DE19829300A1

DE19829300A1 - Ferroelektrische Speichereinrichtung mit elektrischer Verbindung zwischen einer unteren Kondensatorelektrode und einem Kontaktstopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE19829300A1
Application number: DE19829300A
Authority: DE
Inventors: Jae Whan Kim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: JP3452800B2; TW396602B; US6020233A; DE19829300B4; US6281537B1; JPH1174473A

Description

Die folgende Erfindung betrifft eine hochintegrierte Speichereinrichtung und insbesonde re eine ferroelektrische Kondensatorspeichereinrichtung mit verbesserter elektrischer Verbindung zwischen einer unteren Elektrode und einem aktiven Bereich eines Zellen transistors.

Im allgemeinen wird eine Pt-Schicht weitverbreitet als untere Elektrode in hochintegrier ten DRAM-Zellen eingesetzt, welche ein hochdielektrisches Material verwenden, sowie als nicht flüchtige Speichereinrichtung, welche ferroelektrische Materialien, wie BST [Ba(Sr,Ti)O₃] verwenden.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer bekannten ferroelektrischen Speichereinrichtung mit einer Pt-Schicht als unterer Elektrode eines Kondensators. Nach Fig. 1 weist ein Kon densator in der bekannten Speichereinrichtung einen Polysiliciumsstopfen 6, eine Schicht 7 zur Verhinderung von Diffusion und eine untere Elektrode 8 auf, wie bei spielsweise eine Pt-Schicht. Da diese Schicht, die gewöhnlich als untere Elektrode 8 verwendet wird, nicht als Barriereschicht zur Vermeidung von Diffusion von Sauerstoffa tomen in die darunterliegende Schicht dient, werden die Sauerstoffatome in die Diffusi onsverhinderungsschicht 7 durch die Pt-Schicht eindiffundiert. In Fig. 1 sind weiterhin ein Halbleitersubstrat 1, eine Feldoxidschicht 2, ein Gate 3, eine Bitleitung 4, eine Zwi schenschicht-lsolierschicht 5 und eine ferroelektrische Schicht 9 dargestellt, die nicht weiter erläutert werden.

Eine TiN/Ti-Schicht wird weitverbreitet als Schicht 7 zur Verhinderung von Diffusion ein gesetzt. Die Barrieremetallschichten, wie TiN- und Ti-Schichten, und die Polysilicium schicht für den Stopfen reagieren äußerst heftig auf Sauerstoffatome von dem dielektri schen Film, so daß eine Oxidation bei relativ geringer Temperatur von ungefähr 500°C stattfindet. Entsprechend wird die elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektro de und einem aktiven Bereich des Transistors unterbrochen. Mit dem Anwachsen der Ablagerungstemperatur für ferroelektrische Materialien wird dieses Problem noch gra vierender.

Insbesondere im Falle von ferroelektrischen Materialien wie SrBi₂Ta₂O₉, welches eins der vorherrschenden Materialien für ferroelektrische Kondensatoren ist, beträgt die Temperatur zur Ablagerung und zur Kristallisation ungefähr 800°C. Daher ist es bei der Herstellung der ferroelektrischen Speichereinrichtung mit COB-(Kondensator auf der Bitleitung)-Struktur äußerst wichtig, die untere Pt-Elektrode mit dem aktiven Bereich des MOSFET's elektrisch zu verbinden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen verbesserten ferroelektri schen Kondensator bereitzustellen, der in einer Speichereinrichtung verwendet wird, wobei eine sichere elektrische Verbindung zwischen einer unteren Elektrode des Kon densators und einem aktiven Bereich des Transistors bereitgestellt wird, sowie die Be reitstellung eines Verfahrens zu dessen Herstellung.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines ferroelektri schen Kondensators, bei dem ausgezeichnete Schichteigenschaften der Schichten er hältlich sind, indem eine variable Auswahl von Materialien für eine Ladung- Speicherelektrode möglich ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator in einer Halblei tereinrichtung bereitgestellt, welcher aufweist: eine erste leitenden Schicht, die eine in einer Zwischenschicht-lsolierschicht gebildete Öffnung füllt und in Kontrakt mit einem aktiven Bereich eines Halbleiters ist; einen gestapelten Ladungsspeicherknoten mit ei ner zweiten leitenden Schicht, die auf der ersten leitenden Schicht und einer Zwischen schicht-lsolierschicht gebildet ist, mit einer ersten Schicht zur Diffusionsveränderung, die auf der zweiten leitenden Schicht gebildet ist, mit einer unteren Elektrodenschicht, die auf der ersten Diffusionsverhinderungsschicht gebildet ist und mit einer ferroelektrischen Schicht, die auf der unteren Elektrodenschicht gebildet ist; und einer leitfähigen Ab standsschicht, die auf Seitenwänden der unteren Elektrodenschicht, der ersten Diffusi onsverhinderungsschicht und der zweiten leitfähigen Schicht gebildet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Her stellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung bereitgestellt mit den folgen den Verfahrensschritten: Bilden einer Isolierschicht mit einer einen aktiven Bereich eines Halbleitersubstrats freilegenden Öffnung; Bilden einer ersten leitfähigen Schicht für ei nen Kontaktstopfen zum Füllen der Öffnung; Bilden einer zweiten leitfähigen Schicht, ei ner ersten Diffusionsverhinderungsschicht, einer unteren Elektrodenschicht eines Kon densators, einer ferroelektrischen Schicht und einer zweiten Diffusionsverhinderungs schicht in dieser Reihenfolge auf der Isolationsschicht und der ersten leitfähigen Schicht zur Bildung eines gestapelten Speicherladungsknotens; Strukturieren des gestapelten Ladungsspeicherknotens; Bilden einer leitfähigen Abstandsschicht auf Seitenwänden des gestapelten Ladungsspeicherknotens zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht mit der zweiten leitfähigen Schicht, wodurch eine entsprechende Struktur gebildet ist; und Bilden einer dritten Diffusionsverhinderungsschicht auf dieser Struktur.

