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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterspeichervorrichtung
und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere auf eine
Halbleiterspeichervorrichtung, die eine Kondensatorschicht enthält, die
aus einem isolierenden Metalloxid gebildet ist, und auf ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Mit
der Weiterentwicklung der Digitaltechnologie ist die Tendenz gefördert worden,
einen großen Datenumfang
zu verarbeiten und zu speichern, was zu einer höheren Ausgereiftheit von elektronischen Geräten führte, wobei
im Hinblick auf eine in diesen Geräten verwendete Halbleitervorrichtung
eine wesentliche Reduktion der Halbleiterelementgröße angestrebt
wurde.
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Entsprechend
diesem Trend sind Techniken der Verwendung eines stark dielektrischen
Materials für
eine isolierende Kondensatorschicht anstelle herkömmlicher
Siliciumoxide oder Siliciumnitride, um eine höhere Integration eines dynamischen
RAM zu verwirklichen, viel erforscht und entwickelt worden.
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Außerdem werden
aktiv Forschung und Entwicklung nach einer ferroelektrischen Schicht
mit der Eigenschaft einer spontanen Polarisation betrieben, um einen
in der Praxis anwendbaren nichtflüchtigen RAM zu erhalten, der
für einen
Niederspannungsbetrieb und eine hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit geeignet
ist.
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Das
schwierigste Ziel bei der Verwirklichung solcher Halbleiterspeichervorrichtungen
ist das Entwickeln eines Prozesses, der für das Integrieren eines Kondensatorelements
in eine integrierte CMOS-Schaltung ohne Verschlechterung der Eigenschaften
geeignet ist.
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Im
Folgenden werden mit Bezug auf 6 eine herkömmliche
Halbleiterspeichervorrichtung 500 und ein Verfahren zum
Herstellen derselben beschrieben.
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Wie
in 6 gezeigt ist, enthält die Halbleiterspeichervorrichtung 500 ein
Halbleitersubstrat 33, auf dem ein Transistor 34,
der Source- und Drain-Bereiche 21 und eine Gate-Elektrode 22 enthält, gebildet
wird. Um die gesamte Oberfläche
des Halbleitersubstrats 33 abzudecken, wird eine erste
Schutzisolierschicht 23 gebildet.
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Auf
der ersten Schutzisolierschicht 23 wird ein Datenspeicherungs-Kondensatorelement 35 gebildet.
Das Kondensatorelement 35 enthält eine untere Elektrode 24,
eine auf einem isolierenden Metalloxid gebildete Kondensatorschicht 25 und
eine obere Elektrode 26.
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Um
das Datenspeicherungs-Kondensatorelement 35 abzudecken,
wird eine Wasserstoffbarrierenlage 27 mit der Funktion
einer Zwischenverbindungslage gebildet. Um die gesamte Oberfläche der ersten
Schutzisolierschicht 23 und der Wasserstoffbarrierenlage 27 abzudecken,
wird eine zweite Schutzisolierschicht 28 gebildet.
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Durch Ätzen der
zweiten Schutzisolierschicht 28 und der Wasserstoffbarrierenlage 27 werden
Kontaktlöcher 29,
die die obere Elektrode 26 teilweise freilegen, und ein
Kontaktloch 30, das die untere Elektrode 24 teilweise
freilegt, gebildet. Durch Ätzen
der ersten Schutzisolierschicht 23 und der zweiten Schutzisolierschicht 28 werden
Kontaktlöcher 31,
die den Transistor 34 teilweise freilegen, gebildet. Schließlich wird
an einer vorgegebenen Stelle eine Zwischenverbindungslage 32,
die den Transistor 23 und das Kondensatorelement 35 miteinander verbindet,
gebildet.
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Bei
der herkömmlichen
Halbleiterspeichervorrichtung 500 wird die Wasserstoffbarrierenlage 27 gebildet,
um das Kondensatorelement 35 abzudecken. Da die Wasserstoffbarrierenlage 27 aus
einem Material gebildet wird, das in dem Prozess nach dem Bilden
der Zwischenverbindungslage 32 als Barriere gegen Wasserstoff
wirkt, ist sie geeignet, die Verschlechterung der Eigenschaften
des Kondensatorelements 35, die durch die Reduktionsreaktion
der auf einem isolierenden Metalloxid gebildeten Kondensatorschicht 25 bewirkt
wird, zu unterdrücken.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass
der oben erwähnte
herkömmliche
Prozess noch ein weiteres ungelöstes Problem
in dem Prozess vor der Bildung der Zwischenverbindungslage 32 besitzt.
