專利名稱：形成方法以及包含釕和包含鎢層的集成電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備和它的制造，尤其涉及包含釕和鎢的電性導(dǎo)電涂層以及它的形成和使用。
集成電路的制造包括形成用作各種電路元件的電導(dǎo)電層，包括用作的電容器板極。存儲(chǔ)器電路，比如DRAM等等，使用電導(dǎo)電層來形成存儲(chǔ)單元電容器的相對(duì)板極。
高性能，低成本集成電路的驅(qū)動(dòng)要求總是減小各個(gè)電路特性的面積，包括存儲(chǔ)電容。由于一個(gè)電容器的電容(電荷量能被存儲(chǔ)作為供電電壓的一個(gè)函數(shù))通常隨電容器板極的面積而改變，當(dāng)通過存儲(chǔ)電容器占有的電路面積減小時(shí)，期望采取步驟以保持或增加電容而不管較小的占用面積，以不損害電路功能。
可以采取各種步驟來增加或保持電容而不用增加占用面積。例如，在電容器板極之間可以使用具有較高電介質(zhì)常數(shù)的材料。此外，將板極表面可以變得粗糙以增加板極的有效表面積而不增加電容器占有的面積。
對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)單元電容器的一個(gè)板極的用于提供一個(gè)粗糙表面的一種方法是形成半球狀的晶粒多晶硅(HSG)的板極，可能帶有一個(gè)覆蓋的金屬層。HSG的半球狀的晶粒增強(qiáng)了板極的表面而不增加它的占有面積。
然而，HSG制造困難，因?yàn)橐贖SG上和附近形成二氧化硅。在HSG上可以形成一種二氧化硅層，特別是在電容器層的介質(zhì)層的沉淀過程中。即使使用一種插入的現(xiàn)存的金屬層，來自電介質(zhì)層沉淀的氧能擴(kuò)散到金屬層中，在多晶硅表面上形成二氧化硅。硅擴(kuò)散通過金屬層還可以在金屬和電介質(zhì)層之間產(chǎn)生一個(gè)二氧化硅層。
在金屬層和HSG之間的二氧化硅能降低到金屬電容器板極表面的電接觸。在金屬層和電介質(zhì)層之間的二氧化硅能減少所導(dǎo)致的電容器的電容。
為了試圖避免由二氧化硅所引起的這些負(fù)面效應(yīng)，在HSG和金屬層之間可以使用一個(gè)擴(kuò)散阻擋層。然而，在典型的電容器幾何結(jié)構(gòu)中，層的總數(shù)越多，所需要的電容器占有的最小面積越大。而且，每個(gè)沉淀的附加層的上表面趨于比下表面更為平滑，減少了由一個(gè)下部粗糙層提供的所增加的表面面積。
盡管高電介質(zhì)常數(shù)材料是已知的，但形成的許多這些優(yōu)良材料的處理與需要形成電容器的其它的材料是不兼容的。例如，形成一個(gè)特殊電介質(zhì)層的處理能氧化或另外損害電極層的特性，在其上將要形成有電介質(zhì)層。這些處理是不兼容的，因?yàn)樾枰幚淼臏囟然蛱幚憝h(huán)境是不同的。
出于這些原因，需要改進(jìn)的材料和方法來形成導(dǎo)電層，絕緣層，和使用這些層的電容器。
發(fā)明概述本發(fā)明提供改進(jìn)的導(dǎo)電層，電介質(zhì)層，電容器，用于形成這種層，和使用該層的電容器的方法。
在一個(gè)所示的實(shí)施例中，提供包含電導(dǎo)電層的增強(qiáng)的表面區(qū)(粗糙表面)釕。這些層與高電介質(zhì)常數(shù)材料是兼容的并在集成電路的形成中是有用的，特別是對(duì)于存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)電容器的板極。
在一種方法中，通過首先形成包含一個(gè)釕氧化物的薄膜或?qū)觼硇纬稍鰪?qiáng)的表面區(qū)電導(dǎo)電層。該層可以是化學(xué)計(jì)量的或非化學(xué)計(jì)量的，并可以是非晶體的的或可以具有釕(Ru)和釕氧化物(RuO2).相位和可以包括其它的材料。可以形成薄膜，例如，通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)或通過濺射或任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)?？梢栽谝粋€(gè)下層上形成薄膜，該下層可以是導(dǎo)電的。
可以在低壓和高溫上處理釕氧化物薄膜—通常在至少大約75托或更低的壓力上，期望的大約20托或更低，最大期望大約5托或更低一并且在大約500到900℃的溫度范圍中，期望大約750到大約850℃---以便至少把一些釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕并產(chǎn)生一個(gè)粗糙的包含釕的具有一個(gè)均勻晶粒大小的層，該層的平均晶粒尺寸期望在大約100?；蚋蟮姆秶?。
期望在一個(gè)非氧化環(huán)境中執(zhí)行加熱處理，或退火。在一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)退火過程中可以使用一個(gè)氮提供環(huán)境或氮提供還原環(huán)境?？梢允褂靡粋€(gè)氮提供還原環(huán)境鈍化釕以便改善與高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料的兼容性。在另一個(gè)替換中，可以在退火后使用一個(gè)氮提供還原環(huán)境以鈍化一個(gè)已經(jīng)粗糙的層。在又一種替換中，一個(gè)氧化環(huán)境可以在退火后被執(zhí)行，跟著執(zhí)行所期望的粗糙退火或者氮鈍化退火。這種退火后的氧化把氧提供到粗糙層以減少釕的趨勢(shì)，從而在后面的處理過程中清除氧。
用或不用一個(gè)預(yù)退火可以形成增強(qiáng)的表面面積，在一個(gè)較高壓力上進(jìn)行(比如大約600托)，在低壓，高溫退火之前。
