(57)【要約】【課題】酸素雰囲気下での熱処理に起因したコンタクト不良の発生を防止可能なスタック型メモリセル構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、基板(101)上の第１の導電層(103a)及び第２の導電層(103b)と、第１の絶縁膜(104)と、第１のプラグ(106a)及び第２のプラグ(106b)と、第１のプラグ(106a)と電気的に接続する第１の金属膜(107a)と、第２のプラグ(106b)と電気的に接続する第２の金属膜(107b)と、第２の金属膜(107b)を露出する開口部(109a)を有する金属酸化膜(109)と、金属酸化膜(109)上に形成された第３の金属膜(110)とを備える。第２の金属膜(107b)は、開口部(109a)を介して第３の金属膜(110)と接続しており、第２のプラグ(106b)の上には、第２の金属膜(107b)及び金属酸化膜(109)が存在している。【選択図】図２
2008016557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグと、
前記第１の絶縁膜及び前記第１のプラグの上に形成され、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、
前記第１の絶縁膜及び前記第２のプラグの上に前記第１の金属膜と離間するように形成され、前記第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜と、
前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の上に形成され、前記第２の金属膜を露出する開口部を有する金属酸化膜と、
前記開口部内を含む前記金属酸化膜上に形成された第３の金属膜とを備え、
前記第２の金属膜は、前記開口部を介して前記第３の金属膜と接続しており、
前記第２のプラグの上には、前記第２の金属膜及び前記金属酸化膜が存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグと、
前記第１の絶縁膜の上に形成され、前記第１のプラグの上方に位置する第１の開口部と、第２の開口部とを有する第２の絶縁膜と、
少なくとも前記第１の開口部の底部及び側壁部に形成され、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、
少なくとも前記第２の開口部の底部及び側壁部に形成され、前記第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜と、
前記第１の金属膜、前記第２の金属膜及び前記第２の絶縁膜の上に形成され、前記第２の金属膜を露出する第３の開口部を有する金属酸化膜と、
前記第３の開口部内を含む前記金属酸化膜上に形成された第３の金属膜とを備え、
前記第２の金属膜は、前記第３の開口部を介して前記第３の金属膜と接続しており、
前記第２のプラグの上には、前記第２の絶縁膜が存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記第１のプラグと前記第１の金属膜との間には第１の拡散防止膜が形成されており、
前記第２のプラグと前記第２の金属膜との間には、前記第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜が形成されており、
前記第２のプラグの上には、前記第２の絶縁膜及び前記第２の拡散防止膜が存在していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の金属膜と前記第３の金属膜とは、前記第１のプラグと前記第２のプラグとの間の領域で接続されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、
前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグと、
前記第１のプラグの上に形成された第１の拡散防止膜と、
前記第２のプラグの上に形成され、前記第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜が形成されており、
前記第１の拡散防止膜、前記第２の拡散防止膜及び前記第１の絶縁膜の上に形成され、前記第１の拡散防止膜を露出する第１の開口部と、前記第２の拡散防止膜を露出する第２の開口部とを有する第２の絶縁膜と、
少なくとも前記第１の開口部の底部及び側壁部に形成され、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、
前記第１の金属膜及び前記第２の絶縁膜の上に形成された金属酸化膜と、
前記金属酸化膜の上及び前記第２の開口部の底部及び側壁部に形成された第２の金属膜とを備え、
前記第２のプラグの上には、前記第２の拡散防止膜及び前記第２の絶縁膜が存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記金属酸化膜は高誘電率の誘電体膜よりなることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属酸化膜は強誘電体膜よりなることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属酸化膜は抵抗膜よりなることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜に、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、前記第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜とを形成する工程と、
前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の上に、前記第２の金属膜を露出する開口部を有する金属酸化膜を形成する工程と、
前記開口部内を含む前記金属酸化膜上に、前記開口部を介して前記第２の金属膜と接続するように第３の金属膜を形成する工程とを備え、
前記第２のプラグの上には、前記第２の金属膜及び前記金属酸化膜が存在していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜に、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜に、前記第１のプラグの上方に位置する第１の開口部と、前記第２のプラグの上方に位置する第２の開口部とを形成する工程と、
少なくとも前記第１の開口部の底部及び側壁部に、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜を形成すると共に、前記第２の開口部の底部及び側壁部に、前記第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜、前記第２の金属膜及び前記第２の絶縁膜の上に、前記第２の金属膜を露出する第３の開口部を有する金属酸化膜を形成する工程と、
前記第３の開口部を含む前記金属酸化膜の上に、前記第３の開口部を介して前記第２の金属膜と接続するように第３の金属膜を形成する工程を備え、
前記第２のプラグの上には、前記第２の絶縁膜が存在していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１のプラグ及び前記第２のプラグを形成する工程と前記第２の絶縁膜を形成する工程との間に、前記第１の絶縁膜及び前記第１のプラグの上に第１の拡散防止膜を形成すると共に、前記第１の絶縁膜及び前記第２のプラグの上に、前記第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜を形成する工程をさらに備え、
前記第２のプラグの上には、前記第２の絶縁膜と前記第２の拡散防止膜とが存在していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の金属膜を形成する工程よりも後に、熱処理により、前記金属酸化膜を結晶化させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、
前記基板、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜に、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第１の導電層と接続する第１のプラグと、前記第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が前記第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜及び前記第１のプラグの上に第１の拡散防止膜を形成すると共に、前記第１の絶縁膜及び前記第２のプラグの上に、前記第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に、前記第１の拡散防止膜及び前記第２の拡散防止膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜に、前記第１の拡散防止膜を露出する第１の開口部と、前記第２の拡散防止膜を露出する第２の開口部とを形成する工程と、
少なくとも前記第１の開口部の底部及び側壁部に、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜及び前記第２の絶縁膜の上に金属酸化膜を形成する工程と、
前記金属酸化膜の上並びに前記第２の開口部の底部及び側壁部に第２の金属膜を形成する工程とを備え、
