕緣性阻擋層的一組材料中選出的任一種材料制成的第2絕緣性阻擋層，而把上方電極的上面及側(cè)面、電容絕緣膜的側(cè)面及下方電極覆蓋起來，并同時和第1絕緣性阻擋層相接觸，故電容元件被該第2絕緣性阻擋層覆蓋好，而不留一點(diǎn)縫隙。這樣，就可防止該電容元件被氫還原。結(jié)果是，電容元件能具備所規(guī)定的電氣特性。
本發(fā)明所涉及的第2種半導(dǎo)體存儲器，包括形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的晶體管、形成在半導(dǎo)體襯底上覆蓋晶體管的層間絕緣膜、形成在層間絕緣膜上并和晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)保持電連接的接觸柱塞以及其下方電極形成在接觸柱塞上的本發(fā)明所涉及的第3及第4種電容元件。
根據(jù)第2種半導(dǎo)體存儲器，因包括本發(fā)明所涉及的第3種電容元件或者第4種電容元件，故可由形成在下方電極側(cè)面的絕緣性阻擋層來控制形成掩埋絕緣膜時所產(chǎn)生的氫向下方電極擴(kuò)散。不僅如此，因由防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層覆蓋由金屬氧化物制成的電容絕緣膜的側(cè)面，故制造過程中所產(chǎn)生的氫不會從電容絕緣膜的側(cè)面擴(kuò)散，金屬氧化物也就不會被還原。而且，因防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層在覆蓋下方電極的同時，還和第1絕緣性阻擋層相接觸，故電容元件被該第2絕緣性阻擋層覆蓋好，而不留一點(diǎn)縫隙。這樣，就可防止該電容元件被氫還原。結(jié)果是，電容元件能具備所規(guī)定的電氣特性。
本發(fā)明所涉及的第2種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成和源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；圖案化第1導(dǎo)電膜而讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，最后在層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成下方電極的第5個工序；在層間絕緣膜上形成把下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的下方電極且已平坦化的第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜，再在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第8個工序；通過在包含下方電極的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而在下方電極上由第2導(dǎo)電膜形成上方電極、由第2絕緣膜形成電容絕緣膜、由第1絕緣膜形成掩埋下方電極之周圍的掩埋絕緣膜的第9個工序；形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它和第1絕緣性阻擋層及下方電極的側(cè)面相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第10個工序。
根據(jù)第2種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，不僅能得到在第1種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下所能得到的效果，而且因在圖案化上方電極、電容絕緣膜及掩埋下方電極周圍的掩埋絕緣膜后，還形成可防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層，以便把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它和第1絕緣性阻擋層及下方電極的側(cè)面相接觸，故能防止電容元件中由金屬氧化物制成的電容絕緣膜在制造過程中被還原。
在第2種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是在含氫的氣氛下形成第1絕緣膜。
在第2種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是第9個工序，包括圖案化第1絕緣膜后，對第1絕緣性阻擋層進(jìn)行形狀和第1絕緣膜相同的圖案化的工序。
這樣的話，第1絕緣性阻擋層中覆蓋下方電極的部分和由掩埋絕緣膜覆蓋的部分以外的區(qū)域可借助蝕刻來除掉，故在第10個工序之后，圖案化絕緣性阻擋層的時候，僅蝕刻第2絕緣性阻擋層即可。結(jié)果，和對第1絕緣性阻擋層及第2絕緣性阻擋層這兩層進(jìn)行蝕刻相比，這樣做可縮短蝕刻時間。因此，即使是絕對臺階很大的電容元件部分的上側(cè)，亦即光阻膜厚變小的部分在蝕刻時光阻消失，也能夠使對付它的工藝容限(processmargin)擴(kuò)大。
在第2種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是第4個工序包括形成防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層的工序，和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層的工序。
為達(dá)成第3個目的，本發(fā)明所涉及的第3種半導(dǎo)體存儲器，包括由形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的第1晶體管、形成在半導(dǎo)體襯底上覆蓋第1晶體管的層間絕緣膜、形成在層間絕緣膜上并和第1晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)保持電連接的第1接觸柱塞、包括形成在層間絕緣膜上和第1接觸柱塞進(jìn)行電連接且防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上并由對由多個下方電極構(gòu)成的1個或者多個方塊中的每個方塊所設(shè)的上方電極組成的存儲單元陣列；形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層而將1個方塊或者多個方塊的周圍覆蓋起來。
根據(jù)第3種半導(dǎo)體存儲器，因包括由包括防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的下方電極、電容絕緣膜、形成在其上且對由多個下方電極構(gòu)成的1個或者多個方塊中的每個方塊所設(shè)的上方電極構(gòu)成的存儲單元陣列，且形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層而將構(gòu)成存儲單元陣列的一個方塊或者多個方塊的周圍覆蓋起來，故確能防止電容元件的特性變壞。
在第3種半導(dǎo)體存儲器的方塊中，最好是上方電極隔著防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層，而和與第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)相連的第2接觸柱塞進(jìn)行電連接。
這樣做的話，即使它為電容元件在每一個方塊下由絕緣性阻擋層覆蓋起來的結(jié)構(gòu)，也不需在絕緣性阻擋層上開口，但卻能通過第2接觸柱塞對上方電極施加電壓，故電容元件就不會暴露給因在絕緣性阻擋層上開口而產(chǎn)生的氫或者在布線工序中所產(chǎn)生的氫中，也就可防止電容元件的特性變壞。
在第3種半導(dǎo)體存儲器的方塊中，最好是上方電極隔著下方電極，和與第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)相連的第2接觸柱塞進(jìn)行電連接。
這樣的話，僅在方塊內(nèi)的1個電容元件的電容絕緣膜上形成讓下方電極露出來的開口，第2晶體管就能和上方電極進(jìn)行電連接。
為達(dá)成第3個目的，本發(fā)明所涉及的第4種半導(dǎo)體存儲器，包括由形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的第1晶體管、形成在半導(dǎo)體襯底上覆蓋第1晶體管的層間絕緣膜、形成在層間絕緣膜上并和第1晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)保持電連接的第1接觸柱塞、包括形成在層間絕緣膜上和第1接觸柱塞進(jìn)行電連接且防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的下方電極、形成在下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在電容絕緣膜上并由對由多個下方電極構(gòu)成的1個或者多個方塊中的每個方塊所設(shè)的上方電極組成的存儲單元陣列；形成有與多個下方電極相接觸且通過覆蓋方塊的底面來防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層；形成有通過覆蓋上方電極的上面、側(cè)面及電容絕緣膜的側(cè)面而將方塊的上面及側(cè)面覆蓋起來，來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層；第2絕緣性阻擋層在1個方塊或者多個方塊的周圍和第1絕緣性阻擋層相接觸。
根據(jù)第4種半導(dǎo)體存儲器，除了能得到上述第3種半導(dǎo)體存儲器的效果以外，還因形成有與多個下方電極相接觸且通過覆蓋方塊的底面來防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層，故確能防止電容元件的特性下降。
在第4種半導(dǎo)體存儲器中，最好是導(dǎo)電性阻擋層由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
在第4種半導(dǎo)體存儲器中，最好是第1絕緣性阻擋層或者第2絕緣性阻擋層中至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一。
在第4種半導(dǎo)體存儲器中，最好是第1絕緣性阻擋層由氮化硅(Si3N4)制成。
本發(fā)明所涉及的第3種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成和源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第5個工序；在層間絕緣膜上形成把多個下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的多個下方電極且已平坦化的第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第9個工序；通過在包含著由多個下方電極構(gòu)成的方塊的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由第2導(dǎo)電膜形成上方電極、由第2絕緣膜形成電容絕緣膜、由第1絕緣膜形成掩埋多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來將方塊覆蓋起來的第10個工序；以及在方塊上形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第11個工序。
根據(jù)第3種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，將多個形成在層間絕緣膜上的下方電極的側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層；在第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再形成上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜來覆蓋方塊；還在方塊上形成了把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層。故能防止電容元件在制造過程中特性變壞。