釕的粗糙的層可以用于提供一個(gè)增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以在一個(gè)下導(dǎo)電層上形成釕的粗糙層，用粗糙層和該下層共同當(dāng)作增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在粗糙層或其上形成一個(gè)導(dǎo)電層，用疊加的導(dǎo)電層和粗糙層構(gòu)成一個(gè)增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層。
在兩種情況下，在用于一個(gè)集成電路的電容器的實(shí)施例中，導(dǎo)致增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層可以用于在集成電路中形成一個(gè)存儲(chǔ)電容器的板極，比如在DRAM的存儲(chǔ)器單元中等等。
包含釕的增強(qiáng)表面面積的電導(dǎo)電層，特別是在一個(gè)退火的情況下，在用一個(gè)氧化退火后的氮提供還原環(huán)境中，已經(jīng)有還原氧化的趨勢(shì)并因此與高電介質(zhì)常數(shù)的電解質(zhì)材料更為兼容，盡管始終提供增強(qiáng)的表面面積。此外，即使釕包含層氧化，它仍然保持導(dǎo)電。這樣可以潛在的從電容器結(jié)構(gòu)中省略一個(gè)附加的金屬層，允許帶有相同的甚至更大電容量的電容器具有較小的尺寸。
在一個(gè)替換的實(shí)施例中，一個(gè)鎢氮化物層被提供作為第一電極層。一個(gè)電介質(zhì)層和第二電極層被一致地施加到第一電極層以形成一個(gè)電容器。該電容器，或至少該鎢氮化物層，在退火溫度上被退火以增加電容器的電容。在一個(gè)特別的實(shí)施例中，退火溫度是至少500℃和電容器(或鎢氮化物層)在退火溫度上至少保持30秒。
這些方法，導(dǎo)電和電介質(zhì)層，以及使用這些層的結(jié)構(gòu)允許設(shè)計(jì)和制造較高速度，較高密度，和較低成本的集成電路。
簡述附1是按照一個(gè)實(shí)施例的在一個(gè)處理中使用的層的一個(gè)局部截面圖，該層包括一個(gè)釕氧化物包含層；圖2是在一個(gè)低壓，高溫退火之后

圖1所示層的一個(gè)截面圖，包括一個(gè)粗糙的層；圖3是圖2所示層的一個(gè)局部平面圖；圖4是與圖2類似的一個(gè)截面圖，但在粗糙的層下面具有一個(gè)附加的層；圖5是圖2的層的一個(gè)截面圖，在覆蓋粗糙層的一個(gè)附加層形成之后。
圖6是按照一個(gè)實(shí)施例的在其上形成有電介質(zhì)層的一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層的截面圖。
圖7是圖6的層的一個(gè)截面圖，具有在電介質(zhì)層上形成的一個(gè)導(dǎo)電層。
圖8A-8B是包括一個(gè)粗糙層的兩個(gè)電容器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的截面圖。
圖9A-9C是包括一個(gè)鎢氮化物電極層的電容器結(jié)構(gòu)的截面圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明允許生成一個(gè)表面面積增強(qiáng)的釕導(dǎo)電層，與半球狀晶粒多晶硅(HSG)相比，它具有改進(jìn)的與高電介質(zhì)常數(shù)(“高-K”)的兼容性。
通過加熱包括釕氧化物的一個(gè)薄膜或?qū)由杀砻婷娣e增強(qiáng)的導(dǎo)電層，比如圖1的層12。加熱處理，可以退火薄膜或?qū)?，典型的在少于大約75托的低壓上進(jìn)行的，期望的少于大約20托，并最好少于大約5托，和在大約500-900℃的高溫范圍中，期望大約750-850℃。該處理期望在一種非氧化環(huán)境中執(zhí)行?？梢栽谝粋€(gè)惰性氣體環(huán)境中執(zhí)行加熱處理，如在氮環(huán)境中等等，或者在一個(gè)還原環(huán)境中，這樣可以減小所需的溫度。也可以在一個(gè)電中性環(huán)境中執(zhí)行加熱處理，或用等離子體或者輝光放電輔助等等，這還可以減小所需的溫度。在相對(duì)低的壓力下的加熱把至少一部分釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕和在層上產(chǎn)生一個(gè)粗糙的表面。最好選擇溫度和壓力以至于增強(qiáng)釕氧化物到釕的轉(zhuǎn)換。
可以在一個(gè)支持結(jié)構(gòu)10上形成表面面積增強(qiáng)的導(dǎo)電層，如圖1的局部截面圖所示。支持結(jié)構(gòu)10在整個(gè)制造過程中可以是出現(xiàn)在集成電路中或上的任何結(jié)構(gòu)。在一個(gè)典型的示例應(yīng)用中，支持結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)導(dǎo)電材料，它將與由表面面積增強(qiáng)的導(dǎo)電層形成的一個(gè)電容器板極電接觸。
通過任何適當(dāng)?shù)姆椒梢孕纬舍懷趸飳?2。這些方法的具體例子包括化學(xué)汽相沉積(CVD)或有關(guān)的處理，或者濺射或有關(guān)的處理等等。釕氧化物層可以是化學(xué)計(jì)量的釕氧化物(RuO2)或非化學(xué)計(jì)量的釕氧化物(RuOx)。
