(57)【要約】【課題】水素に起因した強誘電体キャパシタの劣化を抑える。【解決手段】半導体装置１は、絶縁膜２と、絶縁膜２上に設けられた層間絶縁膜３と、層間絶縁膜３上に設けられた強誘電体キャパシタ４と、層間絶縁膜３上及び強誘電体キャパシタ４上に設けられた絶縁膜５とを含む。絶縁膜２及び絶縁膜５は、層間絶縁膜３よりも低い水素透過性を有する。絶縁膜２は、これを貫通し且つ層間絶縁膜３で覆われる開口部２ａを有し、開口部２ａ内には、絶縁膜２よりも高い水素透過性を有する誘電体部２ｂが設けられる。比較的水素透過性の低い絶縁膜２と絶縁膜５との間に挟まれた強誘電体キャパシタ４下の層間絶縁膜３内の水素を、絶縁膜２の開口部２ａ及びその内部の誘電体部２ｂを通じて拡散させ、強誘電体キャパシタ４への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ４の劣化を抑える。【選択図】図１
2020092153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜に設けられ、前記第１絶縁膜を貫通する第１開口部と、
前記第１開口部内に設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第１誘電体部と、
前記第１絶縁膜上に、前記第１開口部を覆うように設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に設けられた強誘電体キャパシタと、
前記第２絶縁膜上及び前記強誘電体キャパシタ上に設けられ、前記第２絶縁膜よりも低い水素透過性を有する第３絶縁膜と
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１開口部は、平面視で前記強誘電体キャパシタの外側に位置することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１誘電体部は、前記第２絶縁膜の一部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
平面視で前記強誘電体キャパシタを囲むように設けられたダミー強誘電体キャパシタを有する構造部を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１絶縁膜の、前記第１開口部とは異なる位置に設けられ、前記第１絶縁膜を貫通する第２開口部と、
前記第２開口部内に設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第２誘電体部と
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜に、前記第１絶縁膜を貫通する第１開口部を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上に、前記第１開口部が覆われるように、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第１開口部内に、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第１誘電体部を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上に、強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記第２絶縁膜上及び前記強誘電体キャパシタ上に、前記第２絶縁膜よりも低い水素透過性を有する第３絶縁膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜に設けられ、前記第１絶縁膜を貫通する第１開口部と、
前記第１開口部内に設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第１誘電体部と、
前記第１絶縁膜上に、前記第１開口部を覆うように設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に設けられた強誘電体キャパシタと、
前記第２絶縁膜上及び前記強誘電体キャパシタ上に設けられ、前記第２絶縁膜よりも低い水素透過性を有する第３絶縁膜と
を含む半導体装置と、
前記半導体装置と電気的に接続された電子部品と
を備えることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の１つとして、下部電極及び上部電極とそれらの間に設けられた強誘電体とを含む強誘電体キャパシタ（コンデンサ）を備えるものがある。このような半導体装置では、水素に起因して強誘電体キャパシタが劣化することが知られている。
【０００３】
これに対し、例えば、強誘電体キャパシタの下に、酸化シリコンを主成分とする絶縁膜と比較して水素の拡散が抑えられる酸化アルミニウム等の水素拡散阻止層を設ける技術が知られている。このほか、強誘電体キャパシタの下に、水素を遮蔽する機能を有する窒化シリコン等の下部水素バリア膜を設け、更にその強誘電体キャパシタの上面及び側面を、水素を遮蔽する機能を有する酸化アルミニウムの上部水素バリア膜で覆う技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２６８８１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
強誘電体キャパシタの上下に水素バリア膜を設ける半導体装置では、強誘電体キャパシタと下側の水素バリア膜との間に層間絶縁膜を設け、その層間絶縁膜と強誘電体キャパシタとを覆うように上側の水素バリア膜を設ける構造が採用されることがある。
【０００６】
しかし、この構造では、強誘電体キャパシタと共に上下の水素バリア膜で挟まれる層間絶縁膜内の水素が、上下の水素バリア膜間の領域に留まり、その領域に設けられる強誘電体キャパシタの劣化を引き起こす恐れがある。
【０００７】
１つの側面では、本発明は、水素に起因した強誘電体キャパシタの劣化を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜に設けられ、前記第１絶縁膜を貫通する第１開口部と、前記第１開口部内に設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第１誘電体部と、前記第１絶縁膜上に、前記第１開口部を覆うように設けられ、前記第１絶縁膜よりも高い水素透過性を有する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に設けられた強誘電体キャパシタと、前記第２絶縁膜上及び前記強誘電体キャパシタ上に設けられ、前記第２絶縁膜よりも低い水素透過性を有する第３絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体装置が提供される。
【０００９】
また、別の態様では、上記のような半導体装置の製造方法、及び上記のような半導体装置を備える電子装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面では、水素に起因した強誘電体キャパシタの劣化を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
【図２】別の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体装置の誘電体部の構成例について説明する図（その１）である。
【図４】第１の実施の形態に係る半導体装置の誘電体部の構成例について説明する図（その２）である。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体装置の誘電体部の構成例について説明する図（その３）である。
【図６】第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
【図７】別の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の第１の構成例について説明する図である。
【図９】第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の第２の構成例について説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の他の構成例について説明する図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その１）である。
【図１２】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その２）である。
【図１３】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その３）である。
【図１４】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その４）である。
【図１５】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その５）である。
【図１６】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その６）である。
【図１７】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その７）である。
【図１８】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その８）である。
【図１９】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その９）である。
【図２０】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その１０）である。
【図２１】第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図（その１１）である。
【図２２】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その１）である。
【図２３】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その２）である。
【図２４】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その３）である。
【図２５】第３の実施の形態に係る半導体装置の別の例について説明する図（その１）である。
【図２６】第３の実施の形態に係る半導体装置の別の例について説明する図（その２）である。
【図２７】第３の実施の形態に係る半導体装置の更に別の例について説明する図である。
【図２８】第４の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
【図２９】第５の実施の形態に係る電子装置の一例について説明する図である。
【図３０】第６の実施の形態に係る電子機器の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図１には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００１３】
