(57)【要約】【課題】配向性の良好な強誘電体膜を備える強誘電体キャパシタを形成する。【解決手段】下部電極形成後（ステップＳ１）、不活性ガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温し（ステップＳ２）、その後、強誘電体膜を形成し（ステップＳ３）、上部電極形成およびパターニング等を行って（ステップＳ４，Ｓ５）、強誘電体キャパシタを形成する。そのような雰囲気中で行う昇温段階では、下部電極表面が均一に酸化されやすく、その上には、配向性が良く、ウェハ面内の配向分布やウェハ間の再現性の良い強誘電体膜が形成されるようになる。【選択図】図１
2008311564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体キャパシタを備える半導体装置の製造方法において、
トランジスタに電気的に接続された下部電極を形成する工程と、
不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温する工程と、
前記所定温度到達後、有機金属原料を用いて前記下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
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】
前記所定温度まで昇温する工程においては、
前記混合ガス雰囲気中の酸素ガス比率を３０％以下に制御することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記強誘電体膜を形成する工程においては、
前記有機金属原料と、前記有機金属原料を反応させるために必要な量に対して不足する量の酸素ガスとを用い、前記下部電極上に前記強誘電体膜の初期層を形成することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記初期層を、膜厚３ｎｍ〜１２ｎｍで形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記初期層を、形成速度０．１ｎｍ／秒以下で形成することを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記初期層の形成後、前記有機金属原料と、前記有機金属原料を反応させるために必要な量に対して過剰な量の酸素ガスとを用い、前記下部電極上に前記強誘電体膜のコア層を形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記コア層の形成後、前記強誘電体膜のアモルファスの表層部を形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記強誘電体膜の形成後、酸素ガス含有雰囲気で熱処理を行う工程を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記下部電極を形成する工程においては、
前記トランジスタに電気的に接続された第１の金属膜を形成し、前記第１の金属膜上にアモルファスまたは微結晶状態の金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記強誘電体膜を形成する工程においては、
前記金属酸化膜を第２の金属膜に還元すると共に、前記第２の金属膜上に前記強誘電体膜を形成することを特徴とする請求項９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、半導体装置の製造方法に関し、特に、強誘電体キャパシタを備える半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを高速に処理または保存する傾向が高まっている。このため、電子機器に使用される半導体装置の高集積化および高性能化が要求されている。
【０００３】
半導体記憶装置に関しては、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の高集積化を実現するため、その容量絶縁膜として、従来の酸化シリコン（ＳｉＯ）膜や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜に替えて、強誘電体材料や高誘電率材料を用いる技術が研究され始めている。
【０００４】
従来、電源を断っても記憶情報が消失しない不揮発性メモリとして、フラッシュメモリやＦｅＲＡＭ（Ferro-electric Random Access Memory）が知られている。
フラッシュメモリは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）のゲート絶縁膜中にフローティングゲートが埋め込まれた構造を有し、そのフローティングゲートに電荷を蓄積することによって情報を記憶する。情報の書き込み／消去には絶縁膜を通過するトンネル電流を流す必要があり、比較的高い電圧を必要とする。
【０００５】
ＦｅＲＡＭは、容量絶縁膜に強誘電体膜を用い、その強誘電体膜を一対の電極で挟んだ強誘電体キャパシタを備えている。強誘電体キャパシタは、電極間の印加電圧に応じて分極を生じ、印加電圧を取り去っても自発分極を有する。印加電圧の極性を反転すれば、自発分極の極性も反転する。この自発分極を検出して情報を読み出す。ＦｅＲＡＭは、フラッシュメモリに比べて低電圧で動作し、省電力で高速の書き込みが可能であり、ＦｅＲＡＭを採用したＳＯＣ（System On Chip）がＩＣカード用途等に検討されている。
