(57)【要約】      （修正有）【課題】  強誘電体膜の段差被覆性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置は、基板上に形成された、表面に凹部又は凸部を有する電極９と、電極９の上に形成されたＳｒ，Ｂｉ，Ｔａ又は、Ｂｉ，Ｌａ，Ｔｉを含む強誘電体膜１０とを備える。凹部又は凸部に存在する段差における強誘電体膜の段差被覆率が８０％以上であり、強誘電体膜を構成する金属元素の組成比のばらつきが±１５％以下である。チャンバー内に原料ガス祖構成する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスを導入するとともに、複数種類のソースガスの主成分同士を反応律速で化学反応させることにより、電極の表面に強誘電体膜を堆積する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、表面に凹部又は凸部を有する電極と、
前記電極の上に形成された強誘電体膜とを備えた半導体装置であって、
前記凹部又は前記凸部に存在する段差における前記強誘電体膜の段差被覆率が８０％以上であり、
前記強誘電体膜を構成する金属元素の組成比のばらつきが±１５％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記強誘電体膜を構成する金属元素は、Ｓｒ、Ｂｉ及びＴａを含んでおり、
前記Ｔａの組成比を２で規格化した場合に、前記Ｓｒの組成比が０．７５以上であって且つ１．００以下の範囲内の値であり、前記Ｂｉの組成比が２．００以上であって且つ２．５０以下の範囲内の値であ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】
前記強誘電体膜を構成する金属元素は、Ｂｉ、Ｌａ及びＴｉを含んでおり、
前記Ｔｉの組成比を３で規格化した場合に、前記Ｌａの組成比が０．５以上であって且つ１．０以下の範囲内の値であり、前記Ｂｉの組成比が３．０以上であって且つ３．５以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁金属酸化物である強誘電体膜の形成方法及び強誘電体膜を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の進展に伴って、大容量のデータを高速に処理又は保存する傾向が推進される中で、電子機器に使用される半導体装置の高集積化、高性能化が要求されている。そこで、半導体装置の高集積化、低消費電力化を実現するために、シリコン酸化物又はシリコン窒化物よりなる従来の容量絶縁膜に代えて、高誘電率膜よりなる容量絶縁膜を容量素子に用いる技術が広く研究開発されている。また、従来にない低動作電圧であって且つ高速での書き込み及び読み出し動作を可能とする不揮発性ＲＡＭの実用化を目指して、容量絶縁膜として自発分極特性を有する強誘電体膜に関する研究開発が盛んに行なわれている。
【０００３】
高誘電率膜又は強誘電体膜を容量絶縁膜に用いた半導体記憶装置のうち、超高集積の半導体記憶装置には、従来のスタック型メモリセルに代えて立体型メモリセルが用いられている。
【０００４】
立体型メモリセルを形成する場合、段差を有する下部電極の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する必要があるため、段差被覆性に優れたＣＶＤ法を用いた容量絶縁膜の形成方法の実用化が強く求められている。特に、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）を用いた強誘電体膜よりなる容量絶縁膜の形成方法としては、ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物を原料とし、ＭＯＣＶＤ法により、酸化ビスマスを形成する方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
以下、従来の強誘電体膜の形成方法について図１９を参照しながら説明する。
【０００６】
図１９に示すように、第１の恒温槽１００内に設けられたステンレススチール製の第１の原料容器１０１に充填されたトリブトキシビスマスを８０〜１１０℃に加熱する。第１の原料容器１０１に流量が５０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）のアルゴンガスを導入した後、加熱減圧下でトリブトキシビスマスを昇華させる。その後、約１１０℃に保持された配管１０２に昇華されたトリブトキシビスマスを導入してＭＯＣＶＤ室１０３に搬送する。
【０００７】
一方、第２の恒温槽１０４内に設けられた第２の原料容器１０５に充填されたタンタルペンタエトキシド［Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5 )5］を１２０℃に加熱し、流量が５０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）のアルゴンガスでバブリングする。その後、１３０℃に加熱されたステンレススチール製の配管１０６に気化されたタンタルペンタエトキシド［Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5 )5］を導入してＭＯＣＶＤ反応室１０３に搬送する。さらに、第３の原料容器（図示せず）に充填されたストロンチウムジピバロイルメタンテトラエチレンペンタミン(Ｃ38Ｈ84Ｏ4Ｎ10Ｓｒ) を１５０℃に加熱し、流量が５０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）のアルゴンガスでバブリングする。１６０℃に加熱されたステンレススチール製の配管（図示せず）に気化されたストロンチウムＤＰＭテトラエチレンペンタミンを導入してＭＯＣＶＤ反応室１０３に搬送する。
【０００８】
ＭＯＣＶＤ反応室１０３には、上面に白金（Ｐｔ）よりなる基体１０７を有する基体ステージ１０８が設けられており、４００〜８００℃、好ましくは４５０〜７００℃に保持された基体１０７の上に、酸素ガス及び希釈用のアルゴンガスと共に、前記３種類のソースガスであるトリブトキシビスマス、タンタルペンタエトキシド［Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5 )5］及びストロンチウムジピバロイルメタンテトラエチレンペンタミン(Ｃ38Ｈ84Ｏ4Ｎ10Ｓｒ) を基体１０７の表面へ同時に導入することにより、Ｂｉ、Ｓｒ及びＴａよりなる絶縁性酸化物よりなる強誘電体膜が基体１０７の表面に形成される。
【０００９】
所望の組成比（Ｂｉ：Ｓｒ：Ｔａ＝２：１：２）を有する強誘電体膜を得るためには、第１の〜第３の原料容器に導入するアルゴンガスの流量又は第１〜第３の原料容器の加熱温度を調整して各ソースガスのＭＯＣＶＤ反応室１０３への供給量を制御すればよい。これにより、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 で示される絶縁性酸化物よりなる強誘電体膜を成膜することができる。
【特許文献１】特開平０９−１４２８４４ （第５頁、第２７段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の従来例に対して我々は種々の検討を加えた結果、アルゴンガスの流量又は各ソースガスの加熱温度を調整するのみでは、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体容量素子を形成した場合に、電極における強誘電体膜の優れた段差被覆性を実現すると同時に強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することが困難であるということを見出した。
【００１１】
すなわち、ＳＢＴ膜よりなる強誘電体膜の組成比が、例えばＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｏ＝１：２：２：９になるように、アルゴンガスの流量又は各ソースガスの加熱温度を調整すると共にＭＯＣＶＤ室１０３に導入する各ソースガスの混合比を調整することにより、所望の組成比を有するＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 で示される強誘電体膜を実現することができた。
【００１２】
しかしながら、強誘電体膜の組成比がＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｏ＝１：２：２：９になるように、ＭＯＣＶＤ反応室１０３へ各ソースガスを十分に供給しているため、ＭＯＣＶＤ反応室１０３内における化学反応はガス供給律速で進行するので、電極に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜を形成することができないという問題が生じた。我々は、特に、高集積化に必要な超微細パターンが形成されている立体型の強誘電体容量素子に用いられる容量絶縁膜の場合には、電極における強誘電体膜の段差被覆性が十分でないために所望の分極特性が得られないという問題を見い出した。
【００１３】
一方、アルゴンガスの流量又はソースガスの加熱温度を調節することにより、ＭＯＣＶＤ反応室１０３内における化学反応をガス反応律速で進行させてＳＢＴ（ＳｒＢｉＴａ）膜よりなる強誘電体膜を形成すると、電極に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜を実現することができた。そのため、化学反応をガス反応律速で進行させながら所望の組成比を有するＳＢＴ膜よりなる強誘電体膜を形成することができるように、アルゴンガスの流量又は各ソースガスの加熱温度の微調整を行なって強誘電体膜を形成した。しかしながら、形成されたＳＢＴ膜よりなる強誘電体膜の組成比はほとんど変化しておらず、所望の分極特性を得ることはできなかった。
【００１４】
前記に鑑み、本発明は、強誘電体膜の段差被覆性を向上させることを目的とする。さらに、本発明は、強誘電体膜の段差被覆性を向上させると同時に強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明に係る第１の強誘電体膜の形成方法は、基板上に形成されており、凹部若しくは凸部を有するか又は凸状に形成された電極の表面に、絶縁性金属酸化物よりなる強誘電体膜を形成する方法であって、チャンバー内に原料ガスを構成する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスを導入すると共に、複数種類のソースガスの主成分同士を反応律速で化学反応させることにより、電極の表面に強誘電体膜を堆積することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る第１の強誘電体膜の形成方法によると、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応が電極の表面付近で進行するので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００１７】
本発明に係る第１の強誘電体膜の形成方法において、反応律速での化学反応は、該化学反応時における基板温度が４７０℃以下である条件で行なわれることが好ましい。
【００１８】