図１に示す半導体装置１は、絶縁膜２、層間絶縁膜３、強誘電体キャパシタ４及び絶縁膜５を含む。例えば、半導体装置１は、強誘電体キャパシタ４をメモリ素子に用いるＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）であり、図１は、その要部断面を模式的に図示したものである。
【００１４】
絶縁膜２は、例えば、トランジスタ等の回路素子が形成された半導体基板上の、酸化シリコン（ＳｉＯ２又はＳｉＯ）等が用いられた層間絶縁膜６の上に、設けられる。絶縁膜２には、層間絶縁膜６（及び後述する層間絶縁膜３）に用いられる酸化シリコン等の材料に比べて水素を透過し難い性質又は水素を透過しない性質を有する材料、即ち水素透過性が比較的低い材料が用いられる。絶縁膜２には、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＮ）が用いられる。このほか、絶縁膜２には、層間絶縁膜６（及び後述する層間絶縁膜３）よりも水素透過性が低くなるものであれば、窒素を含有する酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭素を含有する酸化シリコン（ＳｉＯＣ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等が用いられてもよい。絶縁膜２は、半導体装置１において、いわゆる水素バリア膜として機能する。
【００１５】
絶縁膜２には、絶縁膜２を貫通する開口部２ａが設けられる。図１では一例として、断面視で１つの開口部２ａを図示するが、絶縁膜２には、複数の開口部２ａが設けられてもよい。開口部２ａは、例えば、強誘電体キャパシタ４に対応する領域の外側の領域に設けられる。開口部２ａは、強誘電体キャパシタ４に対応する領域に設けられてもよい。絶縁膜２の開口部２ａ内には、誘電体部２ｂが設けられる。誘電体部２ｂは、絶縁膜２よりも水素を透過し易い性質、即ち比較的高い水素透過性を有する。誘電体部２ｂは、例えば、後述（図３〜図５）のように、絶縁膜２の開口部２ａ内に絶縁膜２よりも水素透過性の低い絶縁体を設けることで、又は絶縁膜２の開口部２ａ内に空洞を設けることで、形成される。
【００１６】
層間絶縁膜３は、開口部２ａが設けられた絶縁膜２上に、その開口部２ａ（及び内部の誘電体部２ｂ）を覆うように、設けられる。層間絶縁膜３には、絶縁膜２（及び後述する絶縁膜５）に比べて水素を透過し易い性質を有する材料、即ち水素透過性が比較的高い材料が用いられる。層間絶縁膜３には、例えば、酸化シリコン等が用いられる。このような材料が用いられた層間絶縁膜３上に、強誘電体キャパシタ４が設けられる。
【００１７】
強誘電体キャパシタ４は、下部電極４ａ、強誘電体膜４ｂ及び上部電極４ｃを有する。層間絶縁膜３上に下部電極４ａが設けられ、下部電極４ａ上に強誘電体膜４ｂが設けられ、強誘電体膜４ｂ上に上部電極４ｃが設けられる。下部電極４ａと上部電極４ｃとの間に強誘電体膜４ｂが設けられ、キャパシタ（コンデンサ又は容量）が形成される。尚、図１では、強誘電体キャパシタ４と接続されるプラグや配線等の導体部の図示を省略している。
【００１８】
強誘電体キャパシタ４の下部電極４ａには、イリジウム（Ｉｒ）等の材料が用いられる。下部電極４ａには、イリジウムのほか、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の材料が用いられてもよい。強誘電体キャパシタ４の上部電極４ｃには、イリジウム、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）等の材料が用いられる。上部電極４ｃには、酸化イリジウムのほか、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、レニウム（Ｒｅ）及びオスミウム（Ｏｓ）や、それらの酸化物、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３；ＳＲＯ）のような導電性酸化物等の材料が用いられてもよい。強誘電体キャパシタ４の強誘電体膜４ｂには、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）等の強誘電体材料が用いられる。ＰＺＴには、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等が添加されてもよい。強誘電体膜４ｂには、ＰＺＴのほか、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９；ＳＢＴ）、タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２（Ｔａ、Ｎｂ）２Ｏ９；ＳＢＴＮ）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２；ＢＩＴ）、チタン酸ビスマスランタン（Ｂｉ３．２５Ｌａ０．７５Ｔｉ３Ｏ１２；ＢＬＴ）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３；ＢＦＯ）等の材料が用いられてもよい。
【００１９】
絶縁膜５は、層間絶縁膜３上及び強誘電体キャパシタ４上に設けられる。絶縁膜５は、層間絶縁膜３の上面、並びに強誘電体キャパシタ４の上面及び側面を覆うように、設けられる。絶縁膜５には、層間絶縁膜３（及び後述する層間絶縁膜７）に用いられる酸化シリコン等の材料に比べて水素を透過し難い性質又は水素を透過しない性質を有する材料、即ち水素透過性が比較的低い材料が用いられる。絶縁膜５には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＯ）が用いられる。このほか、絶縁膜５には、酸化チタン（ＴｉＯ２又はＴｉＯ）等が用いられてもよい。絶縁膜５は、半導体装置１において、いわゆる水素バリア膜として機能する。絶縁膜５は、その上層に設けられる層間絶縁膜７で覆われる。層間絶縁膜７には、水素透過性が比較的高い材料、例えば、酸化シリコン等が用いられる。
【００２０】
上記のような構成を有する半導体装置１では、層間絶縁膜３及びその上に設けられる強誘電体キャパシタ４が、水素バリア膜として機能する下側の絶縁膜２と上側の絶縁膜５との間に挟まれる。半導体装置１では、下側の絶縁膜２及び上側の絶縁膜５のうち、下側の絶縁膜２の一部に開口部２ａが設けられる。開口部２ａ内は、水素バリア膜である絶縁膜２よりも水素透過性の高い誘電体部２ｂとされる。これにより、半導体装置１では、水素バリア膜である上下の絶縁膜２と絶縁膜５との間に挟まれた層間絶縁膜３内の水素を、図１に点線矢印で模式的に示すように、絶縁膜２の開口部２ａを通じて層間絶縁膜３外へ拡散させることが可能になっている。
【００２１】
ここで、比較のため、絶縁膜２に、上記のような開口部２ａ、及び絶縁膜２よりも水素透過性の高い誘電体部２ｂを設けない形態について説明する。
図２は別の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図２には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００２２】
図２に示す半導体装置１０００は、上記のような開口部２ａ及びその内部の誘電体部２ｂが設けられていない絶縁膜１００２が用いられている点で、上記半導体装置１と相違する。
【００２３】
層間絶縁膜３及びその上の強誘電体キャパシタ４は、水素透過性が比較的低く、水素バリア膜として機能する下側の絶縁膜１００２と上側の絶縁膜５との間に挟まれる。半導体装置１０００は、絶縁膜１００２及び絶縁膜５により、それらの間の層間絶縁膜３及び強誘電体キャパシタ４に対する水素の侵入を抑えようとするものである。
【００２４】
しかしながら、層間絶縁膜３内には、水素が存在する。層間絶縁膜３内に存在する水素としては、層間絶縁膜３の形成時に混入し残留した水素や、層間絶縁膜３の構成元素の１種としての水素が挙げられる。このほか、層間絶縁膜３内に存在する水素としては、形成された層間絶縁膜３にその外部から侵入する水素が挙げられる。例えば、半導体装置１０００には、絶縁膜１００２、層間絶縁膜３及び絶縁膜５を貫通してこれらの上層へと引き出されるプラグや配線等の導体部が設けられる。この導体部の材料として、水素を吸蔵する性質を有する窒化チタン（ＴｉＮ）やタングステン（Ｗ）等が用いられていると、半導体装置１０００外に存在する水素が、導体部を通じて層間絶縁膜７内や層間絶縁膜３内等に侵入し得る。このような場合、上層ほど水素濃度が高くなり易く、より下層へと水素が拡散し易い。そのため、上層へと引き出された導体部を通じて、上層から、より水素濃度の低い下層の層間絶縁膜３内へと、水素が拡散、侵入し易い。
【００２５】
半導体装置１０００では、層間絶縁膜３が水素バリア膜である絶縁膜１００２と絶縁膜５との間に挟まれているため、層間絶縁膜３内に存在することとなった水素が、層間絶縁膜３内に留まり易く、層間絶縁膜３外へ拡散され難い。その結果、図２に点線矢印で模式的に示すように、層間絶縁膜３内の水素が、層間絶縁膜３と共に絶縁膜１００２と絶縁膜５との間に挟まれている強誘電体キャパシタ４へ到達する可能性が高まる。強誘電体キャパシタ４に水素が到達すると、強誘電体膜４ｂが還元され、その分極特性が劣化又は消失し、強誘電体キャパシタ４の特性が劣化してしまうことが起こり得る。
【００２６】
これに対し、上記半導体装置１では、図１に示すように、層間絶縁膜３及び強誘電体キャパシタ４を挟む上下の絶縁膜２及び絶縁膜５のうち、下側の絶縁膜２に開口部２ａを設け、その内部を絶縁膜２よりも水素透過性の高い誘電体部２ｂとする。これにより、層間絶縁膜３内に存在する水素が、開口部２ａ及びその内部の誘電体部２ｂを通じて、層間絶縁膜３の下層の層間絶縁膜６へ、例えば、より水素濃度の低い下層の層間絶縁膜６へと拡散される。このように層間絶縁膜３内から開口部２ａ及びその内部の誘電体部２ｂを通じて水素が拡散されることで、層間絶縁膜３内の、強誘電体キャパシタ４に到達する可能性のある水素量が減少される。これにより、水素に起因した強誘電体キャパシタ４の劣化が抑えられる。水素に起因した強誘電体キャパシタ４の劣化が抑えられる、性能及び信頼性に優れた半導体装置１が実現される。
【００２７】
半導体装置１の絶縁膜２の開口部２ａに設けられる誘電体部２ｂについて更に説明する。
図３〜図５は第１の実施の形態に係る半導体装置の誘電体部の構成例について説明する図である。図３〜図５にはそれぞれ、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００２８】
図３に示す半導体装置１は、絶縁膜２に設けられる開口部２ａの誘電体部２ｂが、絶縁膜２上に設けられる層間絶縁膜３の一部３ａである構成を有する。このような構成は、例えば、開口部２ａが設けられた絶縁膜２上に、その開口部２ａを埋めるように層間絶縁膜３を形成することで、得ることができる。半導体装置１では、絶縁膜２に比較的水素透過性の低い窒化シリコン等の材料が用いられ、層間絶縁膜３に、比較的水素透過性の高い酸化シリコン等の材料が用いられる。図３の例では、窒化シリコン等の比較的水素透過性の低い材料が用いられた絶縁膜２に設けられる開口部２ａの誘電体部２ｂが、酸化シリコン等の比較的水素透過性の高い材料が用いられた層間絶縁膜３の一部３ａで形成される。これにより、層間絶縁膜３内の水素は、絶縁膜２の開口部２ａに設けられる層間絶縁膜３の一部３ａを通じて、層間絶縁膜３外へと拡散される。
【００２９】