本發(fā)明所涉及的第4種半導(dǎo)體存儲器的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成第1及第2晶體管的第1個工序；在包含第1及第2晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成分別和第1、第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的第1、第2接觸柱塞的第3個工序；在層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它分別和第1、第2接觸柱塞進(jìn)行電連接，在層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第5個工序；在層間絕緣膜上形成把多個下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的多個下方電極且已平坦化的第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；把由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，第2絕緣膜下和第2接觸柱塞相連的下方電極的上方部分除去的第9個工序；在第2絕緣膜之上及和第2接觸柱塞相連的下方電極上形成第2導(dǎo)電膜的第10個工序；通過在包含著方塊的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由第1絕緣膜形成掩埋多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來將方塊覆蓋起來的第11個工序；在方塊上形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第12個工序。
根據(jù)第4種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，除了能得到上述第3種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下的效果以外，還因在由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，除去了將成為電容絕緣膜的第2絕緣膜上和第2接觸柱塞相連的下方電極的上側(cè)部分，故不用在第2絕緣性阻擋層上開口，就能從第2晶體管通過第2接觸柱塞將電壓加給上方電極。結(jié)果，就不用對覆蓋上方電極的第2絕緣性阻擋層開口，也不需要布線，也就不會暴露給氫了，故能防止電容元件的特性變壞。
本發(fā)明所涉及的第5種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第3個工序；在層間絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成和源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第4個工序；在第1絕緣性阻擋層上形成包括能防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第5個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在第1絕緣性阻擋層上由第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第6個工序；在含有多個下方電極之上面的第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜進(jìn)行平坦化處理而讓多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的多個下方電極之上面且已平坦化的第1絕緣膜這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；在第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第9個工序；通過在包括著由多個下方電極構(gòu)成的方塊的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由第1絕緣膜形成掩埋多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來覆蓋方塊的第10個工序；在方塊中，形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第11個工序。
根據(jù)第5種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，先形成層間絕緣膜及其上的防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層，再在層間絕緣膜和第1絕緣性阻擋層上形成接觸柱塞；接著，先在形成多個下方電極，再在含有已形成的多個下方電極的第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜，然后形成上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜來覆蓋方塊。而且，在方塊中形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層。故能防止電容元件在制造過程中特性變壞。
本發(fā)明所涉及的第6種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在半導(dǎo)體襯底的柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成第1及第2晶體管的第1個工序；在包含第1及第2晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第3個工序；在層間絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成分別和源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的第1及第2接觸柱塞的第4個工序；在第1絕緣性阻擋層上形成包括能防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第5個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它分別和第1及第2接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在第1絕緣性阻擋層上由第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第6個工序；在含有多個下方電極的上面的第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜進(jìn)行平坦化處理而讓多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的多個下方電極的上面且已平坦化的第1絕緣膜這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；把由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，第2絕緣膜下和第2接觸柱塞相連的下方電極的上方部分除去的第9個工序；在第2絕緣膜之上及和第2接觸柱塞相連的下方電極上形成第2導(dǎo)電膜的第10個工序；通過在包含著方塊的狀態(tài)下圖案化第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由第1絕緣膜形成掩埋多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來覆蓋方塊的第11個工序；在方塊中形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第12個工序。
根據(jù)第6種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，除了能得到上述第5種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下的效果以外，還因在由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，除去第2絕緣膜中和第2接觸柱塞相連的下方電極的上方部分，故不用在第2絕緣性阻擋層上開口，就能從第2晶體管通過第2接觸柱塞將電壓加給上方電極。結(jié)果，就不用對覆蓋上方電極的第2絕緣性阻擋層開口，也不需要布線，也就不會暴露給氫了，故能防止電容元件的特性變壞。
在第3種或者第5種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是第10個工序包括圖案化第1絕緣膜后，再對第1絕緣性阻擋層進(jìn)行和第1絕緣膜圖案一樣的圖案化的工序。
在第4種或者第6種半導(dǎo)體存儲器的制備方法下，最好是第11個工序包括圖案化第1絕緣膜后，再對第1絕緣性阻擋層進(jìn)行和第1絕緣膜圖案一樣的圖案化的工序。
簡單的


圖1(a)為一剖面圖，示出了本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的包括電容元件的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的結(jié)構(gòu)；圖1(b)為一剖面圖，示出了本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的電容元件中的下方電極的結(jié)構(gòu)。
圖2(a)～圖2(c)皆為表示本發(fā)明中第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按工序先后示出的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖3(a)及圖3(b)皆為表示本發(fā)明中第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按工序先后示出的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4為一曲線圖，示出了在本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器中，接觸柱塞和電容元件中的下方電極間的接觸電阻的測量結(jié)果，為便于比較，還示出了已往例的情形。
圖5為一曲線圖，示出了本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器中的電容元件在氫氣氛下被退火處理之前、之后，所測得的它的剩余極化的測量結(jié)果。
圖6(a)～圖6(c)示出了本發(fā)明的第1個實(shí)施例的變形例所涉及的半導(dǎo)體存儲器中覆蓋下方電極及其兩側(cè)的第1絕緣性阻擋層附近的情況，圖6(a)為第1個變形例所涉及的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖6(b)為第2個變形例所涉及的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖6(c)為第3個變形例所涉及的結(jié)構(gòu)剖面。
圖7為一剖面圖，示出了本發(fā)明的第2個實(shí)施例所涉及的包括電容元件的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的結(jié)構(gòu)。
