(57)【要約】【課題】正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜を積層した誘電膜を使用して、良好な漏れ電流特性と高い誘電率とを同時に満足させ得るキャパシタの誘電膜の形成方法、その誘電膜を用いたキャパシタ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】キャパシタの誘電膜の形成方法は、下部電極（２１）と上部電極（２４）上にジルコニウム酸化膜を蒸着するステップと、オゾン処理によってジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜（２２Ａ）上に正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜（２３）を蒸着するステップとを含み、下部電極（２１）及び上部電極（２４）の間に共に正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜（２２Ａ）及びタンタル酸化膜（２３）を形成することができ、漏れ電流特性をさらに向上し、かつ、キャパシタンスを大きくする効果がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジルコニウム酸化膜を蒸着する第１ステップと、
前記ジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える第２ステップと、
正方晶の結晶相を有する前記ジルコニウム酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を蒸着する第３ステップと
を含むことを特徴とするキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２ステップが、
オゾン処理により、前記ジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変えるステップであることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項３】
前記オゾン処理が、３００℃〜５００℃の範囲の温度で、１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲の濃度を有するオゾンを使用して行われる処理であることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項４】
前記第１ステップにおける前記ジルコニウム酸化膜の蒸着及び前記第３ステップにおける前記タンタル酸化膜の蒸着が、
単原子蒸着法により行われる蒸着であることを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか１項に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項５】
単原子蒸着法による前記ジルコニウム酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるジルコニウムソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記ジルコニウム酸化膜を４０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項６】
前記ジルコニウムソースが、
Ｚｒ［ＮＣ２Ｈ５ＣＨ３］４］、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＯＣＨ３］４、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４、ＺｒＣｌ４及びＺｒＩ４からなる群の中から選択されるいずれか１つをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされ、
前記パージガスの注入及び前記再度のパージガスの注入において注入されるパージガスが、実質的に同じタイプのガスであることを特徴とする請求項５に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項７】
単原子蒸着法による前記タンタル酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるタンタルソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記タンタル酸化膜を２０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であり、
前記パージガスの注入及び前記再度のパージガスの注入において注入されるパージガスが、実質的に同じタイプのガスであることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項８】
前記タンタルソースが、
塩化タンタルをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされることを特徴とする請求項７に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項９】
前記反応剤が、Ｏ３又はＯ２プラズマであることを特徴とする請求項５又は７に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１０】
前記パージガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項５又は７に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１１】
前記ジルコニウム酸化膜を蒸着する前記第１ステップ及び前記タンタル酸化膜を蒸着する前記第３ステップが、
１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の工程圧力及び２５０〜３５０℃の範囲の工程温度で行われることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１２】
前記第１〜第３ステップが、インサイチューで行われることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１３】
タンタル酸化膜を蒸着する第１ステップと、