このように、基板温度を４７０℃以下とすることにより、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応が電極の表面付近で進行するので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００１９】
本発明に係る第１の強誘電体膜の形成方法において、反応律速での化学反応は、該化学反応時におけるチャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ以下である条件で行なわれることが好ましい。
【００２０】
このように、チャンバー圧力を６．９９×１０2 Ｐａ以下とすることにより、分子の平均自由距離が増大してソースガスの拡散係数が増大すると共に、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応が電極の表面付近で進行するので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００２１】
本発明に係る第２の強誘電体膜の形成方法は、基板上に形成されており、凹部若しくは凸部を有するか又は凸状に形成された電極の表面に、絶縁性金属酸化物よりなる強誘電体膜を形成する方法であって、チャンバー内に原料ガスを構成する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスを導入すると共に、複数種類のソースガスの主成分同士を電極の表面に対して水平方向の成長が支配的になる成長条件で化学反応させることにより、電極の表面に強誘電体膜を堆積することが好ましい。
【００２２】
第２の強誘電体膜の形成方法によると、化学反応が水平方向成長支配領域で進行するため、チャンバー内における強誘電体膜が鉛直方向よりも水平方向へ成長する割合が増大するので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００２３】
本発明に係る第２の強誘電体膜の形成方法において、化学反応は、該化学反応時における強誘電体膜の成長速度が毎分７ｎｍ以下となるように行なわれることが好ましい。
【００２４】
このように、毎分７ｎｍ以下の成長レートで電極の表面に強誘電体膜を堆積することにより、化学反応が水平方向成長支配領域で進行するため、チャンバー内における強誘電体膜が鉛直方向よりも水平方向へ成長する割合が増大するので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００２５】
本発明に係る第３の強誘電体膜の形成方法は、基板上に形成されており、凹部若しくは凸部を有するか又は凸状に形成された電極の表面に、絶縁性金属酸化物よりなる強誘電体膜を形成する方法であって、チャンバー内に原料ガスを構成する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスを導入すると共に、複数種類のソースガスの主成分同士を化学反応させることにより、電極の表面に局部流動性を有する中間体を形成する工程と、中間体を化学反応させることにより、電極の表面に強誘電体膜を堆積する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る第３の強誘電体膜の形成方法によると、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応の過程において局部的な流動性を有する中間体を形成する工程を備えるので、電極における強誘電体膜の段差被覆性が向上する。
【００２７】
本発明に係る第１〜第３の強誘電体膜の形成方法において、原料ガスは、Ｓｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2，Ｂｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｎｂ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｌａ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｌａ(ＯＣ2Ｈ5)4，Ｔｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 及びＴｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3よりなるソースガスから選ばれた複数種類のソースガスを含んでいることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、複数種類のソースガスとして有機金属溶液を用いるので、電極における強誘電体膜の段差被覆性がさらに向上する。
【００２９】
本発明に係る第１〜第３の強誘電体膜の形成方法において、原料ガスは、Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなる第１のソースガスとＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなる第２のソースガスとの混合ガスであることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させると、所定の混合比を超えると第２のソースガスの組成比のみが変化するという特徴を有するので、強誘電体膜における第２のソースガスに含まれるＳｒ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比を制御することができる。これにより、強誘電体膜におけるＢｉ及びＴａの組成比の制御をさらに可能とする。
【００３１】
この場合において、混合ガスは、第１のソースガスと第２のソースガスとがチャンバー内への導入前に所望の混合比に混合されてもよいし、第１のソースガスと第２のソースガスとがチャンバー内への導入後に所望の混合比に混合されてもよい。
【００３２】
本発明に係る第４の強誘電体膜の形成方法は、凹部若しくは凸部を有するか又は凸状に形成された電極の表面に、絶縁性金属酸化物である強誘電体膜を形成する方法であって、電極における強誘電体膜の段差被覆率が所望の段差被覆率以上となるように、強誘電体膜の成長条件である基板温度及びチャンバー圧力を決定する第１の工程と、第１の工程において決定された基板温度及びチャンバー圧力において、チャンバー内に導入する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスよりなる第１の原料ガスの混合比を変化させて、強誘電体膜におけるＡサイトを構成する金属元素の組成比を調整する第２の工程と、Ａサイトを構成する金属元素の組成比を一定にした条件下で、チャンバー内に導入する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスよりなる第２の原料ガスの混合比を変化させて、強誘電体膜におけるＢサイトを構成する金属元素の組成比を調整することにより、強誘電体膜の組成比を決定する第３の工程と、第１の工程において決定された成長条件と第２の工程及び第３の工程において決定された組成比とに基づいて、電極の表面に強誘電体膜を堆積する第４の工程とを備えることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る第４の強誘電体膜の形成方法によると、電極に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜を形成できると共に、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を簡易な方法で決定することにより所望の組成比を有する強誘電体膜を形成することができる。
【００３４】
第４の強誘電体膜の形成方法において、第１の原料ガスは、Ｂｉを含むソースガスとＳｒを含むソースガスとの混合ガスよりなり、第２の原料ガスは、Ｔｉを含むソースガスとＳｒを含むソースガスとの混合ガスよりなることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、第１の原料ガスにおけるＴａを含むソースガスのＳｒを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、ある混合比を超えると強誘電体膜におけるＳｒ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比のみが変化すると共に、第２の原料ガスにおけるＢｉを含むソースガスのＳｒを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比が線形変化するので、強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することができる。
【００３６】
第４の強誘電体膜の形成方法において、第１の原料ガスは、Ｔｉを含むソースガスとＬａを含むソースガスとの混合ガスよりなり、第２の原料ガスは、Ｂｉを含むソースガスとＬａを含むソースガスとの混合ガスよりなることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、第１の原料ガスにおけるＴｉを含むソースガスのＬａを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比がある混合比までは線形変化した後に非線形的に変化すると共に、第２の原料ガスにおけるＢｉを含むソースガスのＬａを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、ある混合比を超えると強誘電体膜におけるＬａ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比のみが変化すると共に、強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することができる。
【００３８】
本発明に係る第５の強誘電体膜の形成方法は、凹部若しくは凸部を有するか又は凸状に形成された電極の表面に、絶縁性金属酸化物である強誘電体膜を形成する方法であって、電極における強誘電体膜の段差被覆率が所望の段差被覆率以上となるように、強誘電体膜の成長条件である基板温度及びチャンバー圧力を決定する第１の工程と、第１の工程において決定された基板温度及びチャンバー圧力において、チャンバー内に導入する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスよりなる第１の原料ガスの混合比を変化させて、強誘電体膜におけるＢサイトを構成する金属元素の組成比を調整する第２の工程と、Ｂサイトを構成する金属元素の組成比を一定にした条件下で、チャンバー内に導入する、各々が有機金属化合物を含む複数種類のソースガスよりなる第２の原料ガスの混合比を変化させて、強誘電体膜におけるＡサイトを構成する金属元素の組成比を調整することにより、強誘電体膜の組成比を決定する第３の工程と、第１の工程において決定された成長条件と第２の工程及び第３の工程において決定された組成比とに基づいて、電極の表面に強誘電体膜を堆積する第４の工程とを備えることを特徴とする。
【００３９】
本発明に係る第５の強誘電体膜の形成方法によると、電極に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜を形成できると共に、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を簡易な方法で決定することにより所望の組成比を有する強誘電体膜を形成することができる。
【００４０】