Gemäß eines noch weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator in einer Halbleitereinrichtung bereitgestellt mit: einer ersten eine in einer Zwischen schicht-Isolierschicht gebildete Öffnung füllenden leitfähigen Schicht, die in Kontakt mit einem aktiven Bereich eines Halbleiters ist; einer ersten gestapelten Struktur mit einer zweiten leitfähigen Schicht, die auf der ersten leitfähigen Schicht und einer Zwischen schicht-Isolierschicht gebildet ist, mit einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht, die auf der zweiten leitfähigen Schicht gebildet ist, mit einer unteren Elektrodenschicht, die auf der ersten Diffusionsverhinderungsschicht gebildet ist; einer zweiten gestapelten Struktur mit einer ferroelektrischen Schicht, die auf der unteren Elektrodenschicht gebil det ist und einer oberen Elektrodenschicht, die auf der ferroelektrischen Schicht gebildet ist; einer isolierenden Abstandsschicht, die auf Seitenwänden der ersten gestapelten Struktur gebildet ist; einer leitfähigen Abstandsschicht, die auf Seitenwänden der ersten gestapelten Struktur und der isolierenden Abstandsschicht gebildet ist; und einer zwei ten Diffusionsverhinderungsschicht, die auf Seitenwänden der isolierenden Abstands schicht und der leitfähigen Abstandsschicht gebildet ist.

Gemäß eines noch weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung bereitgestellt mit den fol genden Verfahrensschritten: Bilden einer Isolationsschicht mit einer einen aktiven Be reich eines Halbleitersubstrats freiliegenden Öffnung; Bilden einer ersten leitfähigen Schicht für einen die Öffnung füllenden Kontaktstopfen; Bilden einer zweiten leitfähigen Schicht, einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht, einer unteren Elektrodenschicht des Kondensators, einer ferroelektrischen Schicht, einer oberen Elektrodenschicht und einer Ätzmaskenschicht in dieser Reihenfolge auf der Isolationsschicht und der ersten leitfähigen Schicht; Strukturieren der Ätzmaskenschicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektrischen Schicht; Bilden einer isolierenden Abstandsschicht auf Seiten wänden der Ätzmaskenschicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektrischen Schicht; Ätzen der unteren Elektrodenschicht, der ersten Diffusionsverhinderungs schicht und der zweiten leitfähigen Schicht unter Verwendung der Ätzmaskenschicht und der isolierenden Abstandsschicht; Bilden einer leitfähigen Abstandsschicht auf Sei tenwänden der Ätzmaskenschicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektri schen Schicht; Bilden einer leitfähigen Abstandsschicht zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht mit der zweiten leitfähigen Schicht auf Seitenwänden des gestapelten Ladungsspeicherknotens, wodurch eine resultierende Struktur gebildet wird; und Bilden einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht auf der resultierenden Struktur.

Weitere Aufgaben und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich durch die fol gende Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer bekannten ferroelektrischen Speichereinrichtung mit einer Pt-Schicht als unterer Elektrode eines Kondensators;

Fig. 2 einen Querschnitt einer Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 3A bis 3C Querschnitte zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens einer Spei chereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A bis 4C Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens ei ner Speichereinrichtung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