前記タンタル酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える第２ステップと、
正方晶の結晶相を有する前記タンタル酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜を蒸着する第３ステップと
を含むことを特徴とするキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１４】
前記第２ステップが、
オゾン処理により、前記タンタル酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変えるステップであることを特徴とする請求項１３に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１５】
前記オゾン処理が、３００℃〜５００℃の範囲の温度で、１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲の濃度を有するオゾンを使用して行なわれ処理であることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１６】
前記第１ステップにおける前記ジルコニウム酸化膜の蒸着及び前記第３ステップにおける前記タンタル酸化膜の蒸着が、
単原子蒸着法により行われる蒸着であることを特徴とする請求項１３〜１５のうちの何れか１項に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１７】
単原子蒸着法による前記ジルコニウム酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるジルコニウムソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記ジルコニウム酸化膜を４０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１８】
前記ジルコニウムソースが、
Ｚｒ［ＮＣ２Ｈ５ＣＨ３］４］、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＯＣＨ３］４、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４、ＺｒＣｌ４及びＺｒＩ４からなる群の中から選択されるいずれか１つをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされることを特徴とする請求項１７に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項１９】
単原子蒸着法による前記タンタル酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるタンタルソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記タンタル酸化膜を２０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２０】
前記タンタルソースが、
塩化タンタルをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされることを特徴とする請求項１９に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２１】
前記反応剤が、Ｏ３又はＯ２プラズマであることを特徴とする請求項１７又は１９に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２２】
前記パージガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項１７又は１９に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２３】
前記ジルコニウム酸化膜を蒸着する前記第１ステップ及び前記タンタル酸化膜を蒸着する前記第３ステップが、
１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の工程圧力及び２５０〜３５０℃の範囲の工程温度で行われることを特徴とする請求項１７又は１９に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２４】
前記第１〜第３ステップが、インサイチューで行われることを特徴とする請求項１３に記載のキャパシタの誘電膜の形成方法。
【請求項２５】
下部電極を形成する第１ステップと、
前記下部電極上に、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜及び正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を積層して誘電膜を形成する第２ステップと、
前記誘電膜上に上部電極を形成する第３ステップと
を含むことを特徴とするキャパシタの製造方法。
【請求項２６】
前記誘電膜を形成する前記第２ステップが、
前記下部電極上にジルコニウム酸化膜を蒸着するステップと、
前記ジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、
正方晶の結晶相を有する前記ジルコニウム酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を蒸着するステップと
を含むことを特徴とする請求項２５に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２７】
前記誘電膜を形成する前記第２ステップが、
前記下部電極上にタンタル酸化膜を蒸着するステップと、
前記タンタル酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、
正方晶の結晶相を有する前記タンタル酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜を蒸着するステップと
を含むことを特徴とする請求項２５に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２８】
正方晶の結晶相に変える前記後処理ステップが、
オゾン処理により行われるステップであることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２９】
