ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК H01G4/33 H01L27/00 

Настоящее изобретение относится к полупроводниковому прибору и способу его изготовления и, более подробно, к полупроводниковому прибору и способу его изготовления, который использует диэлектрическую пленку как диэлектрическую пленку конденсатора.

Когда увеличилась интеграция приборов динамического ОЗУ (DRAM), были предложены многие способы для увеличения емкости внутри ограниченного объема. Эти способы могут быть по большому счету разделены на две группы: способ, где улучшена структура конденсатора и способ, где использован материал, имеющий высокую диэлектрическую постоянную.

Как способ для улучшения структуры конденсатора, этот способ является способом, где эффективная площадь конденсатора увеличена посредством формирования трехмерного запоминающего электрода. Здесь, однако, ограничения правила конструирования и сложный процесс производства препятствуют увеличению емкости.

С другой стороны, способ, где материал имеющий высокую диэлектрическую постоянную использован как диэлектрическая пленка конденсатора, не ограничен правилом конструирования. Следовательно, емкость может быть легко увеличена.

Недавно предложен способ, где фотоэлектрический материал использован как диэлектрическая пленка. В отличие от существующих оксидов, пленок нитрита кремния или пентоксида тантала (Ta₂O₅), ферроэлектрический материал является материалом, который проявляет спонтанную поляризацию и, обычно имеет диэлектрическую постоянную по крайней мере 1,000. Когда ферроэлектрический материал использован как диэлектрическая пленка, толщина эквивалентной окисной пленки может быть сделана тонкой, например, 10 или менее, даже если сформированный ферроэлектрический материал толщиной только несколько тысяч ангстрем. Кроме того, благодаря эффекту произвольной поляризации, диэлектрическая пленка, использующая диэлектрический материал, может быть использована для нелетучих устройств памяти так же как для динамических ОЗУ.

Кроме того, PZT (PbZrTiO₃), BST (BaSrTiO₃) и подобные имеют высокую диэлектрическую постоянную и их ферроэлектрические характеристики отличаются согласно сложному отношению, и поэтому недавно были популярны в качестве диэлектрического материала конденсаторов динамического ОЗУ. Когда такие материалы использовались для диэлектрической пленки, платина использовалась в качестве электродного материала конденсатора из-за ее большого сопротивления к окислению.

Фиг. 1 - это вид в разрезе полупроводникового прибора, имеющего ферроэлектрический пленочный конденсатор, изготовленный общепринятым способом;
Согласно фиг. 1, транзисторная пара, сформированная в активной области определяется пленкой окисного поля 10 полупроводниковой подложки 100. Транзисторы имеют совместную область стока 7 и каждый содержит область истока 5 и электрод затвора 15. Разрядная шина 20 соединяется с областью стока 7, и сформированы отверстия для экспонирования определенных заранее частей каждой области истока 5.

Каждое контактное отверстие заполнено соединительным стержнем 25 и нижние электроды конденсаторов, каждый состоящий из слоя титана 30 и слоя платины 35, сформированы на каждом стержне. Ферроэлектрическая тонкая пленка 40 сформирована на нижних электродах, а верхний электрод 50 сформирован на тонкой ферроэлектричеекой пленке 40.

В конденсаторе, полученном согласно общепринятому способу, описанному выше, пленка может быть ослаблена на остром крае нижнего электрода (смотри область "B" фиг. 1), когда ферроэлектрическая пленка сформирована после формирования нижнего электрода. Кроме того, так как диэлектрическая постоянная ферроэлектрической пленки очень высока, приблизительно от 1,000 до 10,000, существует высокая вероятность для вызывания пробоя между соседними конденсаторами через ферроэлектрическую пленку, которая находится между соседними нижними электродами (смотри область "A" фиг. 1).

В 1991 году Куниаки Коуяма и другие описали новый способ для производства конденсатора для того, чтобы решить проблемы, описанные выше (смотри IEDM '91, "Стековый конденсатор с (Ba_xSr_1-x)TiO₃ для 256 М динамических ОЗУ").

Фиг. 2 с A по E являются видами в разрезе для иллюстрирования способа производства конденсатора.

Согласно фиг. 2A, изолирующий слой 102 сформирован на полупроводниковой подложке 100, а контактное отверстие 105 сформировано травлением предварительно определенных частей изолирующего слоя 102. Затем полисиликон с добавленными примесями наносится на всю результирующую структуру. Затем структура травится снова так, что контактное отверстие 105 остается наполненным полисиликоном 110.