Fig. 5A bis 5F Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens noch weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden werden ferroelektrische Kondensatoren einer Speichereinrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Zuerst wird gemäß Fig. 2 die ferroelektrische Speichereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung auf einer COB-Struktur dargestellt. Die ferroelektrische Speichereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung weist einen allgemeinen MOSFET aus Gate 203, Source und Drain (S/D), die in einem Halbleitersubstrat 201 gebildet sind, und eine ferroelektri sche Kondensatorstruktur auf, die elektrisch mit Source und Drain (S/D) verschaltet ist. Weiterhin ist ein Isolationsfilm 205 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur aufgetragen, der eine Bit-Leitung 204 überdeckt. Der ferroelektrische Kondensator ge mäß vorliegender Erfindung weist eine Struktur mit einem Polysiliciumsstopfen 206, der mit Source und Drain (S/D) des MOSFET verschaltet ist, eine Polysiliciumsschicht 210, die als elektrischer Leiter eingesetzt wird und auf dem Polysiliciumsstopfen 206 gebildet ist und den Isolationsfilm 205 auf. Weiterhin ist gemäß vorliegender Erfindung eine Dif fusionsbarriereschicht (oder Barriere-Metallschicht) 220 auf der Polysiliciumsschicht 210 gebildet. Eine untere Elektrodenschicht 230 ist auf der Diffusionsbarriereschicht 210 gebildet. Eine ferroelektrische Schicht (oder dielektrische Materialien mit ausreichend hoher Dielektrizitätskonstanten) 250 ist auf der unteren Elektrodenschicht 230 gebildet. Weiterhin ist eine obere Elektrode 260 auf der ferroelektrischen Schicht 250 gebildet.

Allerdings weist die ferroelektrische Speichereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung eine neue Kondensatorstruktur auf, die in Kontakt mit Source und Drain (S/D) des MOSFET ist. Das heißt, ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen einer unteren Pt-Elektrode 230 und der Source-Kopplung (S/D), die durch Oxidation der Dif fusionsbarriereschicht 220 und der Polysiliciumsschicht 210 verursacht werden kann, wird vorher durch Bilden einer leitfähigen Abstandsschicht 240 auf der Seitenwand ver hindert. Die leitfähige Abstandsschicht 240 als besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung verbindet elektrisch die untere Pt-Elektrode 230 mit der Polysiliciumsschicht 210.

Weiterhin wird bei dem ferroelektrischen Kondensator gemäß vorliegender Erfindung eine Diffusionsverhinderungsschicht 270 auf der leitfähigen Abstandsschicht 240, den Seitenwänden der oberen Bereiche der Ladungsspeicherelektrode und auf deren obe ren Kantenteil gebildet, wobei Oxidschichten, eine Siliciumnitridschicht, TiO₂, SiO₂ und so weiter für die Isolationsschicht verwendet werden können.

Im allgemeinen ergibt sich in hoch integrierten Speichereinrichtungen die schlechte Ver bindung zwischen der Kondensatorelektrode und dem MOSFET aufgrund der Oxidation der Diffusionsverhinderungsschicht meist aus einem Kontakt mit Sauerstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen, d. h. bei einer dielektrischen Schichtablagerung und dem Kri stallisationsverfahren. Gemäß vorliegender Erfindung wird dies im wesentlichen durch Bilden einer leitfähigen Seitenwandsschicht vermieden, die elektrisch die untere Elek trode 230 mit dem aktiven Bereich des MOSFET durch die Polysiliciumsschicht 210 und den Polysiliciumsstopsel 206 nach Ablagerung der ferroelektrischen Schicht und Kristal lisationsverfahren verbindet. Es ist wohl bekannt, daß Diffusionsverhinderungsschicht 270 und obere Elektrode selbst aus unterschiedlichen Typen neben den Arten der obengenannten Schichten bestehen können, wie im Detail beim Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung im folgenden erläutert wird.

Fig. 3A bis 3C zeigen ein Herstellungsverfahren einer ferroelektrischen Speichereinrich tung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem im folgenden hauptsächlich das Herstellungsverfahren des Kondensators im Detail be schrieben wird.

Nach Fig. 3A wird die Zwischenschicht-Isolationsschicht 205 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur gebildet, nachdem der MOSFET mit Gate 203 Source und Drain (S/D) und eine Bit-Leitung 204 in einem vorbestimmten Bereich des Halbleiter substrats 201 gebildet wurden. Dann nach Bilden einer Source und Drain (S/D) freile genden Kontaktöffnung wird der Polysiliciumsstöpsel 206 gebildet, der mit Source und Drain (S/D) in Kontakt ist. Dann werden aufeinanderfolgend die als eine leitfähige Schicht verwendete Polysiliciumsschicht 210, die Diffusionsverhinderungsschicht 220, beispielsweise aus TiO₂, und die untere Elektrodenschicht 230 des Kondensators auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht 205 und dem Polysiliciumsstöpsel 206 gebildet. Nach Auftragen und Kristallisation der ferroelektrischen Filme 250, wie BST, PZT oder Y1, auf der unteren Elektrodenschicht 230, wird eine Diffusionsverhinderungsschicht 251 auf den ferroelektrischen Schichten 250 gebildet. Hierbei wird die Diffusionsverhin derungsschicht 251 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einer TiO₂-Schicht gebildet, während sie auch aus einer leitfähigen, isolierenden oder halbleitenden Schicht gebildet sein kann. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Ablagerungstemperatur der Diffusionsverhinderungsschichten 220, 251 und 270 geringer als 900°C zu verwenden. Ein Kondensator pro Zelle wird durch Durchführung eines selektiven Ätzverfahrens un ter Verwendung einer Ladungsspeichermaske zur Strukturierung der gestapelten Schichten bestimmt. Andererseits ist es möglich, wenn der Kontaktstöpsel und die Po lysiliciumsschicht durch andere Materialien ersetzt sind, eine leitfähige Schicht zur Ver besserung des Haftens zwischen den beiden Schichten vorzusehen.