前記第２のプラグの上には、前記第２の拡散防止膜及び前記第２の絶縁膜が存在していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の金属膜を形成する工程よりも後に、熱処理により、前記金属酸化膜を結晶化させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の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、高誘電体膜を用いた容量素子を備えた揮発性メモリ、強誘電体膜を用いた容量素子を備えた不揮発性メモリ、抵抗値が変化する抵抗素子を備えた不揮発性メモリ、及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを処理したり、保存したりする必要が増大する傾向にあり、電子機器が一段と高度化され、使用される半導体装置及び半導体素子の微細化が急速に進んできている。このため、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の高集積化を実現するために、従来の珪素酸化物又は窒化物の代わりに高誘電率を有する誘電体（以下、高誘電体と呼ぶ）を記憶容量素子の容量膜として用いる技術が広く研究開発されている。また、Ｔａ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５といった金属酸化膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜よりも誘電率が大きいため、容量膜の面積を小さくすることができる。
【０００３】
また、情報セキュリティに対して高度な暗号化技術が必要とされており、低電圧で動作し且つ高速で書き込み及び読み出しが可能な不揮発性メモリが要望されている。自発分極特性を有する強誘電体を用いたＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）が実用化されている。ＦｅＲＡＭの容量膜としては、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３  （０＜ｘ＜１、通称ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（通称ＳＢＴ）、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９（通称ＳＢＮ）、ＳｒＢｉ２（Ｔａ１−ｘＮｂｘ）２Ｏ９（０＜ｘ＜１、通称ＳＢＴＮ）、及びＢｉ３．２５Ｌａ０．７５Ｔｉ３Ｏ１２（通称ＢＬＴ）等のペロブスカイト構造をもった金属酸化物がよく用いられている。これらの材料はヒステリシス特性を持つため不揮発性メモリを実現できる。
【０００４】
さらに、最近では、抵抗値が変化する膜を用いたＲｅＲＡＭ (Resistance Random Access Memory)の研究開発も行われている。ＲｅＲＡＭでは、印加する電圧パルスの極性に応じて高抵抗状態と低抵抗状態とに変化することを利用し、各状態を“１”と“０”に対応させることによって不揮発性メモリとして応用しているものである。
【０００５】
上記の各種メモリにおいては、メモリセルの小面積化を可能にするスタック型メモリセル構造が用いられている。この構造では、容量素子の下部電極の電位は下部のコンタクトよりも下方に引き出される。一方、上部電極の電位については、通常、上部のコンタクトよりも上層の配線に引き出される。これに対して、例えば特許文献１〜４に示される構造では、上部電極の電位は、下部電極及び下部のコンタクトを通じて下方に引き出されている。この構造を用いると、上部へのコンタクトが不要になるため工程数を削減することができること、特に、ＦｅＲＡＭで必要になる水素拡散防止膜の形成が容易になること等の利点がある。
【０００６】
以下、従来のスタック型メモリセル構造を用いた半導体装置について、図１１を参照しながら説明する。
【０００７】
図１１は従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【０００８】
図１１に示すように、半導体基板１１上には、素子形成領域を区画する素子分離領域１２が形成されており、半導体基板１１における素子形成領域の表層部には、ソース又はドレイン領域となる不純物拡散層１３が形成されている。さらに、素子分離領域１２及び不純物拡散層１３の上には第１の層間膜１４が形成されており、該第１の層間膜１４には、該第１の層間膜１４を貫通し且つ下端が不純物拡散層１３に接続する第１の導電性プラグ１６ａ及び第２の導電性プラグ１６ｂが形成されている。第１の層間膜１４の上には、下面が第１の導電性プラグ１６ａの上端を覆う第１の金属膜２０ａと、下面が第２の導電性プラグ１６ｂの上端を覆う第２の金属膜２０ｂとが形成されている。第１の層間膜１４の上には、第１の金属膜２０ａ同士の間、及び第１の金属膜２０ａと第２の金属膜２０ｂとの間を埋め込むように、スペーサ膜としての第２の層間膜１８が形成されている。
【０００９】
第２の層間膜１８、第１の金属膜２０ａ、及び第２の金属膜２０ｂの上には、第２の金属膜２０ｂを露出するコンタクト開口２１ａを有する強誘電体膜よりなる金属酸化膜２１が形成されている。コンタクト開口２１ａ内を含んで金属酸化膜２１の上には、第３の金属膜２２が形成されている。このように、第１の金属膜２０ａ（下部電極）、金属酸化膜２１（容量絶縁膜）及び第３の金属膜２２（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜２２は、第３の金属膜２２におけるコンタクト開口２１ａ内の部分、第２の金属膜２０ｂ、及び第２の導電性プラグ１６ｂを介して、不純物拡散層１３に電気的に接続されている。
【００１０】
このような構成では、上部電極となる第３の金属膜２２の電位を引き出すために、第３の金属膜２２の上方へ引き出す構造が不要になって工程が簡素化し、製造コストを引き下げることができる。また、金属酸化膜２１を構成する強誘電体膜は、拡散工程中に発生する水素による劣化するが、このような構成では、容量素子全体を水素拡散防止膜で被覆する構造を容易に実現することが可能となる。
【特許文献１】特許第２８９８６８６号
【特許文献２】特願２００５−１６９５５６号
【特許文献３】特願２０００−２８８４６８号
【特許文献４】特願２００４−７８２２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来のスタック型メモリセル構造を有する半導体装置では、第３の金属膜２２（上部電極）を形成した後に行う酸素雰囲気下での高温の熱処理により、第２の導電性プラグ１６ｂが酸化し、その結果、コンタクト不良が生じるという問題があった。
【００１２】
前記に鑑み、本発明の目的は、酸素雰囲気下での熱処理に起因したコンタクト不良の発生を防止可能なスタック型メモリセル構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る半導体装置は、基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグと、第１の絶縁膜及び第１のプラグの上に形成され、第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、第１の絶縁膜及び第２のプラグの上に第１の金属膜と離間するように形成され、第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜と、第１の金属膜及び第２の金属膜の上に形成され、第２の金属膜を露出する開口部を有する金属酸化膜と、開口部内を含む金属酸化膜上に形成された第３の金属膜とを備え、第２の金属膜は、開口部を介して第３の金属膜と接続しており、第２のプラグの上には、第２の金属膜及び金属酸化膜が存在している。
【００１４】
本発明の第１の側面に係る半導体装置によると、第２のプラグの上には、第３の金属膜に比して酸素が拡散しにくい金属酸化膜が存在する構造を有しているので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００１５】
本発明の第２の側面に係る半導体装置は、基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグと、第１の絶縁膜の上に形成され、第１のプラグの上方に位置する第１の開口部と、第２の開口部とを有する第２の絶縁膜と、少なくとも第１の開口部の底部及び側壁部に形成され、第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、少なくとも第２の開口部の底部及び側壁部に形成され、第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜と、第１の金属膜、第２の金属膜及び第２の絶縁膜の上に形成され、第２の金属膜を露出する第３の開口部を有する金属酸化膜と、第３の開口部内を含む金属酸化膜上に形成された第３の金属膜とを備え、第２の金属膜は、第３の開口部を介して第３の金属膜と接続しており、第２のプラグの上には、第２の絶縁膜が存在していることを特徴とする半導体装置。
【００１６】
本発明の第２の側面に係る半導体装置によると、第２のプラグの上には、第３の金属膜に比して酸素が拡散しにくい第２の絶縁膜が存在する構造を有しているので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００１７】
本発明の第２の側面に係る半導体装置において、第１のプラグと第１の金属膜との間には第１の拡散防止膜が形成されており、第２のプラグと第２の金属膜との間には、第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜が形成されており、第２のプラグの上には、第２の絶縁膜と第２の拡散防止膜とが存在している構造であってもよい。
【００１８】
本発明の第２の側面に係る半導体装置において、第２の金属膜と第３の金属膜とは、第１のプラグと第２のプラグとの間の領域で接続されていれば、微細化に適した構造として好ましい。
【００１９】