図４に示す半導体装置１は、絶縁膜２に設けられる開口部２ａの誘電体部２ｂが、空洞２ｃである構成を有する。このような構成は、例えば、開口部２ａが設けられた絶縁膜２上に、その開口部２ａを埋めないように層間絶縁膜３を形成することで、得ることができる。空洞２ｃは、絶縁膜２よりも水素透過性が高くなる。そのため、層間絶縁膜３内の水素は、絶縁膜２の開口部２ａに設けられる空洞２ｃを通じて、層間絶縁膜３外へと拡散される。
【００３０】
図５に示す半導体装置１は、絶縁膜２に設けられる開口部２ａの誘電体部２ｂが、開口部２ａ内に設けられた絶縁体２ｄである構成を有する。このような構成は、例えば、絶縁膜２に設けられた開口部２ａを絶縁体２ｄで埋め、開口部２ａが絶縁体２ｄで埋められた絶縁膜２上に層間絶縁膜３を形成することで、得ることができる。絶縁体２ｄには、絶縁膜２よりも水素透過性の高い材料が用いられる。例えば、絶縁体２ｄには、酸化シリコン、多孔質酸化シリコン等の無機材料が用いられる。絶縁体２ｄには、絶縁膜２よりも水素透過性が高くなる樹脂等の有機材料が用いられてもよい。層間絶縁膜３内の水素は、絶縁膜２の開口部２ａに設けられる、絶縁膜２よりも水素透過性の高い絶縁体２ｄを通じて、層間絶縁膜３外へと拡散される。
【００３１】
絶縁膜２に複数の開口部２ａが設けられる場合には、図３〜図５に示すような誘電体部２ｂが混在してもよい。
半導体装置１の絶縁膜２に設けられる開口部２ａの、その内部に設けられる誘電体部２ｂには、例えば、図３〜図５に示すような構成が採用される。これにより、層間絶縁膜３内から開口部２ａ及びその内部の誘電体部２ｂを通じて水素が拡散され、強誘電体キャパシタ４への水素の到達、水素に起因した強誘電体キャパシタ４の劣化が抑えられ、性能及び信頼性に優れた半導体装置１が実現される。
【００３２】
［第２の実施の形態］
ここでは、上記第１の実施の形態で述べたような構成を採用した半導体装置の例を、第２の実施の形態として説明する。
【００３３】
図６は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図６には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図６に示す半導体装置１Ａは、半導体基板１０、及び半導体基板１０上に形成されたトランジスタ２０を含む。トランジスタ２０が形成された半導体基板１０上に、層間絶縁膜３０、プラグ４０，４１、エッチストップ膜５０を含む構造部が設けられる。この構造部上に更に、層間絶縁膜６０、配線７０，７１、酸化防止膜８０、緩衝膜９０、プラグ１００、強誘電体キャパシタ１１０、水素バリア膜１２０、層間絶縁膜１３０、プラグ１４０，１４１、配線１５０，１５１を含む構造部が設けられる。
【００３４】
半導体基板１０には、例えば、所定導電型のシリコン基板が用いられる。半導体基板１０には、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）技術を用いて、素子分離領域１１が設けられる。素子分離領域１１によって画定される素子領域に、トランジスタ２０が設けられる。
【００３５】
トランジスタ２０は、半導体基板１０上にゲート絶縁膜２１を介して設けられたゲート電極２２と、ゲート電極２２を挟んだ両側の半導体基板１０内に設けられた所定導電型の不純物領域２３と、ゲート電極２２の側壁に設けられたサイドウォール２４とを含む。不純物領域２３は、トランジスタ２０のソース又はドレインとして機能する。ここでは図示を省略するが、不純物領域２３の表層及びゲート電極２２の表層には、シリサイド層が設けられてもよい。また、トランジスタ２０が設けられる半導体基板１０の素子領域には、所定導電型のウェル等の不純物領域が設けられてもよい。
【００３６】
層間絶縁膜３０は、トランジスタ２０を覆うように、半導体基板１０上に設けられる。層間絶縁膜３０には、例えば、酸化シリコンが用いられる。層間絶縁膜３０は、単層構造のほか、２層以上の積層構造であってもよい。例えば、ここでは図示を省略するが、層間絶縁膜３０と半導体基板１０との間には、トランジスタ２０を覆う窒化シリコン等の絶縁膜（カバー膜）が設けられてもよい。
【００３７】
プラグ４０，４１は、層間絶縁膜３０を貫通し、トランジスタ２０と接続されるように、設けられる。プラグ４０は、トランジスタ２０のソース又はドレインとして機能する不純物領域２３と接続される。プラグ４１は、トランジスタ２０のゲート電極２２と接続される。プラグ４０，４１には、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン、タングステンが用いられる。
【００３８】
エッチストップ膜５０は、層間絶縁膜３０上に設けられる。エッチストップ膜５０には、例えば、窒化シリコンが用いられる。
層間絶縁膜６０は、エッチストップ膜５０上に設けられる。層間絶縁膜６０には、例えば、酸化シリコンが用いられる。層間絶縁膜６０は、単層構造のほか、２層以上の積層構造であってもよい。尚、層間絶縁膜６０は、上記第１の実施の形態で述べた層間絶縁膜６に相当する要素である。
【００３９】
配線７０，７１は、層間絶縁膜６０及びエッチストップ膜５０を貫通し、それぞれプラグ４０，４１と接続されるように、設けられる。配線７０，７１には、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンが用いられる。配線７０は、ビット線として機能する。
【００４０】
酸化防止膜８０は、層間絶縁膜６０上及び配線７０，７１上に設けられる。酸化防止膜８０は、例えば、半導体装置１Ａの形成過程で行われる酸化処理時に、配線７０，７１が酸化されるのを抑える機能を有する。酸化防止膜８０には、層間絶縁膜６０及び後述する緩衝膜９０に用いられる酸化シリコンに比べて水素透過性の低い材料、例えば、窒化シリコンが用いられる。酸化防止膜８０は、配線７０，７１の酸化を抑える機能のほか、水素バリア膜としての機能を有する。酸化防止膜８０には、配線７０，７１に対応する部位を除いた領域であって、強誘電体キャパシタ１１０が配置される領域（キャパシタ領域）１１０ａに対応する領域の外側の領域に、酸化防止膜８０を貫通するように開口部８１が設けられる。図６では一例として、断面視で１つの開口部８１を図示するが、酸化防止膜８０には、複数の開口部８１が設けられ得る。開口部８１の構成例については後述する（図８〜図１０）。尚、酸化防止膜８０は、上記第１の実施の形態で述べた絶縁膜２に相当する要素であり、酸化防止膜８０の開口部８１は、上記第１の実施の形態で述べた開口部２ａに相当する要素である。
【００４１】
緩衝膜９０は、酸化防止膜８０上に、その開口部８１を覆うように、設けられる。緩衝膜９０には、例えば、酸化シリコンが用いられる。緩衝膜９０は、単層構造のほか、２層以上の積層構造であってもよい。尚、緩衝膜９０は、上記第１の実施の形態で述べた層間絶縁膜３に相当する要素である。
【００４２】
ここで、緩衝膜９０で覆われる酸化防止膜８０の開口部８１内は、上記第１の実施の形態で述べた例に従い、緩衝膜９０の一部で埋められてもよいし（図３）、空洞として残されてもよい（図４）。また、開口部８１内には、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い絶縁体であって緩衝膜９０とも異なる絶縁体が設けられてもよい（図５）。開口部８１内が、このような緩衝膜９０の一部、空洞、又は酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い絶縁体とされることで、酸化防止膜８０に、それよりも水素透過性の高い誘電体部８２が形成される。尚、誘電体部８２は、上記第１の実施の形態で述べた誘電体部２ｂに相当する要素である。
【００４３】
プラグ１００は、緩衝膜９０、酸化防止膜８０、層間絶縁膜６０及びエッチストップ膜５０を貫通し、一部のプラグ４０（配線７０が接続されたプラグ４０以外のプラグ４０）と接続されるように設けられる。プラグ１００には、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンが用いられる。
【００４４】
強誘電体キャパシタ１１０は、緩衝膜９０上の、プラグ１００に対応する領域に設けられる。強誘電体キャパシタ１１０は、下部電極１１１、強誘電体膜１１２及び上部電極１１３を有する。プラグ１００と接続されるように下部電極１１１が設けられ、その下部電極１１１上に強誘電体膜１１２が設けられ、その強誘電体膜１１２上に上部電極１１３が設けられる。下部電極１１１及び上部電極１１３には、イリジウム、酸化イリジウム等の材料が用いられる。強誘電体膜１１２には、ＰＺＴ等の強誘電体材料が用いられる。尚、強誘電体キャパシタ１１０並びにその下部電極１１１、強誘電体膜１１２及び上部電極１１３はそれぞれ、上記第１の実施の形態で述べた強誘電体キャパシタ４並びにその下部電極４ａ、強誘電体膜４ｂ及び上部電極４ｃに相当する要素である。
【００４５】
水素バリア膜１２０は、強誘電体キャパシタ１１０が上面に設けられた緩衝膜９０上に、緩衝膜９０の上面、並びに強誘電体キャパシタ１１０の上面及び側面を覆うように、設けられる。水素バリア膜１２０には、緩衝膜９０及び後述する層間絶縁膜１３０に用いられる酸化シリコンに比べて水素透過性の低い材料、例えば、酸化アルミニウムが用いられる。水素バリア膜１２０には、酸化アルミニウムのほか、酸化チタンが用いられてもよい。尚、水素バリア膜１２０は、上記第１の実施の形態で述べた絶縁膜５に相当する要素である。
【００４６】
層間絶縁膜１３０は、水素バリア膜１２０上に設けられる。層間絶縁膜１３０には、例えば、酸化シリコンが用いられる。層間絶縁膜１３０は、単層構造のほか、２層以上の積層構造であってもよい。尚、層間絶縁膜１３０は、上記第１の実施の形態で述べた層間絶縁膜７に相当する要素である。
【００４７】
プラグ１４０，１４１は、層間絶縁膜１３０及び水素バリア膜１２０を貫通するように、設けられる。プラグ１４０は、層間絶縁膜１３０及び水素バリア膜１２０を貫通し、強誘電体キャパシタ１１０（その上部電極１１３）と接続される。プラグ１４１は、層間絶縁膜１３０及び水素バリア膜１２０を貫通し、更に緩衝膜９０及び酸化防止膜８０を貫通して、酸化防止膜８０下の配線７１と接続される。プラグ１４０，１４１には、例えば、チタン、窒化チタン、タングステンが用いられる。
【００４８】
配線１５０，１５１は、層間絶縁膜１３０上に、それぞれプラグ１４０，１４１と接続されるように、設けられる。配線１５０，１５１には、例えば、いわゆるアルミニウム配線が用いられ、チタン、窒化チタン、アルミニウム銅合金（ＡｌＣｕ）が用いられる。強誘電体キャパシタ１１０と接続される配線１５０は、プレート線として機能する。トランジスタ２０のゲート電極２２と接続される配線１５１は、ワード線として機能する。
【００４９】
例えば、半導体装置１Ａは、強誘電体キャパシタ１１０をメモリ素子に用いるＦｅＲＡＭであり、図６は、その要部断面を模式的に図示したものである。
上記のような構成を有する半導体装置１Ａでは、緩衝膜９０及びその上に設けられる強誘電体キャパシタ１１０が、水素バリア膜として機能する酸化防止膜８０と水素バリア膜１２０との間に挟まれる。半導体装置１Ａでは、下側の酸化防止膜８０及び上側の水素バリア膜１２０のうち、下側の酸化防止膜８０の一部に開口部８１が設けられる。開口部８１内は、窒化シリコンが用いられる酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２とされる。誘電体部８２は、上記第１の実施の形態（図３〜図５）で述べた例に従い、緩衝膜９０の一部としたり、空洞としたり、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い絶縁体であって緩衝膜９０とも異なる絶縁体としたりすることができる。半導体装置１Ａでは、酸化防止膜８０と水素バリア膜１２０との間に挟まれた緩衝膜９０内の水素を、図６に点線矢印で模式的に示すように、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部の誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０外へ拡散させることが可能になっている。