圖8(a)及圖8(b)為表示本發(fā)明的第2個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且和第1個實(shí)施例不同的工序下的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖9(a)～圖9(c)示出了本發(fā)明的第3個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的主要部分，圖9(a)為構(gòu)成存儲單元陣列的單元方塊的平面圖；圖9(b)為沿圖9(a)中的IXb-IXb線剖開后的剖面圖，圖9(c)為沿圖9(a)中的IXc-IXc線切開后的剖面圖。
圖10(a)～圖10(c)為表示本發(fā)明的第3個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按圖9(a)中的IXc-IXc線下的工序先后示出的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖11(a)及圖11(b)為表示本發(fā)明的第3個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按圖9(a)中的IXc-IXc線下的工序先后示出的的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖12(a)～圖12(c)示出了本發(fā)明的第4個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的主要部分，圖12(a)為構(gòu)成存儲單元陣列的單元方塊的平面圖；圖12(b)為沿圖12(a)中的XIIb-XIIb線剖開后的剖面圖，圖12(c)為沿圖12(a)中的XIIc-XIIc線剖開后的剖面圖。
圖13(a)～圖13(c)為表示本發(fā)明的第4個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按圖12(a)中的XIIc-XIIc線下的工序先后示出的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖14(a)及圖14(b)為表示本發(fā)明的第4個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法且按圖12(a)中的XIIc-XIIc線下的工序先后示出的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖15為已往的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖16(a)及圖16(b)為示意結(jié)構(gòu)剖面圖，示出了不良現(xiàn)象是如何發(fā)生在已往的半導(dǎo)體存儲器中電容元件的下方電極的。
圖17為示意結(jié)構(gòu)剖面圖，示出了不良現(xiàn)象是如何發(fā)生在已往的半導(dǎo)體存儲器中電容元件的電容絕緣膜的。
(第1個實(shí)施例)參看附圖，對本發(fā)明的第1個實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1(a)示出了本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的含有電容元件的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)。
如圖1(a)所示，第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器，它包括多個由形成在由硅(Si)制成的半導(dǎo)體襯底11上的MOSFET構(gòu)成的單元晶體管20、形成在覆蓋各個單元晶體管20的層間絕緣膜13上對每一個單元晶體管20的電容元件30。各個單元晶體管20被形成在半導(dǎo)體襯底11上部的淺渠溝隔離(STI)12隔離開，相互絕緣。
各個單元晶體管20，它由形成在半導(dǎo)體襯底11上的源、漏電極區(qū)21和形成在半導(dǎo)體襯底11的溝道區(qū)且中間隔著柵極絕緣膜22的柵電極23構(gòu)成。
每一個電容元件30，它由從襯底開始，依次層疊起來的下方電極31、電容絕緣膜32及上方電極33構(gòu)成。
如圖1(b)所示，是通過疊層以下各層而形成下方電極31的，它們分別為膜厚約在40nm～100nm左右、由氮化鈦鋁(TiAlN)制成且防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層31a、膜厚約在50nm～100nm左右、由銥(Ir)制成且防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層31b、膜厚約從50nm到100nm、由二氧化銥(IrO2)制成且防止氧擴(kuò)散的第3導(dǎo)電性阻擋層31c、膜厚約從50nm到100nm、由白金(Pt)制成的導(dǎo)電層31d。
電容絕緣膜32由膜厚約從50nm到150nm、為鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鉭鈮酸鍶鉍(SrBi2(Ta1·xNbx)2O9(x0≤x≤1)制成；上方電極33由膜厚約從50nm到150nm的白金制成。
如圖1(a)所示，半導(dǎo)體襯底11上形成了例如由氧化硅(SiO2)制成的層間絕緣膜13來將各個單元晶體管20覆蓋起來。在該層間絕緣膜13上，形成了其下端部分和每一個單元晶體管20中之一進(jìn)行電連接、其上端部分和每一個電容元件30的下方電極31電連接且由鎢(W)或者多晶硅制成的多個接觸柱塞14。
下方電極31的側(cè)面及層間絕緣膜13上下方電極31兩側(cè)的區(qū)域，被例如膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁(Al2O3)制成且防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15覆蓋起來。
這里，下方電極31在襯底面方向的尺寸比電容絕緣膜32及上方電極33在襯底面方向上的尺寸小，因此，電容絕緣膜32及上方電極33的周緣部從下方電極31的周緣部延伸出來。
下方電極3 1的兩側(cè)且電容絕緣膜32的露出部分下側(cè)的那一區(qū)域被由氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)制成的掩埋絕緣膜16埋起來。
掩埋絕緣膜16使相鄰的下方電極31電氣絕緣，其表面被平坦化來使其高度和下方電極31的表面的高度幾乎一樣高。
需提一下，電容絕緣膜32、上方電極33及掩埋絕緣膜16皆用同一個光罩(mask)來蝕刻；而第1絕緣性阻擋層15卻用和上方電極33及電容絕緣膜32等不同的光罩來蝕刻。
上方電極33的上面及該上方電極33、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16的各個側(cè)面，被例如膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17覆蓋起來。此時，第2絕緣性阻擋層17在下方電極31兩側(cè)的區(qū)域亦即掩埋絕緣膜16的下部兩側(cè)的區(qū)域和絕緣性阻擋層15的上面相接觸。結(jié)果，下方電極31的側(cè)面被防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15覆蓋起來。再就是，上方電極33、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16被防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15和防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17覆蓋起來，且不留縫隙。
需提一下，這里，在電容元件30以外的區(qū)域、例如對源、漏電極區(qū)21形成的接觸孔的區(qū)域，沒形成第1絕緣性阻擋層15及第2絕緣性阻擋層17。
下面，對按上述構(gòu)成的含有電容元件的半導(dǎo)體存儲器的制備方法進(jìn)行說明。
圖2(a)～圖2(c)及圖3(a)、圖3(b)按本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法下的工序先后示出了剖面結(jié)構(gòu)。
首先，如圖2(a)所示，在由硅制成的半導(dǎo)體襯底11上，形成柵極絕緣膜22及柵電極23，再在柵極絕緣膜22及柵電極23的側(cè)面上形成側(cè)壁絕緣膜24。接著，以柵電極23及側(cè)壁絕緣膜24為屏蔽來將雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底11中而形成源、漏電極區(qū)21。這里，若在形成側(cè)壁絕緣膜24之前也進(jìn)行雜質(zhì)注入處理，就可使源、漏電極區(qū)21為LDD結(jié)構(gòu)或者延伸(extension)結(jié)構(gòu)。之后，再利用CVD法在半導(dǎo)體襯底11上包括多個單元晶體管20的那一整個面上沉積由氧化硅制成的層間絕緣膜13。接著，再利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法等將所沉積的層間絕緣膜13的上面平坦化。接著，利用光刻法及干刻法，在層間絕緣膜13上分別對應(yīng)于每個單元晶體管20的源、漏電極區(qū)21中之一個區(qū)上形成接觸孔，再利用CVD法沉積由鎢或者多晶硅制成的導(dǎo)體膜來把各個接觸孔填好。接著，再利用回蝕法或者化學(xué)機(jī)械研磨法加工已沉積的導(dǎo)體膜來將層間絕緣膜13上的導(dǎo)體膜除去，這樣來形成多個接觸柱塞14。
其次，例如用濺射法在包括已形成的多個接觸柱塞14的層間絕緣膜13上，依次沉積防止氧及氫擴(kuò)散且由氮化鈦鋁制成的第1導(dǎo)電性阻擋層、防止氧擴(kuò)散且由銥制成的第2導(dǎo)電性阻擋層、防止氧擴(kuò)散且由二氧化銥制成的第3導(dǎo)電性阻擋層、以及由白金制成的導(dǎo)電層，這樣來形成下方電極形成膜。接著，再利用蝕刻法及干刻法在包含著接觸柱塞14的狀態(tài)下把下方電極形成膜圖案化而由它形成多個下方電極31。之后，再利用濺射法或者CVD法，在層間絕緣膜13上形成膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且能防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15，來把下方電極31的上面及側(cè)面覆蓋起來。這里，若在形成第1絕緣性阻擋層15之后，在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理，構(gòu)成第1絕緣性阻擋層15的氧化鋁就能被致密化。因此，最好是進(jìn)行熱處理。接著，用以甲烷為原料、含氫氣氛下的CVD法，沉積膜厚約從400nm到600nm且由氧化硅或者氮化硅制成的掩埋絕緣膜16來把第1絕緣性阻擋15覆蓋起來。
其次，如圖2(b)所示，用CMP法對掩埋絕緣膜16及第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行平坦化處理來讓各個下方電極31露出來，這樣由掩埋絕緣膜16將每個下方電極31的周圍埋起來。于是，下方電極31的上面的高度和掩埋絕緣膜16、第1絕緣性阻擋層15所露出的那一個面的高度幾乎一樣高。
其次，如圖2(c)所示，用金屬有機(jī)分解法(MOD法)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)或者濺射法，在第1絕緣性阻擋層15、掩埋絕緣膜16及下方電極3 1這整個面上，形成膜厚約從50nm到150nm、由鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鉭鈮酸鍶鉍(SrBi2(Ta1·xNbx)2O9制成的電容絕緣膜形成膜32A。接著，利用濺射法，在電容絕緣膜形成膜32A上形成膜厚約從50nm到150nm、由白金制成的上方電極形成膜33A。之后，在溫度在650～800℃之間的氧氣氣氛下進(jìn)行熱處理，來讓構(gòu)成電容絕緣膜形成膜32A的金屬氧化物晶化。