本発明の第３の側面に係る半導体装置は、基板上に互いに離間して形成された第１の導電層及び第２の導電層と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグと、第１のプラグの上に形成された第１の拡散防止膜と、第２のプラグの上に形成され、第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜が形成されており、第１の拡散防止膜、第２の拡散防止膜及び第２の絶縁膜の上に形成され、第１の拡散防止膜を露出する第１の開口部と、第２の拡散防止膜を露出する第２の開口部とを有する第２の絶縁膜と、少なくとも第１の開口部の底部及び側壁部に形成され、第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、第１の金属膜及び第２の絶縁膜の上に形成された金属酸化膜と、金属酸化膜の上及び第２の開口部の底部及び側壁部に形成された第２の金属膜とを備え、第２のプラグの上には、第２の拡散防止膜及び第２の絶縁膜が存在している。
【００２０】
本発明の第３の側面に係る半導体装置によると、第２のプラグの上には、第２の金属膜に比して酸素が拡散しにくい第２の絶縁膜が存在する構造を有しているので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００２１】
本発明の第１〜３の側面に係る半導体装置において、金属酸化膜は高誘電率の誘電体膜よりなる場合には、容量素子を備えた揮発性メモリにおいて、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００２２】
本発明の第１〜３の側面に係る半導体装置において、金属酸化膜は強誘電体膜よりなる場合には、容量素子を備えた不揮発性メモリにおいて、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００２３】
本発明の第１〜３の側面に係る半導体装置において、金属酸化膜は抵抗膜よりなる場合には、抵抗値が変化する抵抗素子を備えた不揮発性メモリにおいて、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性が得られる。
【００２４】
また、前記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る半導体装置の製造方法は、基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜に、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、前記第１の絶縁膜の上に、前記第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜と、前記第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜とを形成する工程と、第１の金属膜及び第２の金属膜の上に、第２の金属膜を露出する開口部を有する金属酸化膜を形成する工程と、開口部内を含む金属酸化膜上に、開口部を介して第２の金属膜と接続するように第３の金属膜を形成する工程とを備え、第２のプラグの上には、第２の金属膜及び金属酸化膜が存在している。
【００２５】
本発明の第１の側面に係る半導体装置の製造方法によると、第２のプラグの上には、第３の金属膜に比して酸素が拡散しにくい金属酸化膜が存在する構造を形成するので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性を持つ半導体装置を提供することができる。
【００２６】
本発明の第２の側面に係る半導体装置の製造方法は、基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜に、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜に、第１のプラグの上方に位置する第１の開口部と、前記ぢあ２のプラグの上方に位置する第２の開口部とを形成する工程と、少なくとも第１の開口部の底部及び側壁部に、第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜を形成すると共に、第２の開口部の底部及び側壁部に、第２のプラグと電気的に接続する第２の金属膜を形成する工程と、第１の金属膜、第２の金属膜及び第２の絶縁膜の上に、第２の金属膜を露出する第３の開口部を有する金属酸化膜を形成する工程と、第３の開口部を含む金属酸化膜の上に、第３の開口部を介して第２の金属膜と接続するように第３の金属膜を形成する工程を備え、第２のプラグの上には、第２の絶縁膜が存在している。
【００２７】
本発明の第２の側面に係る半導体装置の製造方法によると、第２のプラグの上には、第３の金属膜に比して酸素が拡散しにくい第２の絶縁膜が存在する構造を形成するので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性を持つ半導体装置を提供することができる。
【００２８】
本発明の第２の側面に係る半導体装置の製造方法において、第１のプラグ及び第２のプラグを形成する工程と第２の絶縁膜を形成する工程との間に、第１の絶縁膜及び第１のプラグの上に第１の拡散防止膜を形成すると共に、第１の絶縁膜及び第２のプラグの上に、第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜を形成する工程をさらに備え、第２のプラグの上には、第２の絶縁膜と第２の拡散防止膜とが存在していることが好ましい。
【００２９】
本発明の第１又は第２の側面に係る半導体装置の製造方法において、第３の金属膜を形成する工程よりも後に、熱処理により、金属酸化膜を結晶化させる工程をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、良好なリーク電流又は耐圧をもった半導体装置を実現できる。
【００３１】
本発明の第３の側面に係る半導体装置の製造方法は、基板上に互いに離間するように第１の導電層及び第２の導電層を形成する工程と、基板、第１の導電層及び第２の導電層の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜に、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第１の導電層と接続する第１のプラグと、第１の絶縁膜を貫通し且つ下端が第２の導電層と接続する第２のプラグとを形成する工程と、第１の絶縁膜及び第１のプラグの上に第１の拡散防止膜を形成すると共に、第１の絶縁膜及び第２のプラグの上に、第１の拡散防止膜と離間するように第２の拡散防止膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の上に、第１の拡散防止膜及び第２の拡散防止膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜に、第１の拡散防止膜を露出する第１の開口部と、第２の拡散防止膜を露出する第２の開口部とを形成する工程と、少なくとも第１の開口部の底部及び側壁部に、第１のプラグと電気的に接続する第１の金属膜を形成する工程と、第１の金属膜及び第２の絶縁膜の上に金属酸化膜を形成する工程と、金属酸化膜の上並びに第２の開口部の底部及び側壁部に第２の金属膜を形成する工程とを備え、第２のプラグの上には、第２の拡散防止膜及び第２の絶縁膜が存在している。
【００３２】
本発明の第３の側面に係る半導体装置の製造方法によると、第２のプラグの上には、第２の金属膜に比して酸素が拡散しにくい第２の絶縁膜が存在する構造を形成するので、第１のプラグが酸化しない限度の温度で熱処理をしても、第２のプラグが酸化してコンタクト不良を起こすことのない良好な耐熱性を持つ半導体装置を提供することができる。
【００３３】
本発明の第３の側面に係る半導体装置の製造方法において、第２の金属膜を形成する工程よりも後に、熱処理により、金属酸化膜を結晶化させる工程をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、良好なリーク電流又は耐圧をもった半導体装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の一側面に係る半導体装置及びその製造方法によると、酸素雰囲気下での熱処理に起因した導電性プラグの酸化を防止して、コンタクト不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
まず、以下の本発明の各実施形態に共通する技術的思想について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
本願発明者は、前述したコンタクト不良が生じるという問題に対して鋭意検討を重ねた結果、その問題の原因を見出した。
【００３８】
すなわち、従来例（図１１参照）では、第２の導電性プラグ（１６ｂ）の直上に位置する金属酸化膜（２１）にコンタクト開口（２１ａ）が形成されており、該コンタクト開口（２１ａ）において、第２の金属膜（２０ｂ）と第３の金属膜（２２）とが直接接続している構造となっていることが原因であることが判明した。以下に具体的に説明します。
【００３９】
図１（ａ）は、第３の金属膜（２２）の結晶構造の模式図を示している。
【００４０】
図１（ａ）に示すように、上部電極を構成する第３の金属膜（２２）は、通常、白金よりなるスパッタ膜がよく用いられ、該スパッタ膜は柱状結晶１ａが横に並んだ多結晶膜である。粒界１ｂは欠陥が多く疎であるため、粒界１ｂを介して酸素が容易に拡散する。とりわけ、３つの柱状結晶１ａ間に位置する粒界１ｃでは、酸素が高速に拡散する。このように、柱状結晶構造よりなる第３の金属膜（２２）には、粒界１ｂ及び１ｃを介して主として縦方向に酸素が容易に拡散する径路が存在している。
【００４１】
一方、図１（ｂ）は、金属酸化膜（２１）を構成する代表的な材料であるＡＢＯ３  （但し、Ａ及びＢは金属）型のペロブスカイトの結晶構造の模式図を示している。
【００４２】
図１（ｂ）に示すように、ＡＢＯ３  型のペロブスカイトの結晶構造では、面心立方の中心に金属Ｂ、各頂点に金属Ａ、各平面の中心に酸素Ｏが配置されている。このように、各酸素原子は互いに近接しているため、結晶内において、酸素原子の移動が可能になる。
【００４３】
