发明名称 半导体装置及其制造方法
摘要 在形成电容器用的钙钛矿型金属氧化物介电膜中,将下方电极阵列及帮助结晶的导电性膜同时形成。此帮助结晶的导电性膜是形成于形成于下方电极阵列的外面,距离最外端的下方电极约10μm或以下,宽度至少20μm。而后将金属氧化物介电膜形成于其上。因为帮助结晶的导电性膜帮助金属氧化物介电膜的结晶,即使将此电容器元件以细微结构制造,也可得到性质及可靠性优越的电容器元件。
申请公布号 TW466750 申请公布日期 2001.12.01
申请号 TW089122508 申请日期 2000.10.25
申请人 电气股份有限公司 发明人 辰巳 彻
分类号 H01L27/10 主分类号 H01L27/10
代理机构 代理人 周良谋 新竹巿东大路一段一一八号十楼
主权项 1.一种半导体装置,包含多个排成阵列之电容器元件,各电容器元件分别为由一下方电极、一钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜及一个上方电极,依此顺序叠置于半导体基板上而构成者;此半导体装置包含一层帮助结晶的导电性膜,由能够在金属氧化物介电膜形成上催化金属氧化物介电膜活性前驱物形成的材料制成;此帮助结晶的导电性膜形成于阵列的外面,距离不大于由电容器阵列中最外端的下方电极之活性前驱物扩散距离,宽度至少等于金属氧化物介电膜晶核能够形成的宽度。2.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中该帮助结晶的导电性膜与阵列中最外端的下方电极之分开距离为小于10m的距离。3.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中该帮助结晶的导电性膜是形成于阵列外面宽度为20m或以上。4.根据申请专利范围第2项之半导体装置,其中该帮助结晶的导电性膜是形成于阵列外面宽度为20m或以上。5.一种半导体装置,包含多个排成阵列之电容器元件,各电容器元件分别为由一下方电极、一钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜及一个上方电极,依此顺序垒置于半导体基板上而构成者;此半导体装置包含一层帮助结晶的导电性膜,由能够在金属氧化物介电膜形成上催化金属氧化物介电膜活性前驱物形成的材料制成;此帮助结晶的导电性膜覆盖至少10%半导体装置的面积。6.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中将该帮助结晶的导电性膜恰好在金属氧化物介电膜形成前暴露出来。7.根据申请专利范围第2项之半导体装置,其中将该帮助结晶的导电性膜恰好在金属氧化物介电膜形成前暴露出来。8.根据申请专利范围第3项之半导体装置,其中将该帮助结晶的导电性膜恰好在金属氧化物介电膜形成前暴露出来。9.根据申请专利范围第4项之半导体装置,其中将该帮助结晶的导电性膜恰好在金属氧化物介电膜形成前暴露出来。10.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中所有该帮助结晶的导电性膜及该下方电极皆形成于相同高度的表面上。11.根据申请专利范围第5项之半导体装置,其中所有该帮助结晶的导电性膜及该下方电极皆形成于相同高度的表面上。12.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中该下方电极及该帮助结晶的导电性膜各自包含有由Pt,Ir,Ru,IrO2及RuO2组成的族群中选出的导电性材料组成的表层。13.根据申请专利范围第5项之半导体装置,其中该下方电极及该帮助结晶的导电性膜各自包含有由Pt,Ir,Ru,IrO2及RuO2组成的族群中选出的导电性材料组成的表层。14.根据申请专利范围第12项之半导体装置,其中该帮助结晶的导电性膜及该下方电极是由相同材料制成。15.根据申请专利范围第13项之半导体装置,其中该帮助结晶的导电性膜及该下方电极是由相同材料制成。16.根据申请专利范围第1项之半导体装置,其中该钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜包含Pb作为元素A。17.根据申请专利范围第5项之半导体装置,其中该钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜包含Pb作为元素A。18.根据申请专利范围第16项之半导体装置,其中该金属氧化物介电膜为PZT膜。19.根据申请专利范围第17项之半导体装置,其中该金属氧化物介电膜为PZT膜。20.一种半导体装置的制造方法,该半导体装置包含多个排成阵列之电容器元件,各电容器元件分别为由一下方电极、一钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电及一个上方电极,依此顺序叠置于半导体基板上而构成者;此半导体装置的制造方法包含如下步骤:在绝缘膜上形成下方电极及帮助结晶的导电性膜;两层膜分别由导电性材料制成,其中帮助结晶的导电性膜为能够在金属氧化物介电膜形成上催化金属氧化物介电膜活性前驱物形成的材料;此帮助结晶的导电性膜形成于电容器阵列面积的外面,距离不大于由阵列最外端的下方电极之活性前驱物扩散距离,宽度至少等于金属氧化物介电膜晶核能够形成的宽度;及在已形成的下方电极及已形成的帮助结晶的导电性膜上形成金属氧化物介电膜。21.