其次，如圖3(a)所示，利用光刻法在上方電極形成膜33A上形成光阻圖案(未示)，再以所形成的光阻圖案為屏蔽依次對上方電極形成膜33A、電容絕緣形成膜32A及掩埋絕緣膜16進(jìn)行干刻處理，而由上方電極形成膜33A形成上方電極33；由電容絕緣膜形成膜32A形成電容絕緣膜32。這樣，即形成了由和接觸柱塞14電連接的下方電極31、電容絕緣膜32及上方電極33構(gòu)成的電容元件30。
這里，不圖案化第1絕緣性阻擋層15，在蝕刻掩埋絕緣膜16的過程中第1絕緣性阻擋層15露出來的那一時刻結(jié)束蝕刻。
其次，如圖3(b)所示，用CVD法或者濺射法，在第1絕緣性阻擋層15上形成第2絕緣性阻擋層17，它覆蓋上方電極33的上面及側(cè)面、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16的側(cè)面，它的膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且能防止氫擴(kuò)散。這樣，第2絕緣性阻擋層17就在下方電極3 1兩側(cè)的區(qū)域，這里為掩埋絕緣膜16下部兩側(cè)的區(qū)域，和第1絕緣性阻擋層15A的端面相接觸，而不留縫隙。
需提一下，第1絕緣性阻擋層15及第2絕緣性阻擋層17中電容元件30以外的區(qū)域，即形成源、漏電極區(qū)21和其它接觸孔的區(qū)域，是通過蝕刻來將它們除掉的。
如上所述，根據(jù)第1個實(shí)施例，防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15將電容元件30的下方電極31的側(cè)面覆蓋起來，故能防止構(gòu)成下方電極31的氧阻擋層、即氧化銥等導(dǎo)電性氧化物被氫還原而使其對氧的阻擋性變壞。
還有，防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17通過和防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15相接觸來將整個電容元件30覆蓋起來，且不留縫隙，故能防止構(gòu)成電容絕緣膜32的金屬氧化物被氫還原而使電容元件30的電氣特性變壞。
下面，對第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器和已往的半導(dǎo)體存儲器的電氣特性進(jìn)行比較。
首先，示出對接觸柱塞14和下方電極31的接觸電阻的評價結(jié)果。
圖4示出了所測得的在直徑約20.3cm(8英寸)的硅片面內(nèi)的接觸電阻的測量結(jié)果，分第1個實(shí)施例和已往例這兩種情況。如圖4所示，對已往例所涉及的半導(dǎo)體存儲器來說，接觸電阻從45Ω到700Ω，波動范圍很大。其原因如下已往例所涉及的下方電極110中的其阻擋氧作用的二氧化銥(導(dǎo)電性氧化物)被氫還原而使它對氧的阻擋性變壞，在為使高介電材料或者鐵電體晶化而進(jìn)行高溫氧退火處理時，氧在下方電極110內(nèi)部擴(kuò)散而使接觸柱塞107的表面氧化。而對第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器來說，晶片面內(nèi)的接觸電阻在25Ω～35Ω這一范圍內(nèi)，偏差極小，且電阻值在25Ω～40Ω之間而實(shí)現(xiàn)了低電阻化。
其次，示出了對第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的抗還原性的評價結(jié)果。
圖5示出了在對電容元件30進(jìn)行400℃的氫退火處理之前、之后，該電容元件30的剩余極化值(2Pr)，該值用于進(jìn)行評價電氣特性的好壞。如圖5所示，即使對第1個實(shí)施例所涉及的電容元件30進(jìn)行氫退火處理，剩余極化特性也沒什么變化，由此可知徹底地防止了由氫造成的還原。這樣，第1個實(shí)施例所涉及的電容元件及半導(dǎo)體存儲器的電氣特性就有了明顯的上升。
(第1個實(shí)施例的變形例)圖6(a)～圖6(c)分別表示本發(fā)明的第1個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的第1～第3個變形例，且示出的是下方電極和覆蓋下方電極的側(cè)面的第1絕緣性阻擋層周圍的剖面結(jié)構(gòu)。
首先，如圖6(a)中的第1個變形例所示，第1絕緣性阻擋層15中覆蓋下方電極31的側(cè)面的上端部分，并非一定要覆蓋下方電極31的整個側(cè)面，至少將由二氧化銥(導(dǎo)電性金屬氧化物)制成的第3導(dǎo)電性阻擋層31c的側(cè)面覆蓋起來就行了。
此時的掩埋絕緣膜16的上面的高度，既可與第1絕緣性阻擋層15的上端一樣高，如圖6(a)中的第1個變形例所示；又可和下方電極31中的導(dǎo)電層31d的上面一樣高，如圖6(b)中的第二個變形例所示；還可比第1絕緣性阻擋層15上端低。
(第2個實(shí)施例)下面，參看附圖，說明本發(fā)明的第2個實(shí)施例。
圖7示出了本發(fā)明的第2個實(shí)施例所涉及的包括電容元件的半導(dǎo)體存儲器的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)；用同一個符號來表示圖7中和圖1所示的構(gòu)成要素相同的構(gòu)成要素，省略說明。
如圖7所示，在第2個實(shí)施例中，第2絕緣性阻擋層17直接形成在層間絕緣膜13上，第1絕緣性阻擋層15A在沿柵電極長度方向相鄰的電容元件30之間被分開了。
圖8(a)及圖8(b)示出了第2個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法下的主要工序。
這里，僅說明和第1個實(shí)施例不一樣的地方。
如圖3(a)所示，在第1個實(shí)施例中，在用同一個光罩對構(gòu)成電容元件30的電容絕緣膜32、上方電極33及將下方電極31掩埋起來的掩埋絕緣膜16進(jìn)行圖案化處理時，沒對第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行圖案化處理。
而如圖7及圖8(a)所示，對第2個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器來說，在為把上方電極33及電容絕緣膜32等圖案化的蝕刻工序中，用和上方電極33相同的光罩蝕刻完掩埋絕緣膜16后，再對第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行蝕刻處理并令蝕刻后的它為第1絕緣性阻擋層15A。這時，在蝕刻由氧化硅或者氮化硅制成的掩埋絕緣膜16時，使用以氟化碳(CF4)為主成分的蝕刻氣體；在蝕刻由氧化鋁制成的第1絕緣性阻擋層15A時，用以氯氣為主成分的蝕刻氣體。
如圖8(b)所示，在形成防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17的工序(后工序)下，第2絕緣性阻擋層17在下方電極31的兩側(cè)和位于掩埋絕緣膜16下側(cè)的第1絕緣性阻擋層15A的端面相接觸。
需提一下，在第2個實(shí)施例中，借助蝕刻將第1絕緣性阻擋層15A及第2絕緣性阻擋層17中電容元件30以外的那一區(qū)域，例如源、漏電極區(qū)21和其它接觸孔的那一區(qū)域除掉。
如上所述，和第1個實(shí)施例一樣，根據(jù)第2個實(shí)施例，防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15A將電容元件30的下方電極31的側(cè)面覆蓋起來，故能防止構(gòu)成下方電極31的氧阻擋層即氧化銥等導(dǎo)電性氧化物被氫還原而使其對氧的阻擋性變壞。
還有，防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17通過和防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15A相接觸來將整個電容元件30覆蓋起來，且不留一點(diǎn)縫隙，故能防止構(gòu)成電容絕緣膜32的金屬氧化物被氫還原而使電容元件30的電氣特性變壞。結(jié)果，在第2個實(shí)施例中，也能得到包括測量結(jié)果和圖4及圖5所示的測量結(jié)果一樣電氣特性優(yōu)良的電容元件30的半導(dǎo)體存儲器。
如下所述，第2個實(shí)施例還具有其它的效果。
換句話說，在除去形成在層間絕緣膜13上電容元件30以外的區(qū)域上的絕緣性阻擋層15、17的工序下，在第1個實(shí)施例中，必須對第2絕緣性阻擋層17和第1絕緣性阻擋層15這兩層進(jìn)行蝕刻。而在第2個實(shí)施例中，只蝕刻第2絕緣性阻擋層17就行了，故可大大縮短蝕刻時間。除此以外，盡管在層間絕緣膜13上設(shè)有電容元件30的部分和未設(shè)電容元件30的部分會產(chǎn)生臺階，但因蝕刻時間被縮短了，因此即使電容元件30上側(cè)光阻圖案膜厚變薄的部分，蝕刻時光阻也難以消失，也就可將工藝容限(process margin)增大。
(第3個實(shí)施例)下面，參看附圖，說明本發(fā)明的第3個實(shí)施例。
圖9(a)～圖9(c)示出了本發(fā)明的第3個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器，圖9(a)示出了由構(gòu)成存儲單元陣列的多個單元組成的單元方塊的平面結(jié)構(gòu)，圖9(b)示出了沿圖9(a)中的IXb-IXb線剖開后的剖面結(jié)構(gòu)，圖9(c)示出了沿圖9(a)中的IXc-IXc線剖開后的剖面結(jié)構(gòu)。還有，用同一個符號來表示圖9(a)～圖9(c)中和圖7所示的構(gòu)成要素相同的構(gòu)成要素，省略說明。
如圖9(a)所示，在半導(dǎo)體襯底11的主面上，沿單元晶體管20的柵電極(字線)23，布置了包括2n或者(2n+1)個(n為3以上的整數(shù))下方電極31的單元方塊50。對每一個單元方塊50形成電容元件30中的電容絕緣膜32及上方電極33，好讓它們來把該單元方塊50中所包含的多個下方電極31覆蓋起來。
如圖9(a)、圖9(c)所示，第2絕緣性阻擋層17覆蓋著相鄰的2個單元方塊50，同時在柵電極23的延長方向上和層間絕緣膜13相接觸。還有，如圖9(b)所示，和第2個實(shí)施例一樣，第2絕緣性阻擋層17在和每一個單元方塊50中的柵電極23相交差的方向上亦即在柵電極的長度方向上，和層間絕緣膜13相接觸。
這樣的話，不僅電容元件30中的下方電極31的側(cè)面被第1絕緣性阻擋層15A覆蓋起來，而且掩埋該下方電極31的掩埋絕緣膜16的側(cè)面、電容元件中的上方電極33的上面、側(cè)面及電容絕緣膜32的側(cè)面也都被第2絕緣性阻擋層17以單元方塊為單位(這里為2個方塊)覆蓋了起來。此時，第2絕緣性阻擋層17和位于掩埋絕緣膜16下側(cè)的第1絕緣性阻擋層15A在其端面處相接觸。
如圖9(a)、圖9(c)所示，在每一個單元方塊50的電容絕緣膜32開上開口32a，好讓上方電極33和多個下方電極31中之一進(jìn)行電連接，并通過充填上方電極33的一部分而在該開口32a上形成上方電極柱塞33a。這里，設(shè)位于右端的下方電極31為上方電極連接用電極31A，這樣就能從單元晶體管20的源、漏電極區(qū)21通過接觸柱塞14、上方電極連接用電極31A及上方電極柱塞33a將規(guī)定電壓加到上方電極33上。
這樣，上方電極連接用電極31A就和通過接觸柱塞(第1接觸柱塞)14和電容元件30的下方電極31電連接的單元晶體管(第1晶體管)不同，上方電極連接用電極31A不構(gòu)成電容元件30。因此，通過接觸柱塞(第2接觸柱塞)14和上方電極連接用電極31A電連接的單元晶體管(第2晶體管)20的工作情況就和第1晶體管不同。
這樣，在第3個實(shí)施例中，可通過單元晶體管20來給上方電極33施加工作電壓，故不必在上方電極33的上面亦即對第2絕緣性阻擋層17開接觸孔。于是，因不必在覆蓋單元方塊50的第2絕緣性阻擋層17上開口了，開口后的灰化光阻、填充柱塞及布線等處理也就隨之不要了。結(jié)果，形成第2絕緣性阻擋層17后，電容元件30就不會暴露到氫氣中了，也就能防止電容元件30的特性變壞。
需提一下，在第3個實(shí)施例中，構(gòu)成的是覆蓋2個單元方塊50的第2絕緣性阻擋層17，但并不限于此，只要第2絕緣性阻擋層17能覆蓋1個以上的單元方塊50就可以了。
