(57)【要約】【課題】均一な結晶性を有する強誘電体膜を形成し得る半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１０上に、プラチナ、パラジウム、ロジウム又はオスミウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜４４を形成する工程と、第１の導電膜上に、膜厚が０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下であり、貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜４５を形成する工程と、スパッタリング法又はゾル・ゲル法により、第２の導電膜上に強誘電体膜５０を直接形成する工程と、熱処理を行うことにより、強誘電体膜を結晶化する工程と、強誘電体膜上に第３の導電膜を形成する工程と、パターニングすることにより、第１の導電膜と第２の導電膜とを含む下部電極と、強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程とを有している。【選択図】  図４
2010087347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、プラチナ、パラジウム、ロジウム又はオスミウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜上に、膜厚が０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、
スパッタリング法又はゾル・ゲル法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、
熱処理を行うことにより、前記強誘電体膜を結晶化する工程と、
前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、
前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に、イリジウム又はルテニウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜上に、膜厚が１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、
有機金属化学気相成長法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、
前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、
前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、スパッタリング法により前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、薬液を用いて前記第１の導電膜の表面を酸化させることにより、前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、酸素を含む雰囲気中で前記第１の導電膜の表面を酸化させることにより、前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にキャパシタを有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、キャパシタの誘電体膜として強誘電体膜を用いることが注目されている。このような強誘電体キャパシタを用いた強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ferroelectric Random Access Memory）は、高速動作が可能である、低消費電力である、書き込み／読み出し耐久性に優れている等の特徴を有する不揮発性メモリであり、今後の更なる発展が見込まれている。
【０００３】
また、ＤＲＡＭ等においても、高集積化を図るべく、キャパシタの誘電体膜として強誘電体膜を用いることが提案されている。
【０００４】
このようなキャパシタの下部電極や上部電極の材料としては、貴金属や貴金属酸化物等が用いられる。
【０００５】
なお、背景技術としては、以下のようなものがある。
【特許文献１】特開２００５−１５９１６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７８７４号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７３９２号公報
【特許文献４】特開２００２−１５１６５６号公報
【特許文献５】特開２００２−２６１２５１号公報
【特許文献６】特開２０００−９１２７０号公報
【特許文献７】特開２００３−６８９９１号公報
【特許文献８】特開２００４−２５３６２７号公報
【特許文献９】特開２００３−２８２８４４号公報
【特許文献１０】特開２０００−２２３６６２号公報
【特許文献１１】特開２００６−３５１８２８号公報
【特許文献１２】特開２０００−２０８７２３号公報
【特許文献１３】特開２００２−１１８２３６号公報
【特許文献１４】特開平９−２２８２９号公報
【特許文献１５】特開２００７−１８４６２３号公報
【特許文献１６】特開平１１−１６８１７４号公報
【特許文献１７】特開２００４−４７６３３号公報
【特許文献１８】特開２００３−３１８３７１号公報
【特許文献１９】特開２００３−２０９１７９号公報
【特許文献２０】特開平１１−２２４９３６号公報
【特許文献２１】特開２００５−１５０４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、下部電極上に強誘電体膜を単に形成した場合には、均一な結晶性を有する強誘電体膜を得られない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、均一な結晶性を有する強誘電体膜を形成し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一観点によれば、半導体基板上に、プラチナ、パラジウム、ロジウム又はオスミウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、前記第１の導電膜上に、膜厚が０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、スパッタリング法又はゾル・ゲル法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、熱処理を行うことにより、前記強誘電体膜を結晶化する工程と、前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
実施形態の他の観点によれば、半導体基板上に、イリジウム又はルテニウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、前記第１の導電膜上に、膜厚が１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、有機金属化学気相成長法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、貴金属膜上に非晶質の貴金属酸化物膜を形成し、非晶質の貴金属酸化物膜上に強誘電体膜を形成し、非晶質の貴金属酸化物膜を貴金属膜に変化させる。非晶質の貴金属酸化物膜上に強誘電体膜を形成するため、貴金属膜の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜を得ることが可能となる。また、貴金属酸化物膜から放出される酸素が強誘電体膜に供給されるため、強誘電体膜の結晶性を向上させることが可能となる。また、非晶質の貴金属酸化物膜は貴金属膜に変化しやすいため、下部電極の全体が貴金属となり、良質な下部電極が得られる。このため、電気的特性の良好なキャパシタを有する半導体装置を提供することができる。強誘電体膜の結晶性を均一化できるため、半導体装置の歩留まりの向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［第１実施形態］
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法を図１乃至図１０を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。
【００１２】
（半導体装置）
本実施形態による半導体装置について図１を用いて説明する。
【００１３】
本実施形態による半導体装置は、メモリセルの構造がプレーナ型になっているものである。
【００１４】
図１に示すように、半導体基板１０には、素子領域を画定する素子分離領域１２が形成されている。半導体基板１０としては、例えばＮ型又はＰ型のシリコン基板が用いられている。素子分離領域１２が形成された半導体基板１０内には、例えばＰ型のウェル１４が形成されている。
【００１５】
ウェル１４が形成された半導体基板１０上には、ゲート絶縁膜１６を介してゲート電極（ワード線）１８が形成されている。ゲート電極１８の側壁部分には、サイドウォール絶縁膜２０が形成されている。
【００１６】
サイドウォール絶縁膜２０が形成されたゲート電極１８の両側には、ソース／ドレイン拡散層２２が形成されている。
【００１７】
ゲート電極１８の上部及びソース／ドレイン拡散層２２上には、それぞれシリサイド層２４ａ、２４ｂが形成されている。ソース／ドレイン拡散層２２上のシリサイド層２４ｂは、ソース／ドレイン電極として機能する。
【００１８】
こうして、ゲート電極１８とソース／ドレイン拡散層２２とを有するトランジスタ２６が形成されている。
【００１９】
トランジスタ２６が形成された半導体基板１０上には、絶縁膜（酸化防止絶縁膜）２８が形成されている。絶縁膜２８の膜厚は、例えば２００ｎｍとする。絶縁膜２８としては、例えばシリコン窒化酸化膜（ＳｉＯＮ膜）が用いられている。
【００２０】
絶縁膜２８が形成された半導体基板１０上には、層間絶縁膜３０が形成されている。半導体基板１０の表面から層間絶縁膜３０の表面までの厚さは、例えば７８５ｎｍとする。層間絶縁膜３０としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。層間絶縁膜３０の表面は平坦化されている。
【００２１】
層間絶縁膜３０及び絶縁膜２８には、ソース／ドレイン電極２４ｂに達するコンタクトホール３２が形成されている。
【００２２】
コンタクトホール３２内には、密着膜３４が形成されている。密着膜３４としては、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜とが順次積層された積層膜が用いられている。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍとする。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍとする。
【００２３】
密着膜３４が形成されたコンタクトホール３２内には、導体プラグ３６が埋め込まれている。導体プラグ３６の材料としては、例えばタングステン（Ｗ）が用いられている。
【００２４】
導体プラグ３６が埋め込まれた層間絶縁膜３０上には、例えばシリコン窒化酸化膜３８が形成されている。シリコン窒化酸化膜３８の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。
【００２５】
シリコン窒化酸化膜３８上には、例えばシリコン酸化膜４０が形成されている。シリコン酸化膜４０の膜厚は、例えば１３０ｎｍとする。
【００２６】
シリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０とにより層間絶縁膜４２が形成されている。層間絶縁膜４２は、層間絶縁膜３０に導体プラグ３６を埋め込んだ後に、導体プラグ３６の上面が酸化されるのを防止するためのものである。
【００２７】
なお、ここでは、層間絶縁膜４２として、シリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０との積層膜を形成する場合を例に説明したが、かかる層間絶縁膜４２はシリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０との積層膜に限定されるものではない。例えば、層間絶縁膜４２として、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
【００２８】
層間絶縁膜４２上には、密着膜４３が形成されている。密着膜４３は後述する下部電極４８の下地に対する密着性を確保するためのものである。密着膜４３としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜が用いられている。密着膜４３の膜厚は、例えば２０ｎｍとする。
【００２９】
密着膜４３上には、導電膜４４が形成されている。導電膜４４としては、貴金属膜が用いられている。より具体的には、導電膜４４として、例えばプラチナ（Ｐｔ）膜が用いられている。導電膜４４の膜厚は、例えば１５０ｎｍとする。
【００３０】
なお、ここでは、導電膜４４として、プラチナ膜を用いる場合を例に説明したが、導電膜４４はプラチナ膜に限定されるものではない。導電膜４４として、例えば、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜等を用いてもよい。また、これらの積層膜により導電膜４４を形成してもよい。
【００３１】
導電膜４４上には、導電膜４６が形成されている。導電膜４６は、貴金属膜である。導電膜４６に含まれる貴金属と導電膜４４に含まれる貴金属とは、同じ元素であることが好ましい。後述するように、導電膜４４上に成膜する段階では、非晶質（アモルファス状態）の貴金属酸化物膜４５を形成する（図３（ｃ）参照）。非晶質の貴金属酸化物膜４５は、後工程における熱処理等により還元され、貴金属膜４６となる。貴金属酸化物膜４５に含まれる貴金属と導電膜４４に含まれる貴金属とが同じ元素である場合には、導電膜４６と導電膜４４とは区別し得ない場合もある。また、導電膜４６は非晶質の貴金属酸化物膜４５が還元されたものであるため、導電膜４６の結晶粒径が導電膜４４の結晶粒径より小さくなっている場合もある。非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成する際に例えば酸化プラチナ膜（ＰｔＯＸ膜）を形成した場合には、後工程における熱処理等において酸化プラチナ膜が還元されてプラチナ膜となり、プラチナ膜である導電膜４６が形成される。
【００３２】
なお、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成する段階で酸化プラチナ膜を形成し、プラチナ膜により導電膜４６が形成される場合を例に説明したが、導電膜４６はプラチナ膜に限定されるものではない。例えば、貴金属酸化物膜４５を形成する際に非晶質の酸化ロジウム膜を形成した場合には、後工程における熱処理等により酸化ロジウム膜が還元されてロジウム膜となり、ロジウム膜である導電膜４６が形成される。また、貴金属酸化物膜４５を形成する際に非晶質の酸化オスミウム膜を形成した場合には、後工程における熱処理等により酸化オスミウム膜が還元されてオスミウム膜となり、オスミウム膜である導電膜４６が形成される。また、貴金属酸化物膜４５を形成する際に非晶質の酸化パラジウム膜を形成した場合には、後工程における熱処理等により酸化パラジウム膜が還元されてパラジウム膜となり、パラジウム膜である導電膜４６が形成される。このように、非晶質の貴金属酸化物膜４５は、酸化ロジウム膜、酸化オスミウム膜、酸化パラジウム膜等でもよく、非晶質の貴金属酸化物膜４５が還元されたものである導電膜４６は、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜等でもよい。
【００３３】
こうして、導電膜４４と導電膜４６とによりキャパシタ６２の下部電極４８が形成されている。
【００３４】
下部電極４８上には、強誘電体膜５０が形成されている。強誘電体膜５０は、例えばスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成されたものである。強誘電体膜５０としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（０≦Ｘ≦１）（ＰＺＴ膜）が用いられている。ＰＺＴ膜は、ペロブスカイト構造の強誘電体膜である。強誘電体膜５０の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。強誘電体膜５０は、後述する熱処理等により結晶化されている。
【００３５】
なお、ここでは、強誘電体膜５０としてＰＺＴ膜を用いる場合を例に説明したが、強誘電体膜５０はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５０の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５０として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５０としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。
【００３６】
強誘電体膜５０上には、強誘電体膜５２が形成されている。強誘電体膜５２は、例えば高周波スパッタ法等により形成されたものである。強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０の材料と同じであることが好ましい。強誘電体膜５２としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（ＰＺＴ膜）（０≦Ｘ≦１）が用いられている。強誘電体膜５２の膜厚は、例えば１０〜３０ｎｍとする。強誘電体膜５２は、後述する熱処理等により結晶化されている。
【００３７】
なお、ここでは、強誘電体膜５２としてＰＺＴ膜を用いる場合を例に説明したが、強誘電体膜５２はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５２の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５２として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５２としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。なお、上述したように、強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０の材料と同じであることが好ましい。
【００３８】
こうして、強誘電体膜５０と強誘電体膜５２とによりキャパシタ誘電体膜５４が形成されている。
【００３９】
キャパシタ誘電体膜５４上には、導電膜５６が形成されている。導電膜５６は、例えばスパッタリング法により形成されたものである。導電膜５６は、熱処理等により結晶化されている。導電膜５６としては、例えば酸化イリジウム膜が用いられている。導電膜５６の膜厚は、例えば１０〜１００ｎｍ程度とする。ここでは、導電膜５６の膜厚を例えば５０ｎｍとする。
【００４０】
導電膜５６上には、導電膜５８が形成されている。導電膜５８としては、例えば酸化イリジウム膜５８が用いられている。導電膜５８は、例えばスパッタリング法により形成されたものである。導電膜５８の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度とする。導電膜５８は、キャパシタ６２を形成した後に行われるエッチング等によりキャパシタ誘電体膜５４にダメージが加わるのを防止するためのものである。
【００４１】
導電膜５６と導電膜５８とによりキャパシタ６２の上部電極６０が形成されている。
【００４２】
こうして、下部電極４８とキャパシタ誘電体膜５４と上部電極６０とを有するキャパシタ６２が形成されている。
【００４３】
キャパシタ６２上には、キャパシタ誘電体膜５４と上部電極６０を覆うように保護膜（水素拡散防止膜）６４が形成されている。保護膜６４は、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４が還元されるのを防止するためのものである。保護膜６４としては、例えば酸化アルミニウム膜が用いられている。保護膜６４の膜厚は、例えば２０〜５０ｎｍ程度とする。
【００４４】
保護膜６４が形成されたキャパシタ６２上及び層間絶縁膜４２上には、保護膜（水素拡散防止膜）６６が形成されている。保護膜６６は、保護膜６４と相俟って、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４が還元されるのを防止するためのものである。保護膜６６としては、例えば酸化アルミニウム膜が用いられている。保護膜６６の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。
【００４５】
保護膜６６上には、層間絶縁膜６８が形成されている。層間絶縁膜６８としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。層間絶縁膜６８の膜厚は、例えば１．４μｍ程度とする。層間絶縁膜６８の表面は平坦化されている。
【００４６】
層間絶縁膜６８上には、保護膜（水素拡散防止膜）７０が形成されている。保護膜７０としては、例えば酸化アルミニウムが用いられている。保護膜７０の膜厚は、例えば膜厚２０〜５０ｎｍ程度とする。保護膜７０は、保護膜６４，６６と同様に、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４が還元されるのを防止するためのものである。平坦化された層間絶縁膜６８上に保護膜７０を形成するため、保護膜７０は平坦に形成されている。
【００４７】
保護膜７０上には、層間絶縁膜７２が形成されている。層間絶縁膜７２としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。層間絶縁膜７２の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【００４８】
層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜６６及び保護膜６４には、キャパシタ６２の下部電極４８に達するコンタクトホール７４ａが形成されている。
【００４９】
