專利名稱：減少移動離子從金屬氧化物陶瓷向襯底的擴散的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于集成電路(ICs)的金屬氧化物陶瓷膜。更具體說，本發(fā)明涉及防止金屬氧化陶瓷中的移動物質對引入了該金屬氧化物陶瓷的半導體器件造成不良影響。
背景技術：
現(xiàn)已開發(fā)出了研究出金屬氧化物陶瓷材料在ICs中的應用。例如，由于作為鐵電體或能夠轉變成鐵電體的金屬氧化物陶瓷具有高的剩余極化(2Pr)和可靠的長期存儲特性，所以這些材料非常有用。還開發(fā)出了例如超導等非鐵電金屬氧化物陶瓷。
為在襯底上淀積鐵電膜，現(xiàn)已開發(fā)出例如溶凝膠、化學汽相淀積(CVD)、濺射或脈沖激光淀積(PLD)等各種技術。例如，Budd等人在Birt.Ceram.Soc.Proc.36，p107(1985)、Berierley等人在Ferroelectrics，91，p181(1989)、Takayama等人在J.Appl.Phys.，65，p1666(1998)、Morimoto等人在J.Jap.Appl.Phys.318.9296(1992)、及共同待審的美國專利申請USSN08/975087(題為Low Temperature CVD Process using B-Diketinate Bismuth Precursor for the Preparation of BismuthCeramic Thin Films for Integration into Ferroelectric MemoryDevices)、USSN09/107861(題為Amorphously Deposited metalOxide Ceramic Films)中介紹過這些技術，這里引入這些文獻作參考。
金屬氧化物陶瓷經(jīng)常要在較高溫下用淀積后熱處理進行處理，以便形成具有希望的電特性的材料。例如，某些Bi基氧化物陶瓷，如鈦酸鍶鉍(SBT)要通過“鐵退火”進行熱處理。鐵退火將所淀積的膜變成鐵電相。所淀積的膜變成鐵電相后，鐵電退火繼續(xù)，生長膜的晶粒尺寸(例如大于約180nm)，以獲得良好的剩余極化。也可以淀積其它類型的金屬氧化物陶瓷作為鐵電體。例如，經(jīng)常在較高溫度下例如高于500℃淀積鋯鈦酸鉛(PZT)，以形成具有鐵電鈣鈦礦相的淀積膜。盡管PZT一般淀積為鐵電體，但常常還需要淀積后熱處理，以改善其電特性。
一般說，金屬氧化物陶瓷材料包含容易擴散到IC的其它區(qū)域的移動物質。移動物質擴散到其它區(qū)會對IC性能和功能造成不良影響。例如，在Bi基氧化物陶瓷的情況下，Bi擴散到IC的其它區(qū)域，會改變應力，造成短路和/或改變器件擴散區(qū)的電特性，進而對IC功能產(chǎn)生不良影響。
從上述討論可以明白，希望防止移動物質不希望擴散出現(xiàn)在金屬氧化物陶瓷材料中。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及減少或減小過量移動物質從金屬氧化物陶瓷向不希望的器件區(qū)的擴散。根據(jù)本發(fā)明，在金屬氧化物陶瓷層上提供清除層。清除層與過量移動物質反應，防止其擴散到例如襯底內。
在一個實施例中，提供一襯底。制備襯底，包括例如部分形成的半導體器件。在所制備的襯底上淀積金屬氧化物陶瓷。在一個實施例中，金屬氧化物陶瓷包括可以變成鐵電體的Bi基金屬氧化物陶瓷。
進行預退火，在金屬氧化物陶瓷層中形成鐵電相的成核中心，同時不引起過量移動物質的明顯擴散。預退火在約650-700℃下進行約10-30分鐘。
在一個實施例中，在金屬氧化物陶瓷層上形成清除層。清除層包括與過量移動物質反應的材料。在一個實施例中，清除層包括Ti或TiO2。清除層形成后，進行退火，生長金屬氧化物陶瓷的晶粒，以得到希望的電特性。在700-800℃下，襯底退火約5-30分鐘。
退火還會引起過量移動物質從金屬氧化物陶瓷向外擴散，并與清除層反應。這種反應消耗過量移動物質，防止其擴散到器件的其它區(qū)域。
在清除層上形成導電層。導電層用作電極，電場從該電極加于金屬氧化物陶瓷上。