ここで、上述した２種類の材料を比較すると、上部電極を構成する第３の金属膜（２２）の場合、酸素は粒界を通じた拡散である一方、金属酸化膜（２１）の場合、酸素は結晶内における拡散であるため、第３の金属膜（２２）の場合の方が金属酸化膜（２１）の場合よりも酸素が容易に拡散する。
【００４４】
したがって、第１の導電性プラグ（１６ａ）の直上の構造と第２の導電性プラグ（１６ｂ）の直上の構造とを比較すると、第１の導電性プラグ（１６ａ）の直上には、第１の金属膜２０ａと第３の金属膜２２との間に金属酸化膜２１が介在しているが、第２の導電性プラグ（１６ｂ）の直上には、金属酸化膜（２１）を介さずに第２の金属膜２０ｂと第３の金属膜２２とが直接接続している。それゆえ、同じ熱処理下に第１の導電性プラグ（１６ａ）及び第２の導電性プラグ（１６ｂ）を置いても、第２の導電性プラグ（１６ｂ）の方が多くの酸素に晒されることになる。以上の理由から、第１の導電性プラグ（１６ａ）が酸化しない限度の温度で熱処理をしていても、第２の導電性プラグ（１６ｂ）が酸化してコンタクト不良が生じてしまうことが分かった。
【００４５】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、上部電極の電位を下方に引き出す構造において、金属酸化膜を介さずに直接接続された上部電極を構成する上部の金属膜と下部の金属膜とのコンタクト部分を第２の導電性プラグの直上からずらし、第２の導電性プラグの直上には上部電極を構成する金属膜よりも酸素が拡散しにくい材料を配置することにより、コンタクト不良が発生する事態を防止できる構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【００４６】
以下に、本発明を具体化する各実施形態について説明する。
【００４７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【００４９】
図２に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板１０１上に、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域１０２が形成されており、素子形成領域の表層部には、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域１０３ａ（第１の導電層）及び第２の不純物拡散領域１０３ｂ（第２の導電層）が形成されている。
【００５０】
また、素子分離領域１０２、第１の不純物拡散領域１０３ａ、及び第２の不純物拡散領域１０３ｂの上には、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜１０４が形成されている。第１の層間膜１０４の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜１０５が形成されている。第１の層間膜１０４及び下部水素拡散防止膜１０５には、該第１の層間膜１０４及び下部水素拡散防止膜１０５を貫通し、下端が第１の不純物拡散領域１０３ａに接続する例えばタングステンよりなる第１の導電性プラグ１０６ａが形成されていると共に、下端が第２の不純物拡散領域１０３ｂに接続する例えばタングステンよりなる第２の導電性プラグ１０６ｂが形成されている。
【００５１】
また、下部水素拡散防止膜１０５の上には、第１の導電性プラグ１０６ａの上端を覆う第１の金属膜１０７ａと、第２の導電性プラグ１０６ｂの上端を覆う第２の金属膜１０７ｂとが形成されている。なお、例えば、第１の金属膜１０７ａ及び第２の金属膜１０７ｂは、それぞれ、下層から順に、膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  、及び膜厚５０ｎｍのＰｔが積層された積層膜である。ＴｉＡｌＮ、Ｉｒ、及びＩｒＯ２  は、酸素の拡散防止膜としての役割を有し、Ｐｔは、容量素子の電極としての役割を有する。このように、第１の金属膜１０７ａは、第１の導電性プラグ１０６ａを介して第１の不純物拡散領域１０３ａに電気的に接続されている。
【００５２】
また、下部水素拡散防止膜１０５の上には、第１の金属膜１０７ａ同士の間、及び第１の金属膜１０７ａと第２の金属膜１０７ｂとの間を埋め込むように、例えば酸化シリコンよりなるスペーサ１０８（第２の絶縁膜）が形成されている。第１の金属膜１０７ａ、第２の金属膜１０７ｂ、及びスペーサ１０８の上には、第２の金属膜１０７ｂを露出するコンタクト開口１０９ａを有する金属酸化膜１０９が形成されている。金属酸化膜１０９は、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体であるＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる。
【００５３】
また、コンタクト開口１０９ａ内を含む金属酸化膜１０９の上には、例えば、Ｐｔからなる第３の金属膜１１０が形成されている。このように、第１の金属膜１０７ａ（下部電極）、金属酸化膜１０９（容量絶縁膜）及び第３の金属膜１１０（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜１１０は、コンタクト開口１０９ａを介して、第２の金属膜１０７ｂ及び第２の導電性プラグ１０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域１０３ｂに電気的に接続されている。スペーサ１０８及び第３の金属膜１１０の上には、例えば酸化シリコンよりなる第２の層間膜１１１が形成されている。第２の層間膜１１１の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜１１２が形成されている。
【００５４】
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図３（ａ）〜（ｃ）、並びに図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００５６】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板１０１の上に、通常の素子分離形成法を用いて、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域１０２を形成した後に、素子形成領域の表層部に、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域１０３ａ及び第２の不純物拡散領域１０３ｂを形成する。続いて、素子分離領域１０２、第１の不純物拡散領域１０３ａ及び第２の不純物拡散領域１０３ｂの上に、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜１０４を形成する。続いて、第１の層間膜１０４の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜１０５を形成する。下部水素拡散防止膜１０５として、窒化シリコンを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＯ）、酸化タンタルルミニウム（ＴａＡｌＯ）、珪化酸化チタン（ＴｉＳｉＯ）又は珪化酸化タンタル（ＴａＳｉＯ）を用いてもよい。
【００５７】
続いて、第１の層間膜１０４及び下部水素拡散防止膜１０５に、ドライエッチング法により、該第１の層間膜１０４及び下部水素拡散防止膜１０５を貫通するホールを形成した後に、下部水素拡散防止膜１０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えばタングステンを堆積し、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いてホールの外側のタングステンを除去することにより、下端が第１の不純物拡散領域１０３ａに接続する第１の導電性プラグ１０６ａと、下端が第２の不純物拡散領域１０３ｂに接続する第２の導電性プラグ１０６ｂとを形成する。続いて、下部水素拡散防止膜１０５、第１の導電性プラグ１０６ａ、及び第２の導電性プラグ１０６ｂの上に、スパッタ法を用いて、下層から順に、例えば膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  、及び膜厚５０ｎｍのＰｔを積層した後に、ドライエッチングによってパターン化することにより、下面が第１の導電性プラグ１０６ａの上端を覆う第１の金属膜１０７ａと、下面が第２の導電性プラグ１０６ｂの上端を覆う第２の金属膜１０７ｂとを形成する。なお、ＴｉＡｌＮ、Ｉｒ、及びＩｒＯ２  は、酸素の拡散防止膜としての役割を有し、Ｐｔは、容量素子の電極としての役割を有する。このように、第１の金属膜１０７ａは、第１の導電性プラグ１０６ａを介して第１の不純物拡散領域１０３ａに電気的に接続されている。
【００５８】
次に、図３（ｂ）に示すように、下部水素拡散防止膜１０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば酸化シリコン膜を堆積した後に、該酸化シリコン膜をＣＭＰ法を用いて、第１の金属膜１０７ａ及び第２の金属膜１０７ｂの上面を露出させるまで研磨除去することにより、スペーサ膜１０８を形成する。このように形成されたスペーサ膜１０８により、表面の凹凸が低減される。
【００５９】
次に、図３（ｃ）に示すように、第１の金属膜１０７ａ、第２の金属膜１０７ｂ、及びスペーサ１０８の上に、スピンコート法を用いて、例えばＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  を構成する金属成分を含有した有機金属溶液を塗布した後に、ホットプレートで溶媒を蒸発させ、さらに、酸素雰囲気中のＲＴＡ（Rapid thermal annealing）処理によって有機成分を熱分解させて除去することにより、金属酸化膜１０９を形成する。続いて、ドライエッチングにより、金属酸化膜１０９に、第２の金属膜１０７ｂを露出するコンタクト開口１０９ａを形成する。
【００６０】