如果經(jīng)CVD形成了層12，可以在例如在1-20托的壓力上，期望大約5托執(zhí)行沉積。可以以O(shè)2的形式提供氧或其他的氧化氣體，比如N2O，NO，或臭氧(O3)。氧化氣體和一種釕初級(jí)粒子，以及如果需要的話，適當(dāng)?shù)南♂寶怏w，可以以適當(dāng)?shù)牧魉賮硖峁?，比如在大約100-2000sccm的范圍中?？商鎿Q的，通過直接汽化能夠運(yùn)送釕初級(jí)粒子。在大約10-500秒的一個(gè)時(shí)間范圍中可以執(zhí)行沉積，最好有足夠的時(shí)間和根據(jù)足夠的條件沉積RuOx或RuO2到大約100-600埃的一個(gè)厚度范圍中。
產(chǎn)生的釕氧化物層12可以可選的被預(yù)退火，比如通過在氫中的或其他適當(dāng)?shù)耐嘶瓠h(huán)境，在500-700托的壓力范圍中和在500-900°的溫度范圍中的快速熱量退火(RTA)。預(yù)退火穩(wěn)定薄膜，促使釕和釕氧化物相位的晶體化。
具有或沒有一個(gè)預(yù)退火的釕氧化物12接著在上述的低壓和高溫上被處理。處理可以減少層中釕氧化物的比例和增加釕的比例。在釕氧化物層12中的釕氧化物通過退火被部分地或全部的轉(zhuǎn)換成釕，留下一個(gè)增強(qiáng)的表面面積層16，如圖2的截面圖中所示。在此出于方便，盡管增強(qiáng)的表面面積層16涉及單獨(dú)的參考字符，但應(yīng)該注意的是，從層12形成層16，并在此意義上是相同的層。圖3顯示了圖2的粗糙的釕層16的一個(gè)部分平面圖。盡管在圖中顯示的示例的粗糙的釕層16是不連續(xù)的，但這只是示例的方式，而且可以產(chǎn)生連續(xù)的薄膜。初始層12的增加的厚度趨于產(chǎn)生更連續(xù)的薄膜，更可以在退火過程中減小溫度和增加壓力以及減少退火時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。
可以在一種惰性氣體，氮，或還原環(huán)境等等中執(zhí)行退火。作為一個(gè)附加的實(shí)施例，可以在一個(gè)氮提供還原環(huán)境中執(zhí)行一個(gè)退火，比如氨，氮，氮和氫混合物等等。退火參數(shù)可以被選擇以便在層16中形成RuNx形式的氮鈍化的釕，至少在靠近它的最外表面，進(jìn)行鈍化層16。
作為另一個(gè)替換的例子，在氮提供還原環(huán)境中，可以以退火后的形式使用氮鈍化。
還有另一種變化，可以在已經(jīng)粗糙的層16上執(zhí)行在諸如氧或臭氧的一個(gè)氧化環(huán)境中的期望的簡短的后退火，以在層16(RuOxNy或RuOx)的最外部分中形成“氧鈍化”的釕，為了減少或防止隨后的在清除電介質(zhì)材料附近氧的過程中出現(xiàn)的釕。氧化后退火過程后可選擇的跟隨一個(gè)氮化鈍化后退火。
如圖2所示，粗糙的釕層16連同如果導(dǎo)電的支持結(jié)構(gòu)10可以共同的構(gòu)成與高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料兼容的增強(qiáng)的表面面積導(dǎo)電層26。
此外，如上述產(chǎn)生的層16還可以被用于與其他的層合并。這在支持結(jié)構(gòu)10不是導(dǎo)電的或者與高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料不兼容的情況下可能是有用的。在這里的討論和權(quán)利要求中，使用“在上面(on)”針對(duì)兩層，一個(gè)“在其他的上面”意味著層之間的至少一些接觸，同時(shí)“在上方(over)”意味著很接近的層，但可能有一個(gè)或多個(gè)附加的插入層以至于不需要接觸。在此使用的“在上面”和“在上方”都不隱含任何方向性。
例如，如圖4所示，可以在支持結(jié)構(gòu)10的上方形成一個(gè)材料層22，接著在層22上面形成粗糙的釕層16該層22可以是一個(gè)導(dǎo)電層以便電連接層16的所有部分。該層22還可以作為一個(gè)阻擋層以防止為了用于電容器形成的高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)和支持結(jié)構(gòu)10之間的接觸。如果層22是一個(gè)導(dǎo)電層，層22連同層16構(gòu)成一個(gè)增強(qiáng)的表面面積導(dǎo)電層26?？梢允褂萌魏渭嫒莸膶?dǎo)電材料，比如Pt，Ir，IrOx，Rlr，RuSix和SrRuOx和它們的合金以及例如RuSiOx和RuSiNx。
可替換的，如圖5的例子所示，導(dǎo)電材料的層24可以在層16和支持結(jié)構(gòu)10上方一致的形成。該層24連同層16則構(gòu)成一個(gè)增強(qiáng)的表面面積的導(dǎo)電層26。如同層22一樣，層24可以起到電連接層16的所有部分的作用，并還可以起到一個(gè)阻擋層的作用以防止高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)和支持結(jié)構(gòu)10之間的接觸。這種導(dǎo)電材料的例子包括在先前段落中列出的材料。釕氧化物是一種期望的材料，因?yàn)榕c釕層16根本的相兼容。
如上面結(jié)合參考圖3-6的示例方式所述，支持結(jié)構(gòu)10和/或在層16的上或下(或兩種)的一個(gè)或多個(gè)層可以是導(dǎo)電的，并可以根據(jù)需要采用以獲得導(dǎo)電性和其他期望的特性。所述產(chǎn)生的增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層26，如圖3，5和6所示例的，一般被表示成圖6的層26。為了用增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層26形成一個(gè)電容器，電介質(zhì)材料層28，最好所期望的高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料(通常是具有至少9的電介質(zhì)常數(shù)的任何電介質(zhì))，比如五氧化二鉭(Ta2O5)，可以在增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層上方一致的形成，如圖6所示。也可以使用其他的高常數(shù)電介質(zhì)，比如鋇鍶鈦氧化物(BaSr)TiO3，鉛鋯鈦氧化物Pb(ZrTi)O3，和例如鍶鉍鈦氧化物(SrBi2Ta2O9)。期望該層28足夠薄和均勻以便在遠(yuǎn)離層26的表面上提供至少某些增強(qiáng)的表面面積。