また、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜６６及び保護膜６４には、キャパシタ６２の上部電極６０に達するコンタクトホール７４ｂが形成されている。
【００５０】
また、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜６６及び層間絶縁膜４２には、導体プラグ３６に達するコンタクトホール７６が形成されている。
【００５１】
コンタクトホール７４ａ、７４ｂ、７６内には、密着膜７８が形成されている。密着膜７８としては、例えばＴｉＮ膜が用いられている。密着膜７８の膜厚は、例えば５０〜１５０ｎｍ程度とする。
【００５２】
なお、ここでは、密着膜７８としてＴｉＮ膜を用いる場合を例に説明したが、密着膜７８はＴｉＮ膜に限定されるものではない。例えば、密着膜７８として、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＨｆＮ膜、ＺｒＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＣｒＡｌＮ膜、ＨｆＡｌＮ膜、ＺｒＡｌＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＣｒＯＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＴｉＡｌＯＮ膜、ＴａＡｌＯＮ膜、ＣｒＡｌＯＮ膜、ＨｆＡｌＯＮ膜、ＺｒＡｌＯＮ膜、ＴｉＳｉＯＮ膜、ＴａＳｉＯＮ膜、Ｉｒ膜、Ｒｕ膜、ＩｒＯＸ膜、ＲｕＯＸ膜等を用いてもよい。また、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより形成された積層膜を、密着膜７８として用いてもよい。また、Ｔｉ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより形成された積層膜を、密着膜７８として用いてもよい。また、Ｔａ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより形成された積層膜を、密着膜７８として用いてもよい。また、Ｔａ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより形成された積層膜を、密着膜７８として用いてもよい。
【００５３】
密着膜７８が形成されたコンタクトホール７４ａ、７４ｂ、７６内には、導体プラグ８０ａ〜８０ｃが埋め込まれている。導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料としては、例えばタングステンが用いられている。
【００５４】
なお、ここでは、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料としてタングステンを用いる場合を例に説明したが、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料はタングステンに限定されるものではない。例えば、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料として、銅（Ｃｕ）等を用いてもよい。また、タングステン膜と銅膜との積層膜により導体プラグ８０ａ〜８０ｃを形成してもよい。また、タングステン膜とポリシリコン膜との積層膜により導体プラグ８０ａ〜８０ｃを形成してもよい。
【００５５】
導体プラグ８０ａ〜８０ｃが埋め込まれた層間絶縁膜７２上には、配線９０が形成されている。配線９０は、例えば、ＴｉＮ膜８２と、ＡｌＣｕ合金膜８４と、Ｔｉ膜８６と、ＴｉＮ膜８８とを順次積層することにより形成されている。ＴｉＮ膜８２の膜厚は、例えば５０ｎｍとする。ＡｌＣｕ合金膜８４の膜厚は、例えば膜厚５５０ｎｍとする。Ｔｉ膜８６の膜厚は、例えば５ｎｍとする。ＴｉＮ膜８８の膜厚は、例えば膜厚５０ｎｍとする。
【００５６】
配線９０が形成された層間絶縁膜７２上には、更に、層間絶縁膜（図示せず）、導体プラグ（図示せず）、配線（図示せず）等が複数層に亘って形成されている。
【００５７】
こうして、本実施形態による半導体装置が形成されている。
【００５８】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図２乃至図１０を用いて説明する。図２乃至図１０は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００５９】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１０に、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、素子領域を画定する素子分離領域１２を形成する。半導体基板１０としては、例えばＮ型又はＰ型のシリコン基板を用いる。なお、素子分離領域１２の形成方法はＳＴＩ法に限定されるものではない。例えばＬＯＣＯＳ（LOCal Oxidation of Silicon）法により素子分離領域１２を形成してもよい。
【００６０】
次に、イオン注入法により、ドーパント不純物を導入することにより、ウェル１４を形成する。ドーパント不純物としては、例えばＰ型のドーパント不純物を用いる。Ｐ型のドーパント不純物としては、例えばボロン（Ｂ）を用いる。ドーパント不純物としてＰ型のドーパント不純物を用いた場合には、Ｐ型のウェル１４が形成される。
【００６１】
次に、例えば熱酸化法により、素子領域上にゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜１６の膜厚は、例えば６〜７ｎｍ程度とする。
【００６２】
次に、例えばＣＶＤ法により、ポリシリコン膜１８を形成する。ポリシリコン膜１８の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度とする。ポリシリコン膜１８は、ゲート電極（ワード線）となるものである。
【００６３】
なお、ここでは、ゲート電極となる膜としてポリシリコン膜１８を形成する場合を例に説明したが、ゲート電極となる膜は、ポリシリコン膜に限定されるものではない。例えば、ゲート電極となる膜として、アモルファスシリコン膜とタングステンシリサイド膜との積層膜等を形成してもよい。アモルファスシリコン膜とタングステンシリサイド膜との積層膜等を形成する場合には、アモルファスシリコン膜の膜厚は例えば５０ｎｍ程度とし、タングステンシリサイド膜の膜厚は例えば１５０ｎｍ程度とする。
【００６４】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ポリシリコン膜１８をパターニングする。こうして、ポリシリコン膜によりゲート電極（ワード線）１８が形成される。
【００６５】
次に、ゲート電極１８をマスクとし、例えばイオン注入法により、ゲート電極１８の両側の半導体基板１０内にドーパント不純物を導入する。ドーパント不純物としては、例えばＮ型のドーパント不純物を用いる。Ｎ型のドーパント不純物としては、例えばリン（Ｐ）を用いる。これにより、エクステンションソース／ドレインの浅い領域を構成するエクステンション領域（図示せず）が形成される。
【００６６】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、絶縁膜を形成する。絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。絶縁膜の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【００６７】
次に、絶縁膜を異方性エッチングする。こうして、ゲート電極１８の側壁部分に、絶縁膜によりサイドウォール絶縁膜２０が形成される。
【００６８】
次に、サイドウォール絶縁膜２０が形成されたゲート電極１８をマスクとし、例えばイオン注入法により、ゲート電極１８の両側の半導体基板１０内にドーパント不純物を導入する。ドーパント不純物としては、例えばＮ型のドーパント不純物を用いる。Ｎ型のドーパント不純物としては、例えば砒素（Ａｓ）を用いる。これにより、エクステンションソース／ドレインの深い領域を構成する不純物拡散層（図示せず）が形成される。エクステンション領域と深い不純物拡散層とによりソース／ドレイン拡散層２２が形成される。
【００６９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、高融点金属膜（図示せず）を形成する。高融点金属膜としては、例えばコバルト膜を形成する。
【００７０】
次に、熱処理を行うことにより、半導体基板１０の表層部と高融点金属膜とを反応させるとともに、ゲート電極１８の上部と高融点金属膜とを反応させる。
【００７１】
次に、例えばウエットエッチングにより、未反応の高融点金属膜をエッチング除去する。
【００７２】
こうして、ソース／ドレイン拡散層２２上に、例えばコバルトシリサイドのソース／ドレイン電極２４ｂが形成される。また、ゲート電極１８の上部に、例えばコバルトシリサイドのシリサイド層２４ａが形成される。
【００７３】
こうして、ゲート電極１８とソース／ドレイン拡散層２２とを有するトランジスタ２６が形成される。
【００７４】
次に、全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜（酸化防止膜）２８を形成する。絶縁膜２８としては、例えばシリコン窒化酸化膜を形成する。絶縁膜２８の膜厚は、例えば２００ｎｍとする。
【００７５】
次に、全面に、層間絶縁膜３０を形成する。層間絶縁膜３０は、例えば、ＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、即ち、プラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により形成する。層間絶縁膜３０としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜３０の膜厚は、例えば１μｍとする。
【００７６】
次に、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）法により、層間絶縁膜３０の表面を平坦化する。こうして、半導体基板１０の表面から層間絶縁膜３０の表面までの高さは、例えば７８５ｎｍ程度となる（図２（ｂ）参照）。
【００７７】
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース／ドレイン電極２４ｂに達するコンタクトホール３２を形成する。コンタクトホール３２の径は、例えば０．２５μｍとする。
【００７８】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Ｔｉ膜を形成する。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍ程度とする。
【００７９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ＴｉＮ膜を形成する。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍ程度とする。
【００８０】
こうして、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とにより密着膜３４が形成される。
【００８１】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、導電膜３６を形成する。導電膜３６としては、例えばタングステン膜を形成する。導電膜３６の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【００８２】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜３０の表面が露出するまで導電膜３６及び密着膜３４を研磨する。こうして、コンタクトホール３２内に、例えばタングステンの導体プラグ３６が埋め込まれる（図３（ａ）参照）。
【００８３】
次に、図３（ｂ）に示すように、全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により、シリコン窒化酸化膜３８を形成する。シリコン窒化酸化膜３８の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。
【００８４】
次に、全面に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、シリコン酸化膜４０を形成する。シリコン酸化膜４０の膜厚は、例えば１３０ｎｍとする。
【００８５】
シリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０とにより層間絶縁膜４２が形成される。層間絶縁膜４２は、層間絶縁膜３０に導体プラグ３６を埋め込んだ後に、導体プラグ３６の上面が酸化されるのを防止するためのものである。
【００８６】
なお、ここでは、層間絶縁膜４２として、シリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０との積層膜を形成する場合を例に説明したが、かかる層間絶縁膜４２はシリコン窒化酸化膜３８とシリコン酸化膜４０との積層膜に限定されるものではない。例えば、酸化防止膜４２として、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜を形成してもよい。
【００８７】
次に、例えば窒素雰囲気中にて、熱処理を行う。かかる熱処理は、層間絶縁膜４２中に含まれているガスを層間絶縁膜４２中から放出するためのものである（脱ガス）。熱処理を行う際の基板温度は、例えば６５０℃とする。熱処理時間は、例えば３０分とする。
【００８８】
次に、図３（ｂ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により密着膜４３を形成する。密着膜４３は、後述する下部電極４８の下地に対する密着性を確保するためのものである。密着膜４３としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。密着膜４３の膜厚は、例えば２０ｎｍとする。
【００８９】
次に、例えばＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法により、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６５０℃とする。熱処理時間は、例えば６０秒とする。
【００９０】
次に、図３（ｃ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、貴金属膜（導電膜）４４を形成する。導電膜４４は、キャパシタ６２の下部電極４８の一部となるものである。導電膜４４としては、例えばプラチナ膜を形成する。導電膜４４の膜厚は、例えば１５０ｎｍ程度とする。導電膜４４を形成する際の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば３５０℃とする。成膜室内に導入するガスとしては、例えばＡｒガスを用いる。成膜室内の圧力は、例えば１Ｐａとする。印加電力は、例えば０．３ｋＷとする。
【００９１】
なお、ここでは、導電膜４４として、プラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、導電膜４４はプラチナ膜に限定されるものではない。導電膜４４として、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜等を形成してもよい。また、これらの積層膜により導電膜４４を形成してもよい。
【００９２】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、非晶質（アモルファス状態）の貴金属酸化物膜４５を形成する。貴金属酸化物膜４５に含まれる貴金属と導電膜４４に含まれる貴金属とは、同じ元素とすることが好ましい。貴金属酸化物膜４５は、後工程において還元され、貴金属膜４６となるものである。貴金属酸化物膜４５が還元されることにより形成される貴金属膜４６は、キャパシタ６２の下部電極４８の一部となる。非晶質の貴金属酸化物膜４５としては、例えば酸化プラチナ膜（ＰｔＯＸ膜）を形成する。
【００９３】
本実施形態において、非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成するのは、以下のような理由によるものである。
【００９４】
まず、結晶性が十分に均一でない貴金属膜４４上に強誘電体膜５０を直接形成した場合には、強誘電体膜５０の結晶性が不均一になってしまう場合がある。これに対し、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成し、かかる非晶質の貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を形成すれば、貴金属膜４４の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０を得ることが可能となる。
【００９５】
また、結晶質の貴金属酸化物膜は比較的還元されにくいのに対し、非晶質の貴金属酸化物膜４５は比較的還元されやすい。このため、非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成すれば、後工程における熱処理等において、貴金属酸化物膜４５を貴金属膜４６に変化させることが可能である。下部電極４８の全体が貴金属により形成されているキャパシタ６２は、下部電極４８の一部に貴金属酸化物が存在しているキャパシタと比較して電気的特性が良好である。
【００９６】
また、強誘電体膜５０を形成した段階では、強誘電体膜５０中に酸素の欠損が生じている場合がある。強誘電体膜５０の下に貴金属酸化物膜４５が形成されていれば、強誘電体膜５０を結晶化する熱処理等の際に、貴金属酸化物膜４５中から酸素が放出され、貴金属酸化物膜４５から放出された酸素が強誘電体膜５０の下面側から供給される。貴金属酸化物膜４５から放出される酸素は、強誘電体膜５０における酸素欠損を補償する。このため、本実施形態によれば、結晶性の良好な強誘電体膜５０を得ることが可能となる。
【００９７】
このような理由により、本実施形態では、非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成する。
【００９８】
貴金属酸化物膜４５の膜厚は、０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。貴金属酸化物膜４５の膜厚を０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とするのは以下のような理由によるものである。
【００９９】
即ち、貴金属酸化物膜４５の膜厚が０．１ｎｍより薄い場合には、強誘電体膜５０を結晶化する熱処理等の際に貴金属酸化物膜４５中から放出される酸素の量が比較的少なく、強誘電体膜５０における酸素欠損を十分に補償し得ない。このため、貴金属酸化物膜４５の膜厚は、０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。
【０１００】
一方、貴金属酸化物膜４５の膜厚が３ｎｍより厚い場合には、貴金属膜４４の結晶性が強誘電体膜５０に十分に影響せず、良好な結晶性を有する強誘電体膜５０を得られない場合があり得る。また、後工程における熱処理等において、貴金属酸化物膜４５の全部を貴金属膜４６に変化させることができず、下部電極４８の一部に貴金属酸化物膜４５が残存してしまう場合があり得る。下部電極４８の一部に貴金属酸化物膜４５が残存した場合には、電気的特性の良好なキャパシタ６２が得られない場合があり得る。このため、貴金属酸化物膜４５の膜厚は３ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０１】
このような理由により、本実施形態では、貴金属酸化物膜４５の膜厚を０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下としている。
【０１０２】
貴金属酸化物膜４５の成膜温度は、例えば１００〜４００℃とする。貴金属酸化物膜４５の成膜温度を１００〜４００℃とするのは、以下のような理由によるものである。
【０１０３】
即ち、１００℃より低い温度で成膜された貴金属酸化物膜４５は、導電性が極めて低く、電気的には絶縁体に近いものとなる。このため、貴金属酸化物膜４５を１００℃より低い温度で成膜した場合には、電気的に良好なキャパシタ６２を得ることが困難な場合がある。従って、貴金属酸化物膜４５を形成する際の成膜温度は、１００℃以上とすることが好ましい。
【０１０４】
一方、４００℃より高い温度で貴金属酸化物膜４５を形成しようとした場合には、貴金属酸化物膜４５を成膜している際に酸素が解離してしまい、貴金属酸化物膜４５ではなく貴金属膜が形成されてしまう。
【０１０５】
このような理由により、貴金属酸化物膜４５の成膜温度は、１００〜４００℃程度とすることが好ましい。ここでは、貴金属酸化物膜４５の成膜温度を、例えば３５０℃とする。
【０１０６】
貴金属酸化物膜４５を形成する際の印加電力は、例えば０．１〜０．３Ｗ程度とする。印加電力を比較的低く設定した場合には、放電が生じにくくなるため、ウェハ面内において貴金属酸化物膜４５の膜厚等が不均一となる。一方、印加電力を比較的高く設定した場合には、貴金属酸化物膜４５の膜厚を制御することが困難となる。このような理由により、貴金属酸化物膜４５を形成する際の印加電力は、例えば０．１〜０．３Ｗ程度とすることが好ましい。
【０１０７】
貴金属酸化物膜４５を形成する際に成膜室内に導入するガスは、例えばＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスとする。ＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガス中におけるＯ２ガスの割合は、８０％程度とすることが好ましい。混合ガスにおけるＯ２ガスの濃度を比較的大きく設定した場合には、貴金属酸化物膜４５の膜厚が不均一となる場合があるためである。
【０１０８】
貴金属酸化物膜４５を形成する際の成膜室内の圧力は、例えば１Ｐａ程度とする。
【０１０９】
なお、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５として酸化プラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、非晶質の貴金属酸化物膜４５は酸化プラチナ膜に限定されるものではない。例えば、非晶質の貴金属酸化物膜４５として、非晶質の酸化ロジウム膜、非晶質の酸化オスミウム膜、非晶質の酸化パラジウム膜等を形成してもよい。