還有，上方電極33和單元晶體管20的電連接并非一定要通過上方電極連接用電極31A，上方電極柱塞33a直接和接觸柱塞14相連也是可以的。只不過是，從單元方塊50中的所有電容元件30的結(jié)構(gòu)都一樣這一角度來考慮，若中間夾著結(jié)構(gòu)和下方電極31相同的上方電極連接用電極31A，可使制造過程簡化，因而才希望使用上方電極連接用電極31A。
下面，參看附圖，對包括按上述構(gòu)成的電容元件及上方電極連接用電極的半導(dǎo)體存儲器的制備方法。
圖10(a)～圖10(c)、圖11(a)及圖11(b)示出了本發(fā)明的第3個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，且是按工序的先后來顯示圖9(a)中的IXc-IXc線上的剖面結(jié)構(gòu)。
首先，在由硅制成的半導(dǎo)體襯底11上，有選擇地形成圖9(b)所示的柵極絕緣膜22、柵電極23、側(cè)壁絕緣膜24，接著再在半導(dǎo)體襯底上柵電極23的兩側(cè)區(qū)域形成源、漏電極區(qū)21，這樣來形成多個單元晶體管20。
其次，如圖10(a)所示，利用CVD法在半導(dǎo)體襯底11上包括多個單元晶體管20的整個面上，沉積例如由BPSG等氧化硅制成的層間絕緣膜13。接著，利用CMP法等對已沉積的層間絕緣膜13的上面進(jìn)行平坦化處理。接著，利用光刻法及干刻法，在層間絕緣膜13上分別對應(yīng)于每個單元晶體管20的源、漏電極區(qū)21中之一個區(qū)上形成接觸孔，再利用CVD法沉積由鎢或者多晶硅制成的導(dǎo)體膜來把各個接觸孔填好。接著，再利用回蝕法或者CMP法加工已沉積的導(dǎo)體膜來將層間絕緣膜13上的導(dǎo)體膜除去，這樣來形成多個接觸柱塞14。其次，例如用濺射法在包括已形成的接觸柱塞14的層間絕緣膜13上，依次沉積防止氧及氫擴(kuò)散且由氮化鈦鋁制成的第1導(dǎo)電性阻擋層31a、防止氧擴(kuò)散且由銥制成的第2導(dǎo)電性阻擋層、防止氧擴(kuò)散且由二氧化銥制成的第3導(dǎo)電性阻擋層、以及由白金制成的導(dǎo)電層，這樣來形成下方電極形成膜。這里，設(shè)防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層31a的膜厚約從40nm到100nm，防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層31b、第3導(dǎo)電性阻擋層31c及導(dǎo)電層的膜厚分別約從50nm到100nm。接著，利用光刻法及干刻法在包含著接觸柱塞14的狀態(tài)下把下方電極形成膜圖案化而由它形成多個下方電極31。之后，再利用濺射法或者CVD法，在層間絕緣膜13上形成膜厚約從20nm到200nm、由氧化鋁制成且能防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15，來把下方電極31的上面及側(cè)面覆蓋起來。這里，若在形成第1絕緣性阻擋層15之后，在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理，構(gòu)成第1絕緣性阻擋層15的氧化鋁就能被致密化。因此，最好是進(jìn)行熱處理。接著，用以甲烷為原料、含氫氣氛下的CVD法，沉積膜厚約從400nm到600nm且由氧化硅或者氮化硅制成的掩埋絕緣膜16來把第1絕緣性阻擋15覆蓋起來。
其次，如圖10(b)所示，用CMP法對掩埋絕緣膜16及第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行平坦化處理來讓下方電極31露出來，這樣由掩埋絕緣膜16將每個下方電極31的周圍埋起來。于是，下方電極31的上面的高度和掩埋絕緣膜16、第1絕緣性阻擋層15所露出的那一個面的高度幾乎一樣高。
其次，如圖10(c)所示，用MOD法、MOCVD法或者濺射法，在第1絕緣性阻擋層15、掩埋絕緣膜16及下方電極31這整個面上，形成膜厚約從50nm到150nm、鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鉭鈮酸鍶鉍(SrBi2(Ta1·xNbx)2O9制成的電容絕緣膜形成膜32A。接著，利用光刻法及干刻法有選擇地除去已形成的電容絕緣膜形成膜32A中的上方電極連接用電極3 1A的上方部分。這樣，就在電容絕緣膜形成膜32A上形成了開口32a，上方電極連接用電極31A就從所形成的開口32a露出來。接著，利用濺射法，在電容絕緣膜形成膜32A上形成膜厚約從50nm到150nm、由白金制成的上方電極形成膜33A來將開口32a填好。這樣，白金被充填到開口32a而形成上方電極柱塞33a。上方電極連接用電極31A及上方電極33就通過該上方電極柱塞33a進(jìn)行電連接。之后，在溫度在650～800℃之間氧氣氣氛下進(jìn)行熱處理，來讓構(gòu)成電容絕緣膜形成膜32A的金屬氧化物晶化。
其次，如圖11(a)所示，利用將各個單元方塊50屏蔽起來的光阻(未示)，依次對上方電極形成膜33A、電容絕緣形成膜32A、掩埋絕緣膜16及第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行干刻處理，而由上方電極形成膜33A形成上方電極33；由電容絕緣膜形成膜32A形成電容絕緣膜32。此時，得到了第1絕緣性阻擋層15被圖案化后而形成的第1絕緣性阻擋層15A。
其次，如圖11(b)所示，用CVD法或者濺射法，在層間絕緣膜13上形成以每一個單元方塊50為單位圖案化了的、覆蓋上方電極33的上面及側(cè)面、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16的側(cè)面及第1絕緣性阻擋層15A的端面這整個面的、膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且能防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17。這樣，在單元方塊50的周圍，第2絕緣性阻擋層17就和位于掩埋絕緣膜16下側(cè)的第1絕緣性阻擋層15A的端面相接觸。接著，如圖9(a)所示，在包括相鄰的2個單元方塊50的狀態(tài)下用干刻法對已形成的第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行圖案化處理。但是，并非一定要對該第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行圖案化處理。
第3個實(shí)施例所涉及的制備方法的一個變形例是這樣的和第1個實(shí)施例所涉及的制備方法一樣，在圖11(a)所示的、在以每個單元方塊50為單位對上方電極33及電容絕緣膜32等進(jìn)行圖案化處理的工序中，不對第1絕緣性阻擋層15圖案化，而在圖11(b)所示的后工序，對第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行烷完圖案化處理后，再對第1絕緣性阻擋層15進(jìn)行圖案化處理。
(第4個實(shí)施例)下面，參看附圖，對本發(fā)明的第4個實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖12(a)～圖12(c)示出了本發(fā)明的第4個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器，圖12(a)示出了由構(gòu)成存儲單元陣列的多個單元組成的單元方塊的平面結(jié)構(gòu)，圖12(b)示出了沿圖12(a)中的XIIb-XIIb線剖開后的剖面結(jié)構(gòu)，圖12(c)示出了沿圖12(a)中的XIIc-XIIc線剖開后的剖面結(jié)構(gòu)。還有，用同一個符號來表示圖12(a)～圖12(c)中和圖9(a)～圖9(c)所示的構(gòu)成要素相同的構(gòu)成要素，省略說明。
如圖12(b)及圖12(c)所示，第4個實(shí)施例所涉及的第1絕緣性阻擋層45僅形成在層間絕緣膜13上，這樣所形成的接觸柱塞14就直穿層間絕緣膜13及第1絕緣性阻擋層45。而且，構(gòu)成電容元件30中的下方電極31第1導(dǎo)電性阻擋層31a形成在第1絕緣性阻擋層45上。
這里，和第1～第3實(shí)施例一樣，防止防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層45使用氧化鋁、氧化鈦鋁或者氧化鉭鋁，很好。使用氮化硅(Si3N4)或者氧化氮化硅(SiON)更好。使用氮化硅或者氧化氮化硅比使用氧化鋁，更容易在形成接觸柱塞14時形成接觸孔。
如圖12(a)所示，形成了覆蓋著相鄰的2個單元方塊50的第2絕緣性阻擋層17；如圖12(b)所示，第2絕緣性阻擋層在和單元方塊50中的柵電極相交叉的方向和層間絕緣膜13相接觸。這樣的話，掩埋下方電極31的掩埋絕緣膜16的側(cè)面、電容元件中的上方電極33的上面、側(cè)面及電容絕緣膜32的側(cè)面也都被第2絕緣性阻擋層17以單元方塊為單位(這里為2個方塊)覆蓋了起來。此時，第2絕緣性阻擋層17和位于掩埋絕緣膜16下側(cè)的第1絕緣性阻擋層45在其端面處相接觸。
和第3個實(shí)施例一樣，開個開口32a而讓上方電極33和多個下方電極31中之一進(jìn)行電連接，并通過充填上方電極33的一部分而在該開口32a上形成上方電極柱塞33a。因此，不用對將單元方塊50的上面及側(cè)面覆蓋起來的第2絕緣性阻擋層17開口，就能通過單元晶體管20將工作電壓施加給上方電極33。開口后的灰化光阻、填充柱塞及布線等處理也就隨之不要了。結(jié)果，形成第2絕緣性阻擋層17后，電容元件30就不會暴露到氫氣中了，也就能防止電容元件30的特性變壞。
需提一下，和第3個實(shí)施例一樣，在第4個實(shí)施例中，構(gòu)成的是覆蓋2個單元方塊50的第2絕緣性阻擋層17，但并不限于此，只要第2絕緣性阻擋層17能覆蓋1個以上的單元方塊50就可以了。
上方電極33和單元晶體管20的電連接并非一定要通過上方電極連接用電極31A。
下面，參看附圖，對包括按上述構(gòu)成的電容元件及上方電極連接用電極的半導(dǎo)體存儲器的制備方法。
圖13(a)～圖13(c)、圖14(a)及圖14(b)示出了本發(fā)明的第4個實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，且是按工序的先后來顯示圖12(a)中的XIIc-xIIc線上的剖面結(jié)構(gòu)。
首先，在由硅制成的半導(dǎo)體襯底11上，有選擇地形成圖12(b)所示的柵極絕緣膜22、柵電極23、側(cè)壁絕緣膜24，接著再在半導(dǎo)體襯底上柵電極23的兩側(cè)區(qū)域形成源、漏電極區(qū)21，這樣來形成多個單元晶體管20。
其次，如圖13(a)所示，利用CVD法在半導(dǎo)體襯底11上包括多個單元晶體管20的整個面上，沉積例如由BPSG等氧化硅制成的層間絕緣膜13。接著，利用CMP法等對已沉積的層間絕緣膜13的上面進(jìn)行平坦化處理，之后，利用CVD法或者濺射法形成膜厚約從20nm到200nm、例如由氮化硅或者氧化鋁制成且防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層45。接著，利用光刻法及干刻法，在層間絕緣膜13及第1絕緣性阻擋層45上分別對應(yīng)于每個單元晶體管20的源、漏電極區(qū)21中之一個區(qū)上形成接觸孔，再利用CVD法沉積由鎢或者多晶硅制成的導(dǎo)體膜來把各個接觸孔填好。接著，再利用回蝕法或者CMP法加工已沉積的導(dǎo)體膜來將層間絕緣膜13上的導(dǎo)體膜除去，這樣來形成多個接觸柱塞14。之后，例如用濺射法在包括已形成的接觸柱塞14的層間絕緣膜13上，依次沉積防止氧及氫擴(kuò)散且由氮化鈦鋁制成的第1導(dǎo)電性阻擋層31a、防止氧擴(kuò)散且由銥制成的第2導(dǎo)電性阻擋層、防止氧擴(kuò)散且由二氧化銥制成的第3導(dǎo)電性阻擋層、以及由白金制成的導(dǎo)電層，這樣來形成下方電極形成膜。這里，設(shè)防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層31a的膜厚約從40nm到100nm，防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層31b、第3導(dǎo)電性阻擋層31c及導(dǎo)電層的膜厚分別約從50nm到100nm。接著，利用光刻法及干刻法在包含著接觸柱塞14的狀態(tài)下把下方電極形成膜圖案化而由它形成多個下方電極31。接著，用以甲烷為原料、含氫氣氛下的CVD法，沉積膜厚約從400nm到600nm且由氧化硅或者氮化硅制成的掩埋絕緣膜16來把多個下方電極31覆蓋起來。