Nun wird dieses Problem beschrieben, wobei auf die 7A bis 7D Bezug
genommen wird.
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Wie
in 7A gezeigt ist, wird auf der zweiten Schutzisolierschicht 28 eine
Resistlage 61 gebildet, um das Kontaktloch 29 durch
die zweite Schutzisolierschicht 28 und die Wasserstoffbarrierenlage 27, die
auf der aus Platin gebildeten oberen Elektrode 26 gebildet
ist, zu bilden.
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Wie
in 7B gezeigt ist, wird die Resistlage 61 dann
mittels eines Sauerstoffplasmas entfernt. In diesem Prozess wird
ein Teil der während
der Entfernung der Resistlage 61 erzeugten OH-Basen 62 durch
die katalytische Reaktion auf einer Oberfläche 26A der oberen
Elektrode 26 zerlegt. Als Folge, wie in 7C gezeigt
ist, wird aktiver Wasserstoff 63 erzeugt.
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Wie
in 7C gezeigt ist, dispergiert der aktive Wasserstoff 63 in
die obere bzw. in der oberen Elektrode 26. Als Folge, wie
in 7D gezeigt ist, dispergiert der Wasserstoff 63 in
das Kondensatorelement 35. Dies bedeutet, dass der aktive
Wasserstoff 63 durch das Kontaktloch 29 und durch
das Kontaktloch 30 in die Kondensatorschicht 25 dispergiert. Dies
reduziert die auf einem isolierenden Metalloxid gebildete Kondensatorschicht 25 und
erzeugt dann die Verschlechterung der Eigenschaften an dem Kondensatorelement 35.
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Die
katalytische Reaktion, die den aktiven Wasserstoff 63 an
der Oberfläche 26A der
oberen Elektrode 25 und einer Oberfläche 24A der unteren Elektrode 24 erzeugt,
erfolgt unvermeidlich während des
Schritts der Entfernung der Resistlage 61 mittels eines
O2-Plasmas nach dem Ätzen zum Bilden des Kontaktlochs 31,
um die obere Elektrode 26 und die untere Elektrode 24,
die beide aus Platin gebildet sind, zu bilden, freizulegen, wie
in 8 gezeigt ist.
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Die
herkömmliche
Halbleiterspeichervorrichtung 500 kann diese katalytische
Reaktion nicht unterdrücken.
Daher besitzt die herkömmliche
Halbleiterspeichervorrichtung 500 das Problem, dass eine Verschlechterung
der Eigenschaften des Kondensatorelements 35, die durch
die Reduktionsreaktion der auf einem isolierenden Metalloxid gebildeten
Kondensatorschicht 25 bedingt ist, hervorgerufen wird.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP 0 837 504 offenbart
eine Halbleiterspeichervorrichtung, die umfasst: ein Halbleitersubstrat
mit einem Transistor, eine erste Schutzisolierschicht, um das Halbleitersubstrat
abzudecken, wenigstens ein Datenspeicherungs-Kondensatorelement,
das auf der ersten Schutzisolierschicht gebildet ist, eine zweite
Schutzisolierschicht, um die erste Schutzisolierschicht und das
Kondensatorelement abzudecken, eine Wasserstoffbarrierenlage und
eine Zwischenverbindungslage, um den Transistor und das Kondensatorelement elektrisch
miteinander zu verbinden, wobei das Kondensatorelement eine auf
der ersten Schutzisolierschicht gebildete untere Elektrode, eine
auf der unteren Elektrode gebildete Kondensatorschicht und eine auf
der Kondensatorschicht gebildete obere Elektrode enthält. Die
Kondensatorschicht enthält
ein isolierendes Metalloxid, die zweite Schutzisolierschicht besitzt
ein erstes Kontaktloch, das zu der oberen Elektrode reicht, und
die Wasserstoffbarrierenlage ist in dem ersten und in dem zweiten
Kontaktloch vorgesehen, um die obere und die untere Elektrode nicht freizulegen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Halbleiterspeichervorrichtung:
ein Halbleitersubstrat mit einem Transistor, eine erste Schutzisolierschicht, um
das Halbleitersubstrat abzudecken, wenigstens ein Datenspeicherungs-Kondensatorelement,
das auf der ersten Schutzisolierschicht gebildet ist, eine zweite
Schutzisolierschicht, um die erste Schutzisolierschicht und das
Kondensatorelement abzudecken, eine Wasserstoffbarrierenlage und
eine Zwischenverbindungslage, um den Transistor und das Kondensatorelement