前記オゾン処理が、３００℃〜５００℃の範囲の温度で、１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲の濃度を有するオゾンを使用して行われる処理であることを特徴とする請求項２８に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３０】
前記ジルコニウム酸化膜を蒸着する前記ステップ及び前記タンタル酸化膜を蒸着する前記ステップにおける蒸着が、
単原子蒸着法により行われる蒸着であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３１】
単原子蒸着法による前記ジルコニウム酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるジルコニウムソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記ジルコニウム酸化膜を４０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であることを特徴とする請求項３０に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３２】
前記ジルコニウムソースが、
Ｚｒ［ＮＣ２Ｈ５ＣＨ３］４］、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＯＣＨ３］４、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４、ＺｒＣｌ４及びＺｒＩ４からなる群の中から選択されるいずれか１つをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされることを特徴とする請求項３１に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３３】
単原子蒸着法による前記タンタル酸化膜の前記蒸着が、
順に行なわれるタンタルソースの注入、パージガスの注入、反応剤の注入、及び再度のパージガスの注入で構成される単位サイクルを繰り返し行って、前記タンタル酸化膜を２０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成する蒸着であることを特徴とする請求項３０に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３４】
前記タンタルソースが、
塩化タンタルをプレカーサーとして使用して、０．１秒〜１０秒間フローされることを特徴とする請求項３３に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３５】
前記ジルコニウム酸化膜を蒸着する前記ステップ及び前記タンタル酸化膜を蒸着する前記ステップが、
１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の工程圧力及び２５０〜３５０℃の範囲の工程温度で行われることを特徴とする請求項３０に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３６】
前記ジルコニウム酸化膜を蒸着する前記ステップ、前記後処理ステップ、及び前記タンタル酸化膜を蒸着する前記ステップが、インサイチューで行われることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項３７】
下部電極と、
該下部電極上に形成され、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜及び正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を有する誘電膜と、
該誘電膜上に形成される上部電極と
を備えることを特徴とするキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に関し、特に、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜の積層を備えた誘電膜を形成する方法、その誘電膜を用いたキャパシタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＭＩＭキャパシタにおいて、誘電膜としては、大きいキャパシタンス及び漏れ電流が小さい良好な漏れ電流特性を確保するために、結晶性を有する高誘電体物質であるＨｆＯ２と、非結晶質の低誘電体物質であるＡｌ２Ｏ３とを積層して形成した３層のＨｆＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＨｆＯ２構造を主に用いている。
【０００３】
図１は、従来の技術に係るキャパシタの構造を示す断面図である。
【０００４】
同図に示すように、従来技術のキャパシタは、下部電極１１、下部電極１１上にＨｆＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＨｆＯ２構造を有する誘電膜１２、及び誘電膜１２上の上部電極１３を備える。
【０００５】
しかしながら、従来技術のＨｆＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＨｆＯ２構造を有する誘電膜１２の場合、誘電率を高めるためにＨｆＯ２を適用しているが、ＨｆＯ２の最も大きな問題点は、結晶化させると、漏れ電流特性が急激に劣化するという点にある。そのため、良好な漏れ電流特定を確保し得る範囲内でのみ結晶化させて使用している。
【０００６】
