[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于具有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，正在进行着对利用铁电体的极化反转将信息保持到铁电电容器的铁电存储器(FeRAM)的开发。铁电存储器是一种即使切断电源也不丢失所保存的信息的非易失性存储器，并且因能够实现高集成度、高驱动速度、高持久性以及低耗电而被特别关注。

主要使用剩余极化强度(remanent polarization)大的PZT(Pb(Zr，Ti)O₃)膜及SBT(SrBi₂Ta₂O₉)膜等具有钙钛矿晶体结构的铁电体氧化物，来作为构成铁电电容器的铁电膜。PZT的剩余极化量为10～30μC/cm₂左右。但是，铁电膜的特性(剩余极化量及介电常数等)易由水分而发生劣化。铁电存储器中使用了与水的亲和力大的氧化硅膜等而作为层间绝缘膜，而且，在铁电存储器的制造过程中，对层间绝缘膜及金属布线进行了热处理。而且，从外部侵入而存在于层间绝缘膜中的水分在该热处理之际分解为氢和氧，进而氢与铁电膜中的氧原子发生反应。其结果，铁电膜发生氧缺陷，结晶性降低，进而特性发生劣化。而且，长时间使用铁电存储器也会引起相同的现象。

这种伴随水分侵入及氢扩散所发生的特性劣化，不仅仅发生于铁电电容器，在半导体器件中的电容器等其它元件也会发生。

因此，目前，以作为防止水分侵入及氢扩散等为目的，在铁电电容器的上方形成有氧化铝膜。例如存在以直接包围铁电电容器的方式形成氧化铝膜的技术。而且，也存在着在位于铁电电容器上方的布线层的更上方形成氧化铝膜的技术。例如在专利文献1～5中记载了这些技术。

然而，不能说通过上述现有技术就能够充分地确保铁电特性。

专利文献1：JP特开2003-197878号公报

专利文献2：JP特开2001-68639号公报

专利文献3：JP特开2003-174145号公报

专利文献4：JP特开2002-176149号公报

专利文献5：JP特开2003-100994号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够充分确保铁电电容器的特性的半导体器件及其制造方法。

本申请发明人为解决所述课题而专心致志重复地进行研究后得到了如下所示的发明的技术方案。

本发明的半导体器件中设置有铁电电容器，所述铁电电容器形成在半导体衬底的上方，并且具有下部电极、铁电膜以及上部电极。在所述铁电电容器的上方形成有第一布线，并且所述第一布线的一部分与所述上部电极和所述下部电极中的至少一个连接。设置有表面平坦的阻挡层，其直接覆盖所述第一布线，用于防止氢或者水分的扩散。在所述阻挡层上形成有层间绝缘膜。在所述层间绝缘膜上形成有其一部分直接与所述第一布线连接的第二布线。

在本发明半导体器件的制造方法中，在半导体衬底的上方形成具有下部电极、铁电膜以及上部电极的铁电电容器，然后，在所述铁电电容器的上方形成第一布线，所述第一布线的一部分与所述上部电极和所述下部电极中的至少一个连接的第一布线。接着，形成阻挡层，所述阻挡层直接覆盖所述第一布线，用于防止氢或者水分的扩散，而且所述阻挡层的表面平坦。接下来，在所述阻挡层上形成层间绝缘膜。然后，在所述层间绝缘膜上形成其一部分与所述第一布线连接的第二布线。

另外，本发明还提供一种半导体器件，其特征在于，具有：铁电电容器，其形成在半导体衬底的上方，并且具有下部电极、铁电膜以及上部电极；多个第一布线，形成在所述铁电电容器的上方，并且所述第一布线的一部分与所述上部电极和下部电极中的至少一个连接；第一阻挡膜，直接覆盖所述第一布线，用于防止氢或者水分的扩散；氧化硅膜，填埋在所述多个第一布线之间；第二阻挡膜，形成在所述第一阻挡膜和所述氧化硅膜上，且该第二阻挡膜表面平坦；层间绝缘膜，形成在所述第二阻挡膜上；第二布线，形成在所述层间绝缘膜上，并且所述第二布线的一部分与所述第一布线连接。