elektrisch miteinander zu verbinden, wobei: das Kondensatorelement
eine auf der ersten Schutzisolierschicht gebildete untere Elektrode,
eine auf der unteren Elektrode gebildete Kondensatorschicht und
eine auf der Kondensatorschicht gebildete obere Elektrode enthält, die
Kondensatorschicht ein isolierendes Metalloxid enthält, die
zweite Schutzisolierschicht ein erstes Kontaktloch, das zu der oberen
Elektrode reicht, ein zweites Kontaktloch, das zu der unteren Elektrode
reicht, und ein drittes Kontaktloch, das zu dem Transistor durch
die erste Schutzisolierschicht reicht, besitzt und die Wasserstoffbarrierenlage
in dem ersten und in dem zweiten Kontaktloch vorgesehen ist, um
die obere und die untere Elektrode nicht freizulegen, während die
Wasserstoffbarrierenlage in dem dritten Kontaktloch nicht vorgesehen
ist, so dass der Transistor freiliegt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Wasserstoffbarrierenlage ein Material, das leitend ist und während der
Entfernung des Resists mittels eines Sauerstoffplasmas eine katalytische
Reaktion, die aktiven Wasserstoff erzeugt, nicht bewirkt, enthält die Wasserstoffbarrierenlage wenigstens
ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titannitrid,
Tantalnitrid, Iridiumoxid, Rutheniumoxid und Rhodiumoxid besteht,
enthält das
isolierende Metalloxid wenigstens ein Material, das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus einem ferroelektrischen Material mit einer Wismutlagen-Perowskitstruktur,
Blei-Zirkonat-Titanat,
Strontium-Barium-Titanat oder Tantalpentoxid besteht, enthalten
die obere Elektrode und die untere Elektrode jeweils wenigstens
ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Iridium,
Ruthenium und Rhodium besteht.
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In
einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiterspeichervorrichtung die folgenden Schritte: Bilden
einer ersten Schutzisolierschicht zum Abdecken eines Halbleitersubstrats,
das einen Transistor enthält,
Bilden wenigstens eines Datenspeicherungs-Kondensatorelements mit
einer unteren Elektrode, einer auf einem isolierenden Metalloxid
gebildeten Kondensatorschicht und einer oberen Elektrode auf der
ersten Schutzisolierschicht, Bilden einer zweiten Schutzisolierschicht,
um die erste Schutzisolierschicht und das Kondensatorelement abzudecken,
Bilden eines ersten Kontaktlochs, das zu der oberen Elektrode reicht, und
eines zweiten Kontaktlochs, das zu der unteren Elektrode reicht,
Bilden einer Wasserstoffbarrierenlage in dem ersten Kontaktloch
und in dem zweiten Kontaktloch, um so die obere Elektrode und die
untere Elektrode nicht freizulegen, Bilden einer Resistlage auf
der zweiten Schutzisolierschicht und der Wasserstoffbarriere und
Bilden eines dritten Kontaktlochs, das zu dem Transistor reicht,
so dass die Wasserstoffbarrierenlage in dem dritten Kontaktloch
nicht vorgesehen ist und der Transistor freigelegt ist, und Bilden
einer Zwischenverbindungslage, um das Kondensatorelement und den
Transistor elektrisch miteinander zu verbinden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Entfernens der
Resistlage durch Veraschung unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
die katalytische Reaktion, die Wasserstoff an der Oberfläche der
oberen Elektrode und der unteren Elektrode während der Entfernung des Resists mittels
eines Sauerstoffplasmas erzeugt, zu unterdrücken und durch Verkleiden der
Innenseite der Kontaktlöcher,
die zu der oberen Elektrode und der unteren Elektrode reichen, mit
der Wasserstoffbarrie renlage die Verschlechterung der Eigenschaften
des Kondensatorelement, die durch die Reduktionsreaktion der Kondensatorschicht
bedingt ist, zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es außerdem
möglich,
die Wasserstoffkatalysereaktion an den Oberflächen der oberen Elektrode und
der unteren Elektrode zu unterdrücken
sowie an dem Abschnitt, an dem die obere Elektrode und die untere Elektrode
mit der Zwischenverbindungslage verbunden sind, eine gute Leitfähigkeit
zu gewährleisten.