本発明に係る第５の強誘電体膜の形成方において、第１の原料ガスは、Ｂｉを含むソースガスとＳｒを含むソースガスとの混合ガスよりなり、第２の原料ガスは、Ｔａを含むソースガスとＳｒを含むソースガスとの混合ガスよりなることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、第１の原料ガスにおけるＢｉを含むソースガスのＳｒを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉ（Ｂサイトを構成する金属）の組成比が線形変化すると共に、第２の原料ガスにおけるＴａを含むソースガスのＳｒを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、ある混合比を超えると強誘電体膜におけるＳｒ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比のみが変化するので、強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することができる。
【００４２】
本発明に係る第５の強誘電体膜の形成方において、第１の原料ガスは、Ｔｉを含むソースガスとＬａを含むソースガスとの混合ガスよりなり、第２の原料ガスは、Ｂｉを含むソースガスとＬａを含むソースガスとの混合ガスよりなることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の原料ガスにおけるＴｉを含むソースガスのＬａを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、ある混合比を超えると強誘電体膜におけるＬａ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比のみが変化すると共に、第２の原料ガスにおけるＢｉを含むソースガスのＬａを含むソースガスに対する混合比を変化させると、強誘電体膜におけるＢｉ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比がある混合比までは線形変化した後に非線形的に変化するので、強誘電体膜の組成比を所望の組成比に制御することができる。
【００４４】
本発明に係る半導体装置は、基板上に形成された、表面に凹部又は凸部を有する電極と、電極の上に形成された強誘電体膜とを備えた半導体装置であって、凹部又は凸部に存在する段差における強誘電体膜の段差被覆率が８０％以上であり、強誘電体膜を構成する金属元素の組成比のばらつきが±１５％以下であることを特徴とする。
【００４５】
本発明に係る半導体装置によると、段差被覆性に優れると共に組成比として所望の組成比を有する半導体装置を実現することができる。
【００４６】
本発明に係る半導体装置において、強誘電体膜を構成する金属元素は、Ｓｒ、Ｂｉ及びＴａを含んでおり、Ｔａの組成比を２で規格化した場合に、Ｓｒの組成比が０．７５以上であって且つ１．００以下の範囲内の値であり、Ｂｉの組成比が２．００以上であって且つ２．５０以下の範囲内の値であることが好ましい。
【００４７】
このように、所望の組成比を実現した強誘電体膜を備えた半導体装置を得ることができる。
【００４８】
本発明に係る半導体装置において、強誘電体膜を構成する金属元素は、Ｂｉ、Ｌａ及びＴｉを含んでおり、Ｔｉの組成比を３で規格化した場合に、Ｌａの組成比が０．５以上であって且つ１．０以下の範囲内の値であり、Ｂｉの組成比が３．０以上であって且つ３．５以下の範囲内の値であることが好ましい。
【００４９】
このように、所望の組成比を実現した強誘電体膜を備えた半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明に係る半導体装置によると、段差被覆性に優れると共に組成比として所望の組成比を有する半導体装置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】
【００５１】
まず、本発明の各実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜を有する強誘電体容量素子の構造の一例について、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５２】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１の表面部にソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層２が形成されていると共に、半導体基板１の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極３が形成されており、これら不純物拡散層２及びゲート電極３によって電界効果型トランジスタ４が形成されている。
【００５３】
半導体基板１の上には電界効果型トランジスタ４を覆うように保護絶縁膜５が堆積されており、該保護絶縁膜５には下端が不純物拡散層２に接続されたタングステンよりなるコンタクトプラグ６が埋め込まれている。
【００５４】
保護絶縁膜５の上には、コンタクトプラグ６の上端を露出させる凹型の開口部７を有する層間絶縁膜８が形成されている。凹型の開口部７には、下から順に、下面がコンタクトプラグ６の上端と接続される第１の電極９、各実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により堆積された強誘電体膜１０よりなる容量絶縁膜及び第２の電極１１が形成されている。
【００５５】
このように、図１（ａ）に示した強誘電体容量素子においては、凹部を有する第１の電極９の表面に強誘電体膜１０が形成される場合について説明したが、例えば、図１（ｂ）に示すように、凸部を有する第１の電極９の表面に強誘電体膜１０が形成される場合であってもよいし、図１（ｃ）に示すように、凸状に形成された第１の電極９の表面に強誘電体膜１０が形成される場合であってもよい。
【００５６】
尚、以下の各実施形態で用いる段差被覆率とは、図１（ａ）に示したように、強誘電体膜１０の上部における厚さａと強誘電体膜１０の上部における厚さｂとを用いて表される値であり、具体的には、段差被覆率＝ａ／ｂ×１００（％）で示される値である。
【００５７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、後述する第２〜第７の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法に用いる第１及び第２の強誘電体膜形成装置について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、第１の強誘電体膜形成装置について図２を参照しながら説明する。
【００５９】
図２に示すように、チャンバー２０には半導体基板２１を搭載したサセプタ２２が設置されている。また、チャンバー２０には、酸素ガス等のキャリアガスと共に所望の混合比に調整された複数種類のソースガスよりなる原料ガスを図示しないマスフローコントローラ等を介して導入するガス導入部２３が設けられていると共に、圧力制御バルブ２５及びポンプ２６を有しチャンバー２０内のガスを排出するガス排出路２４が設けられている。
【００６０】
次に、第２の強誘電体膜形成装置について図３を参照しながら説明する。
【００６１】
図３に示すように、チャンバー３０には、半導体基板３１を搭載したサセプタ３２が設置されている。また、チャンバー３０には、酸素ガス等のキャリアガスと共に第１のソースガスを図示しないマスフローコントローラ等を介して導入する第１のガス導入部３３と、酸素ガス等のキャリアガスと共に第２のソースガスを図示しないマスフローコントローラ等を介して導入する第２のガス導入部３４とが設けられている。チャンバー３０内に導入されたキャリアガス、第１及び第２のソースガスはガスノズル３５から分散されて流出する。さらに、チャンバー３０には、圧力制御バルブ３６及びポンプ３７を有しチャンバー３０内のガスを排出するガス排出路３８が設けられている。
【００６２】
また、第１の強誘電体膜形成装置においては、チャンバー２０内への導入前に所望の混合比に混合されてなる複数種類のソースガスよりなる原料ガスを用いて強誘電体膜１０を形成する装置であり、第２の強誘電体膜形成装置においては、チャンバー３０内への導入後に所望の混合比に混合されてなる第１及び第２のソースガスよりなる原料ガスを用いて強誘電体膜１０を形成する装置であるが、第２〜第７実施形態に係る強誘電体膜の形成方法は、第１及び第２の強誘電体膜形成装置のいずれの装置を用いても実現することができる。
【００６３】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスは、Ｓｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 (ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2，Ｂｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｎｂ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｌａ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｌａ(ＯＣ2Ｈ5)4，Ｔｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 及びＴｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3 よりなるソースガスから選ばれた複数種類のソースガスを含んでいる場合が好ましい。このようにすると、複数種類のソースガスとして有機金属溶液を用いるので、後述するように、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性がさらに向上する。
【００６４】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスは、Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなるソースガスとＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなるソースガスとの混合ガスであれば、後述するように、強誘電体膜１０におけるＳｒ、Ｂｉ及びＴａの組成比の制御が容易になる。
【００６５】
尚、第１及び第２の強誘電体膜形成装置は、図２及び図３に示す構造の装置に限られるものではない。また、例えば、キャリアガス、ソースガス又は原料ガスをチャンバー２０，３０内に導入するガス導入路は図示した数に限られないことは言うまでもない。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下、ＭＯＣＶＤ法によって第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を堆積する場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性を向上させながら、強誘電体膜１０の組成比を所望の組成比に制御することができるパラメータが存在しないかについて行なった検討結果について説明する。
【００６７】