Dabei kann die Diffusionsverhinderungsschicht 220 aus solchen Materialien ausgewählt werden, die die Rolle einer Diffusionsbarriere spielen kann, und die Polysiliciumsschicht 210 kann durch eine leitfähige Schicht ersetzt werden, die die Rolle einer Oxidations barriere aufgrund einer Oberflächenoxidation spielen kann. Weiterhin müssen die Ober flächenoxidationsschicht der Polysiliciumsschicht 210, die während des Verfahrens auf treten kann, oder die Diffusionsverhinderungsschicht 220 nicht eine leitfähige Schichten sein, unter der Voraussetzung, daß der unterste Teil der Polysiliciumsschicht 210 oder die Leitfähigkeit des Stöpsels 206 nicht durch Sauerstoffatome beschädigt werden, die durch die Ablagerung der ferroelektrischen Schicht und das thermische Behandlungs verfahren diffundiert werden. Deshalb kann ein weiter Bereich von auswählbaren Mate rialien die Bildung ausgezeichneter ferroelektrischer Kondensatoren garantieren. Er ba siert auf der leitfähigen Abstandsschicht, wie sie in der vorliegenden Öffnung beschrie ben ist, die im Detail in Fig. 3B dargestellt ist.

Nach Fig. 3B wird eine leitfähige Schicht auf der resultierenden Struktur gebildet und ei nem Ätzverfahren ohne Ätzmaske unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ätzen, das tatsächlich ein Überätzen ist, so gesteuert, daß der höchste Teil des leitfähigen Ab standhalters 240 nahe zur unteren Pt-Elektrode 230 ist. Hierbei ist offenbart, daß die untere Pt-Elektrodenschicht 230 und die Source des MOSFET elektrisch und sicher durch den leitfähigen Abstandshalter 240, den unteren Teil der Polysiliciumsschicht 210 und den Polysiliciumsstöpsel 306 verbunden sind.

Nach Fig. 3C ist eine Diffusionsverhinderungsschicht 245 (gewöhnlich eine Oxidschicht) als Diffusionsbarriere gebildet, um eine elektrische Verbindung zwischen leitfähigen Schichten an einer Unterbrechung aufgrund folgender Oxidation zu hindern. Nach einer solchen Bildung einer Diffusionsverhinderungsschicht 245 wird diese dann einem Ätz verfahren ohne Ätzmaske unterzogen und anschließend der leitfähige Abstandshalter 240 und die Seitenwand der dielektrischen Schicht mit der Diffusionsverhinderungs schicht 245 bedeckt. Zu diesem Zeitpunkt sind, da der untere Teil des leitfähigen Ab standshalters 240, die Polysiliciumsschicht 210 und der obere Teil des Polysiliciums stopsels 206 durch die dicke Diffusionsverhinderungsschicht 245 geschützt sind, die gestapelten Elektroden des Kondensators elektrisch und sicher mit dem MOSFET vor schaltet ohne Oxidation, auch wenn die Temperatur in dem folgenden Verfahren an steigt.

Schließlich wird eine obere Elektrode auf den ferroelektrischen Schichten 250 unter Verwendung eines allgemeinen Verfahrens der Herstellung einer Kondensatorelektrode gebildet.

Fig. 4A bis 4C zeigen Querschnitte eines Herstellungsverfahrens einer Speichereinrich tung mit einem ferroelektrischen Kondensator gemäß eines weiteren Ausführungsbei spiels vorliegender Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel illustriert ein Herstellungsver fahren des leitfähigen Abstandshalters 240 und der Diffusionsverhinderungsschicht 245 nach Bilden einer oberen Pt-Elektrode 217. Die Diffusionsverhinderungsschicht 245 wird durch selektives Ätzverfahren unter Verwendung einer Ätzmaske strukturiert. Die übri gen Verfahren sind die gleichen wie gemäß Fig. 3C.

Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung wird im Detail unter Be zugnahme auf die Fig. 5A bis 5F beschrieben.