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Nach
der Bildung von Kontaktlöchern,
die zu der oberen Elektrode und der unteren Elektrode reichen, tritt
während
der Entfernung der Resistlage mittels eines Sauerstoffplasmas eine
katalytische Reaktion, die Wasserstoff erzeugt, an den Oberflächen der oberen
Elektrode und der unteren Elektrode ein. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es selbst dann, wenn die katalytische Reaktion eintritt, möglich, die Kondensatorschicht
durch Wärmebehandlung
in einer Sauerstoffatmosphäre
zu reoxidieren.
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Nach
der Bildung von Kontaktlöchern,
die zu dem Transistor reichen, wird die Resistlage mittels eines
Sauerstoffplasmas entfernt. Gemäß der Erfindung
tritt jedoch während
dieses Prozesses die katalytische Reaktion an den Oberflächen der
oberen Elektrode und der unteren Elektrode nicht auf, weil die Wasserstoffbarrierenlage
bereits gebildet ist und die obere Elektrode und die untere Elektrode
abdeckt, so dass die Elektroden während der Entfernung des Resists
nicht freiliegen. Somit wird die Kondensatorschicht nicht reduziert.
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Daher
wird ein Kondensatorelement mit hervorragenden Eigenschaften erhalten.
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Somit
ermöglicht
die hier beschriebene Erfindung die Vorteile, eine Halbleiterspeichervorrichtung mit
einer einfachen Struktur, die ausgezeichnete Eigenschaften besitzt,
zu schaffen, indem die katalytische Reaktion, die aktiven Wasserstoff
an einer Platinoberfläche
erzeugt, unterdrückt
wird und somit die Verschlechterung der Eigenschaften eines Kondensatorelements,
die durch die Reduktionsreaktion der auf einem isolierenden Metalloxid
gebildeten Kondensatorschicht bedingt ist, unterdrückt wird,
sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleiterspeichervorrichtung
zu schaffen.
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Diese
und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme
auf die begleitenden Figuren deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Teil-Querschnittsansicht einer Halbleiterspeichervorrichtung
gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung.
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2A bis 2C sind
Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren der in 1 gezeigten
Halbleiterspeichervorrichtung zeigen.
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3 ist
ein Ablaufplan des Herstellungsverfahrens für die in 1 gezeigte
Halbleiterspeichervorrichtung.
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4 ist
ein Graph, der die remanente Polarisation eines Kondensatorelements
gemäß der vorliegenden
Erfindung und eines herkömmlichen
Kondensatorelements vergleicht.
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5 ist
ein Graph, der die Bitfehler-Auftrittsrate einer Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer herkömmlichen
Halbleitervorrichtung vergleicht.
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6 ist
eine Teil-Querschnittsansicht einer herkömmlichen Halbleiterspeichervorrichtung.
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7A bis 7D sind
Querschnittsansichten, die den Fehlererzeugungsmechanismus während eines
Herstellungsverfahrens für
die in 6 gezeigte herkömmliche Halbleiterspeichervorrichtung
zeigen.
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8 ist
eine Querschnittsansicht der in 6 gezeigten
herkömmlichen
Halbleiterspeichervorrichtung während
eines Herstellungsschritts, in dem ein Fehler erzeugt wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf die 1, 2A, 2B, 2C und 3 ein
Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist
eine Teil-Querschnittsansicht einer Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die 2A bis 2C sind
Querschnittsansichten der Halbleiterspeichervorrichtung 100,
die Schritte deren Herstellung zeigen. 3 ist ein
Ablaufplan, der ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterspeichervorrichtung 100 zeigt.