種々の検討の結果、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性については、半導体基板１の温度（以下、基板温度という）を低温化した条件下で強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上することが見出された。
【００６８】
以下、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図２、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００６９】
チャンバー２０，３０（図２及び図３参照）内に原料ガスを構成する複数種類のソースガスを導入すると共に、基板温度が４７０℃以下の幾つかの条件下で、複数種類のソースガスの主成分同士を化学反応させることにより、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した。
【００７０】
この場合の基板温度と第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率との関係について図４を参照しながら説明する。
【００７１】
図４に示すように、基板温度が４７０℃、４００℃、３６０℃であるそれぞれの条件下で強誘電体膜１０を形成した場合に、いずれの条件下の場合であっても、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が８０％以上になることが見出された。従って、強誘電体膜１０の成長条件の１つとして、基板温度が４７０℃以下であれば、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００７２】
一方、図面には開示されていないが、基板温度が５００℃以上の条件下で強誘電体膜１０を形成すれば、化学反応が原料ガスの供給律速で進行することにより、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が２０〜３０％になるので、第１の電極９に対して良好な段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成することはできない。
【００７３】
ここで、基板温度が４７０℃以下の条件下で形成された強誘電体膜１０の段差被覆性が向上するメカニズムについて説明する。
【００７４】
基板温度の低温化により、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける各主成分同士の化学反応が第１の電極９の表面付近で進行すると共に、化学反応の過程で形成される局部的な流動性を有する中間体が強誘電体膜１０の表面に存在する時間が長くなる。これにより、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００７５】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスは、Ｓｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 (ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2，Ｂｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｎｂ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｌａ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｌａ(ＯＣ2Ｈ5)4，Ｔｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 及びＴｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3 よりなるソースガスから選ばれた複数種類のソースガスを含んでいることが好ましい。このように、複数種類のソースガスとして有機金属溶液を用いるので、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性がさらに向上する。
【００７６】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスが、Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなるソースガスとＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなるソースガスとの混合ガスであれば、後述するように、強誘電体膜１０におけるＳｒ、Ｂｉ及びＴａの組成比を容易に制御することができる。
【００７７】
以上のように、第２の実施形態によると、基板温度が４７０℃以下の条件下で強誘電体膜１０を形成することにより、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける各主成分同士の化学反応が第１の電極９の表面付近で進行すると共に、化学反応の過程で形成される局部的な流動性を有する中間体が強誘電体膜１０の表面に存在する時間が長くなるので、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００７８】
尚、第２の実施形態において形成する強誘電体膜として、ＳＢＴ(ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9)膜よりなる強誘電体膜、ＳｒＢｉＴａＮｂ膜若しくはＢｉＬａＴｉ膜等の他のＢｉ系層状ペブロスカイト型の強誘電体膜又はＰｂＺｒＴｉ膜よりなる強誘電体膜が考えられる。
【００７９】
（第３の実施形態）
以下、ＭＯＣＶＤ法によって第１の電極９の上に強誘電体膜１０を堆積する場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性を向上させながら、強誘電体膜１０の組成比を所望の組成比に制御することができるパラメータとして、前述の基板温度以外に存在しないかについて行なった検討結果について説明する。
【００８０】
さらなる検討の結果、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性については、チャンバー内の圧力（以下、チャンバー圧力という）を低圧化した条件下で強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上することがさらに見出された。
【００８１】
以下、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図２、図３及び図５を参照しながら説明する。
【００８２】
チャンバー２０，３０（図２及び図３参照）内に原料ガスを構成する複数種類のソースガスを導入すると共に、チャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ以下の幾つかの条件下で、複数種類のソースガスの主成分同士を化学反応させることにより、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した。
【００８３】
この場合のチャンバー圧力と第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率との関係について図５を参照しながら説明する。
【００８４】
図５に示すように、チャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ、５．３２×１０2 Ｐａ、１．３３×１０2 Ｐａであるそれぞれの条件下で強誘電体膜１０を形成した場合に、いずれの条件の場合であっても、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が８０％以上になることが見出された。従って、強誘電体膜１０の成長条件の１つとして、チャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ以下であれば、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００８５】
一方、図面には開示されていないが、チャンバー圧力が１．３３×１０3 Ｐａ以上の条件下で強誘電体膜１０を形成すれば、化学反応が原料ガスの供給律速で進行すると共に分子の平均自由距離が短くなるため第１の電極９の下部よりも上部の方において成膜が進む。このため、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が２０〜３０％になるので、第１の電極９に対して良好な段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成することはできない。
【００８６】
ここで、チャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ以下の条件下で形成された強誘電体膜１０の段差被覆性が向上するメカニズムについて説明する。
【００８７】
チャンバー圧力の低圧化により、分子の平均自由距離が増大してチャンバー内に導入された複数種類のソースガスの拡散係数が増大すると共に、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応が第１の電極９の表面付近で進行する。これにより、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００８８】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスは、Ｓｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 (ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2，Ｂｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｎｂ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｌａ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｌａ(ＯＣ2Ｈ5)4，Ｔｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 及びＴｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3 よりなるソースガスから選ばれた複数種類のソースガスを含んでいることが好ましい。このように、複数種類のソースガスとして有機金属溶液を用いるので、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性がさらに向上する。
【００８９】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスが、Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなるソースガスとＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなるソースガスとの混合ガスであれば、後述するように、強誘電体膜におけるＳｒ、Ｂｉ及びＴａの組成比を容易に制御することができる。
【００９０】