然后，將一個(gè)導(dǎo)電層30均勻形成在電介質(zhì)層28上方，如圖7所示。在圖最上面的層30的表面未顯示，因?yàn)閷油ǔ？梢允侨魏魏穸?，足夠厚以確保層的連續(xù)性，以及足夠薄以滿足分配到電容器的整個(gè)容量內(nèi)。如圖7所示，次于電介質(zhì)層28的層30的表面期望與電介質(zhì)層28的增強(qiáng)表面面積一致，以及對(duì)導(dǎo)電層30提供一個(gè)增強(qiáng)的表面面積。兩個(gè)導(dǎo)電層層26和30形成一個(gè)電容器的兩個(gè)板極。相對(duì)于電容器占用的面積，兩個(gè)板極期望具有增強(qiáng)的表面面積。
應(yīng)用到一個(gè)存儲(chǔ)器電容器的圖7所示的板極結(jié)構(gòu)被示例在圖8A所示的一個(gè)存儲(chǔ)器電容器的截面圖中。支持結(jié)構(gòu)10可以是一個(gè)多晶硅的導(dǎo)電插塞或其它的在一個(gè)電介質(zhì)材料32中的一個(gè)開口底部上形成的導(dǎo)電材料，比如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。插塞的下端典型的電接觸一個(gè)電路元件，比如一個(gè)晶體管門電路(未示出)。在圓柱形容器的邊上，BPSG本身起到用于電容器板極結(jié)構(gòu)的一個(gè)支持結(jié)構(gòu)的作用。通過圖7的層結(jié)構(gòu)提供的相當(dāng)薄的電容器結(jié)構(gòu)最大化了圖8A的存儲(chǔ)器電容器中的電容器板極表面面積，特別對(duì)于內(nèi)部(上部)電極，它的表面面積隨層結(jié)構(gòu)厚度的增加減少最快。因此，使用增強(qiáng)表面面積釕導(dǎo)電層提供了在一個(gè)給定面積中的改進(jìn)的電容。
應(yīng)用到一個(gè)紐扣電容器的圖7所示的板極結(jié)構(gòu)被示例在圖8B所示的一個(gè)紐扣電容器的截面圖中。支持結(jié)構(gòu)10包括一個(gè)插塞25，它從一個(gè)表面27延伸，并且在插塞25上均勻形成層26，28，30。
在一個(gè)具體例子中，通過CVD在BPSG的襯底上沉積釕氧化物到大約600埃的一個(gè)厚度。在800℃和600托上在氮中預(yù)退火釕氧化物一分鐘層，接著在變化的時(shí)間和在變化的壓力上在氮中在800℃上退火。這樣能省略預(yù)退火。
在SEM實(shí)驗(yàn)上，對(duì)于八分鐘在4.5托上的退火的層顯示出明顯的表面粗糙，帶有大約100?；蚋蟮钠骄木Я３叽?，且在襯底表面上帶有良好的均勻性。對(duì)于八分鐘在60托上的退火的層顯示一些表面粗糙，帶有一個(gè)接近100埃的平均晶粒，但通常粗糙小于4.5托的。對(duì)于八分鐘在600托上的退火的層通?？偸秋@示粗糙和晶粒尺寸少于和小于60托的。對(duì)于二分鐘在4.5托上的退火的層也顯示明顯的表面粗糙，可能在襯底表面上帶有比八分鐘稍微少的均勻性。退火層的X射線衍射研究顯示釕作為主要成分，但Ru/RuO2的比列隨處理?xiàng)l件而改變。
使用一個(gè)鎢氮化物層作為電極能夠獲得包括金屬絕緣金屬(MIM)電容器的優(yōu)良的電容器。通過在一個(gè)包含氮的環(huán)境中一個(gè)鎢目標(biāo)的反應(yīng)濺射能夠形成鎢氮化物層，或通過一個(gè)化學(xué)汽相沉淀處理(CVD)，比如一個(gè)等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD)，一個(gè)有機(jī)金屬處理CVD(MOCVD)，原子層沉積(ALD)，或其它的處理來獲得。使用一個(gè)采用鎢氟化物(WF6)和氨(NH3)作為初級(jí)粒子的熱CVD處理，可以方便的形成鎢氮化物層，并且在1-3分鐘內(nèi)使用這樣一種處理可以形成一個(gè)300埃厚度層。鎢氮化物層的厚度能被改變，但典型的厚度是在100-1000埃的范圍中。
當(dāng)沉積時(shí)，鎢氮化物能包含一個(gè)穩(wěn)態(tài)的鎢氮化物化合物W2N和一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)的鎢氮化物化合物WN的混合物。在一個(gè)快速熱處理(RTP)中亞穩(wěn)態(tài)的化合物WN能被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)態(tài)的鎢氮化合物W2N，其中鎢氮化物層的溫度被快速升到600-800℃范圍中的一個(gè)退火溫度并保持在退火溫度上大約60秒。典型的，鎢氮化物層的溫度在少于大約30秒中被傾斜上升到700℃然后從700℃的退火溫度下降。這樣一個(gè)退火處理典型的在鎢氮化物層上形成一個(gè)電介質(zhì)層和第二電極之前執(zhí)行，以便使一個(gè)電容器結(jié)構(gòu)不同地完成。亞穩(wěn)態(tài)的化合物WN可能包括缺陷和可以在整個(gè)電介質(zhì)材料比如Ta2O5的沉積過程中擇優(yōu)的被氧化，并隨后退火處理。因此，不用退火處理形成的電容器的電容趨于低。此外，缺陷的出現(xiàn)趨于增加漏電流。在一個(gè)完成的電容器中，相對(duì)于沒有退火的電容器來說，退火處理趨于增加大約20％的電容并減少了當(dāng)電壓施加到電極上而出現(xiàn)的漏電流。