在另一實施例中，在形成上電極前，通過腐蝕或化學機械拋光(CMP)去掉清除層。或者，可以在上電極上形成清除層。可以去掉清除層，或留下清除層作為器件的一部分，取決于清除層隨后的電特性的性質和它們對器件性能的影響。


圖1展示了本發(fā)明的例示實施例的示意圖；圖2a-c是本發(fā)明實施例的剖面圖；圖3a-c示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例形成器件的工序；圖4a-4b示出了形成本發(fā)明另一實施例的工序；及圖5-9示出了本發(fā)明的其它實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及金屬氧化物陶瓷膜及它們在ICs中的應用。更具體說，本發(fā)明涉及減少移動物質從金屬氧化陶瓷向引入了該金屬氧化物陶瓷的器件的不希望的區(qū)域擴散。
提供襯底，其上形成有金屬氧化物陶瓷?？梢灾圃煲r底使之包括例如用于IC的部分形成的半導體器件。術語“襯底”可以指襯底或包括部分形成器件的襯底。提供導體，電場將從該導體加于金屬氧化物陶瓷膜上。引入了金屬氧化物陶瓷的器件例如包括電容器或晶體管。金屬氧化物陶瓷還可應用于例如濾波器、高ε陶瓷、微波天線和大的驅動元件等。
金屬氧化物陶瓷例如包括為鐵電體或能夠變成鐵電相的材料。例如非易失鐵電存儲單元的鐵電容器等半導體器件中使用了鐵電金屬氧化物陶瓷。鐵電存儲單元用于形成包括非易失存儲器和嵌入式鐵電存儲器的ICs。其它半導體器件也可以引入鐵電金屬氧化物，例如鐵電晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，提供一個接收器防止移動物質從金屬氧化物陶瓷擴散到例如栓塞和/或襯底等不希望的IC區(qū)域。從金屬氧化物陶瓷層擴散出的移動物質稱作“過量移動物質”。這些移動物質可以是原子、分子或化合物的形式。
在本發(fā)明的一個實施例中，接收器包括與從金屬氧化物陶瓷擴散出的過量移動物質反應消耗過量移動物質的清除層。清除層設置在金屬氧化物陶瓷層上。清除層可以與金屬氧化物陶瓷層的上表面直接接觸，或其電場加于金屬氧化物陶瓷層上的導電層上，例如晶體管的柵極上或電容器的上電極上。
清除層包括與來自在金屬氧化物陶瓷材料的過量移動物質反應的材料。在一個實施例中，清除層包括與淀積后熱處理期間從金屬氧化物陶瓷層中擴散出的過量移動物質反應的金屬或金屬氧化物。這種反應消耗過量移動物質，從而防止它們擴散到IC的其它區(qū)域。
在某些情況下，反應后的清除層為較不活潑層。在不會對IC功能造成明顯影響的情況下，這種較不活潑層可以被引入作為IC結構的一部分，或者，如果需要可以去掉該層。在這種情況下，該反應產(chǎn)生會影響IC功能的清除層時，希望去掉該層。
參見圖1，該圖是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的鐵電存儲單元100的示意圖。如圖所示，存儲單元包括晶體管110和鐵電電容器150。晶體管的第一電極111耦合到位線125，第二電極112耦合到電容器。晶體管的柵極耦合到字線126。
鐵電電容器包括被鐵電層隔離的第一和第二極板153和157。第一極板153耦合到晶體管的第二電極。第二極板一般用作存儲陣列的公用極板。
鐵電層包括金屬氧化物陶瓷。在一個實施例中，鐵電層包括Bi基金屬氧化物。通過淀積后熱處理，Bi基金屬氧化物將變成具有例如高2Pr等希望的電特性的膜。Bi基金屬氧化物陶瓷例如包括鉭酸鍶鉍(SBT)或SBT的衍生物。也可以使用例如PZT或PZT衍生物等其它金屬氧化物陶瓷。金屬氧化物陶瓷可以形成為具有特別選定的組分，以便減少過量移動物質從中的擴散，如同時申請的美國專利申請USSN______(題為Reduced Degradation of Metal OxideCeramic Due to Diffusion of a Mobile Specie There from)(代理登記號97P794US01)所述，這里引入該文獻作參考。
根據(jù)本發(fā)明，利用清除層減少或減小過量移動物質從鐵電金屬氧化物陶瓷的擴散。清除層與移動物質反應，減少或減輕移動物質擴散到不希望的器件部分，例如栓塞和/或襯底。