以上のように、第３の実施形態によると、チャンバー圧力が６．９９×１０2 Ｐａ以下の条件下で強誘電体膜１０を形成することにより、分子の平均自由距離が増大してチャンバー内に導入された複数種類のソースガスの拡散係数が増大すると共に、化学反応が原料ガスの反応律速で進行するため、複数種類のソースガスにおける主成分同士の化学反応が第１の電極９の表面付近で進行するので、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【００９１】
尚、第３の実施形態において形成する強誘電体膜として、ＳＢＴ(ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9)膜よりなる強誘電体膜、ＳｒＢｉＴａＮｂ膜若しくはＢｉＬａＴｉ膜等の他のＢｉ系層状ペブロスカイト型の強誘電体膜又はＰｂＺｒＴｉ膜よりなる強誘電体膜が考えられる。
【００９２】
（第４の実施形態）
以下、ＭＯＣＶＤ法によって第１の電極９の上に強誘電体膜１０を堆積する場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性を向上させながら、強誘電体膜１０の組成比を所望の組成比に制御することができるパラメータとして、前述の基板温度及びチャンバー圧力以外のパラメータが存在しないかについてさらに行なった検討結果について説明する。
【００９３】
さらなる検討の結果、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性については、強誘電体膜１０の成長レートを低成長レート化した条件下で強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上することがさらに見出された。
【００９４】
以下、本発明の第４の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図２、図３及び図６を参照しながら説明する。
【００９５】
チャンバー２０，３０（図２及び図３参照）内に原料ガスを構成する複数種類のソースガスを導入すると共に、成長レートが７ｎｍ／ｍｉｎ以下の幾つかの条件下で、複数種類のソースガスの主成分同士を化学反応させることにより、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した。
【００９６】
この場合の成長レートと第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率との関係について図６を参照しながら説明する。
【００９７】
図６に示すように、成長レートが５ｎｍ／ｍｉｎ、７ｎｍ／ｍｉｎ、１０．５ｎｍ／ｍｉｎ以下のそれぞれの条件下で強誘電体膜を形成した場合、成長レートが７ｎｍ／ｍｉｎ以下のときに第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が８０％以上になることが見出された。従って、強誘電体膜１０の成長条件の１つとして、成長レートが７ｎｍ／ｍｉｎ以下であれば、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。尚、７ｎｍ／ｍｉｎ以下の成長レートを実現するためには、基板温度、チャンバー圧力、原料ガスの流量比等を調整することにより実現することができる。
【００９８】
一方、成長レートが７．５ｎｍ／ｍｉｎ付近を超えて大きくなると、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が急激に低下するので、第１の電極９に対して良好な段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成することはできない。
【００９９】
ここで、成長レートが７ｎｍ／ｍｉｎ以下の条件下で形成された強誘電体膜１０の段差被覆性が向上するメカニズムについて説明する。
【０１００】
成長レートの低成長レート化により、化学反応が水平方向成長支配領域で進行するため、チャンバー内における強誘電体膜１０が鉛直方向よりも水平方向へ成長する割合が増大する。これにより、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【０１０１】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスは、Ｓｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 (ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2，Ｂｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｎｂ(ＯＣ2Ｈ5)5，Ｌａ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3，Ｌａ(ＯＣ2Ｈ5)4，Ｔｉ(ＯＣ2Ｈ5)4 及びＴｉ[ＯＣ(ＣＨ3)2(ＣＨ2ＯＣＨ3)]3 よりなるソースガスから選ばれた複数種類のソースガスを含んでいることが好ましい。このように、複数種類のソースガスとして有機金属溶液を用いるので、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性がさらに向上する。
【０１０２】
また、複数種類のソースガスよりなる原料ガスが、Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなるソースガスとＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなるソースガスとの混合ガスであれば、後述するように、強誘電体膜におけるＳｒ、Ｂｉ及びＴａの組成比を容易に制御することができる。
【０１０３】
以上のように、第４の実施形態によると、成長レートが７ｎｍ／ｍｉｎ以下の条件下で強誘電体膜１９を形成することにより、化学反応が水平方向成長支配領域で進行するため、チャンバー内における強誘電体膜１０が鉛直方向よりも水平方向へ成長する割合が増大する。これにより、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆性が向上する。
【０１０４】
尚、第４の実施形態において形成する強誘電体膜として、ＳＢＴ(ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9)膜よりなる強誘電体膜、ＳｒＢｉＴａＮｂ膜若しくはＢｉＬａＴｉ膜等の他のＢｉ系層状ペブロスカイト型の強誘電体膜又はＰｂＺｒＴｉ膜よりなる強誘電体膜が考えられる。
【０１０５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図７を参照しながら説明する。
【０１０６】
図７に示すように、まず、ステップＳＡ１において、強誘電体膜１０の成長条件として、基板温度及びチャンバー圧力を決定する。次に、ステップＳＡ２において、ステップＳＡ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現しているか否かを判定する。そして、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現している場合にはステップＳＡ３に進む一方、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現していない場合にはステップＳＡ１に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１０７】
次に、ステップＳＡ３において、Ｔａを含む第１のソースガスとＳｒを含む第２のソースガスとの混合ガスである第１の原料ガスにおける第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＡ４において、ステップＳＡ３で調整された混合比で第１の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＡ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＳｒ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が所望の組成比の範囲内にある場合にはステップＳＡ５に進む一方、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＡ３に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１０８】
ここで、ステップＳＡ３及びＳＡ４で説明したように、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比の調整を繰り返し行なった実験結果について図８を参照しながら説明する。
【０１０９】
図８では、Ｔａを２で規格化したときの強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比及びＢｉの組成比と、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比との関係を示している。
【０１１０】
図８に示すように、ステップＳＡ１において決定された基板温度が３５０℃であって且つチャンバー圧力が１．３３×１０2 Ｐａである場合において、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させながら調整した結果、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比が２．５付近から強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が急峻に低下することが見出された。すなわち、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させると、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比のみが変化することが見出された。従って、ステップＳＡ３においては、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が図８に示す分極特性が得られる組成比の範囲内になるように、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を調整すればよく、これにより、ステップＳＡ４において、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比として所望の組成比を得ることができる。
【０１１１】
次に、ステップＳＡ５において、ステップＳＡ３及びＳＡ４において得られたＳｒの組成比を一定にする条件下で、Ｂｉを含む第３のソースガスとＳｒを含む第４のソースガスとの混合ガスよりなる第２の原料ガスにおける第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＡ６において、ステップＳＡ５で調整した混合比で第２の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＡ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＢｉ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＢｉ及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にある場合には一連の処理を終了する一方、Ｂｉ及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＡ５に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１１２】