【０１１０】
次に、図４（ａ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、強誘電体膜５０を形成する。より具体的には、高周波スパッタリング法により、強誘電体膜５０を形成する。強誘電体膜５０は、キャパシタ６２のキャパシタ誘電体膜５４の一部となるものである。強誘電体膜５０としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（０≦Ｘ≦１）（ＰＺＴ膜）を形成する。強誘電体膜５０の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。本実施形態において、強誘電体膜５０をスパッタリング法により形成するのは、貴金属酸化物膜４５の表面に異常酸化が生じるのを回避し、ひいては結晶性の良好なキャパシタ誘電体膜５４を得るためである。
【０１１１】
強誘電体膜５０の成膜温度は、例えば３０℃以上、１００℃以下とすることが好ましい。強誘電体膜５０の成膜温度を３０℃〜１００℃とするのは、以下のような理由によるものである。
【０１１２】
即ち、強誘電体膜５０の成膜温度を３０℃より低く設定した場合には、ウェハ面内において膜厚が不均一となってしまう場合がある。また、強誘電体膜５０の成膜温度を３０℃より低く設定した場合には、（１００）配向のばらつきが大きくなり、結晶性が不均一になってしまう場合がある。
【０１１３】
一方、強誘電体膜５０の成膜温度を１００℃より高く設定した場合には、強誘電体膜５０において、（１０１）配向及び（１００）配向が多くなり、（１１１）配向が少なくなるため、良好な電気的特性のキャパシタ６２を得ることが困難となる場合がある。
【０１１４】
このような理由により、本実施形態では、強誘電体膜５０の成膜温度を３０℃以上、１００℃以下としている。ここでは、強誘電体膜５０の成膜温度を、例えば５０℃とする。
【０１１５】
なお、ここでは、強誘電体膜５０としてＰＺＴ膜を形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５０はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５０の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５０として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５０としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を形成することができる。
【０１１６】
また、ここでは、スパッタリング法により強誘電体膜５０を形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５０の成膜方法はスパッタリング法に限定されるものではない。例えば、ゾル・ゲル法により強誘電体膜５０を形成してもよい。強誘電体膜５０をゾル・ゲル法に形成した場合にも、貴金属酸化物膜４５の表面に異常酸化が生じるのを防止しつつ、貴金属酸化物膜４５上に結晶性の良好な強誘電体膜５０を形成することが可能である。
【０１１７】
なお、本実施形態において、強誘電体膜５０を形成する際にスパッタリング法又はゾル・ゲル法を用いるのは、下部電極４８の一部となる貴金属膜４４としてプラチナ膜、ロジウム膜、オスミウム膜又はパラジウム膜を用いる場合には、強誘電体膜５０をスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成することが好ましいためである。
【０１１８】
次に、例えばＲＴＡ法により、酸素を含む雰囲気中にて、強誘電体膜５０を結晶化する。より具体的には、不活性ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスの雰囲気中にて、強誘電体膜５０を熱処理する。不活性ガスとしては、例えばアルゴンガスを用いる。熱処理条件は以下の通りとする。熱処理温度は、例えば６００℃とする。混合ガス中における酸素の濃度は、例えば１．２５％とする。熱処理時間は、例えば９０秒とする。非晶質の貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を形成し、かかる強誘電体膜５０を熱処理により結晶化するため、貴金属膜４４の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０が得られる。また、この熱処理により非晶質の貴金属酸化物膜４５が還元され、貴金属膜４６となる（図４（ｂ）参照）。また、この熱処理の際には、貴金属酸化物膜４５中から酸素が放出される。貴金属酸化物膜４５から放出される酸素は、強誘電体膜５０における酸素欠損を補償する。このため、結晶性の良好な強誘電体膜５０が得られる。貴金属酸化物膜４５を形成する段階で酸化プラチナ膜を形成した場合には、プラチナ膜である貴金属膜（導電膜）４６が形成される。貴金属酸化物膜４５を形成する段階で酸化ロジウム膜を形成した場合には、ロジウム膜である貴金属膜４６が形成される。また、貴金属酸化物膜４５を形成する段階で酸化オスミウム膜を形成した場合には、オスミウム膜である貴金属膜４６が形成される。また、貴金属酸化物膜４５を形成する段階で酸化パラジウム膜を形成した場合には、パラジウム膜である貴金属膜４６が形成される。
【０１１９】
次に、図４（ｃ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、強誘電体膜５２を形成する。より具体的には、高周波スパッタリング法により、強誘電体膜５２を形成する。強誘電体膜５２は、キャパシタ６２のキャパシタ誘電体膜５４の一部となるものである。強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０の材料と同じであることが好ましい。強誘電体膜５２としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（０≦Ｘ≦１）（ＰＺＴ膜）を形成する。強誘電体膜５２の膜厚は、例えば１０〜３０ｎｍとする。
【０１２０】
なお、ここでは、強誘電体膜５２としてＰＺＴ膜を形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５２はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５２の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５２として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５２としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。なお、上述したように、強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０の材料と同じであることが好ましい。
【０１２１】
こうして、強誘電体膜５０と強誘電体膜５２とによりキャパシタ誘電体膜５４が形成される。
【０１２２】
次に、図５（ａ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、導電膜５６を形成する。導電膜５６は、キャパシタ６２の上部電極６０の一部となるものである。導電膜５６としては、酸化イリジウム膜（ＩｒＯＸ膜）を形成する。後工程における熱処理において、導電膜５６を介して強誘電体膜５２に十分に酸素が供給されるよう、導電膜５６の膜厚は比較的薄く設定することが好ましい。具体的には、導電膜５６の膜厚を、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。ここでは、導電膜５６の膜厚を例えば５０ｎｍ程度とする。
【０１２３】
導電膜５６の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば１００〜３５０℃とすることが好ましい。ここでは、基板温度を１５０℃とする。成膜時間は、例えば６０秒とする。成膜室内の圧力は、例えば５．０×１０−６Ｐａ程度とする。
【０１２４】
次に、例えばＲＴＡ法により、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う。かかる熱処理は、非晶質の強誘電体膜５０を結晶化するとともに、強誘電体膜５２の結晶性を更に向上させるためのものである。導電膜５６を介して強誘電体膜５２に酸素が供給され、強誘電体膜５２における酸素欠損が補償される。また、この熱処理は、導電膜５６と強誘電体膜５２との密着性を向上させるためのものである。この熱処理により、上部電極６０ａの剥がれ等が抑制され、ひいては歩留まりの向上を実現させることができる。
【０１２５】
熱処理条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば７１０℃程度とする。熱処理時間は、例えば１２０秒とする。チャンバ内の雰囲気は、例えばＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスの雰囲気とする。混合ガスにおける酸素濃度は、例えば１％とする。
【０１２６】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、導電膜５８を形成する。導電膜５８は、キャパシタ６２の上部電極６０の一部となるものである。導電膜５８としては、例えば酸化イリジウム膜を形成する。導電膜５８の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度とする。導電膜５８は、導電膜５６と相俟って、十分な厚さの上部電極６０を形成するためのものである。これにより、十分な厚さの上部電極６０が形成されるため、エッチング等の際にキャパシタ誘電体膜５４に大きなダメージが加わるのを防止することが可能となる。
【０１２７】
次に、半導体基板１０の下面（裏面）を洗浄する（背面洗浄）。
【０１２８】
次に、全面に、スパッタリング法により、保護膜９２を形成する。保護膜９２としては、例えばＴｉＮ膜を形成する。保護膜９２の膜厚は、例えば３４ｎｍ程度とする。保護膜９２を形成する際には、例えばＴｉのターゲットを用いる。保護膜９２を形成する際の基板温度は、例えば２００℃とする。成膜室内における雰囲気は、例えばＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガスの雰囲気とする。Ａｒガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍとする。Ｎ２ガスの流量は、例えば９０ｓｃｃｍとする。保護膜９２は、上部電極６０をパターニングする際のハードマスクとして機能する。
【０１２９】
ここでは、保護膜９２としてＴｉＮ膜を形成する場合を例に説明したが、保護膜９２はＴｉＮ膜に限定されるものではない。保護膜９２として、例えば、ＴａＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＯＸ膜、ＴａＯＸ膜、ＴａＯＮ膜、ＴｉＡｌＯＸ膜、ＴａＡｌＯＸ膜、ＴｉＡｌＯＮ膜、ＴａＡｌＯＮ膜、ＴｉＳｉＯＮ膜、ＴａＳｉＯＮ膜、ＴｉＳｉＯＸ膜、ＴａＳｉＯＸ膜、ＡｌＯＸ膜、ＺｒＯＸ膜等を形成してもよい。
【０１３０】
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜９４を形成する。
【０１３１】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜９４を上部電極６０の平面形状にパターニングする。
【０１３２】
次に、フォトレジスト膜９４をマスクとして、保護膜９２及び導電膜５８、及び導電膜５６をエッチングする。これにより、導電膜５６と導電膜５８とにより上部電極６０が形成される。導電膜５８及び導電膜５６をエッチングする際、保護膜９２はハードマスクとして機能する（図５（ｂ）参照）。
【０１３３】
この後、フォトレジスト膜９４を剥離する。
【０１３４】
次に、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う。この熱処理は、キャパシタ誘電体膜５４に加わったダメージを回復するためのものである（回復アニール）。熱処理温度は、例えば６００〜７００℃とする。ここでは、熱処理温度は、６５０℃とする。熱処理時間は、例えば４０分とする。
【０１３５】
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜９６を形成する。
【０１３６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜９６をキャパシタ誘電体膜５４の平面形状にパターニングする。
【０１３７】
次に、フォトレジスト膜９６をマスクとして、キャパシタ誘電体膜５４をエッチングする（図６（ａ）参照）。
【０１３８】
この後、フォトレジスト膜９６を剥離する。
【０１３９】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。熱処理条件は、例えば３００〜４００℃とする。熱処理時間は、例えば３０分〜１２０分とする。
【０１４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法により、保護膜６４を形成する。保護膜６４としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。保護膜６４の膜厚は、例えば２０〜５０ｎｍ程度とする。
【０１４１】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。熱処理条件は、例えば４００〜６００℃とする。熱処理時間は、例えば３０分〜１２０分とする。
【０１４２】
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜９８を形成する。
【０１４３】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜９８を下部電極４８の平面形状にパターニングする。
【０１４４】
次に、フォトレジスト膜９８をマスクとして、保護膜６４、導電膜４６、導電膜４４及び密着膜４３をエッチングする（図７（ａ）参照）。導電膜４４と導電膜４６とにより下部電極４８が形成される。
【０１４５】
この後、フォトレジスト膜９８を剥離する。
【０１４６】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法により、保護膜６６を形成する。保護膜６６としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。保護膜６６の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。
【０１４７】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。この熱処理は、キャパシタ誘電体膜５４に酸素を供給し、キャパシタ６２の電気的特性を向上するためのものである。熱処理条件は、例えば５００〜７００℃とする。熱処理時間は、例えば３０分〜１２０分とする。
【０１４８】
次に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、層間絶縁膜６８を形成する。層間絶縁膜６８としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜６８の膜厚は、例えば１．４μｍ程度とする。
【０１４９】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜６８の表面を平坦化する。
【０１５０】
次に、Ｎ２Ｏガス又はＮ２ガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気にて、熱処理を行う。この熱処理は、層間絶縁膜６８中の水分を除去するとともに、層間絶縁膜６８の膜質を変化させ、層間絶縁膜６８中に水分を入りにくくさせるためのものである。熱処理温度は、例えば３５０℃とする。熱処理時間は、例えば２分間とする。この熱処理の際に層間絶縁膜６８の表面が窒化され、層間絶縁膜６８の表面にはシリコン窒化酸化膜（図示せず）が形成される。
【０１５１】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法により、保護膜７０を形成する。保護膜７０としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。保護膜７０の膜厚は、例えば２０〜５０ｎｍ程度とする。
【０１５２】
次に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、層間絶縁膜７２を形成する。層間絶縁膜７２としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜７２の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０１５３】
次に、図９（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜６６及び保護膜６４をエッチングする。これにより、下部電極４８に達するコンタクトホール７４ａと、上部電極６０に達するコンタクトホール７６ｂとが形成される。
【０１５４】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。この熱処理は、キャパシタ誘電体膜５４に酸素を供給し、キャパシタ６２の電気的特性を向上させるためのものである。熱処理条件は、例えば４００〜６００℃とする。熱処理時間は、例えば３０分〜１２０分とする。
【０１５５】
なお、ここでは、酸素雰囲気中にて熱処理を行う場合を例に説明したが、オゾン雰囲気中にて熱処理を行ってもよい。オゾン雰囲気中にて熱処理を行った場合にも、キャパシタ誘電体膜５４に酸素が供給され、キャパシタ６２の電気的特性を向上させることができる。
【０１５６】
次に、図９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜６６及び層間絶縁膜４２をエッチングする。これにより、導体プラグ３６に達するコンタクトホール７６が形成される。
【０１５７】
次に、不活性ガス雰囲気中又は真空中にて熱処理を行う。この熱処理は、層間絶縁膜７２，６８，４２中からガスを放出するためのものである（脱ガス）。
【０１５８】
次に、高周波エッチングにより、コンタクトホール７４ａ、７４ｂ、７６の内壁面に対して表面処理を行う。
【０１５９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、密着膜７８を形成する。密着膜７８としては、例えばＴｉＮ膜を形成する。密着膜７８の膜厚は、例えば５０〜１５０ｎｍ程度とする。密着膜７８としてＴｉＮ膜を形成する場合には、ターゲットの材料としてＴｉを用いる。成膜室内の雰囲気は、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合雰囲気とする。Ａｒガスの流量は５０ｓｃｃｍとする。Ｎ２ガスの流量は例えば９０ｓｃｃｍとする。成膜温度は、例えば２００℃とする。
【０１６０】
なお、ここでは、密着膜７８としてＴｉＮ膜を用いる場合を例に説明したが、密着膜７８はＴｉＮ膜に限定されるものではない。例えば、密着膜７８として、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＨｆＮ膜、ＺｒＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＣｒＡｌＮ膜、ＨｆＡｌＮ膜、ＺｒＡｌＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＣｒＯＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＴｉＡｌＯＮ膜、ＴａＡｌＯＮ膜、ＣｒＡｌＯＮ膜、ＨｆＡｌＯＮ膜、ＺｒＡｌＯＮ膜、ＴｉＳｉＯＮ膜、ＴａＳｉＯＮ膜、Ｉｒ膜、Ｒｕ膜、ＩｒＯＸ膜、ＲｕＯＸ膜等を形成してもよい。また、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより密着膜７８を形成してもよい。また、Ｔｉ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより密着膜７８を形成してもよい。また、Ｔａ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより密着膜７８を形成してもよい。また、Ｔａ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより密着膜７８を形成してもよい。
【０１６１】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、導電膜を形成する。導電膜としては、例えばタングステン膜を形成する。導電膜の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０１６２】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜７２の表面が露出するまで、導電膜及び密着膜７８を研磨する。こうして、導電膜により導体プラグ８０ａ〜８０ｃが形成される（図１０（ａ）参照）。
【０１６３】
なお、ここでは、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料としてタングステンを用いる場合を例に説明したが、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料はタングステンに限定されるものではない。例えば、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの材料として、Ｃｕ等を用いてもよい。また、タングステン膜と銅膜との積層膜により導体プラグ８０ａ〜８０ｃを形成してもよい。また、タングステン膜とポリシリコン膜との積層膜により導体プラグ８０ａ〜８０ｃを形成してもよい。
【０１６４】
次に、プラズマ洗浄を行う。プラズマ洗浄を行う際に用いるガスは、例えばＡｒガスとする。これにより、導体プラグ８０ａ〜８０ｃの表面に存在する自然酸化膜等が除去される。