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In 1 enthält die Halbleiterspeichervorrichtung 100 ein
Halbleitersubstrat 41, in dem ein Transistor 42 gebildet
ist, eine erste Schutzisolierschicht 3, die gebildet ist,
um das Halbleitersubstrat 41 abzudecken, ein Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43,
das auf der ersten Schutzisolierschicht 3 gebildet ist,
und eine zweite Schutzisolierschicht 7, die gebildet ist,
um die erste Schutzisolierschicht 3 und das Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43 abzudecken.
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Das
Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43 enthält eine
untere Elektrode 4, die auf der ersten Schutzisolierschicht 3 gebildet
ist, eine Kondensatorschicht 5, die auf der unteren Elektrode 4 gebildet
ist, und eine obere Elektrode 6, die auf der Kondensatorschicht 5 gebildet
ist. Die Kondensatorschicht 5 enthält ein isolierendes Metalloxid.
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Die
zweite Schutzisolierschicht 7 besitzt in ihr ausgebildete
Kontaktlöcher 8,
die bis zu der oberen Elektrode 6 reichen, und ein in ihr
ausgebildetes Kontaktloch 9 zur unteren Elektrode 4 hin.
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Die
Halbleiterspeichervorrichtung 100 enthält ferner Wasserstoffbarrierenlagen 10 bzw. 11,
die die Kontaktlöcher 8 und 9 verkleiden.
Die Wasserstoffbarrierenlage 10 ist gebildet, damit die
obere Elektrode 6 nicht freiliegt. Die Wasserstoffbarrierenlage 11 ist
gebildet, damit die untere Elektrode 4 nicht freiliegt.
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Die
Halbleiterspeichervorrichtung 100 enthält ferner eine Zwischenverbindungslage 13,
um den Transistor 42 und das Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43 elektrisch
miteinander zu verbinden. Der Transistor 42 enthält Source-
und Drain-Bereiche 1 und einen Gate-Bereich 2.
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Mit
Bezug auf die 2A bis 2C und 3 wird
ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterspeichervorrichtung 100 erläutert.
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Um
auf 2A Bezug zu nehmen, wird die erste Schutzisolierschicht 3 gebildet,
um die gesamte Oberfläche
des Halbleitersubstrats 41, in der der Transistor 42 mit
den Source- und Drain-Bereichen 1 und dem Gate-Bereich 2 gebildet
ist, abzudecken (S301).
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Danach
werden durch ein Sputterverfahren die untere Elektrode 4 aus
Platin auf der ersten Schutzisolierschicht 3, durch ein
metallorganisches Dekompositionsverfahren oder ein Sputterverfahren die
Kondensatorschicht 5 aus SrBi2(Ta1-xNbx)O9 und durch
ein Sputterverfahren die obere Elektrode 6 aus Platin gebildet.
Danach werden durch ein Trockenätzverfahren
die untere Elektrode 4, die Kondensatorschicht 5 und
die obere Elektrode 6 zu den jeweiligen vorgegebenen Formen
bearbeitet und somit das Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43 gebildet
(S302).
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Danach
wird die zweite Schutzisolierschicht 7 gebildet, um die
gesamte Oberfläche
der ersten Schutzisolierschicht 3 und des Datenspeicherungs-Kondensatorelements 43 abzudecken
(S303). Danach werden auf der gesamten Oberfläche der zweiten Schutzisolierschicht 7 eine
Resistlage (nicht gezeigt) und auf der Resistlage durch ein lithographisches
Verfahren ein Maskenmuster (nicht gezeigt) gebildet, um die Kontaktlöcher 8 und 9 auszubilden (S304).
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Die
Resistlage wird dann durch Veraschung mittels eines Sauerstoffplasmas
entfernt, wobei die sich ergebenden Lagen anschließend bei
650°C in einer
Sauerstoffatmosphäre
wärmebehandelt
werden (S305).