其次，如圖13(b)所示，用CMP法對掩埋絕緣膜16進(jìn)行平坦化處理來讓下方電極31露出來，這樣由掩埋絕緣膜16把每個下方電極31的周圍埋起來。于是，下方電極31的上面和掩埋絕緣膜16的露出面幾乎處于同一個高度。
其次，如圖13(c)所示，用MOD法、MOCVD法或者濺射法，在掩埋絕緣膜16及下方電極31這整個面上，形成膜厚約從50nm到150nm、且由鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鉭鈮酸鍶鉍(SrBi2(Ta1·xNbx)2O9制成的電容絕緣膜形成膜32A。接著，利用光刻法及干刻法有選擇地除去已形成的電容絕緣膜形成膜32A中的上方電極連接用電極31A的上方部分。這樣，就在電容絕緣膜形成膜32A上形成了開口32a，上方電極連接用電極31A就從所形成的開口32a露出來。接著，利用濺射法，在電容絕緣膜形成膜32A上形成膜厚約從50nm到150nm、由白金制成的上方電極形成膜33A來將開口32a填好。這樣，白金被充填到開口32a而形成上方電極柱塞33a。上方電極連接用電極31A及上方電極33就通過該上方電極柱塞33a進(jìn)行電連接。之后，在溫度在650～800℃之間氧氣氣氛下進(jìn)行熱處理，來讓構(gòu)成電容絕緣膜形成膜32A的金屬氧化物晶化。
其次，如圖14(a)所示，利用將各個單元方塊50屏蔽起來的光阻(未示)，依次對上方電極形成膜33A、電容絕緣形成膜32A、掩埋絕緣膜16及第1絕緣性阻擋層45進(jìn)行干刻處理，而由上方電極形成膜33A形成上方電極33；由電容絕緣膜形成膜32A形成電容絕緣膜32。
其次，如圖14(b)所示，用CVD法或者濺射法，在層間絕緣膜13上形成以每一個單元方塊50為單位圖案化了的、覆蓋上方電極33的上面及側(cè)面、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16的側(cè)面及第1絕緣性阻擋層45的端面這整個面、膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且能防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17。這樣，在單元方塊50的周圍，第2絕緣性阻擋層17就和位于掩埋絕緣膜16下側(cè)的第1絕緣性阻擋層45的端面相接觸。接著，如圖12(a)所示，在包括相鄰的2個單元方塊50的狀態(tài)下用干刻法對已形成的第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行圖案化處理。但是，并非一定要對該第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行圖案化處理。
第4個實(shí)施例所涉及的制備方法的一個變形例是這樣的和第1個實(shí)施例所涉及的制備方法一樣，在圖14(a)所示的、在以每個單元方塊50為單位對上方電極33及電容絕緣膜32等進(jìn)行圖案化處理的工序中，不對第1絕緣性阻擋層45圖案化，而在圖14(b)所示的后工序，對第2絕緣性阻擋層17進(jìn)行完圖案化處后，再來對第1絕緣性阻擋層45進(jìn)行圖案化處理。
需提一下，在第1～第4個實(shí)施例中，是用鉭鈮酸鍶鉍(SrBi2(Ta1·xNbx)2O9來制作電容絕緣膜32的，但并不限于此，只要是鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電體就行。例如，鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鋇或者五氧化二鉭(Ta2O5)等。
在第1～第4個實(shí)施例中，是用氧化鋁(Al2O3)來制作第1絕緣性阻擋層15、15A、45的，不僅如此，也可用氧化鈦鋁(TiAlO)或者氧化鉭鋁(TaAlO)代替氧化鋁(Al2O3)。這樣做的話，包括氧化鋁的這些金屬氧化物就基本上能完全防止氧及氫從掩埋絕緣膜16朝下方電極31擴(kuò)散，即來自側(cè)面方向的擴(kuò)散。但如上所述，從加工性的難易程度來看，第4個實(shí)施例所涉及的第1絕緣性阻擋層45最好由氮化硅(Si3N4)或者氧化氮化硅(SiON)來制作。
同樣，也可用氧化鈦鋁(TiAlO)或者氧化鉭鋁(TaAlO)代替氧化鋁(Al2O3)來制作第2絕緣性阻擋層17。這樣做的話，就基本上能完全防止氫從垂直于襯底面的方向及平行于襯底面的方向擴(kuò)散到電容絕緣膜32中。
在第1～第4個實(shí)施例所涉及的下方電極31中，第1導(dǎo)電性阻擋層31a是用氮化鈦鋁(TiAlN)制作的。不僅如此，還可用鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個代替氮化鈦鋁(TiAlN)制作第1導(dǎo)電性阻擋層，或者包括氮化鈦鋁(TiAlN)在內(nèi)的至少兩種材料制成的疊層膜構(gòu)成第1導(dǎo)電性阻擋層，這樣最好。這樣做的話，在為使構(gòu)成電容絕緣膜32的高介電材料或者鐵電體晶化而進(jìn)行高溫氧退火處理時，就能防止氧擴(kuò)散到接觸柱塞14中，而且還能防止氫從下方電極31朝電容絕緣膜32擴(kuò)散，即來自襯底方向的擴(kuò)散。
用銥(Ir)制作構(gòu)成下方電極31的第2導(dǎo)電性阻擋層31b，用二氧化銥(IrO2)制作第3導(dǎo)電性阻擋層31c，但并不限于此。
換句話說，第2及第3導(dǎo)電性阻擋層31b，31c，可為由二氧化銥(IrO2)構(gòu)成的單層膜；可為由二氧化釕(RuO2)構(gòu)成的單層膜；或者可為按從下往上的順序由釕(Ru)和二氧化釕(RuO2)組成的疊層膜。不僅如此，第2及第3導(dǎo)電性阻擋層31b，31c，還可為這些單層膜或者疊層膜中至少2個(包括由銥(Ir)和二氧化銥(IrO2)構(gòu)成的疊層膜)構(gòu)成的疊層膜。這樣做的話，在為使構(gòu)成電容絕緣膜32的高介電材料或者鐵電體晶化而進(jìn)行高溫氧退火處理時，就能防止氧擴(kuò)散到接觸柱塞14中，而且還能防止所擴(kuò)散的氧把接觸柱塞14的表面氧化而使接觸電阻上升。
在第1～第4個實(shí)施例中，因用氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)制成將下方電極31兩側(cè)的區(qū)域覆蓋起來的掩埋絕緣膜16，故在使相鄰的下方電極31相互絕緣的同時，也很容易進(jìn)行平坦化處理。因此，掩埋絕緣膜16作形成電容絕緣膜32的底層很理想。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的電容元件，就是在構(gòu)成下方電極的防止氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層由金屬氧化物制作的情況下，也能防止導(dǎo)電性阻擋層被氫還原，而可維持該導(dǎo)電性阻擋層對氧的阻擋性。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體存儲器，因包括本發(fā)明所涉及的電容元件，故能防止電容元件在制造過程中由于氫而導(dǎo)致其特性變壞。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，因包括所本發(fā)明所涉及的電容元件，故能防止電容元件在制造過程中由于氫而導(dǎo)致其特性變壞。
權(quán)利要求
1.一種電容元件，它包括下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上的上方電極、以及將該下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜，其中該下方電極中包括防止氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層；形成有至少和該下方電極側(cè)面中該導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，來防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的電容元件，其中在含氫的氣氛下，形成上述掩埋絕緣膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的電容元件，其中由氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)形成上述掩埋絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的電容元件，其中上述絕緣性阻擋層也防止氧擴(kuò)散。
5.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的電容元件，其中上述導(dǎo)電性阻擋層，包括由防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層組成的疊層膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求第5項所述的電容元件，其中上述第1導(dǎo)電性阻擋層，由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個膜，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求第5項所述的電容元件，其中上述第2導(dǎo)電性阻擋層，由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)、及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序制成的疊層膜這些膜中的任一個，或者至少含有這些膜中之二的疊層膜組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的電容元件，其中上述絕緣性阻擋層中含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之任一個。
9.一種電容元件，它包括下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上的上方電極、以及將該下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜，其中該下方電極中，包括由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)、及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序制成的疊層膜這些膜中的任一個，或者至少含有這些膜中之二的疊層膜組成的導(dǎo)電性阻擋層；形成有至少和該下方電極側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，且至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的絕緣性阻擋層。
10.一種半導(dǎo)體存儲器，其中包括形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的晶體管、形成在該半導(dǎo)體襯底上覆蓋晶體管的層間絕緣膜、形成在該層間絕緣膜上并和該晶體管的該源極區(qū)或者該漏極區(qū)保持電連接的接觸柱塞、以及該下方電極形成在該接觸柱塞上的上述權(quán)利要求第1項到第9項中之任一項所述的電容元件。