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中该帮助结晶的导电性膜是形成于与电容器阵列面积的最外端下方电极10m以下的距离。22.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中该帮助结晶的导电性膜是形成于阵列面积外面,宽度为20m或以上。23.根据申请专利范围第21项之半导体装置制造方法,其中该帮助结晶的导电性膜是形成于阵列面积外面,宽度为20m或以上。24.一种半导体装置制造方法,该半导体装置包含多个排成阵列之电容器元件,各电容器元件分别为由一下方电极、一钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜及一个上方电极,依此顺序叠置于半导体基板上而构成者;此半导体装置的制造方法包含如下步骤:在要形成下方电极的绝缘膜上形成帮助结晶的导电性膜,以便覆盖至少10%半导体装置的面积;此帮助结晶的导电性膜为能够在金属氧化物介电膜形成上催化金属氧化物介电膜活性前驱物形成的材料。25.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中该下方电极及该帮助结晶的导电性膜各自包含有由Pt,Ir,Ru,IrO2及RuO2组成的族群中选出的导电性材料组成的表层。26.根据申请专利范围第24项之半导体装置制造方法,其中该下方电极及该帮助结晶的导电性膜各自包含有由Pt,Ir,Ru,IrO2及RuO2组成的族群中选出的导电性材料组成的表层。27.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中采用一种导电性材料来形成帮助结晶的导电性膜及下方电极,将导电性材料的膜形成于绝缘膜上,将此膜蚀刻以同时形成下方电极及帮助结晶的导电性膜于个自的模式。28.根据申请专利范围第24项之半导体装置制造方法,其中采用一种导电性材料来形成帮助结晶的导电性膜及下方电极,将导电性材料的膜形成于绝缘膜上,将此膜蚀刻以同时形成下方电极及帮助结晶的导电性膜于个自的模式。29.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中该钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜包含Pb作为元素A。30.根据申请专利范围第24项之半导体装置制造方法,其中该钙钛矿型晶体(以ABO3代表)的金属氧化物介电膜包含Pb作为元素A。31.根据申请专利范围第29项之半导体装置制造方法,其中该金属氧化物介电膜为PZT膜。32.根据申请专利范围第30项之半导体装置制造方法,其中该金属氧化物介电膜为PZT膜。33.根据申请专利范围第20项之半导体装置制造方法,其中该金属氧化物介电膜的形成是在第一个条件(其为起始条件)下实施,而后在第二个条件(其为后来条件)下实施,这两种条件彼此不同。34.根据申请专利范围第24项之半导体装置制造方法,其中该金属氧化物介电膜的形成是在第一个条件(其为起始条件)下实施,而后在第二个条件(其为后来条件)下实施,这两种条件彼此不同。35.根据申请专利范围第33项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第一个条件下,使用所有种类之要变成金属氧化物介电膜材料的有机金属材料气体,将钙钛矿型晶体结构的初始晶核或初始层形成于下方电极上,在膜形成的第二个条件下,使帮助结晶的导电性膜及钙钛矿型晶体结构成长于初始晶核或初始层上。36.根据申请专利范围第34项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第一个条件下,使用所有种类之要变成金属氧化物介电膜材料的有机金属材料气体,将钙钛矿型晶体结构的初始晶核或初始层形成于下方电极上,在膜形成的第二个条件下,使帮助结晶的导电性膜及钙钛矿型晶体结构成长于初始晶核或初始层上。37.根据申请专利范围第33项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第一个条件下,仅使用一些种类的要变成金属氧化物介电膜材料的有机金属材料气体,将钙钛矿型晶体结构的初始晶核或初始层形成于导电性材料上,在膜形成的第二个条件下,使钙钛矿型晶体结构成长于初始晶核或初始层上。38.根据申请专利范围第34项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第一个条件下,仅使用一些种类的要变成金属氧化物介电膜材料的有机金属材料气体,将钙钛矿型晶体结构的初始晶核或初始层形成于导电性材料上,在膜形成的第二个条件下,使钙钛矿型晶体结构成长于初始晶核或初始层上。39.根据申请专利范围第35项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第二个条件下,将原料气体的进料条件设定为能够自动控制的膜形成,而在膜形成的第一个条件下,将原料气体的元素A以大于在膜形成的第二个条件下的量进料。40.根据申请专利范围第36项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第二个条件下,将原料气体的进料条件设定为能够自动控制的膜形成,而在膜形成的第一个条件下,将原料气体的元素A以大于在膜形成的第二个条件下的量进料。41.