一般說，多個存儲單元利用字線和位線互連，形成存儲IC陣列。通過在字線和位線上加合適的電壓實現(xiàn)對存儲單元的存取，并使數(shù)據(jù)寫入電容器或從中讀出來。
參見圖2a，該圖表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例例示的鐵電存儲單元100的剖面圖。該存儲單元包括位于例如半導體晶片等襯底101上的晶體管110。該晶體管包括由其上有柵114的溝道113隔開的擴散區(qū)111和112。柵氧化物(未示出)隔開柵與溝道。擴散區(qū)包括p型或n型摻雜劑。摻雜劑類型的選擇取決于希望的晶體管的類型。例如，如砷(As)或磷(P)等n型摻雜劑應用于n溝道器件，如硼(B)等p型摻雜劑應用于p溝道器件。根據(jù)擴散區(qū)之間電流的方向，一個稱為“漏”，另一個稱為“源”。這里的術語“漏”和“源”可以互換使用，都指擴散區(qū)。一般說，電流從源流到漏。柵代表字線，擴散區(qū)中的一個區(qū)域111通過接觸栓塞120耦合到位線。
電容器150通過接觸栓塞140耦合到擴散區(qū)112。電容器包括由鐵電層155隔開的下電極153和上電極157。電極一般由例如Pt等貴金屬形成。
一般在下電極和接觸栓塞之間提供阻擋層151。阻擋層可以防止氧擴散到接觸栓塞140中。此外，阻擋層可用于限制原子從栓塞擴散到鐵電層，限制原子從下電極或鐵電層遷移到栓塞。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在鐵電層155上設置清除層175。清除層包括與來自金屬氧化物陶瓷層的過量移動物質反應的金屬或金屬氧化物。在一個實施例中，清除層175直接設置在鐵電層155上。如果清除層會對器件工作造成不良影響的話，則可以在其與移動物質反應后，去掉該層。也可以在上電極157上設置清除層，如圖2b所示。清除層使過量移動物質通過向上擴散穿過上電極與之反應。可以如圖2c所示去掉清除層，或留下該層作為器件的一部分。
設置中間介質(ILD)層160，隔離存儲單元的不同元件。例如，ILD層包括硅酸鹽玻璃，例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。也可以用摻雜的硅酸鹽玻璃，例如硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)或磷硅酸鹽玻璃(PSG)。也可以用其它介質材料。
存儲單元100利用圖3a-b所示的工藝程序形成。參見圖3a，該圖示出了包括部分形成的器件的襯底201。如圖所示，襯底201包括晶體管210。襯底例如是包括硅在內的半導體晶片。也可以用例如鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等其它類型的襯底或其它半導體化合物。一般說，襯底輕摻雜有p型摻雜劑，例如B。也可以采用較重摻雜的襯底。也可以采用帶有輕摻雜外延層的重摻雜襯底，例如p-/p+襯底。也可以采用n型摻雜的襯底，包括輕摻雜、重摻雜或帶有輕摻雜外延層的重摻雜層。
如果需要，提供包括摻雜劑的摻雜阱270，用以防止穿通。摻雜阱通過選擇性注入雜質到晶體管形成的區(qū)域中而形成。在一個實施例中，摻雜阱通過向襯底中注入例如B等p型摻雜劑形成。p型摻雜阱(p阱)用作n溝道器件的摻雜阱。還可以將例如包括As或P摻雜劑的n型摻雜阱(N阱)用于p溝道器件。
擴散區(qū)211和212通過在襯底的希望部分中選擇性注入具有第二導電類型的摻雜劑形成。在一個實施例中，在p型阱中，注入n型摻雜劑用于n溝道器件，p型摻雜劑用于p溝道器件。也可以，在擴散區(qū)間的溝道區(qū)213注入摻雜劑，以調節(jié)晶體管的柵閾值電壓(VT)。也可以形成柵后再形成擴散區(qū)。
在襯底上淀積各層，并構圖形成柵214。柵例如包括柵氧化物和多晶硅層。多晶硅例如是摻雜的。在某些情況下，在摻雜的多晶硅上形成金屬硅化物層，制造多晶硅-硅化物(多晶硅化物)層，以減小薄層電阻。也以使用包括硅化鉬(MoSix)、硅化鉭(TaSix)、硅化鎢(WSix)、硅化鈦(TiSix)或硅化鈷(CoSix)等金屬硅化物?？梢詥为毷褂没蚺c硅化物或多晶硅一起使用鋁或例如鎢和鉬等難熔金屬。