Согласно фиг. 2B слой тантала и слой платины, каждый толщиной 500 последовательно напыляются на всю результирующую структуру. Оба слоя затем формируются процессом сухого травления, чтобы сформировать платиновую форму 125 и танталовую форму 120, которые составляют нижний электрод.

Согласно фиг. 2C, (Ba_0,5Sr_0,5)TiO₃ наносится на всю результирующую структуру высокочастотным магнитронным напылением, посредством чего формируется ферроэлектрическая пленка 130, имеющая толщину 700 ~ 2, 000
Согласно фиг. 2D, окисная пленка химического парового нанесения (CVD), имеющая толщину 1,000 сформирована на всей результирующей структуре. Структура анизотропно травится, чтобы посредством этого сформировать прокладку 135, которая уменьшает ток утечки, вызываемый плохой степенью покрытия ферроэлектрической пленки 103.

Согласно фиг. 2E, слой 140 нитрида титана (TiN), сформирован на всей результирующей структуре в качестве верхнего электрода имеющего толщину 1,000
Конденсатор, получаемый вышеизложенным способом, формирует CVD окисную пленочную прокладку, чье сопротивление к пробою в слабой части ферроэлектрической пленки великолепно, чтобы посредством этого иметь очень низкий ток пробоя и стабильное распределение сопротивления пробоя.

Однако из-за очень высокой диэлектрической постоянной ферроэлектрической пленки все еще остается возможность, что будет вызван пробой между соседними конденсаторами.

Краткое изложение изобретения.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является обеспечение надежного полупроводникового прибора посредством формирования прокладки, состоящей из низкого диэлектрического материала, между соседними конденсаторами.

Другим объектом настоящего изобретения является обеспечение способа для получения полупроводникового прибора особенно подходящего для получения сверхполупроводникового прибора.

Для совершения верхнего объекта изобретения обеспечивается полупроводниковый прибор, имеющий конденсатор, в котором прокладка, включающая низкий диэлектрический материал сформирована на поверхностях сторон множества нижних электродов, каждый из которых выделен в отдельный ячеечный блок, ферроэлектрическая пленка формируется на нижних электродах, на которых сформированы прокладки низкого диэлектрического материала, а верхний электрод сформирован на ферроэлектрической пленке.

Для совершения другого объекта настоящего изобретения обеспечивается способ для производства полупроводникового прибора имеющего конденсатор, включающий шаги:
формирования первого проводимого слоя на полупроводниковой подложке;
формирование множества нижних электродов, выделенных в каждый ячеечный блок моделированием первого проводящего слоя;
формирование прокладки, включающей низкий диэлектрический материал на поверхностях сторон каждого нижнего электрода;
формирование ферроэлектрической пленки на всей результирующей структуре, на которой сформирована прокладка; и
формирование верхнего электрода на ферроэлектрической пленке.

Для совершения еще одного объекта настоящего изобретения,обеспечивается способ для производства полупроводникового прибора имеющего конденсатор, включающий шаги:
формирования первого проводящего слоя на полупроводниковой подложке;
формирование множества нижних электродов, выделенных в каждый ячеечный блок моделированием первого проводящего слоя;
заполнение пространства между нижними электродами низким диэлектрическим материалом;
формирование ферроэлектрической пленки на всей результирующей структуре;
формирование верхнего электрода на ферроэлектрической пленке.

Следовательно, прокладка, состоящая из низкого диэлектрического материала формируется между каждым нижним электродом, посредством чего предотвращается возможность пробоя между соседними конденсаторами.

Краткое описание чертежей.

Верхний объект изобретения и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при подробном описании его предпочтительного воплощения со ссылками на сопутствующие чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид в разрезе, показывающий полупроводниковый прибор, включающий ферроэлектрический пленочный конденсатор, выполненный общепринятым способом;
на фиг. 2A - E - виды в разрезе для иллюстрации способа для получения ферроэлектрического пленочного конденсатора, выполненного другим общепринятым способом;
на фиг. 3 - 6 - виды в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно первому воплощению настоящего изобретения;
на фиг. 7 - 8 - виды в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно второму воплощению настоящего изобретения; и
на фиг. 9 - 10 - виды в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно третьему воплощению настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения.

Настоящее изобретение будет объяснено более подробно со ссылками на сопутствующие чертежи.