【００５０】
ここで、比較のため、別の形態について説明する。
図７は別の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図７には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００５１】
図７に示す半導体装置１０００Ａは、上記のような開口部８１が設けられていない酸化防止膜８０Ａが用いられ、開口部８１内の誘電体部８２を有していない点で、上記半導体装置１Ａと相違する。
【００５２】
緩衝膜９０及び強誘電体キャパシタ１１０は、水素バリア膜として機能する酸化防止膜８０Ａと水素バリア膜１２０との間に挟まれる。一方、緩衝膜９０内には、水素、例えば、緩衝膜９０の形成時に混入し残留した水素や、緩衝膜９０の構成元素の１種としての水素が存在する。このほか、緩衝膜９０内には、その外部から侵入する水素が存在し得る。例えば、半導体装置１０００Ａには、酸化防止膜８０Ａ、緩衝膜９０及び水素バリア膜１２０を貫通してこれらの上層へと引き出されるプラグ１４１及び配線１５１が設けられる。プラグ１４１及び配線１５１には、水素を吸蔵する性質を有する窒化チタンやタングステンが用いられる。このような水素吸蔵性の材料が用いられていると、図７に点線矢印で模式的に示すように、半導体装置１０００Ａ外に存在する水素が、配線１５１及びプラグ１４１を通じて、層間絶縁膜１３０内や緩衝膜９０内等に侵入し得る。このような場合、上層ほど水素濃度が高くなり易く、より下層へと水素が拡散し易い。そのため、上層へと引き出されたプラグ１４１及び配線１５１を通じて、上層から、より水素濃度の低い下層の緩衝膜９０内へと、水素が拡散、侵入し易い。
【００５３】
半導体装置１０００Ａでは、緩衝膜９０が水素バリア膜として機能する酸化防止膜８０Ａと水素バリア膜１２０との間に挟まれているため、緩衝膜９０内に存在することとなった水素が、緩衝膜９０内に留まり易く、緩衝膜９０外へ拡散され難い。更に、半導体装置１０００Ａでは、強誘電体キャパシタ１１０が緩衝膜９０を貫通するプラグ１００上に配置される、いわゆるスタック構造が採用されている。このプラグ１００にも水素吸蔵性の窒化チタンやタングステンが用いられているため、緩衝膜９０内の水素は、図７に点線矢印で模式的に示すように、プラグ１００を水素排出経路として拡散、集結し、強誘電体キャパシタ１１０へと侵入し易い。
【００５４】
このように、半導体装置１０００Ａでは、緩衝膜９０内の水素が、緩衝膜９０と共に酸化防止膜８０Ａと水素バリア膜１２０との間に挟まれている強誘電体キャパシタ１１０へ到達する可能性が比較的高くなる。強誘電体キャパシタ１１０に水素が到達すると、強誘電体膜１１２が還元され、その分極特性が劣化又は消失し、強誘電体キャパシタ１１０の特性が劣化してしまうことが起こり得る。
【００５５】
これに対し、上記半導体装置１Ａでは、図６に示すように、水素バリア膜１２０で覆われる緩衝膜９０及び強誘電体キャパシタ１１０の下層の酸化防止膜８０に開口部８１を設け、その内部を酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２とする。これにより、緩衝膜９０内の水素が、開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、緩衝膜９０の下層の、より水素濃度の低い層間絶縁膜６０へと、拡散される。このように緩衝膜９０内から開口部８１及びその内部の誘電体部８２を通じて水素が拡散されることで、緩衝膜９０内の、強誘電体キャパシタ１１０に到達する可能性のある水素量が減少される。これにより、水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる、性能及び信頼性に優れた半導体装置１Ａが実現される。
【００５６】
続いて、半導体装置１Ａの酸化防止膜８０の開口部８１の構成例について説明する。
図８は第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の第１の構成例について説明する図である。図８には、半導体装置の一例の要部平面レイアウト図を模式的に示している。
【００５７】
図８に示す平面レイアウト図は、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０（ここでは一例として８つ）とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。その他の要素は図示を省略している。
【００５８】
半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、その開口部８１として、例えば、この図８に示すような複数の孔８１ａが設けられる。複数の孔８１ａは、平面視で、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側に設けられ、キャパシタ領域１１０ａを囲むように設けられる。酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、キャパシタ領域１１０ａの外周に設けられた複数の孔８１ａ及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、緩衝膜９０内の、強誘電体キャパシタ１１０に到達する可能性のある水素量が減少され、水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。
【００５９】
酸化防止膜８０に設ける複数の孔８１ａの個数が多くなるほど、また開口サイズが大きくなるほど、即ち複数の孔８１ａのトータルの占有面積が大きくなるほど、水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が効果的に抑えられる。
【００６０】
但し、酸化防止膜８０における複数の孔８１ａの占有面積が大きくなることで、半導体装置１Ａの平面サイズが大きくなり得る点に留意する。また、後述のように、半導体装置１Ａの形成時に酸化処理が行われる場合、酸化防止膜８０の複数の孔８１ａの直下には、配線７０，７１が設けられないようにすることが、それらの酸化を抑えるうえで好ましい。そのため、酸化防止膜８０における複数の孔８１ａの占有面積が大きくなることで、酸化防止膜８０下の配線７０，７１のレイアウトに制約が生じ得る点に留意する。半導体装置１Ａの形成時に酸化処理が行われない場合等、配線７０，７１の酸化の恐れがない或いは少ない場合には、酸化防止膜８０の複数の孔８１ａの直下に配線７０，７１が設けられてもよい。但し、後述のように、酸化防止膜８０の複数の孔８１ａのエッチング等による形成時に、それらの直下の配線７０，７１の上面が露出されるのに伴ってその上面に凹凸が形成され、配線信頼性の低下を招き得る点に留意する。
【００６１】
尚、ここでは、平面視で円形状の孔８１ａを例示したが、孔８１ａの平面形状は、円形状に限らず、楕円形状、矩形状、多角形状等とされてもよい。
酸化防止膜８０に設ける複数の孔８１ａの個数、形状（開口サイズ、平面形状等）、配置、占有面積は、予めこれらと強誘電体キャパシタ１１０の分極反転電荷量との相関関係を取得し、その相関関係と半導体装置１Ａの要求特性とに基づき、設定することが望ましい。
【００６２】
図９は第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の第２の構成例について説明する図である。図９には、半導体装置の一例の要部平面レイアウト図を模式的に示している。
図９に示す平面レイアウト図は、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０（ここでは一例として８つ）とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。その他の要素は図示を省略している。
【００６３】
半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、その開口部８１として、例えば、この図９に示すような、平面視で強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａを囲む比較的太幅のリング状の孔８１ｂが設けられてもよい。酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、キャパシタ領域１１０ａの外周に設けられた大面積の孔８１ｂ及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、緩衝膜９０内の、強誘電体キャパシタ１１０に到達する可能性のある水素量が減少され、水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。
【００６４】
酸化防止膜８０に大面積の孔８１ｂが設けられることで、水素に起因した強誘電体キャパシタ１１０の劣化が効果的に抑えられる。
但し、上記同様、酸化防止膜８０下の配線７０，７１のレイアウトの制約、配線信頼性の低下に留意する。また、大面積の孔８１ｂの形成時には、後述のようなエッチングの際、そのエッチング残渣が孔８１ｂの縁にフェンス状に生じる恐れがあり、それにより、その上層に強誘電体キャパシタ１１０が均質に形成されないことが起こり得る点に留意する。
【００６５】
図１０は第２の実施の形態に係る半導体装置の開口部の他の構成例について説明する図である。図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）にはそれぞれ、半導体装置の一例の要部平面レイアウト図を模式的に示している。
【００６６】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示す平面レイアウト図はそれぞれ、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０（ここでは一例として８つ）とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。その他の要素は図示を省略している。
【００６７】
半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、その開口部８１として、例えば、図１０（Ａ）に示すような、平面視で比較的細幅の複数のライン状の孔８１ｃが設けられてもよい。互いに分離された複数のライン状の孔８１ｃが全体として、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａを囲むように、配置される。このような複数のライン状の孔８１ｃ及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。尚、ここでは、平面視で一直線状のライン状の孔８１ｃを例示したが、孔８１ｃはこのほか、平面視で屈曲部や湾曲部を有するライン状等とされてもよい。複数のライン状の孔８１ｃの個数、各孔８１ｃの形状（幅、長さ、平面形状）、及び配置は、図１０（Ａ）に示したものには限定されない。