由任何各種電介質(zhì)材料組成的一個(gè)電介質(zhì)層在鎢氮化物層上被形成。適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料包括高電介質(zhì)常數(shù)材料，比如五氧化二鉭(Ta2O5)，摻雜的Ta2O5比如Ti摻雜的Ta2O5，鋇鍶鈦氧化物(BaSr)TiO3，鉛鋯鈦氧化物Pb(Zr，Ti)O3，和鍶鉍鈦氧化物(SrBi2Ta2O9)，BaTiO3，SrTiO3，Pb(Zr，Tj)O3，SrBi2Ta2O9，SrBi2Nb2O9，SrBi2(Nb，Ta)2O9，(Pb，La)(Zr，Ti)O3，Al2O3，ZrO2，HfO2，和SiOxNy。對(duì)于Ta2O5，形成的一個(gè)化學(xué)計(jì)量的化合物是最好的，以便Ta2O5層不是一個(gè)富鉭的層，因?yàn)楦汇g的Ta2O5層趨于導(dǎo)電，不絕緣。五氧化二鉭電介質(zhì)層最適合在一些因?yàn)榇蟮碾娊橘|(zhì)常數(shù)和它的穩(wěn)定性的應(yīng)用中，。然而，一般是在一個(gè)氧化環(huán)境中使用一個(gè)MOCVD形成五氧化二鉭，比如一個(gè)氧氣，臭氧，或N2O環(huán)境。盡管許多電極層材料不能暴露到氧化環(huán)境，但鎢氮化物通過該環(huán)境相對(duì)不受影響，并因此便于使用五氧化二鉭電介質(zhì)層。
在電介質(zhì)層上形成鎢氮化物或其他導(dǎo)電材料的一個(gè)電極層，并作為電容器的一個(gè)頂部電極。其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料包括TiN，TiON，WNx，TaN，Ta，Pt，Rh，Pt-Rh，Pt-RhOx，Ru，RuOx，Ir，IrOx，Pt-Ru，Pt-RuOx，Pt-Ir，Pt-IrOx，SrRuO3，Au，Pd，Al，Mo，Ag，多晶硅，和它們的合金。通過各種處理能夠形成這些電極材料。例如，使用一個(gè)CVD處理就方便的形成釕和鉑/銠。在形成電介質(zhì)層和電極層之后，如上所述，電容器被退火。
圖9A-9C示例了包括鎢氮化物電極的電容器幾何結(jié)構(gòu)的幾個(gè)例子。參考圖9A，在一個(gè)襯底53的表面上形成一個(gè)平行板電容器51。襯底53可以是任何各種襯底材料，包括GaAs，硅，或BPSG。電容器51包括第一電極55，第二電極57，和一個(gè)電介質(zhì)層59。在一個(gè)所示的例子中，第一電極55是一個(gè)鎢氮化合物層，電介質(zhì)層59是一個(gè)Ta2O5層，第二電極55是一個(gè)TiN層，和襯底是BPSG。
當(dāng)電壓被施加到比如電容器51的一個(gè)電容器的電極時(shí)，在電極之間流動(dòng)一些電流。該電流通常是不期望的并被稱作是“漏”電流。具有鎢氮化物的電極的平行板電容器具有只不過大約20nA/cm2的漏電流，或者低到大約5nA/cm2，對(duì)于具有電介質(zhì)層100埃厚度和提供1V電壓的電容器。
參考圖9B，在襯底63的蝕刻的凹槽62中形成一個(gè)存儲(chǔ)器電容器61。一個(gè)鎢氮化物電極層65覆蓋凹槽62的底部表面66和側(cè)表面67。一個(gè)Ta2O5電介質(zhì)層69覆蓋電極層65，充分的填充凹槽62和一個(gè)鎢氮化物電極層71(或其他的導(dǎo)電層)覆蓋電介質(zhì)層69。選擇凹槽62的尺寸以提供一個(gè)期望的電容，并可以結(jié)合在襯底63上形成的其它的電路元件的一個(gè)最小特性尺寸來選擇。在一個(gè)所示的例子中，凹槽62具有200nm的直徑D和1000nm的一個(gè)深度Z。對(duì)于這些尺寸，鎢氮化物層最好是大約300埃(30nm)厚度。薄于大約100埃(10nm)的鎢氮化物層趨于具有空隙。因?yàn)檫@些空隙，這些層不會(huì)作為連續(xù)的電極，減少了電容器61的電容。厚于大約1000埃(100nm)的鎢氮化物層趨于占用更多的凹槽62的容量，也限制了電容器61的電容。對(duì)于在較大凹槽中形成的存儲(chǔ)器電容器，能夠使用較厚的鎢氮化物層而不會(huì)犧牲很多電容。
通常用一種蝕刻處理在襯底63中形成凹槽62。如果襯底63是BPSG，用干蝕刻處理可以形成凹槽62，比如等離子體蝕刻。同時(shí)其他的蝕刻是可能的，因?yàn)榘疾?2的深度比寬深，一種可選擇的蝕刻處理最好是各向異性的。
參考圖9C，在一個(gè)從襯底77的表面75延伸的插塞73上形成紐扣電容器71。在插塞73上形成鎢氮化物電極層79，并用一個(gè)電介質(zhì)層81和一個(gè)電極層83被覆蓋。電介質(zhì)層81和電極層能以上述任何材料形成。對(duì)于電介質(zhì)層81和電極層83代表性的材料是Ta2O5和TiN。插塞73可以是一種多晶硅的導(dǎo)電插塞，或在襯底77的一個(gè)凹槽中形成的其它的導(dǎo)電材料，比如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。插塞的低端一般地電接觸一個(gè)電路元件，比如一個(gè)晶體管門電路(未示出)。
在上面的例子中，直接在諸如BPSG之類的襯底上沉積鎢氮化物層?？商鎿Q的，可以在一個(gè)鈦氮化物(TiN)粘附層上形成或沉積鎢氮化物層，或其他的粘附層，以提高鎢氮化物層到襯底的接合。