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Um
auf 2B Bezug zu nehmen, wird danach durch ein Sputterverfahren
auf der gesamten Oberfläche
der sich ergebenden Lagen eine Titannitridlage als Wasserstoffbarrierenlagen 10 und 11 gebildet.
Auf der Titannitridlage wird durch ein lithographisches Verfahren
ein Maskenmuster (nicht gezeigt) gebildet, um so die Wasserstoffbarrierenlagen 10 und 11 bilden
zu können
und ein Freiliegen der oberen Elektrode 6 unterhalb der
Kontaktlöcher 8 und der
unteren Elektrode 4 unterhalb des Kontaktlochs 9 zu
verhindern. Danach wird die Titannitridlage entsprechend dem Maskenmuster
durch ein Trockenätzverfahren
bearbeitet, um die Wasserstoffbarrierenlagen 10, die das
Kontaktloch 8 verkleiden, und die Wasserstoffbarrierenlage 11 in
dem Kontaktloch 9 abzulagern (S306).
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Um
auf 2C Bezug zu nehmen, wird danach auf der gesamten
Oberfläche
der zweiten Schutzisolierschicht 7 sowie der Wasserstoffbarrierenlagen 10 und 11 eine
Resistlage (nicht gezeigt) gebildet, auf der durch das lithographische
Verfahren ein Maskenmuster (nicht gezeigt) gebildet wird, um Kontaktlöcher 12 zu
bilden, die zu dem Transistor 42 reichen. Die Kontaktlöcher 12 werden
dann entsprechend dem Maskenmuster gebildet, indem die erste Schutzisolierschicht 3 und
die zweite Schutzisolierschicht 7 durch ein Trockenätzverfahren
bearbeitet werden (S307).
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Danach
wird die Resistlage durch Veraschung mittels eines Sauerstoffplasmas
entfernt (S308). Schließlich
wird die Zwischenverbindungslage 13 gebildet, indem Titan,
Titannitrid, Aluminium und Titannitrid in dieser Reihenfolge in
den Kontaktlöchern 12 und
auf der zweiten Schutzisolierschicht 7 abgelagert werden,
wie in 2C gezeigt ist, um das Datenspeicherungs-Kondensatorelement 43 und
den Transistor 42 elektrisch miteinander zu verbinden (S309).
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Die
Halbleiterspeichervorrichtung 100 hat mehrere Kondensatorelementabschnitte,
die entsprechende Adressnummern A0, A1 ... An besitzen, wie in 1 gezeigt
ist. Wie oben beschrieben worden ist, kann gemäß diesem Beispiel selbst dann, wenn
beim Entfernen der Resistlage durch Veraschung mittels eines Sauerstoffplasmas
nach der Bildung der Kontaktlöcher 8 und 9 eine
Wasserstoff erzeugende katalytische Reaktion erfolgt, die Kondensatorschicht 5 nach
der Veraschung durch Wärmebehandlung
in einer Sauerstoffatmosphäre
reoxidiert werden. In dieser Weise wird die Halbleiterspeichervorrichtung 100 produziert.
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Ferner
erfolgt gemäß diesem
Beispiel beim Entfernen der Resistlage durch Veraschung mittels eines
Sauerstoffplasmas nach der Bildung der Kontaktlöcher 12 auf Grund
dessen, dass die Wasserstoffbarrierenlagen 10 und 11 so
gebildet sind, dass sie die Kontaktlöcher 8 und 9 im
Wesentlichen vollständig
abdecken, um die obere Elektrode 6 und die untere Elektrode 4 nicht
freizulegen, keine Wasserstoff erzeugende katalytische Reaktion
an den Oberflächen
der oberen Elektrode 6 und der unteren Elektrode 4,
weshalb die Kondensatorschichten nicht reduziert werden.
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Im
Folgenden wird das Ergebnis der kennzeichnenden Vergleiche zwischen
der herkömmlichen
Halbleiterspeichervorrichtung 500 und der Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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4 ist
ein Graph, der die remanente Polarisation eines Kondensatorelements 43 gemäß der vorliegenden
Erfindung und eines herkömmlichen Kondensatorelements
vergleicht.