Nach Fig. 5A wird ähnlich wie in Fig. 3A eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 305 zur Planarisierung auf der sich ergebenden Struktur gebildet, nach Bilden eines MOSFET mit einem Gate 303, einem Source und einem Drain (S/D), und einer Bitleitung 304 in einem vorbestimmten Bereich eines Halbleitersubstrats 301. Dann wird nach Bilden ei nes Source und Drain (S/D) freilegenden Kontaktloches ein mit Source und Drain (S/D) in Kontakt stehender Polysiliciumsstöpsel 306 gebildet. Anschließend werden nachein ander eine Polysiliciumsschicht 310 als leitfähige Schicht, eine Diffusionsverhinderungs schicht 311 und eine untere Elektrodenschicht 312 auf der Zwischenschicht-Isolations schicht 305 und dem Polysiliciumsstöpsel 306 gebildet. Nach Auftragen und Kristallisati on einer ferroelektrischen Schicht 330, wie beispielsweise BST, PZT oder Y1, auf der unteren Elektrodenschicht 312, werden aufeinanderfolgend eine obere Elektrode 314 und eine Hartmaskenschicht 315 auf den ferroelektrischen Schichten 313 gebildet. Es sei angemerkt, daß die Diffusionsverhinderungsschicht 311 durch unterschiedliche Ma terialien ersetzt werden kann, die in Fig. 3A dargestellt sind.

Nach Fig. 5B werden die Hartmaskenschicht 315, der Ladungsspeicherknoten, die obe re Elektrode 314 und die ferroelektrischen Schichten 313 durch ein Ätzverfahren und Verwendung der Ladungsspeichermaske strukturiert. Die Hartmaskenschicht 315 kann aus einer leitfähigen Schicht oder einer isolierenden Schicht gebildet sein und eine Photoresist-Schicht kann als Ätzbarriereschicht verwendet werden.

Nach Fig. 5C wird eine Isolationsschicht auf der sich ergebenden Struktur aufgetragen und einem Anisotropen-Ätzverfahren so unterzogen, daß ein isolierender Abstandshal ter 316 auf der Seitenwand der Hartmaskenschicht 315, dem Ladungsspeicherknoten, der oberen Elektrode 314 und den ferroelektrischen Schichten 313 gebildet ist, wobei die untere Elektrodenschicht 312 freigelegt ist.

Nach Fig. 5D werden die untere Elektrodenschicht 312, die Diffusionsverhinderungs schicht 311 und die Polysiliciumsschicht 310 durch Verwendung der Hartmaskenschicht 315 und des isolierenden Abstandshalters 316 als Ätzmaske strukturiert.

Nach Fig. 5E wird nach Bilden einer leitfähigen Schicht auf der resultierenden Struktur diese Schicht einem anisotropen Ätzverfahren unterworfen, um eine leitfähige Ab standsschicht 317 zu bilden, so daß ein separater Kondensator mit dem Freilegen der Zwischenschicht-Isolationsschicht 305 definiert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Überät zen in dem Bereich durchgeführt, in dem der höchste Teil des leitfähigen Abstandshal ters 317 nahe zur unteren Elektrodenschicht 312 angeordnet sein soll. Selbst wenn die Diffusionsverhinderungsschicht 311 und die Oberfläche der Polysiliciumsschicht 310 in eine Isolationsschicht umgewandelt werden, beispielsweise in eine Oxidschicht, ist die elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektrodenschicht 312 und dem unteren Bereich der Polysiliciumsschicht 310 garantiert.

Schließlich wird nach Fig. 5F eine Diffusionsverhinderungsschicht (allgemein eine Oxid schicht) 318 gebildet, die die Rolle einer Diffusionsbarriere spielt, um ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen den leitfähigen Schichten aufgrund einer nachfol genden Oxidation zu verhindern. Demgemäß, da der untere Teil des leitfähigen Ab standshalters 240 und der Polysiliciumsschicht 210 sowie der obere Teil des Polysilici umsstopsels 206 durch eine dicke Diffusionsverhinderungsschicht 245 geschützt sind, sind die gestapelten Elektroden des Kondensators elektrisch sicher mit dem MOSFET verschaltet, ohne daß eine Oxidation trotz der im folgenden Verfahren ansteigenden Temperatur auftritt.

Andererseits kann die Diffusionsverhinderungsschicht 311, die aus Halbleitern, Nitrid schichten, einer Metallschicht oder einer Oxidschicht mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr herge stellt ist, die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen Unterelektrode und dem aktiven Bereich des MOSFET verbessern. Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung unbeachtlich, ob die Diffusionsverhinderungsschicht 311 eine nicht leitende oder eine leitende Schicht aufweist, während die Diffusionsverhinderungsschicht be kannter Art einen Leiter enthalten muß. Daher ist der Bereich zur Auswahl von Materia lien äußerst groß.

Das heißt, daß die Eigenschaften der Pt-Elektrode 312, die auf der Diffusionsverhinde rungsschicht aufgetragen sind, optimiert sind. Tatsächlich ist, falls Pt auf der Ti- Barriereschicht nach bekannter Art aufgetragen wird, der Kristallisationsgrad sehr gering im Vergleich mit auf SiO₂ unter den gleichen Bedingungen aufgetragenen Pt. Schließlich ermöglicht der vergrößerte Auswahlbereich für Materialien der Diffusionsverhinderungs schicht eine epochale Verbesserung der Charakteristika des Kondensators selbst, da die Eigenschaften der ferroelektrischen Schicht stark von dem Material der unteren Elektrode und deren Qualität abhängen.