完成了晶體管后，可以利用例如單或雙鑲嵌技術等各種已知技術，形成耦合擴散區(qū)211與位線225的接觸栓塞220和耦合到擴散區(qū)212的接觸栓塞240。也可以用反應離子蝕刻(RIE)。也可以鑲嵌和蝕刻技術結合使用。接觸栓塞包括例如摻雜的多晶硅或鎢(W)等導電材料。也可以使用其它導電材料。位線例如包括鋁或其它導電材料。ILD層260隔離存儲單元的不同元件。
參見圖3b，工藝繼續(xù)進行，形成鐵電電容器。為防止或減少原子在接觸栓塞240和隨后形成的鐵電層間遷移，可以在ILD層上形成導電電極阻擋層251。電極阻擋層例如包括氮化鈦(TiN)。也可以采用例如IrSixOy、CeO2/TiSi2、或TaSiNx等其它材料。
在阻擋層上淀積導電層253。導電層253用作下電極。下電極包括導電材料。所說導電材料較好是不與隨后淀積的金屬氧化物陶瓷膜反應。在一個實施例中，下電極包括貴金屬，例如Pt、Pd、Au、Ir或Rh。也可以采用例如導電金屬氧化物、導電金屬氮化物或超導氧化物等其它材料。導電金屬氧化物、導電金屬氮化物或超導氧化物較好是不與鐵電層反應。導電氧化物例如包括IrOx、RhOx、RuOx、OsOx、ReOx或WOx(其中x大于約0，小于約2)。導電金屬氮化物例如包括TiNx、ZrNx(其中x大于約0，小于約1.1)、WNx、TaNx(其中x大于約0，小于約1.7)。超導氧化物例如包括YBa2Cu3O7-x、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox、或Bi2Sr2Ca1Cu2Oy。
在導電層153上形成金屬氧化物陶瓷層。金屬氧化物陶瓷包括鐵電相，或能夠變成鐵電體。在一個實施例中，金屬氧化物陶瓷包括Bi基金屬氧化物陶瓷。Bi基金屬氧化物層一般由YaBibX2Oc表示，其中Y包括二價正離子，X包括5價正離子。在一個實施例中，Y為選自Sr、Ba、Pb和Ca的一個或多個元素。在一個實施例中，X是選自Ta和Nb中的一個或幾個元素。下標“a”是指對于每2個X原子來說的Y原子數(shù)，下標“b”是指對于每2個X原子來說的Bi原子數(shù)，下標“c”是指對于每2個X原子來說的氧原子數(shù)。
在一個實施例中，Bi基金屬氧化物陶瓷包括Sr。也可以使用包括Sr和Ta的Bi基金屬氧化物陶瓷。Bi基氧化物較好是包括一般表示為SraBibTa2Oc的SBT。SBT可以更具體地表示為例如SrBi2Ta2O9。鐵電SBT包括層狀鈣鈦礦結構，該結構具有被帶正電荷的Bi氧化物層隔開的帶負電荷的Sr和Ta氧化物鈣鈦礦層。Sr和Ta氧化物的化學計量例如是[SrTa2O7]2n-n，Bi氧化層的化學計量例如為[Bi2O2]2n+n，構成[SrTa2O7]2n-n和[Bi2O2]2n+n層交疊的結構。
也可以使用SBT的衍生物。SBT的衍生物包括SraBibTa2-xNbxOc(0＜x＜2)、SraBibNb2Oc、Sra-xBaxBibTa2-yNbyOc(0≤x≤1，0≤y≤2)、Sra-xCaxBibTa2-yNbyO9(0≤x≤a，0≤y≤2)、Sra-xPbxBibTa2-yNbyOc(0≤x≤a，0≤y≤2)或Sra-x-y-zBaxCayPbzBibTaz-pNbpOc(0≤x＋y＋z≤a，0≤p≤2)。也可以用鑭系金屬代替或摻雜Bi基氧化物或SBT衍生物。也可以使用例如PZT、PZT的衍生物等金屬氧化物陶瓷或其它類型的金屬氧化物陶瓷。
利用例如溶凝膠、化學汽相淀積(CVD)、濺射或脈沖激光淀積(PLD)和蒸發(fā)等各種技術，形成Bi基金屬氧化物陶瓷層。較好是利用CVD淀積Bi基金屬氧化物。在一個實施例中，利用低溫CVD技術淀積Bi基金屬氧化物陶瓷。共同待審的美國專利申請USSN08/975087(題為“Low Temperature CVD Process using B-DiketonateBisuth Precursor for the Preparation of Bismuth Ceramic ThinFilms for Integration into Ferroelectric Memory Device”)中介紹了低溫技術，這里引用該文獻作參考。Bi基金屬氧化物陶瓷層也可以利用CVD以非晶形式淀積。共同待審的美國專利申請USSN09/107861(題為Amorphously Deposited Metal Oxide CeramicFilms)(代理登記號98P7422)中介紹了CVD非晶淀積的金屬氧化物層，這里引用該文獻作參考。