ここで、ステップＳＡ５及びＳＡ６で説明したように、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比の調整を繰り返し行なった実験結果について図９を参照しながら説明する。
【０１１３】
図９では、Ｔａを２で規格化したときの強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比と第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比との関係を示している。
【０１１４】
図９に示すように、ステップＳＡ１において決定した基板温度が３５０℃であって且つチャンバー圧力が１．３３×１０2 Ｐａである場合に、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を増加させながら調整した結果、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比が線形的に増加することが見出された。従って、ステップＳＡ５において、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比が図９に示す分極特性が得られる組成比の範囲内になるように混合比を調整すればよく、これにより、ステップＳＡ６において、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比及びＴａの組成比として所望の組成比を得ることができる。
【０１１５】
このようにして、図８及び図９に示した実験結果から、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させると、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比は線形的に変化することなく、ある混合比以上になるとＳｒの組成比だけを変化させることができることが見出された。また、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比及び第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を決定するパラメータは、前述の第２〜第４の実施形態における基板温度の低温化、チャンバー圧力の低圧化及び成長レートの低成長レート化のパラメータとは異なるパラメータである。従って、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆率に影響を与えることなく、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を独立して制御することができるパラメータの存在が見出されたことにより、前述のように、強誘電体膜１０を構成する例えばＳｒ、Ｂｉ、Ｔａの組成比を所望の組成比に制御することができる。
【０１１６】
さらに、第２〜第４の実施形態で得られるＭＯＣＶＤ法の形成条件の低温化、低圧化及び、低成長レート化等を併用することにより、段差被覆性が高く、良好な分極特性が得られる強誘電体ＢＬＴ膜を形成することができる。
【０１１７】
また、図８及び図９を用いて説明した第１のソースガスはＴａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなることが好ましく、また、第２のソースガスはＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなることが好ましい。
【０１１８】
ここで、一例として、図２に示した第１の強誘電体膜形成装置を用いて強誘電体膜１０を形成する場合について、前述の一連のステップで得られた強誘電体膜１０の成長条件及びチャンバー２０内に導入するソースガスとして、以下の［表１］に示す結果を得ることができた。
【０１１９】
【表１】
2006032979.tif 000003
【０１２０】
以下、［表１］に示した条件下で、第１の強誘電体膜形成装置を用いた強誘電体膜１０の形成方法について、図２、図１０及び図１１を参照しながら具体的に説明する。
【０１２１】
まず、図２に示したように、チャンバー２０内のサセプタ２２の上に半導体基板２１を搭載する。また、半導体基板２１は、基板温度が３５０℃になるように、サセプタ２２の内部にあるヒータによって加熱する。
【０１２２】
次に、Ｓｒを含むソースガスとＴａを含むソースガスとが１対３の割合で混合されたＳｒ／Ｔａ混合ガスを流量０．２７５ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）でチャンバー２０内に導入すると共に、Ｂｉを含むソースガスを流量０．２４ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）でチャンバー２０内に導入する。尚、図示されていないが、ソースガスは気化器を用いて気化されており、気化温度は２００℃である。また、酸化剤としての酸素ガスを流量１．０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）でチャンバー２０内に導入する。さらに、チャンバー圧力を１．３３×１０2 Ｐａに設定する。このような条件下において、Ｓｒ／Ｔａ混合ガス、Ｂｉを含むソースガス及び酸素ガスの各主成分同士が化学反応することにより、半導体基板２１の上に強誘電体膜１０が堆積される。なお、強誘電体膜１０には熱処理を施すためのアニールが実施される。このアニールは、例えば、ＲＴＡ（急速熱処理）法を用い、アニール温度６００［℃］、１ｍｉｎ間、酸素雰囲気下の条件で行なわれる。
【０１２３】
次に、強誘電体膜１０が形成された半導体基板２１をサセプタ２２から除去することにより、強誘電体膜１０の形成を終了する。
【０１２４】
このようにして形成された強誘電体膜１０の段差被覆性と分極特性とについて図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【０１２５】
図１０に示すように、アスペクト比が２．０である場合の強誘電体膜１０のＳＥＭ画像図から、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率を求めると、段差被覆率が８５％を達成しており、第１の電極９に対する優れた段差被覆性を有する強誘電体膜１０を実現している。
【０１２６】
また、図１１に示すように、強誘電体膜１０の分極特性の評価結果によると、強誘電体膜１０の分極特性は１５μＣ／ｃｍ2 を達成しており、強誘電体膜１０としても優れた分極特性を実現している。
【０１２７】
さらに、このようにして形成された強誘電体膜１０の組成比を分析した結果、Ｓｒの組成比が１５．２％、Ｂｉの組成比が４４．４％及びＴａの組成比が４０．４になり、強誘電体膜１０の組成比は、Ｓｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２にほぼなっており、所望の組成比を有する強誘電体膜を実現している。
【０１２８】
以上のように、第５の実施形態によると、第１の電極９に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成できると共に、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を簡易な方法で決定することにより所望の組成比を有する強誘電体膜を形成することができる。
【０１２９】
尚、第５の実施形態においては、ＳＢＴ(ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9)膜よりなる強誘電体膜１０の場合について説明したが、例えばＳｒＢｉＴａＮｂ膜若しくはＢｉＬａＴｉ膜等の他のＢｉ系層状ペブロスカイト型の強誘電体膜又はＰｂＺｒＴｉ膜よりなる強誘電体膜であってもよい。
【０１３０】
また、第５の実施形態においては、前記表１に示した条件下で、第１の強誘電体膜形成装置を用いた強誘電体膜の形成方法を説明したが、第２の強誘電体膜形成装置を用いてもよい。
【０１３１】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図１２を参照しながら説明する。
【０１３２】
図１２に示すように、まず、ステップＳＢ１において、強誘電体膜１０の成長条件として、基板温度及びチャンバー圧力を決定する。次に、ステップＳＢ２において、ステップＳＢ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現しているか否かを判定する。そして、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現している場合にはステップＳＢ３に進む一方、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現していない場合にはステップＳＢ１に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１３３】
次に、ステップＳＢ３において、Ｂｉを含む第３のソースガスとＳｒを含む第４のソースガスとの混合ガスである第１の原料ガスにおける第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＢ４において、ステップＳＢ３で調整された混合比で第１の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＢ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＢｉ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にある場合にはステップＳＢ５に進む一方、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比及びＴａの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＢ３に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１３４】
尚、ここで、ステップＳＢ３及びＳＢ４で説明した第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比の調整については、第５の実施形態における図９を用いた説明と同様に調整することにより実現できる。
【０１３５】
次に、ステップＳＢ５において、ステップＳＢ３及びＳＢ４において得られたＢｉの組成比を一定にする条件下で、Ｔａを含む第１のソースガスとＳｒを含む第２のソースガスとの混合ガスよりなる第２の原料ガスにおける第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＢ６において、ステップＳＢ５で調整した混合比で第２の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＢ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＳｒ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が所望の範囲内にある場合には一連の処理を終了する一方、強誘電体膜１０におけるＳｒの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＢ５に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１３６】