【００６８】
また、半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、その開口部８１として、例えば、図１０（Ｂ）に示すような、平面視で比較的細幅の複数のリング状の孔８１ｄが設けられてもよい。互いに分離された内側と外側のリング状の孔８１ｄがそれぞれ、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａを囲むように、配置される。このようなリング状の孔８１ｄ及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。尚、ここでは、平面視で矩形リング状の孔８１ｄを例示したが、孔８１ｄはこのほか、平面視で円形リング状、楕円形リング状、多角形リング状等とされてもよい。複数のリング状の孔８１ｄの個数、各孔８１ｄの形状（幅、長さ、平面形状）、及び配置は、図１０（Ｂ）に示したものには限定されない。
【００６９】
また、半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、その開口部８１として、例えば、図１０（Ｃ）に示すような、平面視で異なる開口サイズの複数の孔８１ｅが設けられてもよい。異なる開口サイズの複数の孔８１ｅが、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａを囲むように、配置される。例えば、図１０（Ｃ）に示すように、キャパシタ領域１１０ａに比較的近い領域には、比較的開口サイズの小さい孔８１ｅが配置され、キャパシタ領域１１０ａから比較的遠い領域には、比較的開口サイズの大きい孔８１ｅが配置される。キャパシタ領域１１０ａに比較的近い領域に設けられる孔８１ｅが比較的小さい開口サイズとされることで、前述のようなキャパシタ領域１１０ａの縁のフェンス状エッチング残渣の発生が抑えられる。キャパシタ領域１１０ａから比較的遠い領域に設けられる孔８１ｅが比較的大きい開口サイズとされることで、酸化防止膜８０における孔８１ｅの比較的大きな占有面積が確保される。このような複数の孔８１ｅ及びその内部に設けられる誘電体部８２を通じて、酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。尚、ここでは、平面視で円形状の孔８１ｅを例示したが、孔８１ｅはこのほか、平面視で楕円形状、矩形状、多角形状等とされてもよい。複数の孔８１ｅの個数、各孔８１ｅの形状（開口サイズ、平面形状）、及び配置は、図１０（Ｃ）に示したものには限定されない。
【００７０】
半導体装置１Ａの酸化防止膜８０には、平面視で、強誘電体キャパシタ１１０の外側に、強誘電体キャパシタ１１０を囲むように、適切な個数、形状（開口サイズ、平面形状等）、配置、占有面積の各種開口部８１を設けることができる。
【００７１】
尚、ここでは一例として、層間絶縁膜６０に酸化シリコンを用い、酸化防止膜８０に窒化シリコンを用い、緩衝膜９０に酸化シリコンを用い、水素バリア膜１２０に酸化アルミニウムを用い、層間絶縁膜１３０に酸化シリコンを用いる例を示した。これらの各部に用いる材料の組み合わせは、これらの間で所定の水素透過性の関係が満足されるものであれば、例示の材料の組み合わせに限定されるものではない。
【００７２】
また、半導体装置１Ａについて、ここでは一例として、酸化防止膜８０の開口部８１及び内部の誘電体部８２を、平面視で強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側に設ける例を示した。このほか、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部の誘電体部８２は、平面視でキャパシタ領域１１０ａの内側に設けることもできる。開口部８１及びその内部の誘電体部８２を、このような配置としても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【００７３】
［第３の実施の形態］
ここでは、上記第２の実施の形態で述べたような構成を有する半導体装置の形成方法の一例、及びそれによって形成される半導体装置の一例を、第３の実施の形態として説明する。
【００７４】
図１１〜図２１は第３の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図である。以下、半導体装置の形成方法の一例の、各工程について、順に説明する。
まず、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す工程について説明する。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）にはそれぞれ、第１〜第３の工程の要部断面図を模式的に示している。
【００７５】
図１１（Ａ）に示す工程では、まず、半導体基板１０として、例えば、ｐ型シリコン基板が準備される。このような半導体基板１０上に、ＳＴＩ技術を用いて、素子分離領域１１が形成される。その後、ウェル及びチャネルストップ拡散層（いずれも図示せず）等を形成するためのイオン注入が行われてもよい。次いで、半導体基板１０の表面に、熱酸化法を用いて、酸化シリコンが形成され、その酸化シリコン上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ポリシリコンが形成される。そして、形成されたポリシリコン及び酸化シリコンが、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、パターニングされる。これにより、半導体基板１０上に、酸化シリコンのゲート絶縁膜２１、及びポリシリコンのゲート電極２２が形成される。
【００７６】
図１１（Ｂ）に示す工程では、まず、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を形成するためのｎ型不純物のイオン注入が行われ、ｎ型の不純物領域（不純物領域２３の一部）が形成される。次いで、ＣＶＤ法を用いて、ゲート電極２２及びゲート絶縁膜２１を覆うように酸化シリコン等の絶縁体が堆積され、そのエッチバックが行われて、ゲート電極２２及びゲート絶縁膜２１の側面を覆うサイドウォール２４が形成される。次いで、ゲート電極２２及びサイドウォール２４がマスクとして用いられ、ソース及びドレインを形成するためのｎ型不純物のイオン注入が行われる。その後、熱処理による活性化が行われ、ＬＤＤ構造を有するｎ型の不純物領域２３が形成される。次いで、サリサイドプロセスが用いられ、ゲート電極２２及び不純物領域２３の表層に、コンタクト抵抗を低下させるためのシリサイド層２５が形成される。
【００７７】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）の工程により、半導体基板１０上にトランジスタ２０が形成される。
図１１（Ｃ）に示す工程では、ＣＶＤ法を用いて、トランジスタ２０を覆うように窒化シリコン等の絶縁体が堆積され、カバー膜３１が形成される。例えば、厚さ７０ｎｍ程度のカバー膜３１が形成される。次いで、ＣＶＤ法を用いて、カバー膜３１上に酸化シリコン等の絶縁体が堆積され、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、その表面が平坦化されて、層間絶縁膜３０が形成される。次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間絶縁膜３０及びカバー膜３１を貫通し且つトランジスタ２０の不純物領域２３に達するコンタクトホールが形成される。ここでは図示を省略するが、トランジスタ２０の不純物領域２３に達するコンタクトホールと共に、トランジスタ２０のゲート電極２２に達するコンタクトホールも形成される。次いで、形成されたコンタクトホールの側面及び底面に、密着層として機能するチタン膜及び窒化チタン膜が順次形成され、これらが形成されたコンタクトホールの内部に、タングステンが充填される。そして、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜３０上に堆積された余剰のチタン膜、窒化チタン膜及びタングステンが除去されることで、プラグ４０（及びゲート電極２２と接続されるプラグ４１（図６））が形成される。
【００７８】
続いて、図１２に示す工程について説明する。図１２には、第４の工程の要部断面図を模式的に示している。
プラグ４０等の形成後、図１２に示す工程では、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜３０及びプラグ４０等の上に、窒化シリコン等の絶縁体が堆積され、エッチストップ膜５０が形成される。例えば、厚さ４０ｎｍ程度のエッチストップ膜５０が形成される。
【００７９】
次いで、ＣＶＤ法を用いて、エッチストップ膜５０上に、酸化シリコン等の絶縁体が堆積され、層間絶縁膜６０が形成される。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間絶縁膜６０及びエッチストップ膜５０の、配線７０を形成する領域を貫通し、その配線７０と接続されるプラグ４０に達する、平面視でライン状の溝が形成される。次いで、形成された溝の側面及び底面に、密着層として機能するチタン膜及び窒化チタン膜が順次形成され、これらが形成された溝の内部に、タングステンが充填される。そして、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜６０上に堆積された余剰のチタン膜、窒化チタン膜及びタングステンが除去されることで、ビット線として機能する配線７０が形成される。
【００８０】
ここでは図示を省略するが、ビット線として機能する配線７０と共に、同一層内の他の配線（プラグ４１と接続される配線７１（図６）等）が形成される。
続いて、図１３に示す工程について説明する。図１３には、第５の工程の要部断面図を模式的に示している。
【００８１】
配線７０等の形成後、図１３に示す工程では、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜６０及び配線７０等の上に、層間絶縁膜６０の材料よりも水素透過性の低い材料、例えば、窒化シリコン等の絶縁体が堆積され、酸化防止膜８０が形成される。例えば、厚さ１００ｎｍ程度の酸化防止膜８０が形成される。次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、酸化防止膜８０の、例えば、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａに対応する領域の外側に、所定の個数、形状、配置の開口部８１が形成される。例えば、上記第２の実施の形態（図８〜図１０）で述べたような例に従い、酸化防止膜８０に開口部８１が形成される。
【００８２】
ここで、酸化防止膜８０の開口部８１の直下には、ビット線の配線７０やこれと同一層内の他の配線が配置されないことが好ましい。このような配線の上面が開口部８１から露出していると、後述する強誘電体キャパシタ１１０の形成時に行われる酸化処理等で配線が酸化される恐れがあり、それを防ぐためである。そのような酸化処理等が行われない場合には、配線の酸化は抑えられる一方、開口部８１が形成される際のエッチングによって配線の上面に凹凸が形成され、配線信頼性の低下が懸念される。そのため、酸化防止膜８０の開口部８１の直下には、ビット線の配線７０やこれと同一層内の他の配線が配置されないことが好ましい。