各前體可以分別溶于一種溶劑系統(tǒng)中，并存儲在輸運子系統(tǒng)的各容器中。在淀積前，按正確的比例混合各前體。也可以在一個容器中混合各前體。各前體在溶劑系統(tǒng)中具有高溶解度。溶劑系統(tǒng)中的各種前體溶解度例如約為0.1-5M.溶解度也可以是約0.1-2M或約0.1-1M。
在金屬氧化物陶瓷層555上形成清除層575。該清除層例如包括可以與來自金屬氧化物陶瓷層的移動物質反應的金屬或金屬氧化物?？衫美鏑VD、濺射或溶凝膠等各種技術形成清除層。也可以采用其它技術形成清除層。
在一個實施例中，清除層包括與Bi基氧化物陶瓷反應的材料。一般說，Bi基氧化物陶瓷中的移動物質包括Bi或Bi2O3。容易與Bi或Bi2O3反應的材料例如包括鈦(Ti)或氧化鈦(TiO2)。Ti或TiO2與Bi或Bi2O3反應形成例如Bi4Ti3O12(BTO)。與Bi或Bi2O3反應的其它包括如鋯(Zr)、鎢(W)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、釩(V)、鉻(Cr)等金屬和它們的氧化物ZrOx、WOx、NbOx、TaOx、MoOx、VOx或CrOx。也可以采用IV、V和VI族過渡金屬和它們的氧化物。
清除層的厚度應厚到足以消耗來自金屬氧化物陶瓷的過量移動物質。在一個實施例中，清除層的厚度應盡可能薄，同時其厚應足以消耗來自金屬氧化物陶瓷的過量移動物質，以便減少或減輕其對器件功能的影響。一般說，清除層厚約1-10nm，較好約2-5nm。
形成清除層后進行退火。退火用于使金屬氧化物陶瓷變成鐵電相，并促進金屬氧化物陶瓷中晶粒生長，以改善其電特性，例如2Pr。退火一般在氧化氣氛中，在750-800℃下進行約1-30分鐘。也可以采用低溫，促進晶粒生長。例如，退火可以在約650-750℃下進行。然而，低溫需要較長的退火時間，例如約30-120分鐘才能得到希望的晶粒尺寸。退火的持續(xù)時間根據(jù)希望的晶粒尺寸而改變。
退火時的較高溫度和長持續(xù)時間會使過量移動物質從金屬氧化物陶瓷擴散。過量移動物質與清除層反應。反應消耗過量移動物質，從而減小或減輕它向不希望的器件區(qū)內擴散。
在一個實施例中，退火有助于來自Bi基金屬氧化物陶瓷的過量移動物質(Bi或Bi2O3)與清除層的反應。反應將過量移動物質引到清除層中。由于過量Bi遷移到Ti或TiO2清除層中，所以存在一種產(chǎn)生Bi-Ti-O化合物例如Bi4Ti3O12的強驅動力。
所得的Bi-Ti-O清除層可以包括各種相，包括鐵電相和高介電相。不同的相產(chǎn)生會使加于鐵電層555上的電場稍稍變小的總體效應。因此，清除層可以留下來作為IC結構的一部分。如果希望或需要，也可以去掉清除層。
在清除層上淀積導電層257，形成上電極?；蛘撸谛纬缮想姌O前，例如可以通過腐蝕或CMP去掉清除層。導電層例如包括貴金屬，例如Pt、Pd、Au、Ir或Rh。也可以使用如形成下電極所用的其它材料。
在淀積了上電極后進行退火，以便確保在清除層和電極間，或如果去掉了清除層，在金屬氧化物陶瓷和電極間形成很好限定的界面。使所說界面復原的退火一般可以在O2流量為約5slm的氧氣氛中，在約500-800℃下，進行約1-30分鐘。電極和金屬氧化物陶瓷間具有很好限定的界面的好處是例如可以減小漏電流。
掩蔽并腐蝕電容器的各層，形成電容器250。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。這種附加處理是所屬領域已知的。例如，附加處理包括形成配套電路、到位線的接觸開口、最后的鈍化層、鈍化層中的接觸開口用來測試和連接引線框以及封裝。