【０１６５】
次に、例えばスパッタリング法により、例えばＴｉＮ膜８２と、ＡｌＣｕ合金膜８４と、Ｔｉ膜８６と、ＴｉＮ膜８８とを順次積層することにより、積層膜を形成する。ＴｉＮ膜８２の膜厚は、例えば５０ｎｍとする。ＡｌＣｕ合金膜８４の膜厚は、例えば膜厚５５０ｎｍとする。Ｔｉ膜８６の膜厚は、例えば５ｎｍとする。ＴｉＮ膜８８の膜厚は、例えば膜厚５０ｎｍとする。
【０１６６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜をエッチングする。こうして、積層膜により配線９０が形成される（図１０（ｂ）参照）。
【０１６７】
この後、更に、層間絶縁膜（図示せず）、導体プラグ（図示せず）、配線（図示せず）等を複数層に亘って形成する。
【０１６８】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
【０１６９】
本実施形態では、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５を形成し、貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を形成し、この後、熱処理を行うことにより、結晶性の良好な強誘電体膜５０を形成するとともに、貴金属酸化物膜４５を貴金属膜４６に変化させる。本実施形態では、非晶質の貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を直接形成するため、貴金属膜４４の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０を得ることが可能となる。また、本実施形態では、貴金属酸化物膜４５から放出される酸素が強誘電体膜５０に供給されるため、強誘電体膜５０の結晶性を向上させることが可能となる。また、非晶質の貴金属酸化物膜４５は熱処理等において貴金属膜４６に変化しやすいため、下部電極４８の全体が貴金属となり、良質な下部電極４８が得られる。このため、本実施形態によれば、電気的特性の良好なキャパシタを有する半導体装置を提供することができる。本実施形態によれば、ウェハ面内におけるキャパシタ誘電体膜５４の結晶性を均一化できるため、半導体装置の歩留まりの向上を実現することができる。
【０１７０】
［第２実施形態］
第２実施形態による半導体装置の製造方法を図１１乃至図１６を用いて説明する。図１１乃至図１３は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図１乃至図１０に示す第１実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１７１】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、薬液を用いて貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ａを形成することに主な特徴がある。
【０１７２】
まず、半導体基板１０に素子分離領域１２を形成する工程から密着膜４３を形成する工程までは、図２（ａ）乃至図３（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する（図１１（ａ）参照）。
【０１７３】
次に、図３（ｃ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、全面に、例えばスパッタリング法により、貴金属膜（導電膜）４４を形成する（図１１（ｂ）参照）。導電膜４４としては、例えばプラチナ膜を形成する。
【０１７４】
なお、ここでは、導電膜４４としてプラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、導電膜４４はプラチナ膜に限定されるものではない。導電膜４４として、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜等を形成してもよい。また、これらの積層膜により導電膜４４を形成してもよい。
【０１７５】
次に、図１１（ｃ）に示すように、薬液を用いて貴金属膜４４の表面を酸化することにより、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ａを形成する。貴金属膜４４として例えばプラチナ膜を形成した場合には、非晶質の貴金属酸化物膜４５ａとしては例えば酸化プラチナ膜が形成される。貴金属酸化物膜４５ａは、後工程において還元され、貴金属膜４６ａ（図１２（ｂ）参照）となるものである。貴金属酸化物膜４５ａが還元されることにより形成される貴金属膜４６ａは、キャパシタ６２の下部電極４８の一部となる。薬液としては、例えば過酸化水素を含む薬液を用いる。より具体的には、例えば過酸化水素と純水との混合液、即ち、過酸化水素水溶液を用いる。薬液中における過酸化水素の割合は、例えば２０％程度とする。薬液の温度は、例えば１００℃以下とすることが好ましい。ここでは、薬液の温度を室温程度とする。貴金属膜４４を薬液中に浸漬する時間は、例えば５〜２０分程度とする。第１実施形態において上述したように、貴金属膜４４上に形成する貴金属酸化物膜４５の膜厚は、０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。本実施形態においても、第１実施形態と同様の理由により、貴金属膜４４上に形成する貴金属酸化物膜４５ａの膜厚は、０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。ここでは、貴金属酸化物膜４５ａの膜厚を、例えば０．２ｎｍ〜０．５ｎｍ程度とする。こうして、貴金属膜４４上に貴金属酸化物膜４５ａが形成される。
【０１７６】
なお、ここでは、過酸化水素を含む薬液を用いて貴金属酸化物膜４５ａを形成する場合を例に説明したが、貴金属酸化物膜４５ａを形成する際に用いる薬液は過酸化水素を含む薬液に限定されるものではない。貴金属膜４４の表面に貴金属酸化物膜４５ａを形成し得る薬液を適宜用いることができる。過酸化水素を含む薬液を用いれば、結晶性の均一なキャパシタ誘電体膜６０を確実に形成することが可能であるため、過酸化水素を含む薬液を用いることが好ましい。
【０１７７】
また、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５ａとして酸化プラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、非晶質の貴金属酸化物膜４５ａは酸化プラチナ膜に限定されるものではない。例えば、貴金属膜４４としてロジウム膜を形成し、薬液を用いてロジウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化ロジウム膜である貴金属酸化物膜４５ａを形成してもよい。また、貴金属膜４４としてオスミウム膜を形成し、薬液を用いてオスミウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化オスミウム膜である貴金属酸化物膜４５ａを形成してもよい。また、貴金属膜４４としてパラジウム膜を形成し、薬液を用いてパラジウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化パラジウム膜である貴金属酸化物膜４５ａを形成してもよい。
【０１７８】
次に、例えば純水を用いて貴金属酸化物膜４５ａの表面を洗浄する。洗浄時間は、例えば１５分程度とする。洗浄に用いる純水の温度は、例えば室温程度とする。
【０１７９】
次に、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気乾燥法により、貴金属酸化物膜４５ａの表面を乾燥させる。貴金属酸化物膜４５ａを乾燥させる際の温度は、例えば８０℃とする。
【０１８０】
次に、図４（ａ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、全面に、例えばスパッタリング法又はゾル・ゲル法により強誘電体膜５０を形成する（図１２（ａ）参照）。
【０１８１】
次に、図４（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、例えばＲＴＡ法により、酸素を含む雰囲気中にて、強誘電体膜５０を結晶化する。非晶質の貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を形成し、かかる強誘電体膜５０を熱処理により結晶化するため、貴金属膜４４の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０が得られる。また、この熱処理により、貴金属酸化物膜４５ａが還元され、貴金属膜４６ａに変化する（図１２（ｂ）参照）。また、この熱処理の際には、貴金属酸化物膜４５ａ中から酸素が放出される。貴金属酸化物膜４５ａから放出される酸素は、強誘電体膜５０における酸素欠損を補償する。このため、本実施形態によっても、結晶性の良好な強誘電体膜５０が得られる。
【０１８２】
貴金属酸化物膜４５ａを形成する際に酸化プラチナ膜を形成した場合には、プラチナ膜である貴金属膜（導電膜）４６ａが形成される。貴金属酸化物膜４５ａを形成する際に酸化ロジウム膜を形成した場合には、ロジウム膜である貴金属膜４６ａが形成される。また、貴金属酸化物膜４５ａを形成する際に酸化オスミウム膜を形成した場合には、オスミウム膜である貴金属膜４６ａが形成される。また、貴金属酸化物膜４５ａを形成する際に酸化パラジウム膜を形成した場合には、パラジウム膜である貴金属膜４６ａが形成される。
【０１８３】
この後、強誘電体膜５２を形成する工程から配線９０を形成する工程までは、図４（ｃ）乃至図１０（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０１８４】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される（図１３参照）。
【０１８５】
（評価結果）
次に、キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を図１４及び図１６を用いて説明する。
【０１８６】
図１４（ａ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（１１１）配向の積分強度を示すグラフである。図１４（ｂ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（２２２）方向の配向率を示すグラフである。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）のいずれにおいても、横軸はウェハ番号を示しており、縦軸は（１１１）配向の積分強度を示している。■印はウェハ内における最大値を示しており、◆印はウェハ内における平均値を示しており、▲はウェハ内における最小値を示している。キャパシタ誘電体膜５４上に上部電極６０の一部となる導電膜５６を形成し、この後、熱処理を行った後に、キャパシタ誘電体膜５４の結晶性を測定した。貴金属膜４４としてはプラチナ膜を用い、貴金属酸化物膜４６としては酸化プラチナ膜を用いた。キャパシタ誘電体膜５４としてはＰＺＴ膜を用いた。上部電極６０の一部となる導電膜５６としては、酸化イリジウム膜を用いた。
【０１８７】
なお、（２２２）方向の配向率は、（２２２）配向の積分強度を、（２２２）配向の積分強度と（１００）配向の積分強度と（１０１）配向の積分強度との和により除したものである。
【０１８８】
図１５（ａ）は、比較例１による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（１００）配向の積分強度を示すグラフである。図１５（ｂ）は、比較例１による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（１０１）配向の積分強度を示すグラフである。図１６（ａ）は、比較例１による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（１１１）配向の積分強度を示すグラフである。図１６（ｂ）は、比較例１による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（２２２）方向の配向率を示すグラフである。■印はウェハ内における最大値を示しており、◆印はウェハ内における平均値を示しており、▲はウェハ内における最小値を示している。比較例１は、下部電極となる貴金属膜上にキャパシタ誘電体膜を直接形成した場合のものである。比較例１においても、キャパシタ誘電体膜上に上部電極の一部となる導電膜を形成し、この後、熱処理を行った後に、キャパシタ誘電体膜の結晶性を測定した。下部電極となる貴金属膜としてはプラチナ膜を用いた。キャパシタ誘電体膜としてはＰＺＴ膜を用いた。上部電極の一部となる導電膜としては、酸化イリジウム膜を用いた。
【０１８９】
図１５（ａ）から分かるように、比較例１による半導体装置の製造方法では、（１００）配向の積分強度のばらつきは比較的大きい。また、図１５（ｂ）から分かるように、比較例１による半導体装置の製造方法では、（１０１）配向の積分強度のばらつきは比較的小さい。図１６（ａ）から分かるように、比較例１による半導体装置の製造方法では、（１１１）配向の積分強度のばらつきは比較的大きい。また、図１６（ｂ）から分かるように、比較例１による半導体装置の製造方法では、（２２２）方向の配向率のばらつきも比較的大きい。
【０１９０】
図１４（ａ）から分かるように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、（１１１）配向の積分強度のばらつきは極めて小さい。また、図１４（ｂ）から分かるように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、（２２２）方向の配向率のばらつきも極めて小さい。
【０１９１】
これらのことから、本実施形態によっても、キャパシタ誘電体膜５４の結晶性を均一化し得ることがわかる。
【０１９２】
このように、薬液を用いて貴金属膜４４の表面を酸化することにより、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ａを形成してもよい。
【０１９３】
［第３実施形態］
第３実施形態による半導体装置の製造方法を図１７乃至図２１を用いて説明する。図１７乃至図１９は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図１乃至図１６に示す第１又は第２実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１９４】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、酸素を含む雰囲気中で貴金属膜４４の表面を酸化させることにより、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂを形成することに主な特徴がある。
【０１９５】
まず、半導体基板１０に素子分離領域１２を形成する工程から密着膜４３を形成する工程までは、図２（ａ）乃至図３（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する（図１７（ａ）参照）。
【０１９６】
次に、図３（ｃ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、全面に、例えばスパッタリング法により、貴金属膜（導電膜）４４を形成する（図１７（ｂ）参照）。導電膜４４としては、例えばプラチナ膜を形成する。
【０１９７】
なお、ここでは、導電膜４４としてプラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、導電膜４４はプラチナ膜に限定されるものではない。導電膜４４として、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜等を形成してもよい。また、これらの積層膜により導電膜４４を形成してもよい。
【０１９８】
次に、図１７（ｃ）に示すように、酸素を含む雰囲気中にて貴金属膜４４の表面を酸化することにより、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂを形成する。貴金属膜４４としてプラチナ膜を形成した場合には、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂとしては酸化プラチナ膜が形成される。貴金属酸化物膜４５ｂは、後工程において還元され、貴金属膜４６ｂ（図１６（ｂ）参照）となるものである。貴金属酸化物膜４５ｂが還元されることにより形成される貴金属膜４６ｂは、キャパシタ６２の下部電極４８の一部となる。成膜室内に導入するガスとしては、例えばＯ２ガスを用いる。Ｏ２ガスの流量は、例えば２リットル／分とする。成膜室内の温度は、例えば０℃以上、１００℃以下とする。より好ましくは、成膜室内の温度を０℃以上、５０℃以下とする。成膜室内の温度を５０℃以下とすれば、貴金属酸化物膜４５ｂの膜質は確実に非晶質となる。ここでは、成膜室内の温度を室温程度とする。貴金属膜４４の表面を酸化させる時間は、例えば３時間以上とする。ここでは、貴金属膜４４の表面を酸化させる時間は、６時間程度とする。第１実施形態において上述したように、貴金属膜４４上に形成する貴金属酸化物膜４５の膜厚は、０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。本実施形態においても、第１実施形態と同様の理由により、貴金属膜４４上に形成する貴金属酸化物膜４５ｂの膜厚は、０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。ここでは、貴金属酸化物膜４５ａの膜厚を、例えば０．２ｎｍ〜０．３ｎｍ程度とする。こうして、貴金属膜４４上に貴金属酸化物膜４５ｂが形成される。
【０１９９】
なお、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂとして酸化プラチナ膜を形成する場合を例に説明したが、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂは酸化プラチナ膜に限定されるものではない。例えば、貴金属膜４４としてロジウム膜を形成し、薬液を用いてロジウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化ロジウム膜である貴金属酸化物膜４５ｂを形成してもよい。また、貴金属膜４４としてオスミウム膜を形成し、薬液を用いてオスミウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化オスミウム膜である貴金属酸化物膜４５ｂを形成してもよい。また、貴金属膜４４としてパラジウム膜を形成し、薬液を用いてパラジウム膜の表面を酸化することにより、非晶質の酸化パラジウム膜である貴金属酸化物膜４５ｂを形成してもよい。
【０２００】
次に、図４（ａ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、全面に、例えばスパッタリング法又はゾル・ゲル法により強誘電体膜５０を形成する（図１８（ａ）参照）。
【０２０１】
次に、図４（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、例えばＲＴＡ法により、酸素を含む雰囲気中にて、強誘電体膜５０を結晶化する。非晶質の貴金属酸化物膜４５上に強誘電体膜５０を形成し、かかる強誘電体膜５０を熱処理により結晶化するため、貴金属膜４４の結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０が得られる。また、この熱処理により、貴金属酸化物膜４５ｂが還元され、貴金属膜４６ｂに変化する（図１８（ｂ）参照）。また、この熱処理の際には、貴金属酸化物膜４５ｂ中から酸素が放出される。貴金属酸化物膜４５ｂから放出される酸素は、強誘電体膜５０における酸素欠損を補償する。このため、本実施形態によっても、結晶性の良好な強誘電体膜５０が得られる。
【０２０２】
貴金属酸化物膜４５ｂを形成する際に酸化プラチナ膜を形成した場合には、プラチナ膜である貴金属膜（導電膜）４６ｂが形成される。貴金属酸化物膜４５ｂを形成する際に酸化ロジウム膜を形成した場合には、ロジウム膜である貴金属膜４６ｂが形成される。また、貴金属酸化物膜４５ｂを形成する際に酸化オスミウム膜を形成した場合には、オスミウム膜である貴金属膜４６ｂが形成される。また、貴金属酸化物膜４５ｂを形成する際に酸化パラジウム膜を形成した場合には、パラジウム膜である貴金属膜４６ｂが形成される。
【０２０３】
この後、強誘電体膜５２を形成する工程から配線９０を形成する工程までは、図４（ｃ）乃至図１０（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０２０４】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される（図１９参照）。
【０２０５】
（評価結果）
次に、キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を図２０及び図２１を用いて説明する。
【０２０６】
図２０（ａ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（１１１）配向の積分強度を示すグラフである。図２０（ｂ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるキャパシタ誘電体膜の（２２２）方向の配向率を示すグラフである。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）のいずれにおいても、横軸はウェハ番号を示しており、縦軸は（１１１）配向の積分強度を示している。■印はウェハ内における最大値を示しており、◆印はウェハ内における平均値を示しており、▲はウェハ内における最小値を示している。キャパシタ誘電体膜５４上に上部電極６０の一部となる導電膜５６を形成し、この後、熱処理を行った後に、キャパシタ誘電体膜５４の結晶性を測定した。貴金属膜４４としてはプラチナ膜を用い、貴金属酸化物膜４６としては酸化プラチナ膜を用いた。キャパシタ誘電体膜５４としてはＰＺＴ膜を用いた。上部電極６０の一部となる導電膜５６としては、酸化イリジウム膜を用いた。ウェハ番号１〜１０は、大気中に６時間放置することにより貴金属膜４４の表面を酸化させた場合を示している。ウェハ番号１１〜２０は、大気中に１２時間放置することにより貴金属膜４４の表面を酸化させた場合を示している。