Фиг. с 3 по 6 являются видами в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно первому воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 3 показывает шаг формирования контактного отверстия и проводящего стержня 25 на полупроводниковой подложке 100, на которой формируются транзисторные пары. Полупроводниковая подложка 100 делится на активную область и изолированную область пленкой окисного поля 10. Каждая пара транзистора имеет область истока 5 и электрод затвора 15, и общую область стока 7, и разрядную шину 20, соединенную с областью стока, сформированную на активной области полупроводниковой подложки 100. Затем на всей подложке 100 формируется изолирующий слой (не показан). На всей результирующей структуре формируется планаризирующий слой 23 для уплощения неровной поверхности подложки 100, которая предназначена для образования транзисторов и разрядной шины. Затем планаризирующий слой 23 и изолирующий слой, которые напыляются на область истока 5, избирательно травятся для формирования контактного отверстия для соединения нижнего электрода конденсатора с областью истока. Затем, как проводящий материал, полисиликон с фосфорными примесями напыляется на подложку 100, где сформированы контактные отверстия, и затем снова травится так, что контактное отверстие заполняется проводящим стержнем 25.

Фиг. 4 показывает шаг формирования нижних электродов конденсатора. Слой титана, имеющий толщину приблизительно 500 и слой платины, имеющий толщину 1,000 , последовательно сформированы способом напыления на всю результирующую структуру, сформированную с проводящим стержнем 25. Затем на слое платины (верхнем слое) формируется фоторезистная форма (не показана) посредством нанесения, экспонирования и проявления фоторезиста так, чтобы определить каждую ячейку. Затем оба слоя одновременно травятся, используя фоторезистную форму как маску, чтобы таким образом сформировать нижний электрод конденсатора, который состоит из платиновой формы 35 и титановой формы 30. Затем удаляется первая фоторезистная форма. Здесь в качестве составляющей нижнего электрода вместо титана может использоваться тантал.

Фиг. 5 показывает шаг формирования первой прокладки 45'. Как низкий диэлектрический материал, усиленный плазмой SiO₂ (PE-SiO₂), CVD окисная пленка, нитрид силикона (Si_X N_Y), боронитрид (BN), борофосфорное силикатное стекло (BPSG), фосфорное силикатное стекло (PSG), безпримесное силикатное стекло (USG) или боросиликатное стекло (BSG) наносится толщиной 1,500-2,000 на результирующую структуру, на которой сформирован нижний электрод. Затем травится верхний низкий диэлектрический материал анизотропно травится для формирования первой прокладки 45' на поверхностях сторон нижнего электрода.

Фиг. 6 показывает шаг формирования ферроэлектрической пленки 40 и верхнего электрода 50. Как ферроэлектрический материал, PZI, PbTiO₃(PLT), PbLaZrTiO₃(PLZT), SrTiO₃(STO), BST или LiNbO₃(LNO) наносится способом CVD на результирующую структуру, на которой сформирована первая прокладка 45' так, чтобы могла быть сформирована ферроэлектрическая пленка 40. Затем, как проводящий материал, платина, TiN или алюминий наносится на ферроэлектрическую пленку 40 так, чтобы сформировать верхний электрод конденсатора.

Фиг. с 7 по 8 являются видами в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно второму воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 7 показывает шаг формирования нижних электродов конденсатора и второй прокладки 60. После формирования нижних электродов, используя способ, объясненный согласно ссылкам на фиг.3 и 4, как низкий диэлектрический материал, BN, BPSG, BSG или SiO₂ наносится толщиной 2,000 - 10,000 на всю результирующую структуру. Затем, низкий диэлектрический материал анизотропно травится так, чтобы вторая прокладка 60 могла быть сформирована на поверхностях сторон нижних электродов, которые состоят из платиновой формы 35 и титановой формы 30. В это время, формируется вторая прокладка 60 для заполнения пространства между соседними нижними электродами.

Фиг. 8 показывает шаг последовательного формирования ферроэлектрической пленки 40 и верхнего электрода 50 на нижних электродах, на чьих поверхностях сторон. сформированных со второй прокладкой 60, используя способ, объясненный со ссылкой на фиг. 6.