このように、キャパシタンスを増大させる上で大きい制約を受けることから、デザインルールが減少する場合、上記した従来技術の適用が極めて難しくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、正方晶の結晶相（結晶構造）を有するジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜が積層された誘電膜を使用して、良好な漏れ電流特性と高い誘電率とを同時に満足させ得るキャパシタの誘電膜の形成方法、その誘電膜を用いたキャパシタ及びそ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】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る第１のキャパシタの誘電膜の形成方法は、ジルコニウム酸化膜を蒸着するステップと、前記ジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、前記正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜上に正方晶の結晶相を有する前記タンタル酸化膜を蒸着するステップとを含むことを特徴とする。また、本発明に係る第２のキャパシタの誘電膜の形成方法は、タンタル酸化膜を蒸着するステップと、前記タンタル酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、前記正方晶の結晶相を有する前記タンタル酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜を蒸着するステップとを含むことを特徴する。前記正方晶の結晶相に変える前記後処理ステップは、オゾン処理により行われることができ、前記オゾン処理は、３００℃〜５００℃の範囲の温度で、１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲の濃度を有するオゾンを使用して行なわれることができる。
【０００９】
そして、本発明に係るキャパシタの製造方法は、下部電極を形成するステップと、前記下部電極上に正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜及び正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を積層して誘電膜を形成するステップと、前記誘電膜上に上部電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。前記誘電膜を形成する前記ステップは、前記下部電極上にジルコニウム酸化膜を蒸着するステップと、前記ジルコニウム酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、正方晶の結晶相を有する前記ジルコニウム酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜を蒸着するステップとを含むことができる。また、前記誘電膜を形成する前記ステップは、前記下部電極上にタンタル酸化膜を蒸着するステップと、前記タンタル酸化膜の結晶相を正方晶の結晶相に変える後処理ステップと、正方晶の結晶相を有する前記タンタル酸化膜上に、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜を蒸着するステップとを含んでもよい。前記正方晶の結晶相に変える前記後処理ステップは、オゾン処理により行われることができ、前記オゾン処理は、３００℃〜５００℃の範囲の温度で、１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲の濃度を有するオゾンを使用して行なわれることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜を積層してキャパシタの誘電膜を形成し、２つの誘電膜の全てが正方晶の結晶相を有する誘電膜になるように、各誘電膜を形成する処理の間にオゾン処理を実施するので、キャパシタの漏れ電流特性をより向上させ、かつ、キャパシタンスをより増大させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜を積層してキャパシタの誘電膜を形成することによって、比誘電率が極めて高くなり、有効酸化膜厚（Ｔｏｘ）が９Å以下となるので、デザインルールが減少しても充分なキャパシタンスを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの構造を示す断面図であり、図３は、本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの構造を示す断面図である。
【００１４】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係るキャパシタは、下部電極２１、下部電極２１上にジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）２２Ａとタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）２３とを順に積層した誘電膜１００、及び誘電膜１００上の上部電極２４を備える。
【００１５】
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係るキャパシタは、下部電極３１、下部電極３１上にタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）３２Ａとジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）３３とを順に積層した誘電膜２００、及び誘電膜２００上の上部電極３４を備える。
【００１６】
図２及び図３において、誘電膜１００、２００を構成するジルコニウム酸化膜２２Ａ、３３とタンタル酸化膜２３、３２Ａとは、全ての結晶相が正方晶の結晶相（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ  ｐｈａｓｅ）である。したがって、添付図面において、正方晶の結晶相であるジルコニウム酸化膜２２Ａ、３３及びタンタル酸化膜２３、３２Ａは、全てＴ−ＺｒＯ２、Ｔ−Ｔａ２Ｏ５で示されている。
【００１７】
このような正方晶の結晶相を得るために単原子蒸着法（ＡＬＤ）を使用し、２つの膜を蒸着する間にオゾン処理をすることにより正方晶の結晶相を容易に形成することができる。具体的な誘電膜の形成方法は後述する。
【００１８】
そして、下部電極２１、３１及び上部電極２４、３４には、メタル電極を使用し、メタル電極の材料としては、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ及びＨｆＮからなるグループの中から選択されるいずれか１つの物質が用いられる。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【００２０】
まず、図４Ａに示すように、下部電極２１を形成する。このとき、下部電極２１をメタル電極で形成し、メタル電極の材料としては、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ及びＨｆＮからなるグループの中から選択されるいずれか１つを使用し、下部電極２１の表面を、フッ酸（ＨＦ）又はＢＯＥを利用して洗浄する。