次に、図４（ａ）に示すように、コンタクト開口１０９ａの内部を含む金属酸化膜１０９の上に、スパッタ法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔ膜を堆積した後に、ドライエッチングにより、Ｐｔ膜及び金属酸化膜１０９を一括してパターニングすることにより、上部電極となる第３の金属膜１１０を形成する。続いて、８００℃、酸素雰囲気中のＲＴＡ処理を行って金属酸化膜１０９を結晶化させることにより、ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  が得られる。このように、第１の金属膜１０７ａ（下部電極）、金属酸化膜１０９（容量絶縁膜）、及び第３の金属膜１１０（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜１１０は、コンタクト開口１０９ａを介して、第２の金属膜１０７ｂ及び第２の導電性プラグ１０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域１０３ｂに電気的に接続されている。
【００６１】
次に、図４（ｂ）に示すように、スペーサ１０８及び第３の金属膜１１０の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば酸化シリコンよりなる第２の層間膜１１１を形成する。続いて、第２の層間膜１１１の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜１１２を形成する。
【００６２】
以上で説明した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、図２又は図４（ｂ）に示すように、コンタクト開口１０９ａにおいて第２の金属膜１０７ｂと第３の金属膜１１０とが接続する部分と、第２の導電性プラグ１０６ｂとは、互いに横方向にずれるように配置している。このため、第２の導電性プラグ１０６ｂの直上には、第２の金属膜１０７ｂ及び金属酸化膜１１１が存在する構造となっている。したがって、第１の導電性プラグ１０６ａと第２の導電性プラグ１０６ｂとは、それぞれ、酸素雰囲気中の同じ熱処理に曝されることになるが、この場合、第１の導電性プラグ１０６ａが酸化しない限度の温度で熱処理を行っても、第２の導電性プラグ１０６ｂの直上には第２の金属膜１０７ｂ及び金属酸化膜１０９が存在するので、第２の導電性プラグ１０６ｂの酸化を防止することができ、従来例のような第２の導電性プラグが酸化してコンタクト不良が生じる事態を防止することができる。
【００６３】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、第２の金属膜１０７ｂと第３の金属膜１１０とが接続する領域となるコンタクト開口１０９ａが、第１の導電性プラグ１０６ａと第２の導電性プラグ１０６ｂとの間の領域に形成された場合について説明したが、コンタクト開口１０９ａは、第２の導電性プラグ１０６ｂにおける第１の導電性プラグ１０６ａが存在する側と反対側（紙面に向かって右側）に形成してもよい。つまり、第２の金属膜１０７ｂ及び金属酸化膜１０９を紙面に向かって右側に延伸して形成し、当該延伸した領域で、金属酸化膜１０９に第２の金属膜１０７ｂを露出するコンタクト開口１０９ａを形成してもよく、この場合も、コンタクト開口１０９ａにおける第２の金属膜１０７ｂと第３の金属膜１１０との接続領域が第２の導電性プラグ１０６ｂと横方向にずれて配置されている限り、第２の導電性プラグ１０６ｂが酸化することを防止することができる。
【００６４】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、第１の金属膜１０７ａ、第２の金属膜１０７ｂ、及び第３の金属膜１１０がＰｔよりなる場合について説明したが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はＯｓ等の他の白金族金属を用いてもよいし、ＩｒＯ２  又はＲｕＯ２  等の白金族金属化合物を用いてもよい。
【００６５】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、下部水素拡散防止膜１０５及び上部水素拡散防止膜１１２が窒化シリコンよりなる場合について説明したが、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化シリコン、若しくは窒化チタン、又はこれらが混ざり合ったもの等、絶縁性を有し且つ酸素の拡散が生じにくい他の材料を用いてもよい。また、下部水素拡散防止膜１０５及び上部水素拡散防止膜１１２が半導体基板１０１上の全面に形成されている場合について説明したが、容量素子の全体を覆う部分にだけ残存するように加工してもよいことは言うまでもなく、また、容量素子の全体を完全に覆うことができるように、下部水素拡散防止膜１０５と上部水素拡散防止膜１１２とが接続するような構造を設けてもよい。
【００６６】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、金属酸化膜１０９がＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる場合について説明したが、ＢＬＴ又はＰＺＴ等の他の強誘電体を用いてもよい。また、金属酸化膜１０９の成膜法として有機金属塗布法を用いた場合について説明したが、ゾルゲル法等の他の塗布法を用いてもよいし、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ法を用いてもよい。
【００６７】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、強誘電体を用いた不揮発性容量素子を例として説明したが、例えばＨｆＯ２  等の高誘電率の高誘電体膜を用いた揮発性容量素子、例えばＦｅＯ２  、又はＮｉＯ２  等の抵抗膜を用いた可変抵抗素子に対しても、本実施形態の半導体装置及びその製造方法を適用することができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６９】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【００７０】
図５に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板２０１上に、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域２０２が形成されており、素子形成領域の表層部には、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域２０３ａ（第１の導電層）及び第２の不純物拡散領域２０３ｂ（第２の導電層）が形成されている。
【００７１】
また、素子分離領域２０２、第１の不純物拡散領域２０３ａ、及び第２の不純物拡散領域２０３ｂの上には、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜２０４が形成されている。第２の層間膜１０４の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜２０５が形成されている。第１の層間膜２０４及び下部水素拡散防止膜２０５には、該第１の層間膜２０４及び下部水素拡散防止膜２０５を貫通し、下端が第１の不純物拡散領域２０３ａに接続する例えばタングステンよりなる第１の導電性プラグ２０６ａが形成されていると共に、下端が第２の不純物拡散領域２０３ｂに接続する例えばタングステンよりなる第２の導電性プラグ２０６ｂが形成されている。
【００７２】
また、下部水素拡散防止膜２０５の上には、第１の導電性プラグ２０６ａの上端を覆う第１の酸素拡散防止膜２０７ａと、第２の導電性プラグ２０６ｂの上端を覆う第２の酸素拡散防止膜２０７ｂとが形成されている。なお、第１の酸素拡散防止膜２０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜２０７ｂは、それぞれ、下層から順に、膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、及び膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  が積層されてなる積層膜である。また、下部水素拡散防止膜３０５の上には、第１の酸素拡散防止膜２０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜２０７ｂを覆うように、例えば酸化シリコンよりなるスペーサとしての第２の層間膜２０８が形成されている。第２の層間膜２０８には、第１の酸素拡散防止膜２０７ａを露出する第１の開口部２０８ａと、第２の酸素拡散防止膜２０７ｂを露出するコンタクト開口となる第２の開口部２０８ｂとが形成されている。
【００７３】
また、第１の開口部２０８ａの底部及び側壁部には、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔよりなる第１の金属膜２０９（下部電極）が形成されている。このように、第１の金属膜２０９は、第１の導電性プラグ２０６ａを介して第１の不純物拡散領域２０３ａに電気的に接続されている。また、第１の開口部２０８ａ内の第１の金属膜２０９及び第２の層間膜２０８の上には、第１の開口部２０８ａを跨るように、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる金属酸化膜２１０が形成されている。金属酸化膜２１０の上及び第２の開口部２０８ｂの底部及び側壁部には、第１の開口部２０８ａ及び第２の開口部２０８ｂを跨るように、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔよりなる第３の金属膜２１１（下部電極）が形成されている。このように、第１の金属膜２０９（下部電極）、金属酸化膜２１０（容量絶縁膜）及び第３の金属膜２１１（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜２１１は、コンタクト開口となる第２の開口部２０８ｂを介して、第２の酸素拡散防止膜２０７ｂ及び第２の導電性プラグ２０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域２０３に電気的に接続されている。第２の層間膜２０８と第１の開口部２０８ａ及び第２の開口部２０８ｂを含む第３の金属膜２１１との上には、例えば酸化シリコンよりなる第３の層間膜２１２が形成されている。第３の層間膜２１２の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜２１３が形成されている。