【０２０７】
図２０（ａ）から分かるように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、（１１１）配向の積分強度のばらつきは極めて小さい。また、図２０（ｂ）から分かるように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、（２２２）方向の配向率のばらつきも極めて小さい。
【０２０８】
これらのことから、本実施形態によっても、キャパシタ誘電体膜５４の結晶性を均一化し得ることがわかる。
【０２０９】
図２１は、ＸＰＳ（X-Ray Photoelectron Spectroscopy、Ｘ線光電子分光法）による分析結果を示すグラフである。横軸は、結合エネルギー（ｅＶ）を示しており、縦軸は、光電子強度を示している。図２１（ａ）は、１００％の酸素雰囲気中に１０分間放置することにより貴金属膜４４の表面を酸化させた場合を示している。図２１（ａ）の場合においては、成膜室内の温度は３０℃とした。図２１（ｂ）は、大気中に６時間放置することにより貴金属膜４４の表面を酸化させた場合を示している。図２１（ｂ）の場合においては、酸化させる際の温度は室温とした。
【０２１０】
図２１（ａ）と図２１（ｂ）のいずれにおいても、酸化プラチナに対応するピークが表れている。
【０２１１】
図２１（ａ）の場合には、貴金属膜４４の表面に形成された貴金属酸化物膜４５ｂの膜厚は０．１ｎｍ程度であった。図２１（ｂ）の場合には、貴金属膜４４の表面に形成された貴金属酸化物膜４５ｂの膜厚は０．２ｎｍ程度であった。
【０２１２】
これらのことから、貴金属酸化物膜４５ｂの膜厚は０．１ｎｍ以上とすることが好ましいことが分かる。
【０２１３】
また、これらのことから、成膜温度が比較的低い場合であっても、貴金属膜４４の表面に貴金属酸化物膜４５ｂを形成し得ることがわかる。
【０２１４】
このように、酸素を含む雰囲気中で貴金属膜４４の表面を酸化することにより、貴金属膜４４上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｂを形成してもよい。
【０２１５】
［第４実施形態］
第４実施形態による半導体装置及びその製造方法を図２２乃至図３１を用いて説明する。図２２は、本実施形態による半導体装置を示す工程断面図である。図１乃至図２１に示す第１乃至第３実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０２１６】
（半導体装置）
本実施形態による半導体装置の製造方法について図２２を用いて説明する。
【０２１７】
本実施形態による半導体装置は、メモリセルの構造がスタック型になっているものである。
【０２１８】
図２２に示すように、半導体基板１０には、素子領域を画定する素子分離領域１２が形成されている。半導体基板１０としては、例えばＮ型又はＰ型のシリコン基板が用いられている。素子分離領域１２が形成された半導体基板１０内には、例えばＰ型のウェル１４が形成されている。
【０２１９】
ウェル１４が形成された半導体基板１０上には、ゲート絶縁膜１６を介してゲート電極（ワード線）１８が形成されている。ゲート電極１８の側壁部分には、サイドウォール絶縁膜２０が形成されている。
【０２２０】
サイドウォール絶縁膜２０が形成されたゲート電極１８の両側には、ソース／ドレイン拡散層２２が形成されている。
【０２２１】
ゲート電極１８の上部及びソース／ドレイン拡散層２２上には、それぞれシリサイド層２４ａ、２４ｂが形成されている。ソース／ドレイン拡散層２２上のシリサイド層２４ｂは、ソース／ドレイン電極として機能する。
【０２２２】
こうして、ゲート電極１８とソース／ドレイン拡散層２２とを有するトランジスタ２６が形成されている。
【０２２３】
トランジスタ２６が形成された半導体基板１０上には、絶縁膜（酸化防止絶縁膜）２８が形成されている。絶縁膜２８の膜厚は、例えば２００ｎｍとする。絶縁膜２８としては、例えばシリコン窒化酸化膜が用いられている。
【０２２４】
絶縁膜２８が形成された半導体基板１０上には、層間絶縁膜３０が形成されている。半導体基板１０の表面から層間絶縁膜３０の表面までの厚さは、例えば７００ｎｍとする。層間絶縁膜３０としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。層間絶縁膜３０の表面は平坦化されている。
【０２２５】
層間絶縁膜３０及び絶縁膜２８には、ソース／ドレイン電極２４ｂに達するコンタクトホール３２が形成されている。
【０２２６】
コンタクトホール３２内には、密着膜３４が形成されている。密着膜３４としては、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜とが順次積層された積層膜が用いられている。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍとする。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍとする。
【０２２７】
密着膜３４が形成されたコンタクトホール３２内には、導体プラグ３６が埋め込まれている。導体プラグ３６の材料としては、例えばタングステンが用いられている。
【０２２８】
導体プラグ３６が埋め込まれた層間絶縁膜３０上には、例えば酸化防止膜１００が形成されている。酸化防止膜１００の膜厚は、例えば１３０ｎｍとする。酸化防止膜１００としては、例えばシリコン窒化酸化膜が用いられている。酸化防止膜１００は、層間絶縁膜３６に導体プラグ３６を埋め込んだ後に、導体プラグ３６の上面が酸化されるのを防止するためのものである。
【０２２９】
なお、ここでは酸化防止膜１００として、シリコン窒化酸化膜を用いる場合を例に説明したが、かかる酸化防止膜１００はシリコン窒化酸化膜に限定されるものではない。例えば、酸化防止膜１００として、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜を形成してもよい。
【０２３０】
酸化防止膜１００上には、例えばシリコン酸化膜１０２が形成されている。シリコン酸化膜１０２の膜厚は、例えば３００ｎｍとする。
【０２３１】
酸化防止膜１００とシリコン酸化膜１０２とにより層間絶縁膜１０４が形成されている。
【０２３２】
層間絶縁膜１０４には、導体プラグ３６に達するコンタクトホール１０６が形成されている。
【０２３３】
コンタクトホール４２内には、密着膜１０８が形成されている。密着膜１０８としては、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜とが順次積層された積層膜が用いられている。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍとする。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば２０ｎｍとする。
【０２３４】
密着膜１０８が形成されたコンタクトホール１０６内には、導体プラグ１１０が形成されている。導体プラグ１１０の材料としては、例えばタングステンが用いられている。導体プラグ１１０は、ＣＭＰ法により層間絶縁膜４０に埋め込まれたものである。このため、導体プラグ１１０をＣＭＰ法により埋め込む場合には、導体プラグ１１０の上部が過度に研磨され、導体プラグ１１０の上面の高さが層間絶縁膜１０４の上面の高さより低くなる場合がある。かかる場合には、導体プラグ１１０が埋め込まれた箇所に凹部１１２が形成されることとなる。かかる凹部１１２の深さは、例えば２０〜５０ｎｍ程度である。このような凹部１１２が形成された導体プラグ１１０上及び層間絶縁膜１０４上に後述する密着膜１１６を形成すると、かかる凹部１１２を反映して密着膜１１６の表面にも凹部が形成される。そして、このような密着膜１１６上に酸化防止膜１１８を形成すると、かかる凹部を反映して酸化防止膜１１８の表面にも凹部が形成される。このような凹部が形成された酸化防止膜１１８上には、配向性の良好な下部電極４８、キャパシタ誘電体膜５４及び上部電極６０を形成することは困難である。本実施形態では、図２２に示すように、導体プラグ１１０及び層間絶縁膜１０４上に凹部１１２を埋め込むように下地膜１１４が形成されている。かかる下地膜１１４の表面は、ＣＭＰ法により平坦化されている。下地膜１１４の膜厚は、例えば５０〜１１０ｎｍ程度とする。ここでは、下地膜１１４の膜厚を５０ｎｍとする。
【０２３５】
下地膜１１４上には、密着膜１１６が形成されている。かかる密着膜１１６は、後述する酸素バリア膜１１８の結晶性を向上させるとともに、かかる酸素バリア膜１１８と層間絶縁膜１０４との密着性を向上させるためのものである。平坦な下地膜（平坦化層）１１４上に密着膜１１６が形成されているため、密着膜１１６の表面は平坦となっている。密着膜１１６としては、例えばＴｉＮ膜が形成されている。密着膜１１６の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。
【０２３６】
なお、ここでは、密着膜１１６としてＴｉＮ膜を形成する場合を例に説明したが、密着膜１１６はＴｉＮ膜に限定されるものではない。酸素バリア膜１１８の結晶性を向上させるとともに、かかる酸素バリア膜１１８と下地膜１１４との密着性を向上させ得る材料を、密着膜１１６の材料として適宜用いることができる。例えば、Ｉｒ、Ｐｔ等を密着膜１１６の材料として用いてもよい。
【０２３７】
密着膜１１６上には、導電性の酸素バリア膜（酸素拡散防止膜）１１８が形成されている。酸素バリア膜１１８の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。酸素バリア膜１１８としては、例えばＴｉＡｌＮ膜が用いられている。かかる酸素バリア膜１１８は、層間絶縁膜１０４に導体プラグ１１０を埋め込んだ後に、導体プラグ１１０の上面が酸化されるのを防止するためのものである。
【０２３８】
なお、ここでは、酸素バリア膜１１８の材料としてＴｉＡｌＮを用いる場合を例に説明したが、酸素バリア膜１１８の材料はＴｉＡｌＮに限定されるものではない。ＴｉＡｌＯＮ、ＴａＡｌＮ又はＴａＡｌＯＮ等を酸素バリア膜１１８の材料として適宜用いてもよい。
【０２３９】
酸素バリア１１８膜上には、導電膜４４ａが形成されている。導電膜４４ａとしては、貴金属膜が用いられている。より具体的には、導電膜４４ａとして、例えばイリジウム（Ｉｒ）膜が用いられている。導電膜４４ａの膜厚は、例えば１００ｎｍとする。
【０２４０】
なお、ここでは、導電膜４４ａとして、イリジウム膜を用いる場合を例に説明したが、導電膜４４ａはイリジウム膜に限定されるものではない。導電膜４４ａとして、例えば、ルテニウム膜等を用いてもよい。また、導電膜４４ａは単層の膜に限定されるものではなく、積層膜により導電膜４４ａを形成してもよい。
【０２４１】
導電膜４４ａ上には、導電膜４６ｃが形成されている。導電膜４６ｃは、貴金属膜である。導電膜４６ｃに含まれる貴金属と導電膜４４ａに含まれる貴金属とは、同じ元素であることが好ましい。後述するように、導電膜４４ａ上に成膜する段階では、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成する（図２７（ａ）参照）。非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃは、後工程における熱処理等により還元され、貴金属膜４６ｃとなる。貴金属酸化物膜４５ｃに含まれる貴金属と導電膜４４ａに含まれる貴金属とが同じ元素である場合には、導電膜４６ｃと導電膜４４ａとは区別し得ない場合もある。また、導電膜４６ｃは非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃが還元されたものであるため、導電膜４６ｃの結晶粒径が導電膜４４ａの結晶粒径より小さくなっている場合もある。非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成する際に例えば酸化イリジウム膜（ＩｒＯＸ膜）を形成した場合には、後工程における熱処理等において酸化イリジウム膜が還元されてイリジウム膜となり、イリジウム膜である導電膜４６ｃが形成される。
【０２４２】
なお、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成する段階で酸化イリジウム膜を形成し、イリジウム膜により導電膜４６ｃが形成される場合を例に説明したが、導電膜４６ｃはイリジウム膜に限定されるものではない。例えば、貴金属酸化物膜４５ｃを形成する際に非晶質の酸化ルテニウム膜を形成した場合には、後工程における熱処理等により酸化ルテニウム膜が還元されてルテニウム膜となり、ルテニウム膜である導電膜４６ｃが形成される。このように、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃは、酸化ルテニウム膜等でもよく、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃが還元されたものである導電膜４６ｃは、ルテニウム膜等でもよい。
【０２４３】
こうして、導電膜４４ａと導電膜４６ｃとによりキャパシタ６２の下部電極４８ａが形成されている。
【０２４４】
下部電極４８ａ上には、強誘電体膜５０ａが形成されている。強誘電体膜５０は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属化学気相成長）法により形成されたものである。強誘電体膜５０ａとしては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（０≦Ｘ≦１）（ＰＺＴ膜）が用いられている。強誘電体膜５０ａの膜厚は、例えば１００ｎｍとする。ＭＯＣＶＤ法により強誘電体膜５０ａを成膜する場合には、結晶化された状態で強誘電体膜５０ａが成膜される。
【０２４５】
なお、ここでは、強誘電体膜５０ａとしてＰＺＴ膜を用いる場合を例に説明したが、強誘電体膜５０ａはＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５０ａの材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５０ａとして、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５０ａとしては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。
【０２４６】
強誘電体膜５０ａ上には、強誘電体膜５２が形成されている。強誘電体膜５２は、例えばスパッタ法等により形成されたものである。強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０ａの材料と同じであることが好ましい。強誘電体膜５２としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（ＰＺＴ膜）（０≦Ｘ≦１）が用いられている。強誘電体膜５２の膜厚は、例えば１〜３０ｎｍとする。ここでは、強誘電体膜５２の膜厚を２０ｎｍ程度とする。強誘電体膜５２は、後述する熱処理等により結晶化されている。
【０２４７】
なお、ここでは、強誘電体膜５２としてＰＺＴ膜を用いる場合を例に説明したが、強誘電体膜５２はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５２の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５２として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５２としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。なお、上述したように、強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０ａの材料と同じであることが好ましい。
【０２４８】
こうして、強誘電体膜５０ａと強誘電体膜５２とによりキャパシタ誘電体膜５４ａが形成されている。
【０２４９】
キャパシタ誘電体膜５４ａ上には、導電膜５６が形成されている。導電膜５６は、例えばスパッタリング法により形成されたものである。導電膜５６としては、例えば酸化イリジウム膜が用いられている。導電膜５６の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度とする。
【０２５０】
導電膜５６上には、導電膜５８が形成されている。導電膜５８としては、例えば酸化イリジウム膜が用いられている。導電膜５８は、例えばスパッタリング法により形成されたものである。導電膜５８の膜厚は、例えば１００〜３００ｎｍ程度とする。ここでは、導電膜５８の膜厚を２００ｎｍ程度とする。導電膜５８として用いる酸化イリジウム膜の組成は、化学量論的組成であるＩｒＯ２とすることが好ましい。化学量論的組成の酸化イリジウム膜は、水素に対して触媒作用を奏することがなく、キャパシタ誘電体膜５４ａが水素により還元されるのを防止し得るためである。
【０２５１】
なお、ここでは、導電膜５８として酸化イリジウム膜を用いる場合を例に説明したが、導電膜５８は酸化イリジウム膜に限定されるものではない。例えば、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｐｄ又はこれらの酸化物を、導電膜５８の材料として用いてもよい。また、ＳｒＲｕＯ３等の導電性酸化物を導電膜５８の材料として用いてもよい。また、これらの積層膜を導電膜５８として用いてもよい。
【０２５２】
導電膜５８上には、水素バリア膜１２０が形成されている。水素バリア膜１２０としては、例えばイリジウム膜が用いられている。水素バリア膜１２０は、キャパシタ誘電体膜５４ａが水素により還元されるのを防止するためのものである。
【０２５３】
なお、ここでは、水素バリア膜１２０としてイリジウム膜を用いる場合を例に説明したが、水素バリア膜１２０はイリジウム膜に限定されるものではない。例えば、Ｐｔ膜、ＳｒＲｕＯ３膜等を水素バリア膜１２０として用いてもよい。
【０２５４】
導電膜５６と導電膜５８と水素バリア膜１２０とにより上部電極６０ａが形成されている。
【０２５５】
こうして、下部電極４８ａとキャパシタ誘電体膜５４ａと上部電極６０ａとを有するキャパシタ６２ａが形成されている。
【０２５６】
キャパシタ６２ａが形成された層間絶縁膜１０４上には、キャパシタ６２ａを覆うように保護膜１２２が形成されている。保護膜１２２の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。保護膜１２２としては、例えば酸化アルミニウム膜が用いられている。かかる保護膜１２２は、水素によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。
【０２５７】
保護膜１２２上には、保護膜１２４が更に形成されている。保護膜１２４の膜厚は、例えば３８ｎｍ程度とする。保護膜１２４としては、保護膜１２２と同様に、例えば酸化アルミニウム膜が用いられている。かかる保護膜１２４は、保護膜１２２と相俟って、水素によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。
【０２５８】
保護膜１２４上には、層間絶縁膜６８が形成されている。層間絶縁膜６８の膜厚は、例えば１５００ｎｍとする。層間絶縁膜６８としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。層間絶縁膜６８の表面は平坦化されている。
【０２５９】
層間絶縁膜６８上には、保護膜７０が形成されている。保護膜７０の膜厚は、例えば膜厚２０〜１００ｎｍとする。保護膜７０の材料としては、保護膜１２２，１２４と同様に、例えば酸化アルミニウムが用いられている。かかる保護膜７０は、保護膜１２２，１２４と同様に、水素によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。平坦化された層間絶縁膜６８上に保護膜７０を形成するため、保護膜７０は平坦に形成されている。
【０２６０】
保護膜７０上には、層間絶縁膜７２が形成されている。層間絶縁膜７２の膜厚は、例えば８００〜１０００ｎｍ程度とする。層間絶縁膜７２としては、例えばシリコン酸化膜が形成されている。層間絶縁膜７２の表面は平坦化されている。
【０２６１】
層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜１２４、保護膜１２２及び層間絶縁膜１０４には、導体プラグ３６に達するコンタクトホール１２６ａが形成されている。
【０２６２】
層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜１２４及び保護膜１２２には、上部電極６０ａに達するコンタクトホール１２６ｂが形成されている。
【０２６３】
コンタクトホール１２６ａ、１２６ｂ内には、密着膜１２８が形成されている。密着膜１２８は、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜により形成されている。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍとする。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍとする。
【０２６４】
密着膜１２８が形成されたコンタクトホール１２６ａ、１２６ｂ内には、導体プラグ１３０ａ、１３０ｂが形成されている。導体プラグ１３０ａ、１３０ｂの材料としては、例えばタングステンが用いられている。
【０２６５】
導体プラグ１３０ａ、１３０ｂが埋め込まれた層間絶縁膜７２上には、配線９０が形成されている。配線９０は、例えば、ＴｉＮ膜８２と、ＡｌＣｕ合金膜８４と、Ｔｉ膜８６と、ＴｉＮ膜８８とを順次積層することにより形成されている。
【０２６６】
配線９０が形成された層間絶縁膜７２上には、更に、層間絶縁膜（図示せず）、導体プラグ（図示せず）、配線（図示せず）等が複数層に亘って形成されている。
【０２６７】
こうして、本実施形態による半導体装置が形成されている。
【０２６８】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図２３乃至図３１を用いて説明する。図２３乃至図３１は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０２６９】