【００２１】
次に、下部電極２１が形成されたウエハを、単原子蒸着法（ＡＬＤ）による蒸着を行うチャンバー（図示せず）の内部にロード（配置）する。その後、以下に説明するように、チャンバーの内部でジルコニウム酸化膜２２を蒸着する。このとき、工程圧力は１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲、工程温度は２５０〜３５０℃の範囲に、それぞれ維持する。
【００２２】
まず、下部電極２１が形成された段階の基板を、単原子蒸着を行うチャンバーにロードし、ジルコニウムソースを注入するステップ（以下、ジルコニウムソース注入ステップとも記す）、パージガスを注入するステップ（以下、パージガス注入ステップとも記す）、反応剤を注入するステップ（以下、反応剤注入ステップとも記す）、及び再度のパージガスを注入するステップで構成されるサイクルを単位サイクルとして、ジルコニウム酸化膜２２が、設定された厚さに下部電極２１上に蒸着されるまで単位サイクルを繰り返し行う。
【００２３】
ジルコニウムソース注入ステップでは、基板を単原子蒸着チャンバー内にロードした後、ジルコニウムソースをチャンバーの内部に注入することにより、下部電極２１上にジルコニウムソースを吸着させる。このとき、ジルコニウムソースは、Ｚｒ［ＮＣ２Ｈ５ＣＨ３］４］、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＯＣＨ３］４、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４、ＺｒＣｌ４及びＺｒＩ４からなるグループの中から選択されるいずれか１つの物質をプレカーサー（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）として使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００２４】
次に、パージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、下部電極２１の表面に吸着されずに残留する未反応のジルコニウムソースをチャンバーから除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００２５】
次に、反応剤注入ステップでは、蒸着チャンバー内に反応剤を注入する。このとき、反応剤は、Ｏ３又はＯ２プラズマを使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００２６】
最後に、再度のパージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、未反応の反応剤及び反応副生成物を除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００２７】
上述した通り、ジルコニウムソース注入、パージガス注入、反応剤注入及びパージガス注入を単位サイクル（ワンサイクル）とする工程を繰り返し行って、所望の厚さのジルコニウム酸化膜２２を蒸着する。ここで、所望の厚さとは、４０Å〜１００Åの範囲の厚さである。
【００２８】
上記のように、ジルコニウム酸化膜２２を蒸着した後にはジルコニウム酸化膜２２の結晶相を正方晶にするために、図４Ｂに示すように、オゾン（Ｏ３）処理を行う。このとき、オゾン処理時の工程温度は、３００℃〜５００℃の範囲であり、オゾンの濃度は１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲であることが好ましい。
【００２９】
したがって、単原子蒸着法により蒸着されたジルコニウム酸化膜２２は、オゾン処理後に正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜２２Ａに変わる。以下、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜２２をＴ−ジルコニウム酸化膜（Ｔ−ＺｒＯ２）２２Ａと略称する。
【００３０】
次に、図４Ｃに示すように、Ｔ−ジルコニウム酸化膜２２Ａ上に２次誘電膜であるタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）２３を蒸着する。
【００３１】
単原子蒸着法（ＡＬＤ）を利用したタンタル酸化膜２３の蒸着方法について説明すると、次の通りである。このとき、工程圧力は１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲であり、工程温度は２５０〜３５０℃の範囲であり、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）２３を２０Å〜１００Åの範囲の厚さに蒸着する。
【００３２】
まず、オゾン処理によりＴ−ジルコニウム酸化膜２２Ａが形成された段階の基板をチャンバー内に配置したまま、チャンバーの内部にタンタルソースを注入するステップ（以下、タンタルソース注入ステップとも記す）、パージガスを注入するステップ、反応剤を注入するステップ及び再度のパージガスを注入するステップで構成されるサイクルを単位サイクルとして、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）２３が、設定された厚さにＴ−ジルコニウム酸化膜２２Ａ上に蒸着されるまで単位サイクルを繰り返し行う。
【００３３】
タンタルソース注入ステップでは、タンタルソースをチャンバーの内部に注入して、Ｔ−ジルコニウム酸化膜２２Ａ上にタンタルソースを吸着させる。このときのタンタルソースは、塩化タンタル（ＴａＣｌ５）をプレカーサーとして使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００３４】
次に、パージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、吸着されずに残留する未反応のタンタルソースをチャンバーから除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００３５】
次に、反応剤注入ステップでは、蒸着チャンバー内に反応剤を注入する。このとき、反応剤は、Ｏ３又はＯ２プラズマを使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００３６】