Weiterhin gibt es Schwierigkeiten, wenn der leitfähige Abstandshalter 317 einer anderen Schicht außer der unteren Elektrodenschicht 312 und der leitfähigen Schicht (Polysiliciumsschicht 310) gegenüberliegt, d. h. wenn er der oberen Elektrodenschicht 314 oder den ferroelektrischen Schichten 313 gegenüberliegt. Die hochintegrierte Ein richtung gemäß vorliegender Erfindung mit der gleichen Struktur nach Fig. 5F kann sol che Schwierigkeiten durch die isolierende Abstandsschicht 316 vermeiden. Mit anderen Worten, die untere Elektrodenschicht 312 und die obere Elektrodenschicht 314 des Kondensators dürfen nicht miteinander elektrisch verbunden und die untere Elektroden schicht 312 und die Polysiliciumsschicht 310 dürfen nicht elektrisch voneinander ge trennt sein. Demgemäß ist es schwierig, die Größe bei Bilden der leitfähigen Abstands schicht 317 zu steuern. Wenn auch die Seitenwände aus dielektrischer Schicht und oberer Elektrodenschicht 314 umgeben durch die Isolationsabstandsschicht 316 ein solches Problem vermeiden können. Weiterhin kann, falls die ferroelektrischen Schich ten 313 Diffusionsverhinderungsschicht 318 und leitfähige Abstandsschicht 317 kontak tieren, der dielektrische Charakter durch beidseitige Diffusion in den folgenden Verfah ren geringer sein. Allerdings kann die isolierende Abstandsschicht 316 hilfreich bei Schutz vor einer solchen Schwierigkeit sein.

Bei der bekannten Speichereinrichtung nach Fig. 1 muß die Diffusionsverhinderungs schicht ein Haften zwischen der unteren Elektrode und dem Polysilicium aufrechterhal ten, ein Diffundieren von Sauerstoff in dem Polysiliciumsstopsel verhindern und sich selbst vor einem Oxidieren schützen, um keine elektrische Unterbrechung zu verursa chen. Demgemäß sind die Materialien, die diesen Bedingungen genügen, erheblich ein geschränkt. Da allerdings die folgende Erfindung isolierende Materialien als Diffusions verhinderungsschicht einsetzen kann, ist der Bereich auswählbarer Materialien erwei tert, so daß die Eigenschaften der Pt-Elektrode optimiert werden können.

Andererseits erhöht die Isolationsschicht 316 den Herstellungsspielraum aufgrund des selbstausrichtenden Ätzverfahrens ohne Ätzmaske, wodurch der Abstand zwischen den Leitungsspeicherelektroden verringert ist. Folglich wird die Chipfläche in der integrierten Speichereinrichtung nicht vergrößert. Wie oben ausgeführt, ist es möglich, eine zusätzli che leitfähige Schicht zur Verbesserung des Haftens zwischen diesen Schichten vorzu sehen.

Gemäß vorliegender Erfindung können die obenerwähnten leitfähigen Schichten aus gewählt werden aus leitfähigen Oxidschichten, leitfähigen Nitridschichten, Polysilicium, Silicid, Metallschichten einschließlich Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Diffusionsverhinderungsschichten 220, 251 und 311 zum Blockieren von Sauerstoff aus einer Halbleiter-, Oxid- oder Nitrid- Schicht mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr, die durch CVD (Chemical Vapor Deposition, Che mische Dampfabscheidung), PVD (Plasma Vapor Deposition, Plasma-Dampfabschei dung) oder SOG (Spin on Glass, aufgeschleudertes Glas) aufgetragen wird.

Die Kondensatorelektrode wird aus Metallschichten ausgewählt, ldie Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitfähige Sauerstoff-Schichten, leitfähige Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co enthalten.

Die dielektrischen Materialien haben eine hohe Dielektrizitätskonstante größer als 50, wie Ba(Sr,Ti) O₃ und sind ferroelektrischen Materialien der Perovskitstruktur, die dotier tes oder undotiertes Pb (Zr,Ti)O₃ enthalten. Weiterhin können sie ausgewählt werden aus SrBi₂Ta₂O₉, BaBi₂Nb₂O₉, PbBi₂Ta₂O₉, BaBi₂Ta₂O₉, SrBi₂TaNbO₉, SrBi₂Nb₂O₉, SrBi₄Ti₄O₁₅, oder PbBi₂Nb₂O₉ oder deren feste Lösungen.