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Die
horizontale Achse des Graphen gibt die jeweiligen mehreren Adressnummern,
die in 1 gezeigt sind, wieder, während die vertikale Achse die remanente
Polarisation des Datenspeicherungs-Kondensatorelements 43 wiedergibt.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Adressnummern A0, A1 ... An
in einer Folge ab jener, die zu dem Kontaktloch 9 oberhalb
der unteren Elektrode 4 am nächsten liegt, angegeben. In
dieser Patentbeschreibung wird der Kondensatorelementabschnitt mit
der Adressnummer A0 als Kondensatorelementabschnitt A0 bezeichnet,
der Kondensatorelementabschnitt mit der Adressnummer A1 als Kondensatorelementabschnitt A1
usw.
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In 4 repräsentiert
die Linie 51 die remanente Polarisation des Halbleiters 500,
während
die Linie 52 die remanente Polarisation einer Halbleitervorrichtung
repräsentiert,
die mit einer Wasserstoffbarrierenlage versehen ist, die die Kontaktlöcher 8, die
lediglich bis zu der oberen Elektrode 6 reichen, verkleidet
und die Linie 53 der remanenten Polarisation der Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung entspricht.
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Aus 4 geht
hervor, dass im Fall der durch die Linie 51 repräsentierten
Halbleiterspeichervorrichtung 500 die remanente Polarisation
bei allen Kondensatorelementabschnitten A0 bis An etwa 5 μC/cm2 beträgt,
was eine wesentliche Verschlechterung der Eigenschaften angibt.
Der Grund dafür
ist, dass die katalytische Reaktion an der Oberfläche der oberen
Elektrode 6 und der unteren Elektrode 4 eintritt,
was die Reduktion der Kondensatorschicht 5 bewirkt.
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Im
Fall der durch die Linie 52 repräsentierten Halbleiterspeichervorrichtung
wird die Verschlechterung der Eigenschaften bei den Kondensatorelementabschnitten
A0 und A1 in der Nähe
der unteren Elektrode 4 durch die Abnahme der remanenten
Polarisation angegeben. Der Grund dafür ist, dass infolge der katalytischen
Reaktion an der Oberfläche
der unteren Elektrode 4 in dem Kontaktloch 9,
das zu den Datenspeicherungs-Kondensatorelementabschnitten A0 und
A1 reicht, Wasserstoff 63 aus dem Kontaktloch 9 dispergiert,
worauf die Reduktion der Kondensatorschicht 5 erfolgt.
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Bei
der Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß diesem
Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei der die mittels Titannitrid
gebildeten Wasserstofflagen 10 und 11 an der Oberfläche der
oberen Elektrode 6 in den Kontaktlöchern 8 und an der
Oberfläche
der unteren Elektrode 4 in dem Kontaktloch 9 vorgesehen
sind, tritt, wie durch die Linie 53 gezeigt ist, in keinem
der Kondensatorelementabschnitte eine durch die Abnahme der remanenten
Polarisation angezeigte Verschlechterung der Eigenschaften ein.
Der Grund dafür
ist, dass die Wasserstoff erzeugende katalytische Reaktion an der
oberen Elektrode 6 und der unteren Elektrode 4 im
Wesentlichen völlig verhindert
wird und damit keine Reduktion des Kondensatorelements 5 erfolgt.
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5 ist
ein Graph, der die Bitfehler-Auftrittsrate einer Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer herkömmlichen
Halbleitervorrichtung vergleicht.
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Die
horizontale Achse des Graphen gibt die jeweiligen mehreren Adressnummern,
die in 1 gezeigt sind, wieder, während die vertikale Achse die Bitfehler-Auftrittsrate
wiedergibt. Die Linie 54 repräsentiert die Bitfehler-Auftrittsrate
des Halbleiters 500, während
die Linie 55 die Bitfehler-Auftrittsrate einer Halbleitervorrichtung
repräsentiert,
die lediglich in den Kontaktlöchern 8 der
oberen Elektrode 6 mit einer Wasserstoffbarrierenlage versehen
ist, und die Linie 56 der Bitfehler-Auftrittsrate der Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung entspricht.