まず、図２３（ａ）に示すように、半導体基板１０に、例えばＳＴＩ法により、素子領域を画定する素子分離領域１２を形成する。半導体基板１０としては、例えばＮ型又はＰ型のシリコン基板を用いる。なお、素子分離領域１２の形成方法はＳＴＩ法に限定されるものではない。例えばＬＯＣＯＳ法により素子分離領域１２を形成してもよい。
【０２７０】
次に、イオン注入法により、ドーパント不純物を導入することにより、ウェル１４を形成する。ドーパント不純物としては、例えばＰ型のドーパント不純物を用いる。Ｐ型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。ドーパント不純物としてＰ型のドーパント不純物を用いた場合には、Ｐ型のウェル１４が形成される。
【０２７１】
次に、例えば熱酸化法により、素子領域上にゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜１６の膜厚は、例えば６〜７ｎｍ程度とする。
【０２７２】
次に、例えばＣＶＤ法により、ポリシリコン膜１８を形成する。ポリシリコン膜１８の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度とする。ポリシリコン膜１８は、ゲート電極（ワード線）となるものである。
【０２７３】
なお、ここでは、ゲート電極となる膜としてポリシリコン膜１８を形成する場合を例に説明したが、ゲート電極となる膜は、ポリシリコン膜に限定されるものではない。例えば、アモルファスシリコン膜等を用いてもよい。
【０２７４】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ポリシリコン膜１８をパターニングする。こうして、ポリシリコン膜によりゲート電極（ワード線）１８が形成される。
【０２７５】
次に、ゲート電極１８をマスクとし、例えばイオン注入法により、ゲート電極１８の両側の半導体基板１０内にドーパント不純物を導入する。ドーパント不純物としては、例えばＮ型のドーパント不純物を用いる。Ｎ型のドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。これにより、エクステンションソース／ドレインの浅い領域を構成するエクステンション領域（図示せず）が形成される。
【０２７６】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、絶縁膜を形成する。絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。絶縁膜の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０２７７】
次に、絶縁膜を異方性エッチングする。こうして、ゲート電極１８の側壁部分に、絶縁膜によりサイドウォール絶縁膜２０が形成される。
【０２７８】
次に、サイドウォール絶縁膜２０が形成されたゲート電極１８をマスクとし、例えばイオン注入法により、ゲート電極１８の両側の半導体基板１０内にドーパント不純物を導入する。ドーパント不純物としては、例えばＮ型のドーパント不純物を用いる。Ｎ型のドーパント不純物としては、例えば砒素を用いる。これにより、エクステンションソース／ドレインの深い領域を構成する不純物拡散層（図示せず）が形成される。エクステンション領域と深い不純物拡散層とによりソース／ドレイン拡散層２２が形成される。
【０２７９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、高融点金属膜（図示せず）を形成する。高融点金属膜としては、例えばコバルト膜を形成する。
【０２８０】
次に、熱処理を行うことにより、半導体基板１０の表層部と高融点金属膜とを反応させるとともに、ゲート電極１８の上部と高融点金属膜とを反応させる。
【０２８１】
次に、例えばウエットエッチングにより、未反応の高融点金属膜をエッチング除去する。
【０２８２】
こうして、ソース／ドレイン拡散層２２上に、例えばコバルトシリサイドのソース／ドレイン電極２４ｂが形成される。また、ゲート電極１８の上部に、例えばコバルトシリサイドのシリサイド層２４ａが形成される。
【０２８３】
こうして、ゲート電極１８とソース／ドレイン拡散層２２とを有するトランジスタ２６が形成される。
【０２８４】
次に、全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜（酸化防止膜）２８を形成する。絶縁膜２８としては、例えばシリコン窒化酸化膜を形成する。絶縁膜２８の膜厚は、例えば２００ｎｍとする。
【０２８５】
次に、全面に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、層間絶縁膜３０を形成する。層間絶縁膜３０としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜３０の膜厚は、例えば１μｍとする。
【０２８６】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜３０の表面を平坦化する。こうして、半導体基板１０の表面から層間絶縁膜３０の表面までの高さは、例えば７００ｎｍ程度となる（図２３（ｂ）参照）。
【０２８７】
次に、図２３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース／ドレイン電極２４ｂに達するコンタクトホール３２を形成する。コンタクトホール３２の径は、例えば０．２５μｍとする。
【０２８８】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Ｔｉ膜を形成する。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍ程度とする。
【０２８９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ＴｉＮ膜を形成する。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍ程度とする。
【０２９０】
こうして、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とにより密着膜３４が形成される。
【０２９１】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、導電膜３６を形成する。導電膜３６としては、例えばタングステン膜を形成する。導電膜３６の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０２９２】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜３０の表面が露出するまで導電膜３６及び密着膜３４を研磨する。こうして、コンタクトホール３２内に、例えばタングステンの導体プラグ３６が埋め込まれる（図２４（ａ）参照）。
【０２９３】
次に、図２４（ｂ）に示すように、全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により、シリコン窒化酸化膜１００を形成する。シリコン窒化酸化膜１００の膜厚は、例えば１３０ｎｍとする。
【０２９４】
なお、ここではシリコン窒化酸化膜１００を形成したが、シリコン窒化酸化膜１００の代わりに、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜等を形成してもよい。
【０２９５】
次に、図２４（ｃ）に示すように、全面に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０２を形成する。シリコン酸化膜１０２の膜厚は、例えば３００ｎｍとする。
【０２９６】
シリコン窒化酸化膜１００とシリコン酸化膜１０２とにより層間絶縁膜１０４が形成される。
【０２９７】
次に、図２５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜１０４に導体プラグ３６に達するコンタクトホール１０６を形成する。
【０２９８】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Ｔｉ膜を形成する。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば３０ｎｍ程度とする。
【０２９９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ＴｉＮ膜を形成する。ＴｉＮ膜の膜厚は、例えば膜厚２０ｎｍ程度とする。
【０３００】
こうして、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とにより密着膜１０８が形成される。
【０３０１】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、導電膜１１０を形成する。導電膜１１０としては、例えばタングステン膜を形成する。導電膜１１０の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０３０２】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜１０４の表面が露出するまで導電膜１１０及び密着膜１０８を研磨する。導電膜１１０及び密着膜１０８を研磨する際には、例えば、層間絶縁膜１０４に対する研磨レートより導電膜１１０及び密着膜１０８に対する研磨レートが速くなるような研磨剤が用いられる。このような研磨剤としては、例えばキャボット・マイクロエレクトロニクス社製の研磨剤（製品名：ＳＳＷ２０００）を用いる。このような研磨剤を用いて導電膜１１０及び密着膜１０８を研磨すると、導電膜１１０及び密着膜１０８が過度に研磨され、図２５（ｂ）に示すように、導体プラグ１１０の上面の高さが層間絶縁膜１０４の上面の高さより低くなる場合がある。かかる場合には、導体プラグ１１０が埋め込まれた箇所に凹部１１２が形成されることとなる。かかる凹部１１２の深さは、例えば２０〜５０ｎｍ程度である。こうして、コンタクトホール１０６内に、例えばタングステンの導体プラグ１１０が埋め込まれる。
【０３０３】
次に、例えばＮＨ３ガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気に層間絶縁膜１０４の表面を暴露することにより、層間絶縁膜１０４の表面を処理する（プラズマ処理）。本実施形態において、ＮＨ３ガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気に層間絶縁膜１０４の表面を曝露するのは、層間絶縁膜１０４の表面の酸素原子をＮＨ基に結合させることにより、後工程で層間絶縁膜１０４上にＴｉ膜１１３を形成する際に、Ｔｉ原子が層間絶縁膜１０４の表面の酸素原子により捕捉されるのを防止するためである。
【０３０４】
プラズマ処理の条件は以下の通りとする。プラズマ処理装置としては、平行平板型のプラズマ処理装置を用いる。対向電極の位置は、例えば半導体基板１０から約９ｍｍ（３５０ｍｉｌｓ）離間した位置とする。プラズマ処理を行う際におけるチャンバ内の圧力は、例えば２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）程度とする。基板温度は、例えば４００℃とする。チャンバ内に導入するＮＨ３ガスの流量は、例えば３５０ｓｃｃｍとする。半導体基板１０に印加する高周波電力は、例えば１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗとする。対向電極に印加する高周波電力は、例えば３５０ｋＨｚ、５５Ｗとする。高周波電力の印加時間は、例えば６０秒とする。
【０３０５】
次に、図２５（ｃ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、Ｔｉ膜１１３を形成する。Ｔｉ膜１１３の膜厚は、例えば１００〜３００ｎｍ程度とする。ここでは、Ｔｉ膜１１３の膜厚を１００ｎｍ程度とする。層間絶縁膜１０４の表面が上記のように処理されているため、層間絶縁膜１０４上に堆積されたＴｉ原子は酸素原子により捕捉されることなく、層間絶縁膜１０４の表面を自在に移動することができる。このため、（００２）の方向に自己配向された良質なＴｉ膜１１３が層間絶縁膜１０４上に形成される。
【０３０６】
Ｔｉ膜１１３を形成する際の条件は、例えば以下の通りとする。即ち、半導体基板１０とターゲットとの間の距離は、例えば６０ｍｍとする。成膜室内の圧力は、０．１５Ｐａとする。成膜室以内の雰囲気は、例えばＡｒ雰囲気とする。基板温度は、例えば２０℃とする。供給するＤＣパワーは、例えば２．６ｋＷとする。ＤＣパワーを供給する時間は、例えば５秒間とする。
【０３０７】
次に、例えばＲＴＡ法により、窒素雰囲気中にて熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６５０℃とする。熱処理時間は、例えば６０秒とする。この熱処理により、上述したＴｉ膜１１３がＴｉＮ膜１１４となる（図２６（ａ）参照）。こうして、（１１１）配向のＴｉＮ膜である下地膜１１４が得られる。
【０３０８】
なお、ここでは、下地膜１１４としてＴｉＮ膜を用いる場合を例に説明したが、かかる下地膜１１４はＴｉＮ膜に限定されるものではない。例えば、タングステン膜、シリコン膜、銅膜等により下地膜１１４を形成してもよい。
【０３０９】
次に、ＣＭＰ法により、下地膜１１４の表面を研磨する。研磨剤としては、例えばキャボット・マイクロエレクトロニクス社製の研磨剤（製品名：ＳＳＷ２０００）を用いる。こうして、表面が平坦化された平坦化層１１４が形成される（図２６（ｂ）参照）。本実施形態において、下地膜１１４の表面を平坦化するのは、平坦化された下地膜１１４上には、配向性の良好な下部電極４８ａ、キャパシタ誘電体膜５４ａ及び上部電極６０ａを形成することが可能なためである。研磨後における下地膜１１４の膜厚は、例えば５０〜１００ｎｍ程度とする。ここでは、研磨後における下地膜１１４の膜厚を５０ｎｍ程度とする。
【０３１０】
次に、例えばＮＨ３ガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気に下地膜（平坦化層）１１４の表面を暴露することにより、下地膜１１４の表面を処理する（プラズマ処理）。
【０３１１】
本実施形態において、下地膜１１４に対してプラズマ処理を行うのは、以下のような理由によるものである。即ち、下地膜１１４をＣＭＰ法により平坦化した段階では、下地膜１１４の表層部の結晶が研磨によって歪んだ状態となっている。表層部の結晶が歪んでいる下地膜１１４の上方には、結晶性の良好な下部電極４８ａを形成することはできず、ひいては、結晶性の良好なキャパシタ誘電体膜５４ａを形成することはできない。これに対し、下地膜１１４に対してプラズマ処理を行えば、下地膜１１４の表層部の結晶の歪が、上層の膜に影響を与えなくなる。そうすると、下地膜１１４上に、結晶性の良好な下部電極４８ａ及びキャパシタ誘電体膜５４ａを形成することが可能となる。このような理由により、本実施形態では、下地膜１１４に対してプラズマ処理を行う。
【０３１２】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Ｔｉ膜を形成する。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。プラズマ処理が行われた下地膜１１４上にＴｉ膜を形成するため、良質なＴｉ膜が形成される。
【０３１３】
次に、例えばＲＴＡ法により、窒素雰囲気中にて熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６５０℃とする。熱処理時間は、例えば６０秒とする。この熱処理により、上述したＴｉ膜がＴｉＮ膜となる。こうして、（１１１）配向のＴｉＮ膜により密着膜１１６が形成される（図２６（ｃ）参照）。かかる密着膜１１６は、後工程で形成される酸素バリア膜１１８の結晶性を向上させるとともに、かかる酸素バリア膜１１８と下地膜１１４との密着性を向上させるためのものである。
【０３１４】
なお、ここでは、ＴｉＮ膜より成る密着膜１１６を形成する場合を例に説明したが、かかる密着膜１１６はＴｉＮ膜に限定されるものではない。酸素バリア膜１１８の結晶性を向上させるとともに、かかる酸素バリア膜１１８と下地膜１１４との密着性を向上させ得る材料を、密着膜１１６の材料として適宜用いることができる。例えば、Ｉｒ膜、Ｐｔ膜等により密着膜１１６を形成してもよい。
【０３１５】
次に、図２６（ｃ）に示すように、全面に、例えば反応性スパッタリング法により、酸素バリア膜（酸素拡散防止膜）１１８を形成する。酸素バリア膜１１８の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。酸素バリア膜１１８としては、例えばＴｉＡｌＮ膜を形成する。かかる酸素バリア膜１１８は、層間絶縁膜１０４に導体プラグ１１０を埋め込んだ後に、導体プラグ１１０の上面が酸化されるのを防止するためのものである。
【０３１６】
酸素バリア膜１１８を形成する際の条件は、例えば以下の通りとする。即ち、ターゲットとしては、ＴｉＡｌ合金により形成されたターゲットを用いる。チャンバ内の雰囲気は、Ａｒガスと窒素ガスとの混合ガスより成る雰囲気とする。Ａｒガスの流量は、例えば４０ｓｃｃｍとする。窒素ガスの流量は、例えば１０ｓｃｃｍとする。チャンバ内の圧力は、例えば２５３．３Ｐａとする。基板温度は、例えば４００℃とする。スパッタパワーは、例えば１ｋＷとする。
【０３１７】
なお、ここでは、酸素バリア膜１１８の材料としてＴｉＡｌＮを用いる場合を例に説明したが、酸素バリア膜１１８の材料はＴｉＡｌＮに限定されるものではない。酸素の拡散を防止し得る導電体を酸素バリア膜１１８の材料として適宜用いることができる。例えば、ＴｉＡｌＯＮ、ＴａＡｌＮ又はＴａＡｌＯＮ等を酸素バリア膜１１８の材料として用いてもよい。
【０３１８】
次に、図２７（ａ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、貴金属膜（導電膜）４４ａを形成する。導電膜４４ａは、キャパシタ６２ａの下部電極４８ａの一部となるものである。導電膜４４ａとしては、例えばイリジウム膜を形成する。導電膜４４ａの膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。導電膜４４を形成する際の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば５００℃とする。成膜室内に導入するガスとしては、例えばＡｒガスを用いる。成膜室内の圧力は、例えば０．１１Ｐａとする。印加電力は、例えば０．５ｋＷとする。
【０３１９】
なお、ここでは、導電膜４４ａとして、イリジウム膜を形成する場合を例に説明したが、導電膜４４ａはイリジウム膜に限定されるものではない。導電膜４４ａとして、例えば、ルテニウム膜等を用いてもよい。また、導電膜４４ａは単層の膜に限定されるものではなく、積層膜により導電膜４４ａを形成してもよい。
【０３２０】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、非晶質（アモルファス状態）の貴金属酸化物膜４５ｃを形成する。貴金属酸化物膜４５ｃに含まれる貴金属と導電膜４４ａに含まれる貴金属とは、同じ元素とすることが好ましい。貴金属酸化物膜４５ｃは、後工程において還元され、貴金属膜４６ｃとなるものである。貴金属酸化物膜４５ｃが還元されることにより形成される貴金属膜４６ｃは、キャパシタ６２ａの下部電極４８ａの一部となる。非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃとしては、例えば酸化イリジウム膜（ＩｒＯＸ膜）を形成する。
【０３２１】
貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚は、１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることが好ましい。貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とするのは以下のような理由によるものである。
【０３２２】
即ち、後工程において強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成する際には、貴金属酸化物膜４５ｃが還元性の比較的強い雰囲気に曝されることとなる。このため、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を比較的薄く設定した場合には、強誘電体膜５０ａの成膜が完了する前に貴金属酸化物膜４５ｃが還元されてしまうこととなる。この場合には、均一な結晶性を有する良質な強誘電体膜５０ａを得ることができない場合がある。貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を１５ｎｍ以上に設定すれば、貴金属酸化物膜４５ｃが貴金属膜４４ａ上にある程度存在している状態で強誘電体膜５０ａが形成される。このため、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を１５ｎｍ以上に設定すれば、均一な結晶性を有する良質な強誘電体膜５０ａを形成することが可能となる。
【０３２３】
一方、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚が３０ｎｍより厚い場合には、貴金属膜４４ａの結晶性が強誘電体膜５０ａに十分に影響せず、良好な結晶性を有する強誘電体膜５０ａを得られない場合があり得る。また、後工程における熱処理等において、貴金属酸化物膜４５ｃの全部を貴金属膜４６ｃに変化させることができず、下部電極４８ａの一部に貴金属酸化物膜４５ｃが残存してしまう場合があり得る。下部電極４８ａの一部に貴金属酸化物膜４５ｃが残存した場合には、電気的特性の良好なキャパシタ６２ａが得られない場合があり得る。このため、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０３２４】
このような理由により、本実施形態では、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とする。ここでは、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を、例えば２５ｎｍ程度とする。こうして、貴金属膜４４ａ上に貴金属酸化物膜４５ｃが形成される。
【０３２５】
