[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于具备铁电电容器的非易失性存储器的半导体器件及其制造方法。

背景技术

近年来，随着数码技术的发展，对大容量的数据进行高速处理或对其进行保存的倾向正在提高。为此，正需要在电子设备上使用的半导体器件的高集成化以及高性能化。

因此，为了实现半导体存储器件(DRAM)的高集成化，作为构成DRAM的电容元件的电容绝缘膜，采用铁电材料或者高电容率材料来替代硅氧化物或者硅氮化物的技术，正在进行广泛的研究和开发。

此外，关于为了实现能够在低电压并且高速进行写入动作以及读出动作的非易失性RAM，作为电容绝缘膜，采用了具有自发极化特性的铁电膜的铁电存储器(FeRAM)，也正在进行广泛的研究和开发。

铁电存储器利用铁电体的磁滞特性来存储信息。对于铁电存储器，在每个存储器单元中设置有作为一对电极间的电容器铁电膜具有铁电膜的铁电存储器。在铁电体中，根据电极间的施加电压而产生极化，即使施加电压被去除也会残留自然极化。此外，当施加电压的极性颠倒时，自然极化的极性也颠倒。因此，如果可以检测自然极化就能够读出信息。并且，铁电存储器中具有动作高速、耗电力低、写入/读出的耐久性优越等的特征。

但是，在铁电存储器的设计以及制造中，需要克服铁电电容器的电特性容易因从外部侵入的氢气和水分而劣化的性质。在具有由Pt膜构成的下部电极、由PbZr_1-XTi_xO₃(PZT)膜构成的铁电膜、和由Pt膜构成的上部电极的现有的铁电电容器中，当氢气分压为40Pa(0.3Torr)左右的环境为将衬底加热到200℃左右时，PbZr_1-XTi_xO₃膜的铁电特性几乎都会丧失。此外，当在铁电电容器吸附有水分的状态、或者有水分在铁电电容器的附近存在的状态下进行热处理时，铁电膜的铁电体特性会显著的劣化。

因此，到目前为止，在制造铁电存储器时，在形成了铁电膜之后，都选择执行在可能的程度下尽可能少产生水分并可以在低温下进行的处理。特别是，在形成层间绝缘膜时，通常选择使用氢产生量比较少的原料气体的CVD(Chemical Vapor Deposition)法等。

此外，提出有形成了覆盖铁电电容器的阻挡膜的结构、以及在铁电电容器的上方形成有阻挡膜的结构。作为阻挡膜，主要采用氧化铝膜。这是因为氧化铝膜具有防止氢以及水分扩散的功能。

但是，即使设置了阻挡膜，由于使用环境等问题也很难确保充分的氢阻挡性。此外，即使设置了抗潮环，也很难确保充分的氢阻挡性。

专利文献1：JP特开平9-293869号公报

专利文献2：JP特开2003-115545号公报

专利文献3：JP特开2001-210798号公报

专利文献4：JP特开2003-174145号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够抑制伴随着氢等从外部侵入而发生的特性劣化的半导体器件及其制造方法。

本发明人为了解决上述课题而进行反复深入研究的结果想到了下述的发明的各种方式。

本发明的半导体器件，其特征在于，具有：多个铁电电容器，其形成在半导体衬底的上方；第一阻挡膜，其直接覆盖所述铁电电容器，用于防止氢或者水的扩散；层间绝缘膜，其形成在所述第一阻挡膜上；配线，其形成在所述层间绝缘膜上，并与所述铁电电容器连接，所述层间绝缘膜包含一个或者两个以上的第二阻挡膜，该第二阻挡膜从上方以及侧方覆盖所述多个铁电电容器中的至少一个，用于防止氢或者水的扩散，并且所述一个或者两个以上的第二阻挡膜，共同地覆盖所述多个铁电电容器。

本发明的半导体器件的制造方法，在半导体衬底的上方形成铁电电容器后，形成直接覆盖所述铁电电容器、并防止氢或者水的扩散的第一阻挡膜。接着，在所述第一阻挡膜上形成层间绝缘膜。然后，在所述层间绝缘膜上形成与所述铁电电容器连接的配线。并且，在形成所述层间绝缘膜时，通过形成一个或者两个以上的第二阻挡膜，其中该第二阻挡膜从上方以及侧方覆盖所述多个铁电电容器中的至少一个、并用于防止氢或者水的扩散，由此使所述一个或者两个以上的第二阻挡膜共同地覆盖所述多个铁电电容器。

附图说明

图1是示出利用本发明的实施方式的方法制造的铁电存储器(半导体器件)的存储单元阵列的结构的电路图。

图2A是按工序顺序表示本发明的第一实施方式的铁电存储器的制造方法的剖视图。