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Im
Fall der durch die Linie 54 repräsentierten Halbleiterspeichervorrichtung 500 weisen
alle Kondensatorelementabschnitte A0 bis An auf Grund der wesentlichen
Verschlechterung der Eigenschaften, die durch die Abnahme der remanenten
Polarisation angezeigt wird, eine Bitfehler-Auftrittsrate von 100% auf.
Im Fall der durch die Linie 55 repräsentierten Halbleiterspeichervorrichtung
treten Fehler bei den Kondensatorelementabschnitten A0 und A1 in
der Nähe
des Kontaktlochs 9, das zu der unteren Elektrode 4 reicht,
auf. Im Fall der durch die Linie 56 repräsentierten
Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird in allen Kondensatorelementabschnitten A0 bis An eine Fehlerrate
von 0% erreicht.
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Daraus
geht hervor, dass gemäß dem vorliegenden
Beispiel die Eigenschaften der Halbleiterspeichervorrichtung wesentlich
verbessert sind. 5 zeigt die Leistung der in 4 gezeigten
Kondensatorelemente.
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Wie
durch die in den 4 und 5 gezeigten
Versuchsergebnisse gezeigt ist, wird gemäß dem vorliegenden Beispiel
eine Halbleiterspeichervorrichtung erhalten, die ein Kondensatorelement
mit hervorragenden Eigenschaften enthält.
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Obwohl
bei den Herstellungsschritten für
die Halbleiterspeichervorrichtung 100 gemäß diesem Beispiel
die Wärmebehandlung
bei 650°C
in einer Sauerstoffatmosphäre
nach der Veraschung ausgeführt
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Bedingung begrenzt.
Solange die Temperatur im Bereich von 600 bis 850°C liegt,
ist eine Oxidation der Kondensatorschicht möglicht, so dass ein ähnlicher
Effekt erzielt wird.
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Obwohl
in dem vorliegenden Beispiel Titannitrid für die Wasserstoffbarrierenlagen 10 und 11 verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Material begrenzt.
Ein ähnlicher
Effekt wird erzielt, solange ein Material, das keine Wasserstoff
erzeugende katalytische Reaktion bewirkt und eine gute Leitfähigkeit
besitzt wie etwa entweder Tantalnitrid, Iridiumoxid, Rutheniumoxid
oder Rhodiumoxid verwendet wird oder wenigstens zwei dieser Materialien
nacheinander abgelagert werden.
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Obwohl
in dem vorliegenden Beispiel SrBi2(Ta1-xNbx)O9 für die Kondensatorschicht 5 verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Material begrenzt.
Ein ähnlicher
Effekt wird durch Verwendung anderer Materialien wie etwa ferroelektrischer
Materialien mit einer Wismutlagen-Perowskitstruktur, Blei-Zirkonat-Titanat,
Strontium-Barium-Titanat oder Tantalpentoxid erzielt.
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Gemäß diesem
Beispiel wird Platin für
die obere Elektrode 6 und die untere Elektrode 4 verwendet;
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Material begrenzt.
Ein ähnlicher
Effekt wird durch Verwendung einer Elektrode, die eine Ablagerungslage
aufweist, die entweder Platin, Iridium, Ruthenium oder Rhodium oder
eine Kombination davon, enthält.
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Wie
oben beschrieben worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
die Wasserstoff erzeugende katalytische Reaktion an der Oberfläche der
oberen Elektrode und der unteren Elektrode, die während der
Entfernung der Resistlage mittels eines Sauerstoffplasmas eintritt,
unterdrückt,
wodurch die durch die Reduktionsreaktion der Kondensatorschicht
bedingte Verschlechterung der Eigenschaften vermindert wird. Daher
ist es möglich,
durch ein einfacheres Verfahren eine Halbleiterspeichervorrichtung
mit besseren Eigenschaften zu erhalten.
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Dem
Fachmann werden verschiedene weitere Abänderungen offenbar, die von
ihm vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang und Leitgedanken dieser Erfindung abzuweichen. Daher
soll der Umfang der hier beigefügten
Ansprüche
nicht auf die Beschreibung, wie sie hier dargelegt worden ist, begrenzt
sein; stattdessen sollen die Ansprüche im weitesten Sinne ausgelegt
werden.