貴金属酸化物膜４５ｃの成膜温度は、例えば６０℃とする。貴金属酸化物膜４５を形成する際に成膜室内に導入するガスは、例えばＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスとする。Ａｒガスの流量は、例えば１８６ｓｃｃｍとする。Ｏ２ガスの流量は、例えば１４ｓｃｃｍとする。
【０３２６】
なお、ここでは、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃとして酸化イリジウム膜を形成する場合を例に説明したが、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃは酸化イリジウム膜に限定されるものではない。例えば、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃとして、非晶質の酸化ルテニウム膜等を形成してもよい。
【０３２７】
次に、図２７（ｂ）に示すように、全面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、強誘電体膜５０ａを形成する。下部電極４８の一部となる貴金属膜４４ａとしてイリジウム膜やルテニウム膜を用いる場合には、強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成することが好ましい。強誘電体膜５０ａとしては、例えばＰＺＴ膜を形成する。ＰＺＴ膜の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。
【０３２８】
ＰＺＴ膜をＭＯＣＶＤ法により形成する際には、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの各液体原料を気化することにより原料ガスを生成し、かかる原料ガスを用いてＰＺＴ膜を形成する。
【０３２９】
Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの各液体原料は以下のようにして形成される。Ｐｂの液体原料は、例えばＰｂ（ＤＰＭ）２を溶媒中に溶解することにより形成される。溶媒としては、例えばＴＨＦ（テトラヒドロフラン）が用いられる。Ｐｂの液体原料におけるＰｂ（ＤＰＭ）２の濃度は、例えば０．３ｍｏｌ／ｌ程度とする。Ｚｒの液体原料は、例えばＺｒ（ｄｍｈｄ）４を溶媒中に溶解することにより形成される。溶媒としては、例えばＴＨＦが用いられる。Ｚｒの液体原料におけるＺｒ（ｄｍｈｄ）４の濃度は、例えば０．３ｍｏｌ／ｌ程度とする。Ｔｉの液体原料は、例えば［Ｔｉ（Ｏ−ｉＯｒ）２（ＤＰＭ）２］を溶媒中に溶解することにより形成される。溶媒としては、例えばＴＨＦが用いられる。Ｔｉの液体原料における［Ｔｉ（Ｏ−ｉＯｒ）２（ＤＰＭ）２］の濃度は、例えば０．３ｍｏｌ／ｌ程度とする。
【０３３０】
ＰＺＴの原料ガスは、Ｐｂの液体原料、Ｚｒの液体原料及びＴｉの液体原料を、溶媒とともに気化器に導入し、かかる液体原料を気化器により気化させることにより生成される。溶媒としては、例えばＴＨＦが用いられる。溶媒の供給量は、例えば０．４７４ｍｌ／分とする。Ｐｂの液体原料の供給量は、例えば０．３２６ｍｌ／分とする。Ｚｒの液体原料の供給量は、例えば０．２００ｍｌ／分とする。Ｔｉの液体原料の供給量は、例えば０．２００ｍｌ／分とする。
【０３３１】
強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成する際の条件は、以下の通りとする。即ち、成膜室内の圧力は、例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）とする。基板温度は、例えば６２０℃とする。成膜時間は、例えば６２０秒とする。
【０３３２】
このような条件で形成すると、こうして、ＰＺＴ膜である強誘電体膜５０ａが形成される。
【０３３３】
なお、ここでは、強誘電体膜５０ａとしてＰＺＴ膜を形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５０ａはＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５０ａの材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５０ａとして、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５０ａとしては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を形成することができる。
【０３３４】
強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成する場合には、結晶化された強誘電体膜５０ａが成膜時に形成される。非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃ上に強誘電体膜５０ａを形成するため、貴金属膜４４ａの結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０ａが得られる。また、強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成する際には、還元性の比較的強い雰囲気に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃが曝されるため、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃが還元され、貴金属膜４６ｃとなる。また、強誘電体膜５０ｃをＭＯＣＶＤ法により形成する際には、貴金属酸化物膜４５ｃ中から酸素が放出される。貴金属酸化物膜４５ｃから放出される酸素は、強誘電体膜５０ａにおける酸素欠損を補償する。このため、結晶性の良好な強誘電体膜５０ａが得られる。貴金属酸化物膜４５ｃを形成する段階で酸化イリジウム膜を形成した場合には、イリジウム膜である貴金属膜（導電膜）４６ｃが形成される。貴金属酸化物膜４５ｃを形成する段階で酸化ルテニウム膜を形成した場合には、ルテニウム膜である貴金属膜４６ｃが形成される。
【０３３５】
なお、本実施形態において、強誘電体膜５０ａを形成する際にＭＯＣＶＤ法を用いるのは、下部電極４８ａの一部となる貴金属膜４４ａとしてイリジウム膜又はルテニウム膜を用いる場合には、強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成することが好ましいためである。
【０３３６】
次に、図２７（ｃ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、強誘電体膜５２を形成する。強誘電体膜５２は、キャパシタ６２ａのキャパシタ誘電体膜５４ａの一部となるものである。強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０ａの材料と同じであることが好ましい。強誘電体膜５２としては、例えばＰｂＺｒＸＴｉ１−ＸＯ３膜（０≦Ｘ≦１）（ＰＺＴ膜）を形成する。強誘電体膜５２の膜厚は、例えば１〜３０ｎｍ程度とする。ここでは、強誘電体膜５２の膜厚を例えば２０ｎｍ程度とする。
【０３３７】
なお、ここでは、強誘電体膜５２としてＰＺＴ膜を形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５２はＰＺＴ膜に限定されるものではない。例えば、ＰＺＴにＣａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒ及びＷのうちのいずれかを添加した材料を、強誘電体膜５２の材料として用いてもよい。また、強誘電体膜５２として、ビスマス層状構造の強誘電体膜を用いてもよい。ビスマス層状構造の強誘電体膜５２としては、例えば、（Ｂｉ１−ＸＲＸ）Ｔｉ３Ｏ１２膜（Ｒは希土類元素、０＜Ｘ＜１）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９膜（ＳＢＴ膜）、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５膜等を用いることができる。なお、上述したように、強誘電体膜５２の材料は、強誘電体膜５０ａの材料と同じであることが好ましい。
【０３３８】
こうして、強誘電体膜５０ａと強誘電体膜５２とによりキャパシタ誘電体膜５４ａが形成される。
【０３３９】
次に、図２８（ａ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、導電膜５６を形成する。導電膜５６は、キャパシタ６２ａの上部電極６０ａの一部となるものである。導電膜５６としては、酸化イリジウム膜（ＩｒＯＸ膜）を形成する。後工程における熱処理において、導電膜５６を介して強誘電体膜５２に十分に酸素が供給されるよう、導電膜５６の膜厚は比較的薄く設定することが好ましい。導電膜５６の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度とする。
【０３４０】
導電膜５６の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば３００℃程度とする。成膜室内に導入するガスは、例えばＡｒガスとＯ２ガスとする。Ａｒガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍ程度とする。Ｏ２ガスの流量は、例えば１００ｓｃｃｍ程度とする。印加電力は、例えば１ｋＷ〜２ｋＷ程度とする。導電膜５６を成膜する際には、強誘電体膜５２の表面に付着している不純物が除去される。
【０３４１】
次に、例えばＲＴＡ法により、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う。かかる熱処理は、強誘電体膜５０ａの結晶性を更に向上させるとともに、強誘電体膜５２を結晶化するためのものである。導電膜５６を介してキャパシタ誘電体膜５４ａに酸素が供給され、キャパシタ誘電体膜５４ａにおける酸素欠損が補償される。また、この熱処理は、導電膜５６に生じたプラズマダメージを回復するためのものである。また、この熱処理は、導電膜５６と強誘電体膜５２との密着性を向上させるためのものである。この熱処理により、上部電極６０ａの剥がれ等が抑制され、ひいては歩留まりの向上を実現させることができる。
【０３４２】
熱処理条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば７２５℃程度とする。熱処理時間は、例えば６０秒とする。チャンバ内の雰囲気は、例えばＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスの雰囲気とする。Ａｒガスの流量は、例えば２０００ｓｃｃｍとする。Ｏ２ガスの流量は、例えば２０ｓｃｃｍとする。
【０３４３】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、導電膜５８を形成する。導電膜５８は、キャパシタ６２ａの上部電極６０ａの一部となるものである。導電膜５８としては、例えば酸化イリジウム膜を形成する。導電膜５８の膜厚は、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度とする。ここでは、導電膜５８の膜厚を２００ｎｍ程度とする。導電膜５８は、導電膜５６と相俟って、十分な厚さの上部電極６０ａを形成するためのものである。これにより、十分な厚さの上部電極６０ａが形成されるため、エッチング等の際にキャパシタ誘電体膜５４ａに大きなダメージが加わるのを防止することが可能となる。導電膜５８として用いる酸化イリジウム膜の組成は、化学量論的組成であるＩｒＯ２とすることが好ましい。化学量論的組成の酸化イリジウム膜は、水素に対して触媒作用を奏することがなく、キャパシタ誘電体膜５４ａが水素により還元されるのを防止し得るためである。
【０３４４】
なお、ここでは、導電膜５８として酸化イリジウム膜を用いる場合を例に説明したが、導電膜５８は酸化イリジウム膜に限定されるものではない。例えば、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｐｄ又はこれらの酸化物を、導電膜５８の材料として用いてもよい。また、ＳｒＲｕＯ３等の導電性酸化物を導電膜５８の材料として用いてもよい。また、これらの積層膜を導電膜５８として用いてもよい。
【０３４５】
次に、例えばスパッタリング法により、水素バリア膜１２０を形成する。水素バリア膜１２０は、上部電極６０ａの一部となるものである。水素バリア膜１２０の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。水素バリア膜１２０としては、例えばイリジウム膜を形成する。水素バリア膜１２０は、キャパシタ誘電体膜５４ａが水素により還元されるのを防止するためのものである。水素バリア膜１２０の成膜条件は、例えば以下の通りとする。成膜室内に導入するガスは、例えばＡｒガスとする。成膜室内の圧力は、例えば１Ｐａ程度とする。印加電力は、例えば１．０Ｗ程度とする。
【０３４６】
なお、ここでは、水素バリア膜１２０としてイリジウム膜を用いる場合を例に説明したが、水素バリア膜１２０はイリジウム膜に限定されるものではない。例えば、Ｐｔ膜、ＳｒＲｕＯ３膜等を水素バリア膜１２０として用いてもよい。
【０３４７】
次に、半導体基板１０の下面（裏面）を洗浄する（背面洗浄）。
【０３４８】
次に、図２８（ｂ）に示すように、全面に、スパッタリング法により、保護膜１３８を形成する。保護膜１３８は、ハードマスクの一部として機能するものである。保護膜１３８としては、例えばＴｉＮ膜を形成する。
【０３４９】
ここでは、保護膜１３８としてＴｉＮ膜を形成する場合を例に説明したが、保護膜１３８はＴｉＮ膜に限定されるものではない。保護膜１３８として、例えば、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴａＮ膜等を用いてもよい。また、これらの積層膜により保護膜１３８を形成してもよい。
【０３５０】
次に、全面に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、保護膜１４０を形成する。保護膜１４０は、保護膜１３８と相俟ってハードマスクとして機能するものである。
【０３５１】
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【０３５２】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜をキャパシタ６２ａの平面形状にパターニングする。
【０３５３】
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、保護膜１４０をエッチングする。
【０３５４】
次に、エッチングされた保護膜１４０をマスクとして、保護膜１３８をエッチングする。
【０３５５】
こうして、エッチングされた保護膜１３８，１４０によりハードマスクが形成される（図示せず）。
【０３５６】
次に、ハードマスクをマスクとして、例えばプラズマエッチングにより、水素バリア膜１２０、導電膜５８、導電膜５６、強誘電体膜５２、強誘電体膜５０ａ、導電膜４６ｃ、導電膜４４ａをエッチングする。エッチングガスとしては、例えばＨＢｒガスとＯ２ガスとＡｒガスとＣ４Ｆ８ガスとの混合ガスを用いる。
【０３５７】
こうして、導電膜４４ａと導電膜４６ｃとにより下部電極４８ａが形成される。また、強誘電体膜５０ａと強誘電体膜５２とによりキャパシタ誘電体膜５４ａが形成される。また、導電膜５６と導電膜５８と水素バリア膜１２０とにより上部電極６０ａが形成される。下部電極４８ａと強誘電体膜５４ａと上部電極６０ａとによりキャパシタ６２ａが形成される。
【０３５８】
次に、例えばドライエッチング又はウエットエッチングにより、保護膜１４０を除去する（図２９（ａ）参照）。
【０３５９】
次に、例えばドライエッチングにより、酸化防止膜１１８、密着膜１１６及び下地膜１１４をエッチングする。この際、保護膜１３８もエッチング除去される（図２９（ｂ）参照）。エッチングを行う際には、例えばダウンフロー型のプラズマエッチング装置を用いる。チャンバ内に導入するガスは、例えばＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスとする。ＣＦ４ガスの流量比は例えば５％程度とする。Ｏ２ガスの流量比は、例えば９５％とする。チャンバ内の上部電極に印加する高周波電力は、例えば２．４５ＧＨｚ、１４００Ｗとする。基板温度は、例えば２００℃とする。
【０３６０】
次に、図３０（ａ）に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、保護膜１２２を形成する。保護膜１２２は、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。保護膜１２２としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。保護膜１２２の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。
【０３６１】
なお、ここでは、スパッタリング法により保護膜１２２を形成する場合を例に説明したが、保護膜１２２の成膜方法はスパッタリング法に限定されるものではない。例えば、ＭＯＣＶＤ法により保護膜１２２を形成してもよい。この場合、保護膜１２２の膜厚は例えば２〜５ｎｍ程度とする。
【０３６２】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。この熱処理は、キャパシタ誘電体膜５４ａに酸素を供給し、キャパシタ６２ａの電気的特性を向上するためのものである。熱処理条件は、例えば５００〜７００℃とする。キャパシタ誘電体膜５４ａがＰＺＴ膜の場合には、基板温度を例えば６００℃とし、熱処理時間を例えば６０分とする。
【０３６３】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、保護膜１２４を形成する。保護膜１２４は、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。保護膜１２４の膜厚は、例えば３８ｎｍ程度とする。保護膜１２４としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。
【０３６４】
なお、保護膜１２４の剥離を防止すべく、保護膜１２４を形成する前に熱処理を行ってもよい。熱処理条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば３５０℃程度とする。熱処理時間は、例えば１時間程度とする。
【０３６５】
また、ここでは、保護膜１２４として酸化アルミニウム膜を形成する場合を例に説明したが、保護膜１２４は酸化アルミニウム膜に限定されるものではない。保護膜１２４として、例えば、チタン酸化膜、タンタル酸化膜、ジルコニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、タンタル窒化膜又はアルミニウム酸窒化膜等を形成してもよい。
【０３６６】
次に、図３０（ｂ）に示すように、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、層間絶縁膜６８を形成する。層間絶縁膜６８としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜６８の膜厚は、例えば１．５μｍ程度とする。原料ガスとしては、例えばＴＥＯＳガスと酸素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いる。
【０３６７】
なお、ここでは、層間絶縁膜６８としてシリコン酸化膜を形成する場合を例に説明したが、層間絶縁膜６８はシリコン酸化膜に限定されるものではない。例えば、絶縁性を有する無機膜等を適宜用いることが可能である。
【０３６８】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜６８の表面を平坦化する。
【０３６９】
次に、例えばＮ２Ｏガス又はＮ２ガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気にて、熱処理を行う。この熱処理は、層間絶縁膜６８中の水分を除去するとともに、層間絶縁膜６８の膜質を変化させ、層間絶縁膜６８中に水分を入りにくくさせるためのものである。熱処理温度は、例えば３５０℃とする。熱処理時間は、例えば２分間とする。この熱処理の際に層間絶縁膜６８の表面が窒化され、層間絶縁膜６８の表面にはシリコン窒化酸化膜（図示せず）が形成される。
【０３７０】
次に、図３０（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法により、保護膜７０を形成する。保護膜７０としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。保護膜７０の膜厚は、例えば２０〜１００ｎｍ程度とする。保護膜７０は、水素や水分等によりキャパシタ誘電体膜５４ａが還元されるのを防止するためのものである。表面が平坦な層間絶縁膜６８上に保護膜７０が形成されるため、保護膜７０は平坦となる。
【０３７１】
次に、例えばプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法により、層間絶縁膜７２を形成する。層間絶縁膜７２としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。層間絶縁膜７２の膜厚は、例えば８００ｎｍ〜１μｍ程度とする。
【０３７２】
なお、ここでは、層間絶縁膜７２としてシリコン酸化膜を形成する場合を例に説明したが、層間絶縁膜７２はシリコン酸化膜に限定されるものではない。例えば、シリコン窒化酸化膜又はシリコン窒化膜を層間絶縁膜７２として用いてもよい。
【０３７３】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜７２の表面を平坦化する。
【０３７４】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜１２４、保護膜１２２及び層間絶縁膜１０４をエッチングすることにより、導体プラグ３６に達するコンタクトホール１２６ａを形成する。また、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜７２、保護膜７０、層間絶縁膜６８、保護膜１２４及び保護膜１２２をエッチングすることにより、上部電極６０ａに達するコンタクトホール１２６ａを形成する。