【００８３】
続いて、図１４及び図１５に示す工程について説明する。図１４には、第６の工程の要部断面図を模式的に示している。図１５（Ａ）〜（Ｄ）にはそれぞれ、酸化防止膜の開口部付近の拡大断面図を模式的に示している。
【００８４】
開口部８１を有する酸化防止膜８０の形成後、図１４に示す工程では、ＣＶＤ法を用いて、酸化防止膜８０上に、その開口部８１を覆うように、酸化防止膜８０の材料よりも水素透過性の高い材料、例えば、酸化シリコン等の絶縁体が堆積され、緩衝膜９０が形成される。例えば、厚さ２３０ｎｍ程度の緩衝膜９０が形成される。その際、酸化防止膜８０の開口部８１は、例えば、図１４及び図１５（Ａ）に示すように、緩衝膜９０の一部９１で埋められる。酸化防止膜８０の開口部８１が、酸化防止膜８０の材料よりも水素透過性の高い材料が用いられた緩衝膜９０の一部９１で埋められることで、開口部８１に、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２が形成される。
【００８５】
酸化防止膜８０の開口部８１は、必ずしも緩衝膜９０の一部９１で完全に埋められていることを要しない。例えば、図１５（Ｂ）に示すように、部分的に空洞９２ａが残る状態で、緩衝膜９０の一部９１で埋められていてもよい。
【００８６】
このほか、酸化防止膜８０の開口部８１は、図１５（Ｃ）に示すように、空洞９２として残されてもよい。例えば、開口部８１の形状、緩衝膜９０の堆積条件を調整し、開口部８１が緩衝膜９０で埋められないようにすることで、空洞９２が形成される。酸化防止膜８０に残される空洞９２により、開口部８１に、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２が形成される。
【００８７】
また、酸化防止膜８０の開口部８１は、図１５（Ｄ）に示すように、酸化防止膜８０の材料よりも水素透過性の高い材料を用いた絶縁体９３で埋められてもよい。絶縁体９３には、例えば、酸化シリコン、多孔質酸化シリコン等の無機材料が用いられてもよいし、樹脂等の有機材料が用いられてもよい。酸化防止膜８０の開口部８１が絶縁体９３で埋められる場合には、開口部８１の形成後、緩衝膜９０の形成前に、開口部８１を絶縁体９３で埋める工程が追加される。酸化防止膜８０の開口部８１が、酸化防止膜８０の材料よりも水素透過性の高い材料が用いられた絶縁体９３で埋められることで、開口部８１に、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２が形成される。尚、開口部８１は、部分的に空洞（例えば、上記図１５（Ｂ）に示した空洞９２ａと同様のもの）が残る状態で、絶縁体９３で埋められてもよい。
【００８８】
酸化防止膜８０に複数の開口部８１が設けられる場合には、図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）等に示すような誘電体部８２が混在してもよい。
上記のように、酸化防止膜８０の開口部８１に、酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２が形成されることで、緩衝膜９０内の水素が、開口部８１及びその内部の誘電体部８２を通じて、下層の層間絶縁膜６０に拡散可能な構造が実現される。
【００８９】
ＣＶＤ法を用いた緩衝膜９０の堆積後、その緩衝膜９０に対し、ＣＭＰ法を用いて平坦化が行われると、この上に後述のように形成される強誘電体キャパシタ１１０の、強誘電体膜１１２の形成異常が抑えられる。
【００９０】
続いて、図１６に示す工程について説明する。図１６には、第７の工程の要部断面図を模式的に示している。
緩衝膜９０の形成後、図１６に示す工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、緩衝膜９０、酸化防止膜８０、層間絶縁膜６０及びエッチストップ膜５０を貫通し、プラグ４０に達するコンタクトホールが形成される。次いで、形成されたコンタクトホールの側面及び底面に、密着層として機能するチタン膜及び窒化チタン膜が順次形成され、これらが形成されたコンタクトホールの内部に、タングステンが充填される。そして、ＣＭＰ法を用いて、緩衝膜９０上に堆積された余剰のチタン膜、窒化チタン膜及びタングステンが除去されることで、プラグ１００が形成される。プラグ１００は、プラグ４０を介してトランジスタ２０の不純物領域２３と接続される。
【００９１】
続いて、図１７及び図１８に示す工程について説明する。図１７には、第８の工程の要部断面図を模式的に示している。図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）には、強誘電体キャパシタ形成工程の要部断面図を模式的に示している。
【００９２】
プラグ１００の形成後、図１７に示す工程では、緩衝膜９０のプラグ１００上の領域に、強誘電体キャパシタ１１０が形成される。強誘電体キャパシタ１１０は、下部電極１１１、強誘電体膜１１２及び上部電極１１３を有する。プラグ１００上に下部電極１１１が形成され、下部電極１１１上に強誘電体膜１１２が形成され、強誘電体膜１１２上に上部電極１１３が形成される。
【００９３】
強誘電体キャパシタ１１０の形成では、まず、図１８（Ａ）に示すように、緩衝膜９０上に、例えば、窒化チタン膜１１１ａが形成され、更にその上に、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）膜１１１ｂが形成される。窒化チタン膜１１１ａは、密着層として機能する。窒化チタンアルミニウム膜１１１ｂは、後述する強誘電体膜１１２の結晶化処理によってプラグ１００及びプラグ４０の酸化を防止する酸化防止電極として機能する。次いで、形成された窒化チタンアルミニウム膜１１１ｂ上に、イリジウム膜１１１ｃが形成される。窒化チタン膜１１１ａ、窒化チタンアルミニウム膜１１１ｂ及びイリジウム膜１１１ｃにより、下部電極１１１（パターニング前）が形成される。
【００９４】
次いで、図１８（Ｂ）に示すように、下部電極１１１上に、強誘電体膜１１２、例えば、ＰＺＴが形成される。その後、形成された強誘電体膜１１２に対し、急速加熱処理、例えば、酸素（Ｏ２）を用いた熱処理（酸化処理）が行われる。これにより、強誘電体膜１１２において、余剰元素の脱離及び酸化が生じ、結晶化された強誘電体膜１１２（パターニング前）が形成される。
【００９５】
次いで、図１８（Ｃ）に示すように、強誘電体膜１１２上に、例えば、酸化イリジウム膜１１３ａが形成され、更にその上に、イリジウム膜１１３ｂが形成される。酸化イリジウム膜１１３ａ及びイリジウム膜１１３ｂにより、上部電極１１３（パターニング前）が形成される。上部電極１１３の形成前若しくは形成後又は形成前後には、強誘電体膜１１２の強誘電性を向上させる目的で、熱処理、例えば、酸素を用いた熱処理（酸化処理）が行われてもよい。
【００９６】
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、図１８（Ｄ）に示すように、形成された上部電極１１３、強誘電体膜１１２及び下部電極１１１のパターニングが行われる。これにより、強誘電体キャパシタ１１０が形成される。
【００９７】
強誘電体キャパシタ１１０の形成過程では、酸化処理が行われ得る。酸化防止膜８０の開口部８１や酸化防止膜８０下の配線７０等のレイアウトを調整し、酸化処理時に配線７０等の上面が酸化防止膜８０で覆われているようにしておくと、強誘電体キャパシタ１１０の形成時に酸化処理が行われても、配線７０等の酸化が抑えられる。
【００９８】
続いて、図１９に示す工程について説明する。図１９には、第９の工程の要部断面図を模式的に示している。
強誘電体キャパシタ１１０の形成後、図１９に示す工程では、強誘電体キャパシタ１１０の上面及び側面を覆うように、緩衝膜９０の材料よりも水素透過性の低い材料、例えば、酸化アルミニウム等の絶縁体が堆積され、水素バリア膜１２０が形成される。例えば、厚さ５０ｎｍ程度の水素バリア膜１２０が形成される。水素バリア膜１２０として、酸化アルミニウムに代えて、酸化チタンが用いられてもよい。
【００９９】
次いで、ＴＥＯＳ、酸素及びヘリウム（Ｈｅ）を含む混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、水素バリア膜１２０上に、酸化シリコンを主体とする層間絶縁膜１３１（層間絶縁膜１３０）が形成される。例えば、厚さ１４００ｎｍ程度の層間絶縁膜１３１が形成される。層間絶縁膜１３１の形成は、強誘電体キャパシタ１１０の特性劣化を抑えるため、層間絶縁膜１３１内の水素及び水分を排除し得る条件で行われることが好ましい。具体的には、形成温度を高くする、ガス圧を高くする、酸素流量を増やす等の施策によって実現可能である。層間絶縁膜１３１の形成後は、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１３１の表面の平坦化が行われる。その後、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）等を用いて発生させたプラズマ雰囲気中で、層間絶縁膜１３１に対し、熱処理が行われる。この熱処理により、層間絶縁膜１３１内の水分が除去されると共に、層間絶縁膜１３１の膜質が変化し、層間絶縁膜１３１内への水素の侵入が抑制される。
【０１００】
続いて、図２０に示す工程について説明する。図２０には、第１０の工程の要部断面図を模式的に示している。
層間絶縁膜１３１の形成後、図２０に示す工程では、シラン（ＳｉＨ４）、亜酸化窒素及び窒素を含む混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１３１上に、酸化シリコンを主体とする層間絶縁膜１３２（層間絶縁膜１３０）が形成される。例えば、厚さ２５０ｎｍ程度の層間絶縁膜１３２が形成される。
【０１０１】
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間絶縁膜１３２、層間絶縁膜１３１及び水素バリア膜１２０を貫通し、強誘電体キャパシタ１１０の上部電極１１３に達するコンタクトホールが形成される。次いで、形成されたコンタクトホールの側面及び底面に、密着層として機能するチタン膜及び窒化チタン膜が順次形成され、これらが形成されたコンタクトホールの内部に、タングステンが充填される。そして、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１３２上に堆積された余剰のチタン膜、窒化チタン膜及びタングステンが除去されることで、プラグ１４０が形成される。
【０１０２】
ここでは図示を省略するが、プラグ１４０と共に、他のプラグ（プラグ４１に繋がる配線７１と接続されるプラグ１４１（図６）等）が形成される。
続いて、図２１に示す工程について説明する。図２１には、第１１の工程の要部断面図を模式的に示している。
【０１０３】
プラグ１４０等の形成後、図２１に示す工程では、層間絶縁膜１３２上に、プラグ１４０等と接続される配線１５０等が形成される。例えば、層間絶縁膜１３２上に、チタン膜及び窒化チタン膜を含むバリア膜１５０ａ、アルミニウム銅合金膜１５０ｂ、及びチタン膜及び窒化チタン膜を含むバリア膜１５０ｃが順次形成される。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、これらのパターニングが行われる。これにより、配線１５０が形成される。