在一替代實施例中，第一淀積后熱處理或預退火使所淀積的金屬氧化物陶瓷層完全或部分變成希望的相，例如鐵電相或Aurivillius相。預退火在較低溫下進行，以避免大量過量移動物質從金屬氧化物陶瓷擴散，從而避免對下面器件區(qū)的破壞。
預退火在低于約750℃的溫度下進行。在一個實施例中，預退火在約700-750℃下進行。預退火的持續(xù)時間約為5-10分鐘。在另一實施例中，預退火在低于約700℃的溫度下進行。在低溫下，會需要較長的預退火時間，來部分或全部將金屬氧化物陶瓷轉為成鐵電相。
預退火后，在金屬氧化物陶瓷上淀積清除層。然后，如果還未全部轉變，則另一退火使金屬氧化物陶瓷全部變成鐵電相，并促進晶粒生長，從而得到希望的電特性。該退火期間，過量移動物質與清除層反應，防止它向下面的襯底擴散。在形成上電極前，可以根據(jù)需要或希望去掉清除層。也可以在形成了上電極后進行另一退火，以保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極或清除層/電極界面。保證很好限定的界面的退火可與實現(xiàn)良好電特性的退火結合。
在另一實施例中，可以在形成上電極后，進行使金屬氧化物陶瓷完全變成鐵電相、促進晶粒生長和保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面的退火。
在替代實施例中，在預退火后，在金屬氧化物陶瓷上形成導電層。然后，在導電層上形成清除層。進行退火，生長金屬氧化物陶瓷晶粒，得到希望的電特性，保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。盡管沒有必要，但退火后，如果希望可以去掉清除層。
圖4a-b示出了本發(fā)明的另一實施例。如圖所示，襯底401包括圖3a所示部分形成的存儲單元。類似的參考數(shù)字表示類似的結構。
在ILD層460上淀積阻擋層451和用作下電極的導電層453。構圖阻擋層和導電層，形成下電極。下電極通過接觸栓塞440耦合到擴散區(qū)412。
參見圖4b，在下電極和ILD層上形成金屬氧化物陶瓷層455。在一個實施例中，金屬氧化物陶瓷包括鐵電相或可以轉變成鐵電體。在金屬氧化物陶瓷上形成清除層。清除層包括與來自金屬氧化物陶瓷的過量移動物質的反應的材料。
進行退火，使金屬氧化物陶瓷變成具有良好電特性的鐵電體。該退火還使過量移動物質擴散出來，與清除層反應。在清除層上淀積導電層457，形成上電極。也可以在形成上電極前去掉清除層。可以進行一種退火，以保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極或清除層/電極界面。
上電極一般用作公用電極，連接存儲陣列中的其它電容器。如果需要，可以構圖上電極及底下的其它各層，提供到位線和字線的接觸開口。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。
在替代實施例中，預退火使所淀積的金屬氧化物陶瓷完全或部分變成鐵電體或Aurivillius相。預退火后，在金屬氧化物陶瓷上淀積清除層。如果還未完全轉變，則另一退火使金屬氧化物陶瓷完全變成鐵電相，并促進晶粒生長，以得到希望的電特性?？梢栽谛纬缮想姌O前，根據(jù)需要或希望，去掉清除層?？梢栽谛纬缮想姌O上后進行另一退火，保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極或清除層/電極界面。
或者，可以在形成上電極后，進行退火使金屬氧化物陶瓷完全變成鐵電相、促進晶粒生長和保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。
在替代實施例中，在預退火后，在金屬氧化物陶瓷上形成導電層。然后，在導電層上形成清除層。進行退火，生長金屬氧化物陶瓷晶粒，得到希望的電特性，并保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。盡管沒有必要，但退火后，如果希望，可以去掉清除層。