顯而易見，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在上述公開內(nèi)容的范圍和精神內(nèi)可以進(jìn)行變化。例如，增強(qiáng)的表面面積層能被用于鐵電體的存儲(chǔ)器以提高存儲(chǔ)容量。因此，覆蓋的范圍并不限于特殊的實(shí)施例和上述明顯的變化，而在于以下的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種形成增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；在層中把至少一部分釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕以便產(chǎn)生一個(gè)具有粗糙表面的包含釕的層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)包括加熱層。
3.權(quán)利要求1的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)包括把層暴露到還原環(huán)境。
4.權(quán)利要求1的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)包括把層暴露到還原壓力的環(huán)境。
5.權(quán)利要求1的方法，其中轉(zhuǎn)換的步驟包括把在層中的至少一部分釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕以至于產(chǎn)生具有一個(gè)織紋表面的一個(gè)層，其帶有至少大約100埃的平均特性尺寸。
6.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；用大約75托或更少的壓力在一個(gè)還原的壓力環(huán)境中通過加熱該層把至少一部分釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕，以便產(chǎn)生具有一個(gè)粗糙表面的層。
7.權(quán)利要求6的方法，其中轉(zhuǎn)換的步驟是在大約20托或更小的壓力的還原的壓力環(huán)境中執(zhí)行的。
8.權(quán)利要求6的方法，其中轉(zhuǎn)換的步驟是在具有大約5托或更少的一個(gè)壓力的還原的壓力環(huán)境中執(zhí)行的。
9.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供一個(gè)包含釕氧化物的層；用一個(gè)足夠的時(shí)間在大約75托或更少的一個(gè)壓力在還原的壓力環(huán)境中通過加熱層到至少大約500℃來把至少一部分釕氧化物轉(zhuǎn)換成釕，以便產(chǎn)生具有一個(gè)粗糙表面的層。
10.權(quán)利要求9的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)通過把層加熱到至少大約750℃而被執(zhí)行。
11.權(quán)利要求9的方法，其中轉(zhuǎn)化的行動(dòng)通過把層加熱到至少大約800℃而被執(zhí)行。
12.權(quán)利要求9的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)通過在至少大約2分鐘把層加熱到至少大約500℃而被執(zhí)行。
13.權(quán)利要求9的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)通過在至少大約2-大約20分鐘的一個(gè)時(shí)間范圍中把層加熱到至少大約500℃而被執(zhí)行。
14.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；和轉(zhuǎn)換層中的釕氧化物到釕以至于產(chǎn)生具有一個(gè)粗糙表面的包含釕的層。
15.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；轉(zhuǎn)換層中的釕氧化物到釕以至于產(chǎn)生具有一個(gè)粗糙表面的包含釕的層；和暴露具有一個(gè)粗糙表面的層到一個(gè)適當(dāng)?shù)沫h(huán)境以降低層與周圍材料反應(yīng)的趨勢(shì)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中暴露的行動(dòng)包括暴露具有粗糙表面的層到一個(gè)氧化的環(huán)境的步驟。
17.權(quán)利要求15的方法，其中暴露的行動(dòng)包括暴露具有粗糙表面的層到一個(gè)氮化環(huán)境的步驟。
18.權(quán)利要求15的方法，其中暴露的行動(dòng)包括暴露具有粗糙表面的層到一個(gè)氮提供還原環(huán)境的步驟。
19.權(quán)利要求15的方法，其中暴露的行動(dòng)包括首先暴露具有粗糙表面的層到一個(gè)氮提供還原環(huán)境，接著暴露到一個(gè)氧化環(huán)境的步驟。
20.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；和在一個(gè)非氧化環(huán)境中通過在還原的壓力環(huán)境中加熱層來把層中的一些釕氧化物轉(zhuǎn)換到釕，以至于產(chǎn)生具有粗糙表面的包含釕的層。
21.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在氮環(huán)境中被執(zhí)行。
22.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在還原環(huán)境中被執(zhí)行。
23.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在氮提供還原環(huán)境中被執(zhí)行。