【０１０４】
ここでは図示を省略するが、配線１５０と共に、他の配線（プラグ４１、配線７１及びプラグ１４１と接続される配線１５１（図６）等）が形成される。
例えば、以上の図１１〜図２１に示したような工程により、半導体装置１Ｂが形成される。
【０１０５】
図２２〜図２４は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図２２には、半導体装置の一例の平面レイアウト図を模式的に示している。図２３には、図２２のXXIII−XXIII断面図を模式的に示している。図２４には、図２２のXXIV−XXIV断面図を模式的に示している。
【０１０６】
例えば、上記のような形成方法を用いて、図２２〜図２４に示すような半導体装置１Ｂが形成される。図２２に示す平面レイアウト図は、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。図２３及び図２４には、上記図２１に示した配線１５０，１５１の形成後に更に、それらを覆う層間絶縁膜１６０が形成され、その上にプラグ１７１及び配線１８０，１８１が形成された場合の例を示している。
【０１０７】
半導体装置１Ｂでは、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側に、酸化防止膜８０の開口部８１が配置される。半導体装置１Ｂの外周部には、強誘電体キャパシタ１１０を制御するセンスアンプ２００、ロウデコーダ２１０及び制御回路２２０、並びに周辺回路２３０，２４０，２５０が配置される。センスアンプ２００は、ビット線２６０によって強誘電体キャパシタ１１０と接続される。ロウデコーダ２１０は、ワード線２７０によって強誘電体キャパシタ１１０と接続される。
【０１０８】
ここで、図２２に示すような、センスアンプ２００と強誘電体キャパシタ１１０とを接続するビット線２６０は、図２３に示すような、酸化防止膜８０の下層に設けられる配線７０、又は同一層内で配線７０から延びる配線に相当する。前述のように、酸化防止膜８０の開口部８１は、酸化防止膜８０の下層に設けられる配線７０又はそれから延びる配線、即ちビット線２６０の酸化や凹凸形成を抑えるため、ビット線２６０の直上を避けて配置される。そのような位置に配置される開口部８１内に、誘電体部８２が設けられる。配線７０と同一層内に設けられる、ビット線以外の他の配線（配線７１（図２４）等）についても同様である。
【０１０９】
また、図２２に示すような、ロウデコーダ２１０と強誘電体キャパシタ１１０とを接続するワード線２７０は、図２４に示すような、配線１５１にプラグ１７１を介して接続される配線１８１に相当する。配線１８１は、プラグ１７１を介して配線１５１と接続され、更に、プラグ１４１、配線７１及びプラグ４１を介してトランジスタ２０のゲート電極２２と接続される。酸化防止膜８０の開口部８１は、配線７１とプラグ４１との接続位置を避けて配置される。そのような位置に配置される開口部８１内に、誘電体部８２が設けられる。
【０１１０】
図２５及び図２６は第３の実施の形態に係る半導体装置の別の例について説明する図である。図２５には、半導体装置の一例の平面レイアウト図を模式的に示している。図２６には、図２５のXXVI−XXVI断面図を模式的に示している。
【０１１１】
図２５及び図２６に示す半導体装置１Ｃは、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外周に、いわゆるガードリング３００が設けられている点で、上記半導体装置１Ｂと相違する。
【０１１２】
図２５に示す平面レイアウト図は、ガードリング３００と、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。図２６には、上記図２１に示した配線１５０，１５１の形成後に更に、それらを覆う層間絶縁膜１６０が形成され、その上にプラグ１７１及び配線１８０，１８１が形成された場合の例を示している。
【０１１３】
図２５に示すような半導体装置１Ｃのガードリング３００は、例えば、図２６に示すように、導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃを有する。
【０１１４】
導体部４０Ｃは、半導体基板１０上に設けられ、例えば、平面視で強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａに対応する領域を囲むリング状の導体部である。導体部１００Ｃは、導体部４０Ｃ上に設けられ、例えば、平面視でキャパシタ領域１１０ａに対応する領域を囲むリング状の導体部である。強誘電体キャパシタ１１０Ｃは、導体部１００Ｃ上に設けられ、例えば、平面視でキャパシタ領域１１０ａを囲むリング状の強誘電体キャパシタである。導体部１４０Ｃは、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ上に設けられ、例えば、平面視でキャパシタ領域１１０ａに対応する領域を囲むリング状の導体部である。導体部１５０Ｃは、導体部１４０Ｃ上に設けられ、例えば、平面視でキャパシタ領域１１０ａに対応する領域を囲むリング状の導体部である。例えば、このような構造により、ガードリング３００が形成されている。
【０１１５】
ガードリング３００における強誘電体キャパシタ１１０Ｃは、強誘電体キャパシタ１１０を側方から囲むように設けられ、半導体装置１Ｃのメモリ機能には寄与しないダミーの強誘電体キャパシタである。強誘電体キャパシタ１１０Ｃに接続され、キャパシタ領域１１０ａに対応する領域を囲む平面リング状の導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃは、半導体装置１Ｃの電気回路として機能しないダミーの導体部とすることができる。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すような、ガードリング３００を備える半導体装置１Ｃは、例えば、上記のような形成方法の例に従って形成される。その際、ガードリング３００の導体部４０Ｃは、トランジスタ２０と接続される上記プラグ４０と共に形成される。ガードリング３００の導体部１００Ｃは、上記プラグ４０と接続される上記プラグ１００と共に形成される。ガードリング３００の強誘電体キャパシタ１１０Ｃは、上記プラグ１００と接続される上記強誘電体キャパシタ１１０と共に形成される。ガードリング３００の導体部１４０Ｃは、上記強誘電体キャパシタ１１０と接続される上記プラグ１４０と共に形成される。ガードリング３００の導体部１５０Ｃは、上記プラグ１４０と接続される上記配線１５０と共に形成される。
【０１１７】
半導体装置１Ｃでは、図２５及び図２６に示すように、酸化防止膜８０の、平面視で上記のようなガードリング３００の外側に、開口部８１が配置され、その内部に誘電体部８２が設けられる。半導体装置１Ｃでは、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２により、酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。半導体装置１Ｃでは更に、平面視で開口部８１よりも内側に、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａを囲むように設けられたガードリング３００により、キャパシタ領域１１０ａへの水素の拡散が抑えられる。酸化防止膜８０に設けられる開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２と、ガードリング３００との相乗効果により、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が、いっそう効果的に抑えられる。
【０１１８】
尚、ここではガードリング３００として、導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃを有するものを例示したが、ガードリング３００の構造は、このようなものに限定されない。例えば、ガードリング３００は、導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃの少なくとも１つと、強誘電体キャパシタ１１０Ｃとを組み合わせた構造としてもよい。例えば、上記の要素のうち、導体部４０Ｃを含まず、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃのみを含む構造のガードリング３００を設けてもよい。各種組み合わせの構造を有するガードリング３００を設けても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１１９】
また、ガードリング３００の導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃはそれぞれ、必ずしも平面視でキャパシタ領域１１０ａ又はそれに対応する領域を一続きで囲むリング状とされることを要しない。例えば、導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ及び導体部１５０Ｃはそれぞれ、平面視でキャパシタ領域１１０ａ又はそれに対応する領域を断続的に囲む不連続形状とされてもよい。例えば、導体部４０Ｃ、導体部１００Ｃ、強誘電体キャパシタ１１０Ｃ、導体部１４０Ｃ又は導体部１５０Ｃは、ガードリング３００とは分離される他のプラグや配線等の導体部のレイアウトに基づき、不連続形状とされてもよい。平面視で不連続形状の要素を含むガードリング３００を設けても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１２０】
図２７は第３の実施の形態に係る半導体装置の更に別の例について説明する図である。図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）にはそれぞれ、半導体装置の一例の平面レイアウト図を模式的に示している。
【０１２１】
図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）に示す平面レイアウト図はそれぞれ、ガードリング３００と、開口部８１が設けられた酸化防止膜８０と、その上方に設けられた強誘電体キャパシタ１１０とを、強誘電体キャパシタ１１０側から見た平面レイアウト図の一例である。
【０１２２】
例えば、図２７（Ａ）に示す半導体装置１Ｄのように、酸化防止膜８０の開口部８１は、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側であって、ガードリング３００の内側に、設けられてもよい。このような半導体装置１Ｄによっても、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２と、ガードリング３００との相乗効果が得られる。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が効果的に抑えられる。
【０１２３】
また、図２７（Ｂ）に示す半導体装置１Ｅのように、酸化防止膜８０の開口部８１は、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側であって、ガードリング３００の内側と外側の双方に、設けられてもよい。このような半導体装置１Ｅによっても、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２と、ガードリング３００との相乗効果が得られる。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が効果的に抑えられる。