11.一種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含該晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成和該源極區(qū)或者該漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在該層間絕緣膜上形成包括能防止氧擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化該第1導(dǎo)電膜來讓它和該接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該層間絕緣膜上由該第1導(dǎo)電膜形成下方電極的第5個工序；在該層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層而將該下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來的第6個工序；在該絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓該下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該下方電極且已平坦化的該第1絕緣膜及絕緣性阻擋層上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜，再在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第8個工序；以及通過在包含該下方電極的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而在該下方電極上由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由該第1絕緣膜形成掩埋下方電極之周圍的掩埋絕緣膜的第9個工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求第11項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中在含氫的氣氛下，形成上述掩埋絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求第11項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中第4個工序中，包括形成防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層的工序、和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層的工序。
14.一種電容元件，它包括下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上的上方電極、以及將該下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜，其中該下方電極中包括防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層；形成有至少和該下方電極側(cè)面中該導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸來防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層；形成有把該上方電極的上面、側(cè)面及該電容絕緣膜的側(cè)面覆蓋起來來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層；該第2絕緣性阻擋層在覆蓋該下方電極的同時，還與該第1絕緣性阻擋層相接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求第14項所述的電容元件，其中在含氫的氣氛下，形成上述掩埋絕緣膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求第14項所述的電容元件，其中由氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)形成上述掩埋絕緣膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求第14項所述的電容元件，其中上述第1絕緣性阻擋層也防止氧擴(kuò)散。
18.根據(jù)權(quán)利要求第14項所述的電容元件，其中上述導(dǎo)電性阻擋層，包括由防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層組成的疊層膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求第18項所述的電容元件，其中上述第1導(dǎo)電性阻擋層，由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求第18項所述的電容元件，其中上述第2導(dǎo)電性阻擋層，由二氧化銥(IrO2)、按下為銥(Ir)上為二氧化銥(IrO2)之順序制成的疊層膜、二氧化釕(RuO2)、及按下為釕(Ru)上為二氧化釕(RuO2)之順序制成的疊層膜這些膜中之任一個膜，或者至少含有這些膜中之二的疊層膜組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求第14項所述的電容元件，其中上述第1絕緣性阻擋層及第2絕緣性阻擋層，由氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)或者氧化鉭鋁(TaAlO)制成。
22.一種電容元件，它包括下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上的上方電極、以及將該下方電極周圍掩埋起來的掩埋絕緣膜，其中該下方電極中，包括由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成的導(dǎo)電性阻擋層；形成有至少和該下方電極側(cè)面中導(dǎo)電性阻擋層的側(cè)面相接觸，至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的第1絕緣性阻擋層；形成有把該上方電極的上面、側(cè)面及該電容絕緣膜的側(cè)面覆蓋起來，至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一的第2絕緣性阻擋層；該第2絕緣性阻擋層在覆蓋下方電極的同時，還與該第1絕緣性阻擋層相接觸。
23.一種半導(dǎo)體存儲器，它包括形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的晶體管、形成在該半導(dǎo)體襯底上覆蓋該晶體管的層間絕緣膜、形成在該層間絕緣膜上并和該晶體管的該源極區(qū)或者該漏極區(qū)保持電連接的接觸柱塞、以及該下方電極形成在該接觸柱塞上的上述權(quán)利要求第14到第22項中之任一項所述的電容元件。
24.一種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含該晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成和該源極區(qū)或者該漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在該層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化該第1導(dǎo)電膜讓它和該接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該層間絕緣膜上由第1導(dǎo)電膜形成下方電極的第5個工序；在該層間絕緣膜上形成把該下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在該第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及該第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓該下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該下方電極且已平坦化的該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜，再在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第8個工序；通過在包含下方電極的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而在該下方電極上由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極、由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜、由該第1絕緣膜形成掩埋下方電極之周圍的掩埋絕緣膜的第9個工序；以及形成把該上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它和該第1絕緣性阻擋層及該下方電極的側(cè)面相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第10個工序。
25.根據(jù)權(quán)利要求第24項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中在含氫的氣氛下，形成上述第1絕緣膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求第24項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中上述第9個工序，包括圖案化上述第1絕緣膜后，再對上述第1絕緣性阻擋層進(jìn)行形狀和上述第1絕緣膜相同的圖案化的工序。
27.根據(jù)權(quán)利要求第24項或者第26項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中上述第4個工序中，包括形成防止氧及氫擴(kuò)散的第1導(dǎo)電性阻擋層的工序，和防止氧擴(kuò)散的第2導(dǎo)電性阻擋層的工序。
28.一種半導(dǎo)體存儲器，它包括由形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的第1晶體管、形成在該半導(dǎo)體襯底上覆蓋該第1晶體管的層間絕緣膜、形成在該層間絕緣膜上并和該第1晶體管的該源極區(qū)或者該漏極區(qū)保持電連接的第1接觸柱塞、包括形成在該層間絕緣膜上和第1接觸柱塞進(jìn)行電連接且防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上并由對由多個下方電極構(gòu)成的1個或者多個方塊中的每個方塊所設(shè)的上方電極組成的存儲單元陣列，其中形成防止氫擴(kuò)散的絕緣性阻擋層而將該1個方塊或者該多個方塊的周圍覆蓋起來。
29.根據(jù)權(quán)利要求第28項所述的半導(dǎo)體存儲器，其中在上述方塊中，上述上方電極隔著防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層，而和與第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)相連的第2接觸柱塞進(jìn)行電連接。
30.根據(jù)權(quán)利要求第28項所述的半導(dǎo)體存儲器，其中在上述方塊中，上述上方電極隔著上述下方電極，和與第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)相連的第2接觸柱塞進(jìn)行電連接。
31.一種半導(dǎo)體存儲器，它包括由形成在半導(dǎo)體襯底上且包括源極區(qū)及漏極區(qū)的第1晶體管、形成在該半導(dǎo)體襯底上覆蓋該第1晶體管的層間絕緣膜、形成在該層間絕緣膜上并和該第1晶體管的該源極區(qū)或者該漏極區(qū)保持電連接的第1接觸柱塞、包括形成在該層間絕緣膜上和該第1接觸柱塞進(jìn)行電連接且防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的下方電極、形成在該下方電極上且由金屬氧化物制成的電容絕緣膜、形成在該電容絕緣膜上并由對由多個下方電極構(gòu)成的1個或者多個方塊中的每個方塊所設(shè)的上方電極組成的存儲單元陣列，其中形成有與該多個下方電極相接觸且通過覆蓋該方塊的底面來防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層；形成有通過覆蓋上方電極的上面、側(cè)面及電容絕緣膜的側(cè)面而將方塊的上面及側(cè)面覆蓋起來，以防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層；該第2絕緣性阻擋層在該1個方塊或者多個方塊的周圍和該第1絕緣性阻擋層相接觸。