Weiterhin sind dies ferroelektrischen Materialien eins der geschichteten Supergitterma terialien mit der folgenden Struktur:

A1_wi ^+a1 A2_w2 ^+a2 . . . Aj_wj ^+aj S1_x1 ^+s1 S2_x2 ^+s2 . . . Sj_xj ^+sj B1_y1 ^+b1 B2_Y2 ^+b2 . . . Bj_yj ^+bj Qz^-2,

wobei Aj Elemente an der A-Position der Perovskit-Struktur, Sk Suppergitter-Erzeu gungselemente, B1 Elemente an der B-Position der Perovskit-Struktur, Q negativen Io nen; die hochgestellten Zeichen Atome und die tiefgestellten Zeichen die Anzahl der mittleren Atome in einer Einheitszelle darstellen.

Die Diffusionsverhinderungsschichten 245, 270 und 318 sind beispielsweise Oxidschich ten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr und werden durch CVD, PVD oder SOG abgeschieden.

Wie sich aus dem vorangehenden ergibt, wird gemäß der Erfindung eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Elektrode des Kondensators und einem aktiven Be reich des Transistors verbessert. Weiterhin werden gemäß der Erfindung ausgezeichne te Schichteigenschaften der Schichten erreicht durch Verwendung unterschiedlicher Auswahl von Materialien der Ladungsspeicherelektrode.

Auch wenn bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Darstellung offenbart wurden, sind für Fachleute verschiedene Modifikationen, Additionen und Substitutionen ohne Verlassen des Schutzumfangs der Erfindung, die er durch die beigefügten An sprüche bestimmt ist, möglich.

Claims

1. Kondensator in einer Halbleitereinrichtung mit:
einer ersten leitfähigen Schicht, welche eine Öffnung füllt, die in einer Zwischen schicht Isolationsschicht gebildet ist, wobei die erste leitfähige Schicht in Kontakt mit einem aktiven Bereich eines Halbleiters ist;
einem gestapelten Ladungsspeicherknoten mit einer zweiten leitfähigen Schicht, die auf der ersten leitfähigen Schicht und einer Zwischenschicht-Isolationsschicht gebildet ist, einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht, die auf der zweiten leit fähigen Schicht gebildet ist, einer unteren Elektrodenschicht, die auf der ersten Diffusionsverhinderungsschicht gebildet ist, und einer auf der unteren Elektro denschicht gebildeten ferroelektrischen Schicht; und
einem auf Seitenwänden der unteren Elektrodenschicht, der ersten Diffusions verhinderungsschicht und der zweiten leitfähigen Schicht gebildeten leitenden Abstandsschicht.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diffusi onsverhinderungsschicht ausgewählt ist aus einer leitenden Schicht, einer isolie renden Schicht oder einer halbleitenden Schicht.

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Schicht und zweite leitende Schicht aus den gleichen Materialien sind.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß erste leitende Schicht und zweite leitende Schicht unterschiedliche Materialeigenschaften auf weisen und der Kondensator weiterhin eine haftende leitende Schicht zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht aufweist.

5. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähi ge Schicht in Kontakt mit einem aktiven Bereich eines Transistors ist, der unter halb des gestapelten Ladungsspeicherknotens ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten:
Bilden einer Isolationsschicht mit einer einen aktiven Bereich eines Halbleiter substrats freilegenden Öffnung;
Bilden einer ersten leitenden Schicht für einen die Öffnung füllenden Kontakt stöpsel;
aufeinanderfolgendes Bilden einer zweiten leitenden Schicht, einer ersten Diffu sionsverhinderungsschicht, einer unteren Elektrodenschicht des Kondensators, einer ferroelektrischen Schicht und einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht auf der isolierenden Schicht und der ersten leitenden Schicht zur Bildung eines gestapelten Leitungsspeicherknotens;
Strukturieren des gestapelten Leitungsspeicherknotens;
Bilden einer leitenden Abstandsschicht auf Seitenwänen des gestapelten Lei tungsspeicherknotens zur elektrischen Verbindung der unteren Elektrodenschicht mit der zweiten leitenden Schicht zur Bildung einer resultierenden Struktur, und
Bilden einer dritten Diffusionsverhinderungsschicht auf der resultierenden Struk tur.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste Diffusions verhinderungsschicht, zweite Diffusionsverhinderungsschicht oder leitende Ab standsschicht aus einer leitenden Schicht, einer isolierenden Schicht oder einer leitenden Schicht sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diffusions verhinderungsschicht bei einer Temperatur unterhalb von 900°C gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite oder dritte Diffusionsverhinderungsschicht durch CVD- oder PVD-Verfahren gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diffusions verhinderungsschicht zum Blockieren von Sauerstoff ausgewählt ist aus Oxid schichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite leitfähige Schicht aus gleichen Materialien hergestellt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite leitende Schicht unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen und das Ver fahren als weiteren Schritt das Bilden einer haftenden, leitenden Schicht zwi schen der ersten und der zweiten leitenden Schicht aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Ab standsschicht mit einem selbstausrichtenden Ätzverfahren gebildet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Topologie der leitenden Abstandsschicht tiefer als die der ferroelektrischen Schicht ist.