【００７４】
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図６（ａ）〜（ｃ）、並びに図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００７６】
まず、図６（ａ）に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板２０１の上に、通常の素子分離形成法を用いて、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域２０２を形成した後に、素子形成領域の表層部に、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域２０３ａ及び第２の不純物拡散領域２０３ｂを形成する。続いて、素子分離領域２０２、第１の不純物拡散領域２０３ａ及び第２の不純物拡散領域２０３ｂの上に、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜２０４を形成する。続いて、第１の層間膜２０４の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜２０５を形成する。
【００７７】
続いて、第１の層間膜２０４及び下部水素拡散防止膜２０５に、ドライエッチング法により、該第１の層間膜２０４及び下部水素拡散防止膜２０５を貫通するホールを形成した後に、下部水素拡散防止膜２０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えばタングステンを堆積し、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いてホールの外側のタングステンを除去することにより、下端が第１の不純物拡散領域２０３ａに接続する第１の導電性プラグ２０６ａと、下端が第２の不純物拡散領域２０３ｂに接続する第２の導電性プラグ２０６ｂとを形成する。続いて、下部水素拡散防止膜２０５、第１の導電性プラグ２０６ａ、及び第２の導電性プラグ２０６ｂの上に、スパッタ法を用いて、下層から順に、例えば膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、及び膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  を積層した後に、ドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、下面が第１の導電性プラグ２０６ａの上端を覆う第１の酸素拡散防止膜２０７ａと、下面が第２の導電性プラグ２０６ｂの上端を覆う第２の酸素拡散防止膜２０７ｂとを形成する。
【００７８】
次に、図６（ｂ）に示すように、下部水素拡散防止膜２０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、第１の酸素拡散防止膜２０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜２０７ｂを覆うように、例えば酸化シリコン膜よりなるスペーサ膜としての第２の層間膜２０８を形成する。続いて、第２の層間膜２０８に、ドライエッチング法を用いて、第１の酸素拡散防止膜２０７ａを露出する第１の開口部２０８ａを形成する。
【００７９】
次に、図６（ｃ）に示すように、第１の開口部２０８ａの内部を含んで第２の層間膜２０８の上に、ＣＶＤ法を用いて、膜厚５０ｎｍのＰｔを堆積した後に、所望のリソグラフィー条件の下で形成した第１の開口部２０８ａ内のみを覆うレジストパターンをマスクとして、ドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、第１の開口部２０８ａの底部及び側壁部にのみＰｔを選択的に残存させて、第１の金属膜２０９を形成する。第１の金属膜２０９は、第１の酸素拡散防止膜２０７ａ及び第１の導電性プラグ２０６ａを介して、第１の不純物拡散領域２０３ａに電気的に接続されている。
【００８０】
次に、図７（ａ）に示すように、第１の開口部２０８ａの内部を含んで第２の層間膜２０８の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、例えばＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる金属酸化膜２１０を形成する。続いて、金属酸化膜２１０及び第２の層間膜２０８に、ドライエッチングにより、第２の酸素拡散防止膜２０７ｂを露出するコンタクト開口となる第２の開口部２０８ｂを形成する。
【００８１】
次に、図７（ｂ）に示すように、金属酸化膜２１０の上、並びに第２の開口部２０８ｂの底部及び側壁部に、スパッタ法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔ膜よりなる第２の金属膜２１１を堆積した後に、ドライエッチング法を用いて、第２の金属膜２１１及び金属酸化膜２１０を一括してパターニングすることにより、第２の金属膜２１１及び金属酸化膜２１０の端部を除去する。続いて、８００℃、酸素雰囲気中のＲＴＡ処理を行って金属酸化膜２１０を結晶化させることにより、ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  が得られる。このように、第１の金属膜２０９（下部電極）、金属酸化膜２１０（容量絶縁膜）、及び第２の金属膜２１１（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第２の金属膜２１１は、コンタクト開口となる第２の開口部２０８ｂを介して、第２の酸素拡散防止膜２０７ａ、及び第２の導電性プラグ２０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域２０３ｂに電気的に接続されている。
【００８２】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の層間膜２０８の上に、ＣＶＤ法を用いて、第２の金属膜１１０を覆うように、例えば酸化シリコンよりなる第３の層間膜２１２を形成する。続いて、第３の層間膜２１２の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜２１３を形成する。
【００８３】
以上で説明した本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、図５又は図７（ｃ）に示すように、コンタクト開口となる第２の開口部２０８ｂにおいて第２の金属膜２１１と第２の酸素拡散防止膜２０７ａとが接続する部分と、第２の導電性プラグ２０６ｂとは、互いに横方向にずれるように配置している。このため、第２の導電性プラグ２０６ｂの直上には、第２の酸素拡散防止膜２０７ｂ及び第２の層間膜２０８が存在する構造となっている。したがって、第１の導電性プラグ２０６ａと第２の導電性プラグ２０６ｂとは、それぞれ、酸素雰囲気中の同じ熱処理に曝されることになるが、この場合、第１の導電性プラグ２０６ａが酸化しない限度の温度で熱処理を行っても、第２の導電性プラグ２０６ｂの直上には第２の酸素拡散防止膜２０７ｂ及び第２の層間膜２０８が存在し、第２の層間膜２０８を構成する酸化シリコンは金属酸化膜２１０又は第２の金属膜２１１に比べて酸素を殆ど拡散させないので、第２の導電性プラグ２０６ｂの酸化を防止することができ、従来例のような第２の導電性プラグが酸化してコンタクト不良が生じる事態を防止することができる。また、本実施形態では、立体形状の容量素子が形成されているため、容量の表面積が増え、メモリセルの微細化が可能になる。
【００８４】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、第２の導電性プラグ２０６ｂは、第２の金属膜２１１と第２の酸素拡散防止膜２０７ｂとが接続する領域から第１の開口部２０８ａが存在する側にずれて位置している場合について説明したが、その反対側に第２の導電性プラグ２０６ｂがずれて位置するように形成してもよい。この場合、第２の酸素拡散防止膜２０７ｂを紙面に向かって右側に延伸して形成し、当該延伸した領域で、第２の導電性プラグ２０６ｂを配置するようにしてもよい。この場合も、第２の開口部２０８ｂにおける第２の金属膜２１１と第２の酸素拡散防止膜２０７ｂとの接続領域が第２の導電性プラグ２０６ｂに対して横方向にずれて配置されている限り、第２の導電性プラグ２０６ｂが酸化することを防止することができる。
【００８５】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、第１の金属膜２０９、及び第２の金属膜２１１がＰｔよりなる場合について説明したが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はＯｓ等の他の白金族金属を用いてもよいし、ＩｒＯ２  又はＲｕＯ２  等の白金族金属化合物を用いてもよい。