最後に、再度のパージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、未反応の反応剤及び反応副生成物を除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００３７】
上述したように、タンタルソース注入、パージガス注入、反応剤注入及び再度のパージガス注入を単位サイクル（ワンサイクル）とする工程を繰り返し行って、所望の厚さのタンタル酸化膜２３を蒸着する。ここで、所望の厚さとは、２０Å〜１００Åの範囲の厚さである。
【００３８】
上記した方法によりタンタル酸化膜２３を蒸着すると、タンタル酸化膜２３は正方晶の結晶相を有するように形成される。すなわち、Ｔ−ジルコニウム酸化膜２２Ａ上に単原子蒸着法によりタンタル酸化膜２３を蒸着すると、タンタル酸化膜２３も正方晶の結晶相を有するように形成される。したがって、タンタル酸化膜２３は、正方晶の結晶相を有するＴ−Ｔａ２Ｏ５となる。
【００３９】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【００４０】
図５Ａに示すように、下部電極３１を形成する。このとき、下部電極３１はメタル電極で形成し、メタル電極の材料としては、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ及びＨｆＮからなるグループの中から選択されるいずれか１つを使用し、下部電極３１の表面を、フッ酸（ＨＦ）又はＢＯＥを利用して洗浄する。
【００４１】
次に、下部電極３１が形成されたウエハを、単原子蒸着法（ＡＬＤ）による蒸着を行うチャンバー（図示せず）の内部にロードする。その後、以下に説明するように、チャンバーの内部でタンタル酸化膜３２を蒸着する。このとき、工程圧力は１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲、工程温度は２５０〜３５０℃の範囲に、それぞれ維持する。
【００４２】
単原子蒸着法（ＡＬＤ）を利用したタンタル酸化膜３２の蒸着方法について説明すると、次の通りである。このとき、工程圧力は１３．３３Ｐａ〜１３３３．２２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲であり、工程温度は２５０〜３５０℃の範囲であり、タンタル酸化膜３２を２０Å〜１００Åの範囲の厚さに蒸着する。
【００４３】
まず、チャンバーの内部で、タンタルソースを注入するステップ、パージガスを注入するステップ、反応剤を注入するステップ、及び再度のパージガスを注入するステップで構成されるサイクルを単位サイクルとして、タンタル酸化膜３２が、設定された厚さに下部電極３１上に蒸着されるまで単位サイクルを繰り返し行う。
【００４４】
タンタルソース注入ステップでは、タンタルソースをチャンバーの内部に注入して、下部電極３１上にタンタルソースを吸着させる。このときのタンタルソースは、塩化タンタル（ＴａＣｌ５）をプレカーサーとして使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００４５】
次に、パージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、吸着されずに残留する未反応のタンタルソースをチャンバーから除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００４６】
次に、反応剤注入ステップでは、蒸着チャンバー内に反応剤を注入する。このとき、反応剤は、Ｏ３又はＯ２プラズマを使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００４７】
最後に、再度のパージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、未反応の反応剤及び反応副生成物を除去する。このときのパージガスは不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００４８】
上述した通り、タンタルソース注入（Ｔ１）、パージガス注入（Ｔ２）、反応剤注入（Ｔ３）及び再度のパージガス注入（Ｔ４）を単位サイクル（ワンサイクル）とする工程を繰り返し行って、所望の厚さのタンタル酸化膜３２を蒸着する。ここで、所望の厚さとは、２０Å〜１００Åの範囲の厚さである。
【００４９】
上記した方法によりタンタル酸化膜３２を蒸着した後、タンタル酸化膜３２の結晶相を正方晶にするために、図５Ｂに示すように、オゾン（Ｏ３）処理を行う。このときのオゾン処理時の工程温度は３００℃〜５００℃の範囲、オゾンの濃度は１８０ｇ／ｍ３〜３００ｇ／ｍ３の範囲であることが好ましい。
【００５０】
したがって、単原子蒸着法により蒸着されたタンタル酸化膜３２は、オゾン処理後に正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜３２Ａに変わる。以下、正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜３２をＴ−タンタル酸化膜（Ｔ−Ｔａ２Ｏ５）３２Ａと略称する。
【００５１】
図５Ｃに示すように、Ｔ−タンタル酸化膜３２Ａ上に２次誘電膜であるジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）３３を蒸着する。
【００５２】
単原子蒸着法（ＡＬＤ）を利用したジルコニウム酸化膜の蒸着方法について説明すると、次の通りである。
【００５３】
まず、Ｔ−タンタル酸化膜３２Ａまで形成された基板を、単原子蒸着を行うチャンバーにロードし、ジルコニウムソースを注入するステップ、パージガスを注入するステップ、反応剤を注入するステップ及び再度のパージガスを注入するステップで構成されたサイクルを単位サイクルとして、ジルコニウム酸化膜３３が、設定された厚さにＴ−タンタル酸化膜３２Ａ上に蒸着されるまで単位サイクルを繰り返し行う。
【００５４】
ジルコニウムソース注入ステップでは、基板を単原子蒸着チャンバー内にロードした後、ジルコニウムソースをチャンバーの内部に注入して、Ｔ−タンタル酸化膜３２Ａ上にジルコニウムソースを吸着させる。このとき、ジルコニウムソースは、Ｚｒ［ＮＣ２Ｈ５ＣＨ３］４］、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＯＣＨ３］４、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４、ＺｒＣｌ４及びＺｒＩ４からなるグループの中から選択されるいずれか１つをプレカーサーとして使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００５５】