【０１２４】
尚、半導体装置１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅについて、ここでは一例として、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部の誘電体部８２を、平面視で強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａの外側に設ける例を示した。このほか、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部の誘電体部８２は、平面視でキャパシタ領域１１０ａの内側に設けることもできる。開口部８１及びその内部の誘電体部８２を、このような配置としても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１２５】
また、半導体装置１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅについて、開口部８１及びその内部の誘電体部８２は、キャパシタ領域１１０ａの外周部に配置されるセンスアンプ２００、ロウデコーダ２１０、制御回路２２０又は周辺回路２３０，２４０，２５０の領域に設けることもできる。開口部８１及びその内部の誘電体部８２を、このような配置としても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１２６】
［第４の実施の形態］
図２８は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図２８には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【０１２７】
図２８に示す半導体装置１Ｆは、上記同様、酸化防止膜８０に開口部８１が設けられ、その内部に酸化防止膜８０よりも水素透過性の高い誘電体部８２が設けられた構成を有する。図２８に示す半導体装置１Ｆは更に、酸化防止膜８０よりも下層に配置されるエッチストップ膜５０に開口部５１が設けられ、その内部にエッチストップ膜５０よりも水素透過性の高い誘電体部５２が設けられた構成を有する。半導体装置１Ｆは、このような点で、上記第２の実施の形態で述べた半導体装置１Ｂと相違する。
【０１２８】
エッチストップ膜５０の開口部５１は、例えば、強誘電体キャパシタ１１０が配置されるキャパシタ領域１１０ａに対応する領域の外側に設けられる。エッチストップ膜５０の開口部５１は、例えば、その内部が上層の層間絶縁膜６０の一部とされる。尚、開口部５１は、空洞として残されてもよく、また、エッチストップ膜５０よりも水素透過性の高い絶縁体であって層間絶縁膜６０とも異なる絶縁体で埋められてもよい。
【０１２９】
半導体装置１Ｆでは、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２により、酸化防止膜８０上の緩衝膜９０内から、酸化防止膜８０下の層間絶縁膜６０へと水素が拡散される。これにより、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。
【０１３０】
半導体装置１Ｆでは更に、層間絶縁膜６０内の水素が、エッチストップ膜５０の開口部５１及びその内部に設けられる誘電体部５２により、エッチストップ膜５０下の層間絶縁膜３０へと拡散される。これにより、層間絶縁膜６０内の水素量が過剰になるのを抑え、開口部８１及び誘電体部８２を通じた緩衝膜９０から層間絶縁膜６０への水素の拡散が滞るのを抑えることが可能になる。
【０１３１】
尚、半導体装置１Ｆについて、ここでは一例として、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部の誘電体部８２、エッチストップ膜５０の開口部５１及びその内部の誘電体部５２を、平面視でキャパシタ領域１１０ａの外側に設ける例を示した。このほか、開口部８１及びその内部の誘電体部８２、開口部５１及びその内部の誘電体部５２の、いずれか一方又は双方を、平面視でキャパシタ領域１１０ａの内側に設けることもできる。開口部８１及びその内部の誘電体部８２、開口部５１及びその内部の誘電体部５２を、このような配置としても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１３２】
また、半導体装置１Ｆについて、開口部８１及びその内部の誘電体部８２、開口部５１及びその内部の誘電体部５２の、いずれか一方又は双方を、キャパシタ領域１１０ａの外周部に配置されるセンスアンプ、ロウデコーダ、制御回路又は周辺回路の領域に設けることもできる。開口部８１及びその内部の誘電体部８２、開口部５１及びその内部の誘電体部５２を、このような配置としても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１３３】
［第５の実施の形態］
上記第１〜第４の実施の形態で述べた半導体装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ等は、回路基板や他の半導体装置等、各種電子部品に搭載することができる。
【０１３４】
図２９は第５の実施の形態に係る電子装置の一例について説明する図である。図２９には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図２９に示す電子装置４００は、例えば、上記第３の実施の形態で述べたような半導体装置１Ｂ（図２２〜図２４）が、回路基板４１０上に搭載された構成を有する。
【０１３５】
半導体装置１Ｂは、例えば、上記図２２〜図２４に示したような構成を備える半導体チップ又は半導体パッケージの形態とされ、回路基板４１０と対向する面に、内部回路（センスアンプ２００、ロウデコーダ２１０、制御回路２２０、周辺回路２３０，２４０，２５０等）と接続された端子１９１が設けられる。回路基板４１０には、半導体装置１Ｂの端子１９１と対応する位置に、端子４１１が設けられる。回路基板４１０には、その表層部や内部に、端子４１１と接続される導体部（配線、スルーホール等）が設けられる。このような構成を有する半導体装置１Ｂと回路基板４１０とが対向され、互いの端子１９１と端子４１１とが半田等の接合材４２０を用いて接合され、電子装置４００が形成される。
【０１３６】
半導体装置１Ｂでは、前述のように、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２により、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。これにより、性能及び信頼性に優れた半導体装置１Ｂが実現される。このような半導体装置１Ｂが回路基板４１０に搭載され、性能及び信頼性に優れた電子装置４００が実現される。
【０１３７】
ここでは、半導体装置１Ｂを回路基板４１０上に搭載した例を示したが、他の半導体装置１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ等も同様に、回路基板４１０上に搭載することができる。また、ここでは、回路基板４１０を例にしたが、半導体装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ等は、回路基板４１０のほか、他の半導体装置（半導体チップや半導体パッケージ）等、各種電子部品上に搭載することもできる。
【０１３８】
［第６の実施の形態］
上記第１〜第４の実施の形態で述べた半導体装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ等、及び上記第５の実施の形態で述べた電子装置４００等は、各種電子機器（電子装置とも言う）に搭載することができる。例えば、コンピュータ（パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等）、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に搭載することができる。
【０１３９】
図３０は第６の実施の形態に係る電子機器の一例について説明する図である。図３０には、電子機器を模式的に示している。
図３０に示すように、例えば、上記第５の実施の形態で述べたような電子装置４００（図２９）が、各種電子機器５００の筐体５００ａの内部に搭載（内蔵）される。尚、電子装置４００は、電子機器５００が備えるラックやスロットに収容されてもよい。
【０１４０】
半導体装置１Ｂでは、前述のように、酸化防止膜８０の開口部８１及びその内部に設けられる誘電体部８２により、強誘電体キャパシタ１１０への水素の到達、それによる強誘電体キャパシタ１１０の劣化が抑えられる。このような半導体装置１Ｂが回路基板４１０上に搭載され、性能及び信頼性に優れた電子装置４００が実現される。このような電子装置４００が搭載され、性能及び信頼性に優れた電子機器５００が実現される。
【０１４１】
ここでは、電子装置４００を搭載した電子機器５００を例示したが、半導体装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ等、及びこれらを回路基板４１０のほか各種電子部品上に搭載した電子装置等も同様に、各種電子機器に搭載することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１０００，１０００Ａ  半導体装置
２，５，１００２  絶縁膜
２ａ，５１，８１  開口部
２ｂ，５２，８２  誘電体部
２ｃ，９２，９２ａ  空洞
２ｄ，９３  絶縁体
３，６，７，３０，６０，１３０，１３１，１３２，１６０  層間絶縁膜
３ａ，９１  一部
４，１１０，１１０Ｃ  強誘電体キャパシタ
４ａ，１１１  下部電極
４ｂ，１１２  強誘電体膜
４ｃ，１１３  上部電極
１０  半導体基板
１１  素子分離領域
２０  トランジスタ
２１  ゲート絶縁膜
２２  ゲート電極
２３  不純物領域
２４  サイドウォール
２５  シリサイド層
３１  カバー膜
４０，４１，１００，１４０，１４１，１７１  プラグ
４０Ｃ，１００Ｃ，１４０Ｃ，１５０Ｃ  導体部
５０  エッチストップ膜
７０，７１，１５０，１５１，１８０，１８１  配線
８０，８０Ａ  酸化防止膜
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ  孔
９０  緩衝膜
１１０ａ  キャパシタ領域
１１１ａ  窒化チタン膜
１１１ｂ  窒化チタンアルミニウム膜
１１１ｃ  イリジウム膜
１１３ａ  酸化イリジウム膜
１１３ｂ  イリジウム膜
１２０  水素バリア膜
１５０ａ，１５０ｃ  バリア膜
１５０ｂ  アルミニウム銅合金膜
１９１，４１１  端子
２００  センスアンプ
２１０  ロウデコーダ
２２０  制御回路
２３０，２４０，２５０  周辺回路
２６０  ビット線
２７０  ワード線
３００  ガードリング
４００  電子装置
４１０  回路基板
４２０  接合材
５００  電子機器
５００ａ  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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