15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht oder die leitende Abstandsschicht ausge wählt sind aus leitenden Sauerstoffschichten, leitenden Nitridschichten, Polysilici um, Silicid, Metallschicht mit Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.

16. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektro denschicht aus Metallschichten ausgewählt ist mit Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitenden Oxidschichten, leitenden Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co.

17. Kondensator in einer Halbleitereinrichtung mit:
einer ersten eine Öffnung füllenden, leitenden Schicht, welche Öffnung in einer Zwischenschicht-Isolationsschicht gebildet ist, wobei die erste leitende Schicht in Kontakt mit einem aktiven Bereich eines Halbleiters ist;
einer ersten gestapelten Struktur mit einer zweiten leitenden Schicht gebildet auf der ersten leitenden Schicht und einer Zwischenschicht-Isolationsschicht, einer ersten Diffusionsverhinderungsschicht gebildet auf der zweiten leitenden Schicht und einer unteren Elektrodenschicht gebildet auf der ersten Diffusionsverhinde rungsschicht;
einer zweiten gestapelten Struktur mit einer ferroelektrischen Schicht gebildet auf der unteren Elektrodenschicht und einer oberen Elektrodenschicht gebildet auf der ferroelektrischen Schicht;
einer isolierenden Abstandsschicht gebildet auf einer Seitenwand der ersten ge stapelten Struktur;
einer leitenden Abstandsschicht gebildet auf einer Seitenwand der ersten gesta pelten Struktur und der isolierenden Abstandsschicht; und
einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht gebildet auf Seitenwänden der iso lierenden Abstandsschicht und der leitenden Abstandsschicht.

18. Kondensator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Diffusionsverhinderungsschicht gebildet sind aus Halbleitern, Oxidschich ten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.

19. Kondensator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite leitfähige Schicht aus gleichen Materialien sind.

20. Kondensator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite leitfähige Schicht unterschiedliche Materialeigenschaften haben und der Kondensator weiterhin eine haftende leitende Schicht zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht aufweist.

21. Kondensator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leiten de Schicht, die zweite leitende Schicht oder die leitende Abstandsschicht ausge wählt sind aus leitenden Oxidschichten, leitenden Nitridschichten, Polysilicium, Silicid, einer Metallschicht mit Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc oder Co oder deren Metall-Legierungsschichten.

22. Kondensator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren und oberen Elektrodenschichten ausgewählt sind aus Metallschichten mit Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, lr oder Re oder deren Metall-Legierungsschichten, leitenden Oxid schichten, leitenden Nitridschichten oder Silicidschichten mit Ru, Ir, Re, La, Sc oder Co.

23. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten:
Bilden einer isolierenden Schicht mit einer Öffnung zum Freilegen eines aktiven Bereichs eines Halbleitersubstrats;
Bilden einer ersten leitenden Schicht für einen Kontaktstöpsel zum Füllen der Öffnung;
Bilden einer zweiten leitenden Schicht, einer ersten Diffusionsverhinderungs schicht, einer unteren Elektrodenschicht des Kondensators, einer ferroelektri schen Schicht, einer oberen Elektrodenschicht und einer Ätzmaskenschicht, in dieser Reihenfolge auf der isolierenden Schicht und der ersten leitenden Schicht;
Strukturieren der Ätzmaskenschicht, der oberen Elektrodenschicht und der fer roelektrischen Schicht;
Bilden einer isolierenden Abstandsschicht auf Seitenwänden der Ätzmasken schicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektrischen Schicht;
Bilden einer isolierenden Abstandsschicht auf Seitenwänden der Ätzmasken schicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektrischen Schicht;
Ätzen der unteren Elektrodenschicht, der ersten Diffusionsverhinderungsschicht und der zweiten leitenden Schicht unter Verwendung der Ätzmaskenschicht und der isolierenden Abstandsschicht;
Bilden einer leitenden Abstandsschicht auf Seitenwänden der Ätzmaskenschicht, der oberen Elektrodenschicht und der ferroelektrischen Schicht;
Bilden einer leitenden Abstandsschicht auf Seitenwänden des gestapelten La dungsspeicherknotens zur elektrischen Verbindung der unteren Elektroden schicht mit der zweiten leitenden Schicht zur Bildung einer resultierenden Struk tur; und
Bilden einer zweiten Diffusionsverhinderungsschicht auf der resultierenden Struktur.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diffusi onsverhinderungsschicht zum Blockieren von Sauerstoff ausgewählt ist aus Sauerstoffschichten oder Nitridschichten mit Si, Ti, Ta, Sr, Bi oder Zr.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diffusi onsverhinderungsschicht durch CVD-, PVD- oder SOG-Verfahren gebildet ist.

26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Abstandsschicht durch ein selbstausrichtendes Ätzverfahren gebildet ist.

27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Ab standsschicht mit einem selbstausrichtenden Ätzverfahren gebildet ist.