尚、ここで、ステップＳＢ５及びＳＢ６で説明した第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比の調整については、第５の実施形態における図８を用いた説明を同様に調整することにより実現できる。さらに、第２〜第４の実施形態で得られるＭＯＣＶＤ法の形成条件の低温化、低圧化及び、低成長レート化等を併用することにより、段差被覆性が高く、良好な分極特性が得られる強誘電体ＢＬＴ膜を形成することができる。また、第１のソースガスはＴａ(ＯＣ2Ｈ5)5 よりなることが好ましく、また、第２のソースガスはＳｒ[Ｔａ(ＯＣ2Ｈ5)5(ＯＣ2Ｈ4ＯＣＨ3)]2 よりなることが好ましい。
【０１３７】
ここで、一例として、図３に示した第２の強誘電体膜形成装置を用いて強誘電体膜１０を形成する場合について、前述の一連のステップで得られた強誘電体膜１０の成長条件及びチャンバー３０内に導入するソースガスとして、以下の［表２］に示す結果を得ることができた。
【０１３８】
【表２】
2006032979.tif 000004
【０１３９】
以下、［表２］に示した条件下で、第２の強誘電体膜形成装置を用いて強誘電体膜を形成する方法について、図３、図１３及び図１４を参照しながら具体的に説明する。
【０１４０】
まず、図３に示したように、チャンバー３０内のサセプタ３２の上に半導体基板３１を搭載する。また、半導体基板３１は、基板温度が３５０℃になるように、サセプタ３２の内部にあるヒータによって加熱する。
【０１４１】
次に、流量０．０７ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）でＳｒを含むソースガスをチャンバー３０内に導入し、流量０．０３ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）でＴａを含むソースガスを導入し、さらに流量０．０８ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）でＢｉを含むソースガスをチャンバー３０内に導入する。尚、図示されていないが、ソースガスは気化器を用いて気化されており、気化温度は２５０℃である。また、酸化剤としての酸素ガスを流量１．２３Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）でチャンバー３０内に導入する。さらに、チャンバー圧力を１．３３×１０2 Ｐａに設定する。このような条件下において、Ｓｒを含むソースガス、Ｔａを含むソースガス、Ｂｉを含むソースガス及び酸素ガスの各主成分同士が化学反応することにより、半導体基板３１の上に強誘電体膜１０が堆積される。なお、強誘電体膜１０には熱処理を施すためのアニールが実施される。このアニールは、例えば、ＲＴＡ（急速熱処理）法を用い、アニール温度６００［℃］、１ｍｉｎ間、酸素雰囲気下の条件で行なわれる。
【０１４２】
次に、強誘電体膜１０が形成された半導体基板３１をサセプタ３２から除去することにより、強誘電体膜１０の形成を終了する。
【０１４３】
このようにして形成された強誘電体膜１０の段差被覆性と分極特性とについて図１３及び図１４を参照しながら説明する。
【０１４４】
図１３に示すように、アスペクト比が２．０である場合の強誘電体膜１０のＳＥＭ画像図から、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率を求めると、段差被覆性が９０％を達成しており、第１の電極９に対して優れた段差被覆率を有する強誘電体膜１０を実現している。
【０１４５】
また、図１４に示すように、強誘電体膜１０の分極特性の評価結果によると、強誘電体膜１０の分極特性は２０μＣ／ｃｍ2 を達成しており、優れた分極特性を有する強誘電体膜１０を実現している。
【０１４６】
さらに、このようにして形成された強誘電体膜１０の組成比を分析した結果、Ｓｒの組成比が１６．３％、Ｂｉの組成比が４２．９％、Ｔａの組成比が４０．８％となり、強誘電体膜１０の組成は、Ｓｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２にほぼなり、所望の組成比を有する強誘電体膜１０を実現している。
【０１４７】
このように、第５の実施形態で用いた第１の強誘電体膜形成装置とは異なる第２の強誘電体膜形成装置を用いた場合であっても、上述の通り、第１の電極９に対する優れた段差被覆性を有し且つ所望の組成比を有する強誘電体膜１０を形成することができる。
【０１４８】
以上のように、第６の実施形態によると、第１の電極９に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成できると共に、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を簡易な方法で決定することにより所望の組成比を有する強誘電体膜を形成することができる。
【０１４９】
尚、第６の実施形態においては、ＳＢＴ(ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9)膜よりなる強誘電体膜の場合について説明したが、例えばＳｒＢｉＴａＮｂ膜又はＢｉＬａＴｉ膜等の他のＢｉ系層状ペブロスカイト型の強誘電体膜、若しくはＰｂＺｒＴｉ膜よりなる強誘電体膜であってもよい。
【０１５０】
また、第６の実施形態においては、前記表２に示した条件下で、第２の強誘電体膜形成装置を用いた強誘電体膜１０の形成方法を説明したが、第１の強誘電体膜形成装置を用いてもよい。
【０１５１】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法について図１５を参照しながら説明する。
【０１５２】
図１５に示すように、まず、ステップＳＣ１において、強誘電体膜１０の成長条件として、基板温度及びチャンバー圧力を決定する。次に、ステップＳＣ２において、ステップＳＣ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現しているか否かを判定する。そして、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現している場合にはステップＳＣ３に進む一方、第１の電極９に対する強誘電体膜１０の段差被覆率が所望の段差被覆率を実現していない場合にはステップＳＣ１に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１５３】
次に、ステップＳＣ３において、Ｂｉを含む第１のソースガスとＬａを含む第２のソースガスとの混合ガスよりなる第１の原料ガスにおける第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＣ４において、ステップＳＣ３で調整した混合比で第１の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＣ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＢｉ（Ａサイトを構成する金属元素）の組成比及びＴｉの組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＢｉ及びＴｉの組成比が所望の組成比の範囲内にある場合にはステップＳＣ５に進む一方、Ｂｉ及びＴｉの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＣ３に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１５４】
ここで、ステップＳＣ３及びＳＣ４で説明したように、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比の調整を繰り返し行なった実験結果について図１６を参照しながら説明する。
【０１５５】
図１６では、Ｔｉを３で規格化したときの強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比と第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比との関係を示している。
【０１５６】
図１６に示すように、ステップＳＣ１において決定した基板温度が４５０℃であって且つチャンバー圧力が２．６６×１０2 Ｐａである場合に、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させながら調整した結果、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比が３．５付近までは線形的に増加し、Ｂｉの組成比が３．５付近を超えると非線形的に増加することが見出された。従って、ステップＳＣ３において、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比が図１６に示す分極特性が得られる組成比の範囲内になるように混合比を調整すればよく、これにより、ステップＳＣ４において、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比及びＴｉの組成比として所望の組成比を得ることができる。
【０１５７】
次に、ステップＳＣ５において、ステップＳＣ３及び４において得られたＢｉの組成比を一定にする条件下で、Ｔｉを含む第３のソースガスとＬａを含む第４のソースガスとの混合ガスである第２の原料ガスにおける第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を調整する。次に、ステップＳＣ６において、ステップＳＣ５で調整された混合比で第２の原料ガスをチャンバーに導入し、ステップＳＣ１で決定した基板温度及びチャンバー圧力の下で、第１の電極９の表面に強誘電体膜１０を形成した場合に、強誘電体膜１０におけるＬａ（Ｂサイトを構成する金属元素）の組成比が所望の組成比の範囲内にあるか否かを判定する。そして、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比が所望の組成比の範囲内にある場合には一連の処理を終了する一方、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比が所望の組成比の範囲内にない場合にはステップＳＣ５に戻って前述の処理を繰り返す。
【０１５８】
ここで、ステップＳＣ５及びＳＣ６で説明したように、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比の調整を繰り返し行なった実験結果について図１７を参照しながら説明する。
【０１５９】
図１７では、Ｔｉを３で規格化したときの強誘電体膜１０におけるＬａの組成比及びＢｉの組成比と、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比との関係を示している。
【０１６０】