次に、パージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、Ｔ−タンタル酸化膜３２Ａの表面に吸着されずに残留する未反応のジルコニウムソースをチャンバーから除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００５６】
次に、反応剤注入ステップでは、蒸着チャンバー内に反応剤を注入する。このとき、反応剤は、Ｏ３又はＯ２プラズマを使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００５７】
最後に、再度のパージガス注入ステップでは、蒸着チャンバー内にパージガスを注入して、未反応の反応剤及び反応副生成物を除去する。このとき、パージガスは、不活性ガスであるＡｒ、Ｈｅ又はＮ２ガスを単独又は混合して使用し、０．１秒〜１０秒間フローさせる。
【００５８】
上述したように、ジルコニウムソース注入、パージガス注入、反応剤注入及び再度のパージガス注入を単位サイクル（ワンサイクル）とする工程を繰り返し行って、所望の厚さのジルコニウム酸化膜３３を蒸着する。ここで、所望の厚さとは、４０Å〜１００Åの範囲の厚さである。
【００５９】
上記した方法によりジルコニウム酸化膜３３を蒸着すると、ジルコニウム酸化膜３３は正方晶の結晶相を有する。すなわち、Ｔ−タンタル酸化膜３２Ａ上に単原子蒸着法によりジルコニウム酸化膜３３を蒸着すると、ジルコニウム酸化膜３３も正方晶の結晶相を有するように形成される。
【００６０】
第１及び第２の実施形態において、ジルコニウム酸化膜の蒸着、オゾン処理及びタンタル酸化膜の蒸着は、インサイチューで行う。
【００６１】
上述した実施形態によれば、従来のＨｆＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＨｆＯ２の３層の多層誘電膜の代わりに、Ｔａ２Ｏ５／ＺｒＯ２又はＺｒＯ２／Ｔａ２Ｏ５の２層の誘電膜を使用する。このとき、最初に蒸着する１次誘電膜であるジルコニウム酸化膜（又はタンタル酸化膜）を適切な厚さに蒸着した後、オゾン処理により正方晶の結晶相を有する誘電膜にする。そして、２次誘電膜として、タンタル酸化膜（又はジルコニウム酸化膜）を蒸着する。このとき、タンタル酸化膜（又はジルコニウム酸化膜）も、正方晶の結晶相を有するように蒸着する。すなわち、正方晶の結晶相を有する１次誘電膜をバッファ膜として、適切な工程温度で適切な厚さに蒸着することにより、正方晶の結晶相を有する２次誘電膜、即ちタンタル酸化膜（又はジルコニウム酸化膜）を蒸着することができる。すなわち、正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜（又はタンタル酸化膜）上においてタンタル酸化膜（又はジルコニウム酸化膜）の蒸着が行われるため、タンタル酸化膜（又はジルコニウム酸化膜）も正方晶の結晶相を有するように形成される。
【００６２】
上記のように、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜の積層が全て正方晶の結晶相を有する場合、異なる結晶相を有する場合に比べて漏れ電流特性に優れている（漏れ電流が少ない）という長所がある。
【００６３】
そして、ジルコニウム酸化膜の場合、立方晶（Ｃｕｂｉｃ）の結晶相であるときに比誘電率が約２３である反面、正方晶の結晶相では比誘電率が約４０となり、約２倍に増大する。すなわち、漏れ電流特性がより良くなるにつれて、従来よりも極めて高いキャパシタンスを得ることができる。タンタル酸化膜の場合も、非晶質のとき、比誘電率が約２０であるが、結晶化するにつれて、約２５〜５０の比誘電率を有するようになり、キャパシタンスを向上させることができる。
【００６４】
即ち、キャパシタの誘電膜を、１次誘電膜の蒸着、オゾン処理及び２次誘電膜の蒸着の順に処理を行って形成するのであるが、このとき、各誘電膜に対して工程温度及び蒸着厚を適切に調節することによって、キャパシタの誘電膜は正方晶の結晶相を有する誘電膜として形成される。その結果、優れた漏れ電流特性を確保し、かつ、高いキャパシタンスを実現することができる誘電膜を形成することができる。
【００６５】
上述のように、本発明によれば、キャパシタの誘電膜として、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜を積層して使用し、２つの誘電膜の全てが正方晶の結晶相を有する誘電膜になるように、各誘電膜を形成する処理の間にオゾン処理を実行することにより、漏れ電流特性がさらに向上し、かつ、キャパシタンスも大きく増大するという効果を奏することができる。
【００６６】
また、本発明は、キャパシタの誘電膜として、ジルコニウム酸化膜及びタンタル酸化膜を積層して使用することによって、比誘電率が極めて高くなって、有効酸化膜厚（Ｔｏｘ）が９Å以下となるので、デザインルールが減少しても充分なキャパシタンスを確保することができるという効果を奏する。
【００６７】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来の技術に係るキャパシタの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの構造を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の第２の実施形態に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２１、３１      下部電極
２２Ａ、３３    正方晶の結晶相を有するジルコニウム酸化膜
２３、３２Ａ    正方晶の結晶相を有するタンタル酸化膜
２４、３４      上部電極
【図１】
2008010812.tif 000003
【図２】
2008010812.tif 000004
【図３】
2008010812.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008010812.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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