24.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在包含氨的環(huán)境中被執(zhí)行。
25.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在包含氫的環(huán)境中被執(zhí)行。
26.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在包含氦的環(huán)境中被執(zhí)行。
27.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在包含氖的環(huán)境中被執(zhí)行。
28.權(quán)利要求20的方法，其中轉(zhuǎn)換的行動(dòng)在包含氬的環(huán)境中被執(zhí)行。
29.權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括暴露具有粗糙表面的層到一個(gè)氧化環(huán)境的步驟。
30.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；選擇適于轉(zhuǎn)換至少一部分釕氧化物到釕的退火條件；和在所述條件下退火層以便產(chǎn)生具有粗糙表面的一個(gè)層。
31.一種形成一個(gè)包含釕的增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層的方法，該方法包括在一個(gè)支持結(jié)構(gòu)上沉積實(shí)質(zhì)上包括釕氧化物的層；和在一個(gè)非氧化環(huán)境中在還原的壓力環(huán)境中退火該層以至于充分轉(zhuǎn)換釕氧化物到釕，在所述支持結(jié)構(gòu)上留下實(shí)質(zhì)上包括釕的一個(gè)粗糙的層。
32.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層的方法，該方法包括形成導(dǎo)電材料的一個(gè)層；在導(dǎo)電材料的層上形成包括釕氧化物的層；和退火包括釕氧化物的層以至于把至少一些釕氧化物轉(zhuǎn)換到釕，以便產(chǎn)生具有一個(gè)織紋表面的一個(gè)層，該層具有至少大約100?；蚋蟮钠骄匦猿叽?。
33.一種形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；退火包括釕氧化物的層以至于轉(zhuǎn)換至少一些釕氧化物到釕，以便產(chǎn)生具有一個(gè)織紋表面的一個(gè)所產(chǎn)生的層，該層具有至少大約100埃或更大的平均特性尺寸；和在所產(chǎn)生的層上方均勻地形成導(dǎo)電材料的層以至于遠(yuǎn)離所產(chǎn)生層的導(dǎo)電材料的表面具有通常相應(yīng)于所產(chǎn)生層的一個(gè)織紋表面。
34.一種形成一個(gè)電容器的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；轉(zhuǎn)換至少一些釕氧化物到釕以便產(chǎn)生具有粗糙表面的一個(gè)所產(chǎn)生的層；在所產(chǎn)生的層上方形成電介質(zhì)材料的一個(gè)層；和在電介質(zhì)材料層的上方形成導(dǎo)電材料的一個(gè)層。
35.權(quán)利要求34的方法，其中形成電介質(zhì)材料層的行動(dòng)包括形成高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料層的步驟。
36.權(quán)利要求34的方法，其中至少一些釕氧化物在75托或更小的壓力上通過退火轉(zhuǎn)換到釕。
37.權(quán)利要求34的方法，進(jìn)一步包括處理包含釕氧化物的層以定義第一電極。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述第一電極是通過一個(gè)蝕刻處理來定義的。
39.權(quán)利要求37的方法，其中所述第一電極是通過一個(gè)化學(xué)機(jī)械的拋光處理來定義的。
40.權(quán)利要求37的方法，其中第一電極是在轉(zhuǎn)換至少一些釕氧化物到釕之前來定義的。
41.一種形成一個(gè)電容器的方法，該方法包括提供導(dǎo)電材料的第一層；在導(dǎo)電材料的層上形成包含釕氧化物的層；退火包括釕氧化物的層以至于轉(zhuǎn)換至少一些釕氧化物到釕，以便產(chǎn)生具有至少大約100?；蚋蟮钠骄Я３叽绲拇植诘慕Y(jié)果表面層；在具有一個(gè)粗糙表面的層上方形成電介質(zhì)材料層；和在電介質(zhì)材料層上方形成導(dǎo)電材料的第二層。
42.權(quán)利要求41的方法，其中形成電介質(zhì)材料層的行動(dòng)包括形成高介電常數(shù)電介質(zhì)材料的層。
43.一種形成電容器的方法，該方法包括形成包含鎢氮化物的第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成電介質(zhì)材料層；和在電介質(zhì)材料層上形成第二導(dǎo)電層。
44.權(quán)利要求43的方法，進(jìn)一步包括在退火溫度上退火至少第一導(dǎo)電層以便足以把鎢氮化合物WN轉(zhuǎn)換成鎢氮化合物W2N。
45.權(quán)利要求44的方法，其中退火溫度是至少500℃并且所述第一導(dǎo)電層被保持在該退火溫度上至少30秒。
46.權(quán)利要求44的方法，其中在一個(gè)接線柱上均勻地形成第一導(dǎo)電層。
47.權(quán)利要求44的方法，其中在襯底的凹槽中均勻地形成第一導(dǎo)電層。
48.權(quán)利要求44的方法，其中所述電介質(zhì)層包含鉭氧化物。