Фиг. с 9 по 10 являются видами в разрезе для иллюстрации способа для получения полупроводникового прибора, включающего ферроэлектрический пленочный конденсатор, согласно третьему воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 9 показывает шаг формирования нижних электродов конденсатора и третьей прокладки 70. После формирования нижних электродов, используя способ, объясненный согласно ссылкам на фиг. 3 и 4, как низкий диэлектрический материал, BPSG, PSG или BSG наносится толщиной 2,000-10,000 на всю результирующую структуру. Затем, низкий диэлектрический материал планаризирован процессом высокотемпературной термической обработки и результирующая структура анизотропно травится так, чтобы третья прокладка 70 могла быть сформирована на поверхностях сторон нижних электродов, которые состоят из платиновой формы 35 и титановой формы 30. В это время формируется третья прокладка 70 должна полностью заполнить пространство между соседними нижними электродами так, чтобы нижние электроды каждой ячейки могли быть отделены планаризованной поверхностью.

Фиг. 10 показывает шаг последовательного формирования ферроэлектрической пленки 40 и верхнего электрода 50 на нижних электродах, на их поверхностях сторон, сформированных с третьей прокладкой 70, используя способ, объясненный со ссылкой на фиг. 6.

Как описано выше, согласно воплощениям настоящего изобретения, прокладка, состоящая из низких диэлектрических материалов, сформирована на поверхностях сторон нижнего электрода конденсатора так, чтобы можно было предотвратить пробой, который может быть вызван между соседними нижними электродами. Острые края нижних электродов отчасти смягчены прокладкой, В результате, может быть предотвращена возможность того, что ферроэлектрическая пленка может быть ослаблена в области острых краев.

Кроме того, во всех вышеупомянутых воплощениях, так как прокладка, состоящая из низких диэлектрических материалов, сформирована процессом простого анизотропного травления, без любой дополнительной маски, проблемы, возникающие в общепринятом способе могут быть легко решены без проблем обработки и без увеличения стоимости продукции.

Любому, разбирающемуся в технике, понятно, что предшествующее описание является предпочтительным воплощением открытого прибора, и что различные изменения и модификации в изобретении могут быть сделаны без отклонения от его духа и сферы действия.

В полупроводниковом приборе, имеющем ферросэлектрический конденсатор, полученный способом, изложенным в изобретении, прокладка, состоящая из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, сформирована на поверхностях сторон множества нижних электродов, выделенных в каждый ячеечный блок, и ферроэлектрическая пленка сформирована на нижних электродах, на которых сформирована прокладка из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, и верхний электрод, сформированный на ферроэлектрической пленке, благодаря чему предотвращается пробой, который может быть вызван между соседними нижними электродами. 3 с. и 3 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Полупроводниковый прибор, содержащий конденсатор с множеством нижних электродов, выделенных в каждый ячеечный блок, ферроэлектрическую пленку (40), сформированную на множестве нижних электродов, верхний электрод (50), сформированный на ферроэлектрической пленке, отличающийся тем, что он содержит прокладку (45, 60, 70) из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, сформированную на поверхностях сторон нижних электродов. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что прокладка из материала с низкой диэлектрической проницаемостью состоит из любого, выделенного из группы, состоящей из РЕ - SiO₂, CVD окись, SixNy, BN, BPSG, USG и BSG. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что прокладка из материала с низкой диэлектрической проницаемостью заполняет пространство между нижними электродами. 4. Способ изготовления полупроводникового прибора, содержащего конденсатор, при котором осуществляют формирование первого проводящего слоя на полупроводниковой подложке, формирование множества нижних электродов, выделенных каждый в отдельный ячеечный блок формированием первого проводящего слоя, формирование ферроэлектрической пленки на всей результирующей структуре, формирование верхнего электрода на ферроэлектрической пленке, отличающийся тем, что на поверхностях сторон каждого нижнего электрода формируют прокладку из материала с низкой диэлектрической проницаемостью. 5. Способ изготовления полупроводникового прибора, содержащего конденсатор, при котором осуществляют формирование первого проводящего слоя на полупроводниковой подложке, формирование множества нижних электродов, выделенных каждый в отдельный ячеечный блок формированием первого проводящего слоя, формирование ферроэлектрической пленки на всей результирующей структуре и формирование верхнего электрода на ферроэлектрической пленке, отличающийся тем, что пространство между нижними электродами заполняют материалом с низкой диэлектрической проницаемостью. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что заполнение пространства предусматривает нанесение материала с низкой диэлектрической проницаемостью на всю результирующую структуру, на которой сформированы нижние электроды, планаризацию материала с низкой диэлектрической проницаемостью и его анизотропное травление.