根据申请专利范围第37项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第二个条件下,将原料气体的进示条件设定为能够自动控制的膜形成,而在膜形成的第一个条件下,将原料气体的元素A以大于在膜形成的第二个条件下的量进料。42.根据申请专利范围第38项之半导体装置制造方法,其中,在膜形成的第二个条件下,将原料气体的进料条件设定为能够自动控制的膜形成,而在膜形成的第一个条件下,将原料气体的元素A以大于在膜形成的第二个条件下的量进料。43.根据申请专利范围第35项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及Ti,Zr原料气体的进料量,相对于Ti原料气体的进料量,在膜形成的第一个条件下小于在膜形成的第二个条件下。44.根据申请专利范围第36项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及Ti,Zr原料气体的进料量,相对于Ti原料气体的进料量,在膜形成的第一个条件下小于在膜形成的第二个条件下。45.根据申请专利范围第37项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及Ti,Zr原料气体的进料量,相对于Ti原料气体的进料量,在膜形成的第一个条件下小于在膜形成的第二个条件下。46.根据申请专利范围第38项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及Ti,Zr原料气体的进料量,相对于Ti原料气体的进料量,在膜形成的第一个条件下小于在膜形成的第二个条件下。47.根据申请专利范围第35项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及其他元素,在膜形成的第一个条件下,无Zr原料气体的进料。48.根据申请专利范围第36项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及其他元素,在膜形成的第一个条件下,无Zr原料气体的进料。49.根据申请专利范围第37项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及其他元素,在膜形成的第一个条件下,无Zr原料气体的进料。50.根据申请专利范围第38项之半导体装置制造方法,其中,当元素B包含Zr及其他元素,在膜形成的第一个条件下,无Zr原料气体的进料。51.根据申请专利范围第35项之半导体装置制造方法,其中利用控制在第一个条件下形成初始核或初始层的时间,控制制膜期间所得晶体颗粒的直径。52.根据申请专利范围第36项之半导体装置制造方法,其中利用控制在第一个条件下形成初始核或初始层的时间,控制制膜期间所得晶体颗粒的直径。53.根据申请专利范围第37项之半导体装置制造方法,其中利用控制在第一个条件下形成初始核或初始层的时间,控制制膜期间所得晶体颗粒的直径。54.根据申请专利范围第38项之半导体装置制造方法,其中利用控制在第一个条件下形成初始核或初始层的时间,控制制膜期间所得晶体颗粒的直径。55.根据申请专利范围第33项之半导体装置制造方法,其中在制膜期间将包含有机金属气体的原料气体混合物总压力保持于1Pa或以下。56.根据申请专利范围第34项之半导体装置制造方法,其中在制膜期间将包含有机金属气体的原料气体混合物总压力保持于1Pa或以下。57.根据申请专利范围第55项之半导体装置制造方法,其中制膜是于450℃或以下实施。58.根据申请专利范围第56项之半导体装置制造方法,其中制膜是于450℃或以下实施。图式简单说明:第一图(A)为示意图,显示出晶片及下方电极阵列,二者排列于一晶圆上。第一图(B)为下方电极阵列的放大视图。第二图为图显示出下方电极阵列的模式之实例及帮助结晶的导电性膜的模式之实例。第三图为图显示出下方电极阵列的模式之实例及帮助结晶的导电性膜的模式之实例。第四图为图显示出下方电极阵列的模式之实例及帮助结晶的导电性膜的模式之实例。第五图(A)(B)为图显示出下方电极阵列的模式之实例及帮助结晶的导电性膜的模式之实例。第六图为图显示出下方电极阵列的模式之实例及帮助结晶的导电性膜的模式之实例。第七图为示意图,显示出用于本发明的薄膜化学蒸气沉积装置之真空室的剖面。第八图为示意图,显示出用于本发明的薄膜化学蒸气沉积装置之进料系统。第九图a)b)为曲线图,显示出具有帮助结晶的导电性膜的电容器元件及不具有此膜的电容器元件之磁滞现象。第十图为曲线图,显示出使用无帮助结晶的导电性膜之电容器元件的磁滞现象。第十一图为曲线图,显示出使用帮助结晶的导电性膜之电容器元件的磁滞现象。第十二图为曲线图,显示出当相邻两下方电极之间分离的宽度及最外端下方电极与帮助结晶的导电性膜之间的距离已改变,电容器元件的磁滞现象之变化。第十三图(A)-第十三图(D)为示意图,显示出实例1的步骤来制造装置。第十四图(A)-第十四图(C)为示意图,显示出实例2的步骤来制造装置。第十五图(A)-第十五图(C)为示意图,显示出实例3的步骤来制造装置。第十六图为曲线图,显示出当Pb的材料流量已改变,金属氧化物介电膜的(Ti+Zr)/Pb比例之变化。第十七图(A)-第十七图(C)为示意图,显示出传统电容器的制造步骤。第十八图(A)(B)为示意图,显示出传统电容器的制造步骤。
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