49.一種提高包括鎢氮化物電極的電容器的電容的方法，該方法包括在足以轉(zhuǎn)換WN到W2N的退火溫度上退火鎢氮化物層。
50.權(quán)利要求49的方法，其中退火溫度是至少500℃。
51.一種集成電路，其包括具有織紋表面的增強(qiáng)表面面積的包含釕的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層具有至少大約100埃的平均特性尺寸。
52.一種集成電路，包括具有織紋表面的增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電的氮鈍化的包含釕的層，它具有至少大約100埃的平均特性尺寸。
53.一種集成電路，包括具有織紋表面的增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電的氮鈍化和氧鈍化的包含釕的層，它具有至少大約100埃的平均特性尺寸。
54.一種集成電路，它包括一個(gè)氮鈍化的包含釕的層。
55.一種集成電路，它包括一個(gè)氮鈍化和氧鈍化的包含釕的層。
56.一種集成電路，它包括退火的鎢氮化物電極層。
57.權(quán)利要求56的集成電路，其中退火的鎢氮化物電極層實(shí)質(zhì)上包括W2N。
58.權(quán)利要求56的集成電路，進(jìn)一步包括五氧化二鉭的電介質(zhì)層，它覆蓋退火的鎢氮化物層。
59.一種在制造電子設(shè)備中形成釕或釕氧化物的鈍化層的方法，該方法包括提供釕或釕氧化物的一個(gè)層；和在一個(gè)氮提供或氮提供和還原環(huán)境中退火層以便鈍化所述層。
60.權(quán)利要求59的方法，進(jìn)一步包括在氧化環(huán)境中退火所述層。
61.權(quán)利要求59的方法，其中退火的行動(dòng)包括在氨環(huán)境中退火。
62.權(quán)利要求59的方法，其中退火的行動(dòng)包括在包括氫和氮的一個(gè)混合物中退火。
63.權(quán)利要求59的方法，其中退火的行動(dòng)包括在氮中退火。
64.一種應(yīng)用導(dǎo)電薄膜的方法，該方法包括提供鎢氮化物的一個(gè)層；和退火所述鎢氮化物層。
65.權(quán)利要求64的方法，其中所述鎢氮化物層包括一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)鎢氮化物化合物并且在一個(gè)溫度上退火鎢氮化物，足以把至少一些亞穩(wěn)態(tài)化合物轉(zhuǎn)換成穩(wěn)態(tài)的化合物。
66.一種形成電容器陣列的方法，該方法包括提供包含釕氧化物的一個(gè)層；轉(zhuǎn)換至少一些釕氧化物到釕以至于產(chǎn)生具有粗糙表面的結(jié)果層；在結(jié)果層上方形成電介質(zhì)材料的一個(gè)層；在電介質(zhì)材料的層上形成導(dǎo)電層；和通過構(gòu)圖至少一個(gè)釕氧化物或結(jié)果層之一來定義電極的陣列。
67.權(quán)利要求66的方法，其中電極的陣列是在形成電介質(zhì)材料的層之前被定義的。
68.權(quán)利要求66的方法，其中電極的陣列是在電介質(zhì)層上形成導(dǎo)電層之后定義的。
69.權(quán)利要求65的方法，其中電極的陣列通過蝕刻來定義。
70.權(quán)利要求65的方法，其中電極的陣列是通過化學(xué)機(jī)械的拋光來定義的。
71.一種DRAM，包括電容器陣列，該電容器包括在具有織紋表面的增強(qiáng)表面面積導(dǎo)電層中定義的電極，該帶有大約100埃的一個(gè)平均表面面積。
全文摘要
具有增加電容的電容器，包括一個(gè)增強(qiáng)表面面積(粗糙表面的)導(dǎo)電層或與高電介質(zhì)常數(shù)材料兼容的其他的層。在一種方法中，形成對(duì)于該電容器的一個(gè)增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層，通過在500℃以上的高溫和75托或以下的低壓來處理一個(gè)釕氧化物層，最好在5托或以下，以產(chǎn)生具有織紋表面的粗糙的釕層，其具有至少大約100埃的平均特性尺寸。通過化學(xué)汽相沉積技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)等等可以提供初始釕氧化物層，可以在一個(gè)下導(dǎo)電層的上方形成層。該處理可以在一個(gè)惰性環(huán)境中或在一個(gè)還原環(huán)境中執(zhí)行。整個(gè)處理過程中或之后可以使用一個(gè)氮提供環(huán)境或者氮提供還原環(huán)境來鈍化釕以便提高與高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料的兼容性。也可以執(zhí)行一個(gè)氧化環(huán)境中的處理以鈍化粗糙的層。釕的粗糙的層可以被用于形成一個(gè)增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層。所產(chǎn)生的增強(qiáng)表面面積的導(dǎo)電層可以形成集成電路中存儲(chǔ)電容器的一個(gè)板極，比如在個(gè)DRAM的存儲(chǔ)器單元中等等。在另一個(gè)方法中，提供鎢氮化物層作為電容器的第一電極。該電容器，或至少鎢氮化物層被退火以增加電容器的電容。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1436364SQ01810919
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者維什努K·阿加瓦爾, 加羅·戴德里安, 居爾吉S·桑德赫, 李衛(wèi)民, 馬克·維索凱, 杰姆·巴斯卡里, 薩姆·揚(yáng) 申請(qǐng)人:美光科技公司