32.根據(jù)權(quán)利要求第31項所述的半導(dǎo)體存儲器，其中上述導(dǎo)電性阻擋層，由氮化鈦鋁(TiAlN)、鈦鋁(TiAl)、氮化硅化鈦(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、氮化硅化鉭(TaSiN)、氮化鉭鋁(TaAlN)、及鉭鋁(TaAl)中之任一個，或者至少包含其中之二的疊層膜組成。
33.根據(jù)權(quán)利要求第31項所述的半導(dǎo)體存儲器，其中上述第1絕緣性阻擋層或者第2絕緣性阻擋層中，至少含有氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦鋁(TiAlO)及氧化鉭鋁(TaAlO)中之一。
34.根據(jù)權(quán)利要求第31項所述的半導(dǎo)體存儲器，其中上述第1絕緣性阻擋層由氮化硅(Si3N4)制成。
35.一種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含該晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成和該源極區(qū)或者該漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第3個工序；在該層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該層間絕緣膜上由該第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第5個工序；在該層間絕緣膜上形成把該多個下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在該第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓該多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該多個下方電極且已平坦化的該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第9個工序；在包含著由該多個下方電極構(gòu)成的方塊的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極、由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜、由該第1絕緣膜形成掩埋該多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來將方塊覆蓋起來的第10個工序；以及在該方塊上，形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在該方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第11個工序。
36.一種半導(dǎo)體存儲器的制造方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成第1及第2晶體管的第1個工序；在包含該第1及第2晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成分別和該第1、第2晶體管的源極區(qū)或者漏極區(qū)進(jìn)行電連接的第1、第2接觸柱塞的第3個工序；在該層間絕緣膜上形成包括能防止氧及氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第4個工序；通過圖案化第1導(dǎo)電膜讓它分別和第1、第2接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該層間絕緣膜上由該第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第5個工序；在該層間絕緣膜上形成把該多個下方電極的上面及側(cè)面覆蓋起來以防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第6個工序；在該第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層進(jìn)行平坦化處理而讓該多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該多個下方電極且已平坦化的該第1絕緣膜及第1絕緣性阻擋層這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；把由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，第2絕緣膜下和第2接觸柱塞相連的下方電極的上方部分除去的第9個工序；在該第2絕緣膜之上及和該第2接觸柱塞相連的下方電極上形成第2導(dǎo)電膜的第10個工序；通過在包含著該方塊的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由該第1絕緣膜形成掩埋該多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來將方塊覆蓋起來的第11個工序；以及在該方塊上形成把上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且在該方塊的兩側(cè)和第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第12個工序。
37.一種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成晶體管的第1個工序；在包含該晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第3個工序；在該層間絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成和該源極區(qū)或者該漏極區(qū)進(jìn)行電連接的接觸柱塞的第4個工序；在該第1絕緣性阻擋層上形成包括能防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第5個工序；通過圖案化該第1導(dǎo)電膜讓它和接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該第1絕緣性阻擋層上由該第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第6個工序；在含有該多個下方電極之上面的該第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜進(jìn)行平坦化處理而讓該多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該多個下方電極的上面且已平坦化的該第1絕緣膜這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；在該第2絕緣膜上形成第2導(dǎo)電膜的第9個工序；通過在包括著由該多個下方電極構(gòu)成的方塊的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由該第1絕緣膜形成掩埋多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來把該方塊覆蓋起來的第10個工序；以及在方塊中，形成把該上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在該方塊的兩側(cè)和該第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第11個工序。
38.一種半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極后，再在該半導(dǎo)體襯底的該柵電極兩側(cè)分別形成源極區(qū)及漏極區(qū)而形成第1及第2晶體管的第1個工序；在包含該第1及第2晶體管的該半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜的第2個工序；在該層間絕緣膜上形成防止氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層的第3個工序；在該層間絕緣膜及第1絕緣性阻擋層上形成分別和該源極區(qū)或者該漏極區(qū)進(jìn)行電連接的第1及第2接觸柱塞的第4個工序；在該第1絕緣性阻擋層上形成包括能防止氫擴(kuò)散的導(dǎo)電性阻擋層的第1導(dǎo)電膜的第5個工序；通過圖案化該第1導(dǎo)電膜讓它分別和第1及第2接觸柱塞進(jìn)行電連接，而在該第1絕緣性阻擋層上由該第1導(dǎo)電膜形成多個下方電極的第6個工序；在含有該多個下方電極的上面的該第1絕緣性阻擋層上形成第1絕緣膜后，再對該第1絕緣膜進(jìn)行平坦化處理而讓該多個下方電極露出的第7個工序；在包含已露出的該多個下方電極的上面且已平坦化的該第1絕緣膜這整個面上形成由金屬氧化物制成的第2絕緣膜的第8個工序；把由多個下方電極構(gòu)成的方塊內(nèi)，該第2絕緣膜中和該第2接觸柱塞相連的下方電極的上方部分的第9個工序；在該第2絕緣膜之上及和該第2接觸柱塞相連的下方電極上形成第2導(dǎo)電膜的第10個工序；通過在包含著該方塊的狀態(tài)下圖案化該第2導(dǎo)電膜、第2絕緣膜及第1絕緣膜，而由該第2導(dǎo)電膜形成上方電極，由該第2絕緣膜形成電容絕緣膜，由該第1絕緣膜形成掩埋該多個下方電極間的側(cè)面部分的掩埋絕緣膜來覆蓋方塊的第11個工序；以及在方塊中，形成把該上方電極、電容絕緣膜及掩埋絕緣膜覆蓋起來且讓它在該方塊的側(cè)面和該第1絕緣性阻擋層相接觸來防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層的第12個工序。
39.根據(jù)權(quán)利要求第35或者第37項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中上述第10個工序，包括圖案化上述第1絕緣膜后，再對上述第1絕緣性阻擋層進(jìn)行和上述第1絕緣膜圖案一樣的圖案化的工序。
40.根據(jù)權(quán)利要求第36或者第38項所述的半導(dǎo)體存儲器的制備方法，其中上述第11個工序，包括圖案化上述第1絕緣膜后，再對上述第1絕緣性阻擋層進(jìn)行和上述第1絕緣膜圖案一樣的圖案化的工序。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于維持好電容元件中的下方電極對氧的阻擋性，并防止電容元件中由金屬氧化物制成的電容絕緣膜被還原。下方電極31的側(cè)面被膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且防止氧及氫擴(kuò)散的第1絕緣性阻擋層15覆蓋起來。上方電極33的上面、該上方電極33、電容絕緣膜32及掩埋絕緣膜16的各個側(cè)面被膜厚約從5nm到100nm、由氧化鋁制成且防止氫擴(kuò)散的第2絕緣性阻擋層17覆蓋起來。第2絕緣性阻擋層17在下方電極31兩側(cè)的區(qū)域和第1絕緣性阻擋層15相接觸。
文檔編號H01L27/115GK1393931SQ0212439
公開日2003年1月29日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者長野能久, 藤井英治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社