【０３７５】
次に、酸素雰囲気中にて熱処理を行う。この熱処理は、キャパシタ誘電体膜５４ａに酸素を供給し、キャパシタ誘電体膜５４ａにおける酸素欠損を補償し、キャパシタ６２ａの電気的特性を回復するためのものである。熱処理を行う際の基板温度は、例えば４５０℃とする。
【０３７６】
次に、不活性ガス雰囲気中又は真空中にて熱処理を行う。この熱処理は、層間絶縁膜７２，６８，１０４中からガスを放出するためのものである（脱ガス）。
【０３７７】
次に、高周波エッチングにより、コンタクトホール１２６ａ、１２６ｂの内壁面に対して表面処理を行う。
【０３７８】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、密着膜１２８を形成する。密着膜１２８としては、例えばＴｉＮ膜を形成する。密着膜１２８の膜厚は、例えば１２５ｎｍ程度とする。密着膜１２８としてＴｉＮ膜を形成する場合には、ターゲットの材料としてＴｉを用いる。成膜室内の雰囲気は、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合雰囲気とする。Ａｒガスの流量は５０ｓｃｃｍとする。Ｎ２ガスの流量は例えば９０ｓｃｃｍとする。成膜温度は、例えば２００℃とする。
【０３７９】
なお、ここでは、密着膜１２８としてＴｉＮ膜を用いる場合を例に説明したが、密着膜１２８はＴｉＮ膜に限定されるものではない。例えば、密着膜１２８として、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＨｆＮ膜、ＺｒＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴａＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＣｒＡｌＮ膜、ＨｆＡｌＮ膜、ＺｒＡｌＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＣｒＯＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＴｉＡｌＯＮ膜、ＴａＡｌＯＮ膜、ＣｒＡｌＯＮ膜、ＨｆＡｌＯＮ膜、ＺｒＡｌＯＮ膜、ＴｉＳｉＯＮ膜、ＴａＳｉＯＮ膜、Ｉｒ膜、Ｒｕ膜、ＩｒＯＸ膜、ＲｕＯＸ膜等を形成してもよい。また、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより密着膜１２８を形成してもよい。また、Ｔｉ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより密着膜１２８を形成してもよい。また、Ｔａ膜とＴｉＮ膜とを順次積層することにより密着膜１２８を形成してもよい。また、Ｔａ膜とＴａＮ膜とを順次積層することにより密着膜１２８を形成してもよい。
【０３８０】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、導電膜を形成する。導電膜としては、例えばタングステン膜を形成する。導電膜の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度とする。
【０３８１】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜７２の表面が露出するまで、導電膜及び密着膜７８を研磨する。こうして、導電膜により導体プラグ１３０ａ、１３０ｂが形成される（図３１（ｂ）参照）。
【０３８２】
なお、ここでは、導体プラグ１３０ａ、１３０ｂの材料としてタングステンを用いる場合を例に説明したが、導体プラグ１３０ａ、１３０ｂの材料はタングステンに限定されるものではない。例えば、導体プラグ１３０ａ、１３０ｂの材料として、Ｃｕ等を用いてもよい。また、タングステン膜と銅膜との積層膜により導体プラグ１３０ａ、１３０ｂを形成してもよい。また、タングステン膜とポリシリコン膜との積層膜により導体プラグ１３０ａ、１３０ｂを形成してもよい。
【０３８３】
次に、プラズマ洗浄を行う。プラズマ洗浄を行う際に用いるガスは、例えばＡｒガスとする。これにより、導体プラグ１３０ａ、１３０ｂの表面に存在する自然酸化膜等が除去される。
【０３８４】
次に、例えばスパッタリング法により、例えばＴｉＮ膜８２と、ＡｌＣｕ合金膜８４と、Ｔｉ膜８６と、ＴｉＮ膜８８とを順次積層することにより、積層膜を形成する。ＴｉＮ膜８２の膜厚は、例えば５０ｎｍとする。ＡｌＣｕ合金膜８４の膜厚は、例えば膜厚５５０ｎｍとする。Ｔｉ膜８６の膜厚は、例えば５ｎｍとする。ＴｉＮ膜８８の膜厚は、例えば膜厚５０ｎｍとする。
【０３８５】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜をエッチングする。こうして、積層膜により配線９０が形成される（図１０（ｂ）参照）。
【０３８６】
この後、更に、層間絶縁膜（図示せず）、導体プラグ（図示せず）、配線（図示せず）等を複数層に亘って形成する。
【０３８７】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
【０３８８】
本実施形態によれば、貴金属膜４４ａ上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成し、貴金属酸化物膜４５ｃ上にＭＯＣＶＤ法により強誘電体膜５０ａを形成する。本実施形態においても、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃ上に強誘電体膜５０ａを直接形成するため、貴金属膜４４ａの結晶性が十分に均一でない場合であっても、均一な結晶性を有する強誘電体膜５０ａを得ることができる。また、本実施形態においても、貴金属酸化物膜４５ｃから放出される酸素が強誘電体膜５０ａに供給されるため、強誘電体膜５０ａの結晶性を向上させることが可能となる。また、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃは熱処理等において貴金属膜４６ｃに変化しやすいため、下部電極４８ａの全体が貴金属となり、良質な下部電極４８ａが得られる。このため、本実施形態によれば、電気的特性の良好なキャパシタを有する半導体装置を提供することができる。本実施形態によれば、ウェハ面内におけるキャパシタ誘電体膜５４の結晶性を均一化できるため、半導体装置の歩留まりの向上を実現することができる。
【０３８９】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０３９０】
例えば、第１乃至第３実施形態では、強誘電体膜５０をスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５０をＭＯＣＶＤ法により形成してもよい。下部電極４８の一部となる貴金属膜４４としてイリジウム膜やルテニウム膜を用いる場合には、強誘電体膜５０をＭＯＣＶＤ法により形成することが好ましい。強誘電体膜５０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合には、例えば、貴金属膜４４として例えばイリジウム膜を形成し、貴金属酸化物膜４５、４５ａ、４５ｂとして酸化イリジウム膜を形成する。また、貴金属膜４４として例えばルテニウム膜を形成し、貴金属酸化物膜４５、４５ａ、４５ｂとして酸化ルテニウム膜を形成してもよい。強誘電体膜５０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合には、第４実施形態において上述したように、貴金属酸化物膜４５、４５ａ、４５ｂの膜厚を１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０３９１】
また、第４実施形態では、強誘電体膜５０ａをＭＯＣＶＤ法により形成する場合を例に説明したが、強誘電体膜５０ａをスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成してもよい。下部電極４８ａの一部となる貴金属膜４４ａとしてプラチナ膜、ロジウム膜、オスミウム膜又はパラジウム膜を用いる場合には、強誘電体膜５０ａをスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成することが好ましい。強誘電体膜５０ａをスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成する場合には、例えば、貴金属膜４４ａとしてプラチナ膜を形成し、貴金属酸化物膜４５ｃとして酸化プラチナ膜を形成する。また、貴金属膜４４ａとしてロジウム膜を形成し、貴金属酸化物膜４６ｃとして酸化ロジウム膜を形成してもよい。また、貴金属膜４４ａとしてオスミウム膜を形成し、貴金属酸化物膜４５ｃとして酸化オスミウム膜を形成してもよい。また、貴金属膜４４ａとしてパラジウム膜を形成し、貴金属酸化物膜４５ｃとして例えば酸化パラジウム膜を形成してもよい。強誘電体膜５０ａをスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成する場合には、第１乃至第３実施形態において上述したように、貴金属酸化物膜４５ｃの膜厚を０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０３９２】
また、第４実施形態では、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃをスパッタリング法により形成する場合を例に説明したが、非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃの成膜方法はスパッタリング法に限定されるものではない。例えば、第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様に、薬液を用いて貴金属膜４４ａの表面を酸化させることにより、貴金属膜４４ａ上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成してもよい。また、第３実施形態による半導体装置の製造方法と同様に、酸素を含む雰囲気中で貴金属膜４４ａの表面を酸化させることにより、貴金属膜４４ａ上に非晶質の貴金属酸化物膜４５ｃを形成してもよい。
【０３９３】
また、上記実施形態では、強誘電体膜５０、５０ａを成膜する際に、スパッタリング法、ゾル・ゲル法又はＭＯＣＶＤ法を用いる場合を例に説明したが、強誘電体膜５０、５０ａの成膜方法はこれらに限定されるものではない。例えば、有機金属分解（ＭＯＤ、Metal Organic Decomposition）法により強誘電体膜５０、５０ａを形成してもよい。また、化学溶液堆積（ＣＳＤ、Chemical Solution Deposition）法により強誘電体膜５０、５０ａを形成してもよい。また、化学気相堆積（ＣＶＤ、Chemical Vapor Deposition）法により強誘電体膜５０、５０ａを形成してもよい。また、エピタキシャル成長法により強誘電体膜５０、５０ａを形成してもよい。
【０３９４】
また、上記実施形態では、貴金属膜４４、４４ａとしてプラチナ膜、ロジウム膜、オスミウム膜、パラジウム膜、イリジウム膜又はルテニウム膜を用いる場合を例に説明したが、貴金属膜４４、４４ａはこれらに限定されるものではない。例えば、貴金属膜４４、４４ａとしてレニウム膜等を用いてもよい。また、貴金属膜４４、４４ａとして貴金属の積層膜を用いてもよい。
【０３９５】
また、上記実施形態では、貴金属酸化物膜４５、４５ａとして酸化プラチナ膜、酸化ロジウム膜、酸化オスミウム膜、酸化パラジウム膜、酸化イリジウム膜又は酸化ルテニウム膜を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、非晶質の貴金属酸化物膜４５、４５ａとして非晶質の酸化レニウム膜等を用いてもよい。また、非晶質の貴金属酸化物膜４５、４５ａとして、非晶質の貴金属酸化物の積層膜を用いてもよい。
【０３９６】
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０３９７】
（付記１）
半導体基板上に、プラチナ、パラジウム、ロジウム又はオスミウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜上に、膜厚が０．１ｎｍ以上、３ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、
スパッタリング法又はゾル・ゲル法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、
熱処理を行うことにより、前記強誘電体膜を結晶化する工程と、
前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、
前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０３９８】
（付記２）
半導体基板上に、イリジウム又はルテニウムである貴金属を含む貴金属膜である第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜上に、膜厚が１５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、前記貴金属の酸化物を含む非晶質の第２の導電膜を形成する工程と、
有機金属化学気相成長法により、前記第２の導電膜上に強誘電体膜を直接形成する工程と、
前記強誘電体膜上に、第３の導電膜を形成する工程と、
前記第３の導電膜、前記強誘電体膜、前記第２の導電膜及び前記第１の導電膜をパターニングすることにより、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを含む下部電極と、前記強誘電体膜を含むキャパシタ誘電体膜と、前記第３の導電膜を含む上部電極とを有するキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０３９９】
（付記３）
付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、スパッタリング法により前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０４００】
（付記４）
付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、薬液を用いて前記第１の導電膜の表面を酸化させることにより、前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０４０１】
（付記５）
付記４記載の半導体装置の製造方法において、
前記薬液は、過酸化水素を含む薬液である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０４０２】
（付記６）
付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、酸素を含む雰囲気中で前記第１の導電膜の表面を酸化させることにより、前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０４０３】
（付記７）
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の導電膜を形成する工程では、酸素を含む５０℃以下の雰囲気中で前記第１の導電膜の表面を酸化させることにより、前記第２の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０４０４】
【図１】第１実施形態による半導体装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図６】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図７】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図８】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図９】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図１０】第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【図１１】第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１２】第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１３】第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１４】キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を示すグラフ（その１）である。
【図１５】キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を示すグラフ（その２）である。
【図１６】キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を示すグラフ（その３）である。
【図１７】第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１８】第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１９】第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図２０】キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を示すグラフ（その４）である。
【図２１】キャパシタ誘電体膜の結晶性の評価結果を示すグラフ（その５）である。
【図２２】第４実施形態による半導体装置を示す断面図である。
【図２３】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図２４】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図２５】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図２６】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図２７】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図２８】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図２９】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図３０】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図３１】第４実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【符号の説明】
【０４０５】
１０…半導体基板
１２…素子分離領域
１４…ウェル
１６…ゲート絶縁膜
１８…ゲート電極
２０…サイドウォール絶縁膜
２２…ソース／ドレイン拡散層
２４ａ、２４ｂ…シリサイド層
２６…トランジスタ
２８…絶縁膜
３０…層間絶縁膜
３２…コンタクトホール
３４…密着膜
３６…導体プラグ
３８…シリコン窒化酸化膜
４０…シリコン酸化膜
４２…層間絶縁膜
４３…密着膜
４４…導電膜、貴金属膜
４５、４５ａ〜４５ｃ…貴金属酸化物膜
４６、４６ａ〜４６ｃ…導電膜、貴金属膜
４８…下部電極
５０、５０ａ…強誘電体膜
５２…強誘電体膜
５４、５４ａ…キャパシタ誘電体膜
５６…導電膜
５８…導電膜
６０、６０ａ…上部電極
６２、６２ａ…キャパシタ
６４…保護膜
６６…保護膜
６８…層間絶縁膜
７０…保護膜
７２…層間絶縁膜
７４ａ、７４ｂ…コンタクトホール
７６…コンタクトホール
７８…密着膜
８０ａ〜８０ｃ…導体プラグ
８２…ＴｉＮ膜
８４…ＡｌＣｕ合金膜
８６…Ｔｉ膜
８８…ＴｉＮ膜
９０…配線
９２…保護膜
９４…フォトレジスト膜
９６…フォトレジスト膜
９８…フォトレジスト膜
１００…酸化防止膜
１０２…シリコン酸化膜
１０４…層間絶縁膜
１０６…コンタクトホール
１０８…密着膜
１１０…導体プラグ
１１２…凹部
１１３…Ｔｉ膜
１１４…下地膜、平坦化層
１１６…密着膜
１１８…酸化防止膜
１２０…水素バリア膜
１２２…保護膜
１２４…保護膜
１２６ａ、１２６ｂ…コンタクトホール
１２８…密着膜
１３０ａ、１３０ｂ…導体プラグ
【図１】
2010087347.tif 000003
【図２】
2010087347.tif 000004
【図３】
2010087347.tif 000005
【図４】
2010087347.tif 000006
【図５】
2010087347.tif 000007
【図６】
2010087347.tif 000008
【図７】
2010087347.tif 000009
【図８】
2010087347.tif 000010
【図９】
2010087347.tif 000011
【図１０】
2010087347.tif 000012
【図１１】
2010087347.tif 000013
【図１２】
2010087347.tif 000014
【図１３】
2010087347.tif 000015
【図１４】
2010087347.tif 000016
【図１５】
2010087347.tif 000017
【図１６】
2010087347.tif 000018
【図１７】
2010087347.tif 000019
【図１８】
2010087347.tif 000020
【図１９】
2010087347.tif 000021
【図２０】
2010087347.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2010087347.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2010087347.tif 000026
【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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【図３１】
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