或者，如圖5所示，促進晶粒生長的退火后去掉清除層。如果清除層和過量移動物質間的反應形成了對器件工作或功能有不良影響的層，則必須去掉清除層?？梢韵鄬τ诮饘傺趸锾沾蛇x擇性去掉清除層。然后，在金屬氧化物陶瓷上形成導電層457，從而形成上電極。形成上電極后，進行另進一步退火，以保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極或清除層/電極界面。如果需要，可以構圖上電極及底下的其它各層，從而提供到位線和字線的接觸開口。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。
在另一實施例中，如圖6所示，在預退火后，在金屬氧化物陶瓷層上淀積導電層457，從而形成上電極。在上電極上形成清除層。進行退火，生長金屬氧化物陶瓷晶粒，得到希望的電特性，并保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。當清除層處于該電極上時，它不會影響器件的工作。盡管沒有需要，但如果希望，可以去掉清除層。如果需要，可以構圖上電極及底下的其它各層，從而提供到位線和字線的接觸開口。進行附加處理，完成鐵電存儲IC。
圖7示出了本發(fā)明的另一實施例。類似的參考數(shù)字表示類似的結構。如圖所示，在已構圖的下電極455和電極阻擋層451上形成金屬氧化物陶瓷455。在一個實施例中，金屬氧化物陶瓷包括鐵電相，或能夠變成鐵電體。在金屬氧化物陶瓷上形成清除層475。清除層包括與來自金屬氧化物陶瓷的過量移動物質反應的材料。
為了得到希望的電特性，進行退火，生長金屬氧化物陶瓷晶粒。該退火還使過量移動物質擴散出來，并與清除層反應。退火后，構圖清除層和金屬氧化物陶瓷，覆蓋下電極。然后在清除層上淀積導電層457，以形成上電極。形成上電極后，進行另一種退火，以保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。保證很好限定的界面的退火，可與實現(xiàn)良好電特性的退火結合。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。
或者，可以在淀積了金屬氧化物陶瓷后，進行預退火，使所淀積的金屬氧化物陶瓷完全或部分變成鐵電相或Aurivillius相。另外，在清除層和金屬氧化陶瓷層的構圖后，或形成上電極457后，進行促進晶粒生長的退火。
或者，如圖8所示，在已構圖的下電極453和阻擋層451上，形成金屬氧化物陶瓷。構圖金屬氧化物陶瓷，以覆蓋下電極。在已構圖的金屬氧化物陶瓷上形成清除層。然后，進行退火，得到希望的電特性。該退火使得來自金屬氧化物陶瓷的過量移動物質擴散，這些物質被清除層消耗。
與移動物質反應后，通過相對于金屬氧化物和ILD的選擇腐蝕，去掉清除層。在清除層上淀積導電層457，以形成上電極。上電極一般用作公用電極，連接存儲陣列的其它電容器。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。
在替代實施例中，淀積了金屬氧化物陶瓷后，進行預退火，使該層完全或部分變成鐵電相或Aurivillius相。在預退火過的金屬氧化物陶瓷上淀積清除層。然后，如果還未完全轉變，則另一的退火使金屬氧化物陶瓷完全變成鐵電相，并促進晶粒生長，得到希望的電特性?？梢栽谛纬缮想姌O前，根據(jù)需要或希望去掉清除層?？梢栽谛纬缮想姌O后，進行另一退火，保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極或清除層/電極界面。保證很好限定的界面的退火，可與實現(xiàn)良好電特性的退火結合。
或者，如果沒有移走清除層，可以在形成上電極后，進行使金屬氧化物陶瓷完全變成鐵電相、促進晶粒生長、和保證很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面的退火。
在另一實施例中，如圖9所示，在已構圖的金屬氧化物陶瓷層455上淀積導電層457。在其構圖前或后，對金屬氧化物陶瓷進行預退火。在上電極上形成清除層475。然后，進行退火，以生長金屬氧化物陶瓷的晶粒，得到希望的電特性，并確保很好限定的金屬氧化物陶瓷/電極界面。由于清除層處于電極上，所以它不會影響器件的工作。盡管不必要，但如果希望，可以去掉清除層。進行附加工序，完成鐵電存儲IC。