【００８６】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、下部水素拡散防止膜２０５及び上部水素拡散防止膜２１３が窒化シリコンよりなる場合について説明したが、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化シリコン、若しくは窒化チタン、又はこれらが混ざり合ったもの等、絶縁性を有し且つ酸素の拡散が生じにくい他の材料を用いてもよい。また、下部水素拡散防止膜２０５及び上部水素拡散防止膜２１３が半導体基板２０１上の全面に形成されている場合について説明したが、容量素子の全体を覆う部分にだけ残存するように加工してもよいことは言うまでもなく、また、容量素子の全体を完全に覆うことができるように、下部水素拡散防止膜２０５と上部水素拡散防止膜２１３とが接続するような構造を設けてもよい。
【００８７】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、金属酸化膜２１０がＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる場合について説明したが、ＢＬＴ又はＰＺＴ等の他の強誘電体を用いてもよい。また、金属酸化膜２１０の成膜法として有機金属塗布法を用いた場合について説明したが、ゾルゲル法等の他の塗布法を用いてもよいし、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ法を用いてもよい。
【００８８】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、強誘電体を用いた不揮発性容量素子を例として説明したが、例えばＨｆＯ２  等の高誘電率の高誘電体膜を用いた揮発性容量素子、例えばＦｅＯ２  、又はＮｉＯ２  等の抵抗膜を用いた可変抵抗素子に対しても、本実施形態の半導体装置及びその製造方法を適用することができる。
【００８９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【００９１】
図８に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板３０１上に、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域３０２が形成されており、素子形成領域の表層部には、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域３０３ａ（第１の導電層）及び第２の不純物拡散領域３０３ｂ（第２の導電層）が形成されている。
【００９２】
また、素子分離領域３０２、第１の不純物拡散領域３０３ａ、及び第２の不純物拡散領域３０３ｂの上には、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜３０４が形成されている。第２の層間膜３０４の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜３０５が形成されている。第１の層間膜３０４及び下部水素拡散防止膜３０５には、該第１の層間膜３０４及び下部水素拡散防止膜３０５を貫通し、下端が第１の不純物拡散領域３０３ａに接続する例えばタングステンよりなる第１の導電性プラグ３０６ａが形成されていると共に、下端が第２の不純物拡散領域３０３ｂに接続する例えばタングステンよりなる第２の導電性プラグ３０６ｂが形成されている。
【００９３】
また、下部水素拡散防止膜３０５の上には、第１の導電性プラグ３０６ａの上端を覆う第１の酸素拡散防止膜３０７ａと、第２の導電性プラグ３０６ｂの上端を覆う第２の酸素拡散防止膜３０７ｂとが形成されている。なお、第１の酸素拡散防止膜３０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜３０７ｂは、それぞれ、下層から順に、膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、及び膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  が積層されてなる積層膜である。また、下部水素拡散防止膜３０５の上には、第１の酸素拡散防止膜３０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜３０７ｂを覆うように、例えば酸化シリコンよりなるスペーサとしての第２の層間膜３０８が形成されている。第２の層間膜３０８には、第１の酸素拡散防止膜３０７ａを露出する第１の開口部３０８ａと、第２の酸素拡散防止膜３０７ｂを露出するコンタクト開口となる第２の開口部３０８ｂとが形成されている。
【００９４】
また、第１の開口部３０８ａの底部及び側壁部並びに第２の層間膜３０８の第１の開口部３０８ａ周辺には、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔよりなる第１の金属膜３０９ａ（下部電極）が形成されており、第２の開口部３０８ｂの底部及び側壁部並びに第２の層間膜３０８の第２の開口部３０８ｂ周辺には、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔよりなる第２の金属膜３０９ｂが形成されている。第２の層間膜３０８、第１の金属膜３０９ａ、及び第２の金属膜３０９ｂの上には、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる金属酸化膜３１０が形成されており、該金属酸化膜３１０には、第２の金属膜３０９ｂにおける第１の金属膜３０９ａ側に延伸している部分を露出するコンタクト開口３１０ａが形成されている。コンタクト開口３１０ａ内を含む金属酸化膜３１０の上には、第１の開口部２０８ａ及び第２の開口部２０８ｂを跨るように、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔよりなる第３の金属膜３１１が形成されている。このように、第１の金属膜３０９ａ（下部電極）、金属酸化膜３１０（容量絶縁膜）及び第３の金属膜３１１（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜３１１は、コンタクト開口部３１０ａを介して、第２の金属膜３０９ｂ、第２の酸素拡散防止膜３０７ｂ及び第２の導電性プラグ３０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域３０３ｂに電気的に接続されている。また、第２の層間膜３０８と第１の開口部３０８ａ及び第２の開口部３０８ｂを含む第３の金属膜３１１との上には、例えば酸化シリコンよりなる第３の層間膜３１２が形成されている。第３の層間膜３１２の上には、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜３１３が形成されている。
【００９５】
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図９（ａ）〜（ｃ）、並びに図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００９７】
まず、図９（ａ）に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板３０１の上に、通常の素子分離形成法を用いて、素子形成領域を区画する例えば酸化シリコンよりなる素子分離領域３０２を形成した後に、素子形成領域の表層部に、不純物が添加されたソース領域又はドレイン領域となる第１の不純物拡散領域３０３ａ及び第２の不純物拡散領域３０３ｂを形成する。続いて、素子分離領域３０２、第１の不純物拡散領域３０３ａ及び第２の不純物拡散領域３０３ｂの上に、例えばＢ及びＰが添加された酸化シリコン膜よりなる第１の層間膜３０４を形成する。続いて、第１の層間膜３０４の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜よりなる下部水素拡散防止膜３０５を形成する。
【００９８】
続いて、第１の層間膜３０４及び下部水素拡散防止膜３０５に、ドライエッチング法により、該第１の層間膜３０４及び下部水素拡散防止膜３０５を貫通するホールを形成した後に、下部水素拡散防止膜３０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えばタングステンを堆積し、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いてホールの外側のタングステンを除去することにより、下端が第１の不純物拡散領域３０３ａに接続する第１の導電性プラグ３０６ａと、下端が第２の不純物拡散領域３０３ｂに接続する第２の導電性プラグ３０６ｂとを形成する。続いて、下部水素拡散防止膜３０５、第１の導電性プラグ３０６ａ、及び第２の導電性プラグ３０６ｂの上に、スパッタ法を用いて、下層から順に、例えば膜厚５０ｎｍのＴｉＡｌＮ、膜厚５０ｎｍのＩｒ、及び膜厚５０ｎｍのＩｒＯ２  を積層した後に、ドライエッチングによってパターン化することにより、下面が第１の導電性プラグ３０６ａの上端を覆う第１の酸素拡散防止膜３０７ａと、下面が第２の導電性プラグ３０６ｂの上端を覆う第２の酸素拡散防止膜３０７ｂとを形成する。
【００９９】
次に、図９（ｂ）に示すように、下部水素拡散防止膜３０５の上に、ＣＶＤ法を用いて、第１の酸素拡散防止膜３０７ａ及び第２の酸素拡散防止膜３０７ｂを覆うように、例えば酸化シリコン膜よりなるスペーサ膜としての第２の層間膜３０８を形成する。続いて、該第２の層間膜３０８に、ドライエッチングにより、第１の酸化拡散防止膜３０７ａを露出する第１の開口部３０８ａと第２の酸素拡散防止膜３０７ｂを露出する第２の開口部３０８ｂとを形成する。
【０１００】
次に、図９（ｃ）に示すように、第１の開口部３０８ａ及び第２の開口部３０８ｂの内部を含んで第２の層間膜３０８の上に、ＣＶＤ法を用いて、膜厚５０ｎｍのＰｔを堆積した後に、所望のリソグラフィー条件の下で形成した所望のパターンを有するレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングによってパター化することにより、第１の開口部３０８ａの底部及び側壁部並びに第２の層間膜３０８の第１の開口部３０８ａ周辺に第１の金属膜３０９ａを形成すると共に、第２の開口部３０８ｂの底部及び側壁部並びに第２の層間膜３０８の第２の開口部３０８ｂ周辺に第２の金属膜３０９ｂを形成する。第１の下部電極３０９ａは、第１の酸素拡散防止膜３０７ａ及び第１の導電性プラグ３０６ａを介して、第１の不純物拡散領域３０３ａに電気的に接続されている。