図１７に示すように、ステップＳＣ１において決定された基板温度が４５０℃であって且つチャンバー圧力が２．６６×１０2 Ｐａである場合において、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を増加させながら調整した結果、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比が１．２付近から強誘電体膜１０におけるＬａの組成比が急峻に低下することが見出された。すなわち、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を増加させると、強誘電体膜１０におけるＢｉの組成比はほぼ一定であるにもかかわらず、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比のみが変化することが見出された。従って、ステップＳＣ５においては、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比が図１７に示す分極特性が得られる組成比の範囲内になるように、第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を調整すればよく、これにより、ステップＳＣ６において、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比として所望の組成比を得ることができる。
【０１６１】
このようにして、図１６及び図１７に示した実験結果から、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比を増加させると、強誘電体膜１０におけるＬａの組成比は線形的に変化することなく、ある混合比以上になるとＬａの組成比だけを変化させることができることが見出された。また、第１のソースガスの第２のソースガスに対する混合比及び第３のソースガスの第４のソースガスに対する混合比を決定するパラメータは、前述の第２〜第４の実施形態における基板温度の低温化、チャンバー圧力の低圧化及び成長レートの低成長レート化のパラメータとは異なるパラメータである。従って、第１の電極９における強誘電体膜１０の段差被覆率に影響を与えることなく、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を独立して制御することができるパラメータの存在が見出されたことにより、前述のように、強誘電体膜１０を構成する例えばＢｉ、Ｌａ、Ｔｉの組成比を所望の組成比に制御することができる。
【０１６２】
さらに、第２〜第４の実施形態で得られるＭＯＣＶＤ法の形成条件の低温化、低圧化及び、低成長レート化等を併用することにより、段差被覆性が高く、良好な分極特性が得られる強誘電体ＢＬＴ膜を形成することができる。
【０１６３】
なお、本実施形態では、図１５に示したように、ステップＳＣ３及びＳＣ４によってＢｉ及びＴｉの所望の組成比を得た後に、ステップＳＣ５及びＳＣ６によってＬａの所望の組成比を得る場合について説明したが、Ｌａの所望の組成比を得た後にＢｉ及びＴｉの所望の組成比を得るようにしてもかまわない。すなわち、ステップＳＣ２の次にステップＳＣ５及びＳＣ６を行なった後に、ステップＳＣ３及びＳＣ４を行なうようにしてもかまわない。
【０１６４】
以上から、例えば図２又は図３に示した第１又は第２の強誘電体膜形成装置などを用いて強誘電体膜１０を形成する場合について、前述の一連のステップで得られた強誘電体膜１０の成長条件及びチャンバー２０又は３０内に導入するソースガスとして、以下の［表３］に示す結果を得ることができる。
【０１６５】
【表３】
2006032979.tif 000005
【０１６６】
以下、［表３］に示した条件で、一例として第１の強誘電体膜形成装置を用いた強誘電体膜１０の形成方法について、図２及び図１８を参照しながら具体的に説明する。
【０１６７】
まず、図２に示したように、チャンバー２０内のサセプタ２２の上に半導体基板２１を搭載する。また、半導体基板２１は、基板温度が４５０℃以下になるように、サセプタ２２の内部にあるヒータによって加熱する。
【０１６８】
次に、複数種類の原料ガスをチャンバー２０内に導入する。例えば、Ｌａを含むソースガスとしてＬａ（ＯＣ2Ｈ5）4を０.０３ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）、Ｔｉを含むソースガスとしてＴｉ（ＯＣ2Ｈ5）4を０.０５ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）、Ｂｉを含むソースガスとしてＢｉ［ＯＣ（ＣＨ3）2（ＣＨ2ＯＣＨ3）］3を０.０８ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態）の割合で混合された混合ガスを導入する。尚、図示されていないが、ソースガスは気化器を用いて気化されており、気化温度は３００℃である。また、酸化剤としての酸素ガスを流量１．５Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）でチャンバー２０内に導入する。さらに、チャンバー圧力を２．６６×１０2 Ｐａに設定する。このような条件下において、複数種類のソースガスが化学反応することにより、半導体基板２１の上に強誘電体膜１０が堆積される。なお、強誘電体膜１０には熱処理を施すためのアニールが実施される。このアニールは、例えば、ＲＴＡ（急速熱処理）法を用い、アニール温度６００［℃］、１ｍｉｎ間、酸素雰囲気下の条件で行なわれる。
【０１６９】
次に、強誘電体膜１０が形成された半導体基板２１をサセプタ２２から除去することにより、強誘電体膜１０の形成を終了する。
【０１７０】
このようにして形成された強誘電体膜１０の分極特性について図１８を参照しながら説明する。
【０１７１】
図１８に示すように、強誘電体膜１０の分極特性の評価結果によると、強誘電体膜１０の分極特性は、１．８Ｖ印加時に１８μＣ／ｃｍ2 を達成しており、強誘電体膜１０としても優れた分極特性を実現している。
【０１７２】
以上のように、第７の実施形態によると、第１の電極９に対して優れた段差被覆性を有する強誘電体膜１０を形成できると共に、複数種類のソースガスよりなる原料ガスの混合比を簡易な方法で決定することにより所望の組成比を有する強誘電体膜を形成することができる。
【０１７３】
なお、第７の実施形態においては、前記表３に示した条件下で、第１の強誘電体膜形成装置を用いた強誘電体膜の形成方法を説明したが、第２の強誘電体膜形成装置を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
以上のように、本発明は、段差被覆性の向上及び組成比の制御を可能にする強誘電体膜の製造方法に有用である。また、本発明は、強誘電体膜を有する半導体装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜を有する強誘電体容量素子の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る第１の強誘電体形成装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る第２の強誘電体形成装置の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法において、基板温度と段差被覆率との関係を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法において、チャンバー圧力と段差被覆率との関係を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法において、成長レートと段差被覆率との関係を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法を示すフロー図である。
【図８】本発明の第５の実施形態におけるＴａソースガスのＳｒソースガスに対する混合比と強誘電体膜におけるＳｒ組成比及びＢｉ組成比との関係を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態におけるＢｉソースガスのＳｒソースガスに対する混合比と強誘電体膜におけるＢｉ組成比との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜の断面を示すＳＥＭ画像図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜の分極特性を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法を示すフロー図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜の断面を示すＳＥＭ画像図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜の分極特性を示す図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法を示すフロー図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態におけるＢｉソースガスのＬａソースガスに対する混合比と強誘電体膜におけるＢｉ組成比との関係を示す図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態におけるＴｉソースガスのＬａソースガスに対する混合比と強誘電体膜におけるＬａ組成比及びＢｉ組成比との関係を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態に係る強誘電体膜の形成方法により形成された強誘電体膜の分極特性を示す図である。
【図１９】従来の強誘電体膜の形成方法に用いる強誘電体膜形成装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１、２１、３１  半導体基板
２  不純物拡散層
３  ゲート電極
４  電界効果型トランジスタ
５  保護絶縁膜
６  コンタクトプラグ
７  凹状の開口部
８  層間絶縁膜
９  第１の電極
１０  強誘電体膜
１１  第２の電極
２０、３０  チャンバー
２２、３２  サセプタ
２３、３３、３４  ガス導入路
２４、３６  圧力制御バルブ
２５、３７  ポンプ
２６、３８  ガス排出路
３５  ガスノズル
【図１】
2006032979.tif 000006
【図２】
2006032979.tif 000007
【図３】
2006032979.tif 000008
【図４】
2006032979.tif 000009
【図５】
2006032979.tif 000010
【図６】
2006032979.tif 000011
【図７】
2006032979.tif 000012
【図８】
2006032979.tif 000013
【図９】
2006032979.tif 000014
【図１１】
2006032979.tif 000015
【図１２】
2006032979.tif 000016
【図１４】
2006032979.tif 000017
【図１５】
2006032979.tif 000018
【図１６】
2006032979.tif 000019
【図１７】
2006032979.tif 000020
【図１８】
2006032979.tif 000021
【図１９】
2006032979.tif 000022
【図１０】
2006032979.tif 000023
【図１３】
2006032979.tif 000024