盡管結合各種實施例具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員應理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出改進和改變。因此，本發(fā)明的范圍不應結合上述介紹確定，而應參照所附權利要求書及等同的全部范圍。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括提供包括部分形成的半導體器件的襯底；在阻擋層上淀積金屬氧化物陶瓷；在金屬氧化物陶瓷層上淀積清除層；及退火襯底，形成具有良好電特性的金屬氧化物陶瓷，其中退火使過量移動物質從金屬氧化物陶瓷中擴散，清除層消耗過量移動物質，以減少過量移動物質向下面的襯底的擴散。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中金屬氧化物陶瓷包括Bi基金屬氧化物陶瓷。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中過量移動物質包括Bi。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中清除層與包括Bi的過量移動物質反應。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中清除層包括金屬或金屬氧化物，該金屬或金屬氧化物與包括Bi的過量移動物質反應。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中清除層包括鈦(Ti)或氧化鈦(TiO2)。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中清除層包括選自含有鋯、鎢、鈮、鉭、鉬、釩或鉻的組中的一種金屬或金屬的氧化物。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中清除層包括選自含IV、V、VI族過渡金屬的組中的一種金屬或金屬的氧化物。
9.根據(jù)權利要求2所述的方法，還包括在Bi基金屬氧化物陶瓷淀積后，對其進行預退火，預退火至少將金屬氧化物陶瓷部分變成希望的相。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中預退火包括在較低溫度下退火B(yǎng)i基金屬氧化物陶瓷，以避免大量過量移動物質從金屬氧化物陶瓷擴散，從而避免對下面的器件區(qū)的破壞。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中預退火包括在低于約750℃的溫度下退火B(yǎng)i基金屬氧化物陶瓷。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中預退火包括在約700-750℃下退火B(yǎng)i基金屬氧化物陶瓷。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中預退火包括加熱Bi基金屬氧化物陶瓷約5-10分鐘。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中預退火包括在低于約700℃的溫度下退火B(yǎng)i基金屬氧化物陶瓷。
全文摘要
提供一種清除層,以防止過量移動物質從例如鉭酸鍶鉍(SBT)等金屬氧化物陶瓷擴散到不希望的器件區(qū)。在金屬氧化物陶瓷上提供清除層,例如Ti或過渡金屬或它們的氧化物。在過量移動物質從金屬氧化物陶瓷中擴散出來時,它向著清除層遷移,并與之反應。該反應消耗了過量移動物質。
文檔編號H01L21/8246GK1334966SQ99816089
公開日2002年2月6日 申請日期1999年12月16日 優(yōu)先權日1998年12月18日
發(fā)明者F·S·欣特邁爾, T·H·鮑姆, J·F·雷德, B·C·亨德里克斯, D·A·德斯羅切斯 申請人:因芬尼昂技術股份公司, 先進技術材料公司