【０１０１】
次に、図１０（ａ）に示すように、第１の開口部３０８ａ及び第２の開口部３０８ｂの内部を含んで第２の層間膜３０８の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、例えばＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる金属酸化膜３１０を形成する。続いて、金属酸化膜３１０に、ドライエッチングにより、該金属酸化膜３１０に、第２の金属膜３０９ｂにおける第１の金属膜３０９ａ側に延伸している部分を露出するコンタクト開口３１０ａを形成する。
【０１０２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、コンタクト開口３１０ａの内部を含んで金属酸化膜３１０の上に、スパッタ法を用いて、例えば膜厚５０ｎｍのＰｔ膜よりなる第３の金属膜３１１を堆積した後に、ドライエッチング法を用いて、第３の金属膜２１１及び金属酸化膜３１０を一括してパターン化することにより、第３の金属膜３１１及び金属酸化膜３１０の端部を除去する。続いて、８００℃、酸素雰囲気中のＲＴＡ処理を行って金属酸化膜３１０を結晶化させることにより、ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  が得られる。このように、第１の金属膜３０９ａ（下部電極）、金属酸化膜３１０（容量絶縁膜）、及び第３の金属膜３１１（上部電極）によって容量素子が構成されている。また、上部電極となる第３の金属膜３１１は、コンタクト開口３１０ａを介して、第２の金属膜３０７ｂ、第２の酸素拡散防止膜３０７ｂ、及び第２の導電性プラグ３０６ｂを通じて、第２の不純物拡散領域３０３ｂに電気的に接続されている。
【０１０３】
次に、図１０（ｃ）に示すように、第２の層間膜３０８の上に、ＣＶＤ法を用いて、第３の金属膜３１１を覆うように、例えば酸化シリコンよりなる第３の層間膜３１２を形成する。続いて、第３の層間膜３１２の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば窒化シリコン膜よりなる上部水素拡散防止膜３１３を形成する。
【０１０４】
以上で説明した本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、図８又は図１０（ｃ）に示すように、コンタクト開口３１０ａにおいて第３の金属膜３１１と第２の金属膜３０７ａとが接続する部分と、第２の導電性プラグ３０６ｂとは、互いに横方向にずれるように配置している。このため、第２の導電性プラグ３０６ｂの直上には、第２の酸素拡散防止膜３０７ｂ及び第２の層間膜３０８が存在する構造となっている。したがって、第１の導電性プラグ３０６ａと第２の導電性プラグ３０６ｂとは、それぞれ、酸素雰囲気中の同じ熱処理に曝されることになるが、この場合、第１の導電性プラグ３０６ａが酸化しない限度の温度で熱処理を行っても、第２の導電性プラグ３０６ｂの直上には第２の酸素拡散防止膜３０７ｂ及び第２の層間膜３０８が存在し、第２の層間膜３０８を構成する酸化シリコンは金属酸化膜３１０又は第３の金属膜３１１に比べて酸素を殆ど拡散させないので、第２の導電性プラグ３０６ｂの酸化を防止することができ、従来例のような第２の導電性プラグが酸化してコンタクト不良が生じる事態を防止することができる。また、本実施形態では、立体形状の容量素子が形成されているため、容量の表面積が増え、メモリセルの微細化が可能になる。
【０１０５】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、第２の金属膜３０９ｂと第３の金属膜３１１とが接続する領域となるコンタクト開口３１０ａが、第１の導電性プラグ３０６ａと第２の導電性プラグ３０６ｂとの間の領域に形成された場合について説明したが、第２の導電性プラグ３０６ｂが第２の開口部３０８ｂの直下に位置するように形成されている場合であっても、該接続領域から第２の導電性プラグ３０６ｂまでの距離が離れているので効果を得ることができ、この場合は、第２の酸素拡散防止層３０７ｂが第２の金属膜３０９ｂと第２の導電性プラグ３０６ｂとの間に形成されていない構造であってもよい。また一方、コンタクト開口３０９ａは、第２の導電性プラグ３０６ｂにおける第１の導電性プラグ３０６ａが存在する側と反対側（紙面に向かって右側）に形成してもよい。つまり、第２の金属膜３０９ｂ及び金属酸化膜３１０を紙面に向かって右側に延伸して形成し、当該延伸した領域で、金属酸化膜３１０に第２の金属膜３０９ｂを露出するコンタクト開口３１０ａを形成してもよく、この場合も、コンタクト開口３１０ａにおける第２の金属膜３０９ｂと第３の金属膜３１１との接続領域が第２の導電性プラグ３０６ｂと横方向にずれて配置されている限り、第２の導電性プラグ３０６ｂが酸化することを防止することが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、第１の金属膜３０９ａ及び第２の金属膜３０９ｂ、並びに第３の金属膜３１１がＰｔよりなる場合について説明したが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はＯｓ等の他の白金族金属を用いてもよいし、ＩｒＯ２  又はＲｕＯ２  等の白金族金属化合物を用いてもよい。
【０１０７】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、下部水素拡散防止膜３０５及び上部水素拡散防止膜３１３が窒化シリコンよりなる場合について説明したが、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化シリコン、若しくは窒化チタン、又はこれらが混ざり合ったもの等、絶縁性を有し且つ酸素の拡散が生じにくい他の材料を用いてもよい。また、下部水素拡散防止膜３０５及び上部水素拡散防止膜３１３が半導体基板３０１上の全面に形成されている場合について説明したが、容量素子の全体を覆う部分にだけ残存するように加工してもよいことは言うまでもなく、また、容量素子の全体を完全に覆うことができるように、下部水素拡散防止膜３０５と上部水素拡散防止膜３１３とが接続するような構造を設けてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法において、金属酸化膜３１０がＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  よりなる場合について説明したが、ＢＬＴ又はＰＺＴ等の他の強誘電体を用いてもよい。また、金属酸化膜３１０の成膜法として有機金属塗布法を用いた場合について説明したが、ゾルゲル法等の他の塗布法を用いてもよいし、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ法を用いてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、強誘電体を用いた不揮発性容量素子を例として説明したが、例えばＨｆＯ２  等の高誘電率の高誘電体膜を用いた揮発性容量素子、例えばＦｅＯ２  、又はＮｉＯ２  等の抵抗膜を用いた可変抵抗素子に対しても、本実施形態の半導体装置及びその製造方法を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、高誘電体膜を用いた容量素子を備えた揮発性メモリ、強誘電体膜を用いた容量素子を備えた不揮発性メモリ、抵抗値が変化する抵抗素子を備えた不揮発性メモリ、及びこれらの製造方法にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の各実施形態に共通する技術的思想を説明する図であって、（ａ）は、金属膜の結晶構造（柱状結晶構造）を示す模式図であり、（ｂ）は、金属酸化膜の結晶構造（単純ペロブスカイト構造）を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１、２０１、３０１  半導体基板
１０２、２０２、３０２  素子分離領域
１０３ａ、２０３ａ、３０３ａ  第１の不純物拡散領域
１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ  第２の不純物拡散領域
１０４、２０４、３０４  第１の層間膜
１０５、２０５、３０５  下部水素拡散防止膜
１０６ａ、２０６ａ、３０６ａ  第１の導電性プラグ
１０６ｂ、２０６ｂ、３０６ｂ  第２の導電性プラグ
１０７ａ、２０９、３０９ａ  第１の金属膜
１０７ｂ、２１１、３０７ｂ  第２の金属膜
１０８  スペーサ
１０９、２１０、３１０  金属酸化膜
１０９ａ、３１０ａ  コンタクト開口
１１０、３１１  第３の金属膜
１１１、２０８、３０８  第２の層間膜
１１２、２１３、３１３  上部水素拡散防止膜
２０７ａ、３０７ａ  第１の酸素拡散防止膜
２０７ｂ、３０７ｂ  第２の酸素拡散防止膜
２０８ａ、３０８ａ  第１の開口部
２０８ｂ、３０８ｂ  第２の開口部
２１２、３１２  第３の層間膜
１ａ  柱状結晶
１ｂ、１ｃ  粒界
【図１】
2008016557.tif 000003
【図２】
2008016557.tif 000004
【図３】
2008016557.tif 000005
【図４】
2008016557.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008016557.tif 000009
【図８】
2008016557.tif 000010
【図９】
2008016557.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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