【０００６】
ＦｅＲＡＭに用いる強誘電体膜には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）等のＢｉ層状構造化合物が用いられる。その形成には、ゾルゲル法、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等が用いられる。強誘電体膜の形成にゾルゲル法を用いる場合およびスパッタ法を用いる場合、通常は、まず下部電極上にアモルファスまたは微結晶の強誘電体膜を形成し、その後熱処理によってペロブスカイト構造やＢｉ層状構造へと結晶構造を変化させる。強誘電体膜の形成にＭＯＣＶＤ法を用いる場合は、高温で形成するので、その形成過程でペロブスカイト構造やＢｉ層状構造の結晶構造が得られる。
【０００７】
また、強誘電体キャパシタの電極には、酸化しにくい材料、あるいは酸化しても導電性を維持できる材料を用いることが必要であり、一般的に白金（Ｐｔ），イリジウム（Ｉｒ），酸化イリジウム（ＩｒＯX）等の白金族系金属やその酸化物が広く用いられている。
【０００８】
なお、ＦｅＲＡＭの配線材料としては、通常の半導体デバイスと同様、アルミニウム（Ａｌ）を用いるのが一般的である。
ＦｅＲＡＭも、他の半導体デバイス同様、よりいっそうの高集積化および高性能化が要求されており、今後セル面積の低減が必要となってくる。ＦｅＲＡＭの構造は、プレーナ構造とスタック構造の２種類に大別されるが、セル面積低減のためには、スタック構造を採用することが有効である。スタック構造のＦｅＲＡＭでは、トランジスタのソース・ドレイン領域に接続されたプラグの直上に、バリアメタル、下部電極、強誘電体膜および上部電極がこの順で積層されて強誘電体キャパシタが形成される。バリアメタルは、プラグの酸化を防止する役割を果たす。近年では、下部電極にバリアメタルの機能を兼ねることも多くなっており、それらを明確に分離することができなくなってきているが、バリアメタルと下部電極に相当する部分には、窒化チタン（ＴｉＮ），窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ），Ｉｒ，ＩｒＯ2，Ｐｔ，ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3（ＳＲＯ））等の材料が用いられている。
【０００９】
電気特性がよく、製品歩留まりの高いＦｅＲＡＭを形成するためには、その強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜の配向ができるだけ均一になるように制御することが重要である。そして、この強誘電体膜の配向は、その下地の下部電極の配向に大きく影響される。したがって、下部電極の配向ができるだけ均一になるように制御することにより、その上に形成される強誘電体膜の配向性を向上させることが可能になる。
【００１０】
なお、従来、下部電極とバリアメタルに相当する部分に、例えばＩｒＯ2（３０ｎｍ）／Ｉｒ（３０ｎｍ）／Ｔｉ（３０ｎｍ）／ＴｉＮ（５０ｎｍ）積層構造を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
また、下部電極をＩｒおよびＩｒＯXを用いて形成するに当たり、スパッタ法により、Ｉｒ膜を４００℃〜５５０℃、ＩｒＯXを５３０℃〜５５０℃で形成する方法や（特許文献２参照）、Ｘ線回折強度でＩｒＯ2／Ｉｒが１０以上のＩｒＯ2膜を用いる方法も提案されている（特許文献３参照）。また、ＩｒＯ2／Ｉｒ積層構造をスパッタ法で連続して形成する方法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１２】
また、Ｉｒ膜上に、（１）ＩｒＯ2+膜を形成する方法、（２）結晶のＩｒＯ2膜を形成し、その上にアモルファスのＩｒＯ2膜を形成して、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成時にそのアモルファスのＩｒＯ2膜を還元した後、それを再度酸化する方法、（３）酸素添加Ｉｒ膜を形成する方法、（４）ＩｒＯ2膜を形成し、その上にＩｒ膜を形成して、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成時にそのＩｒ膜に酸素を拡散させる方法、等も提案されている（特許文献５〜１２参照）。
【００１３】
また、Ｉｒ膜を形成した後、熱酸化を行ってその表層部に結晶のＩｒＯ2膜を形成し、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成時にそのＩｒＯ2膜をアモルファスのＩｒ膜にする方法が提案されている（特許文献１３参照）。
【００１４】
また、強誘電体膜の形成方法に関しては、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気でスパッタ法によりＰＺＴ膜を形成した後、Ａｒガスと酸素（Ｏ2）ガスの混合ガス雰囲気でＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）処理を行ってそのＰＺＴ膜を結晶化し、その上にさらにＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜を形成する方法が提案されている（特許文献１４参照）。このほか、強誘電体膜をＭＯＣＶＤ法により形成する際、その形成温度までは不活性ガス雰囲気で昇温し、その後、Ｏ2ガスを含んだガスと原料ガスを用いて強誘電体膜を形成する方法（特許文献１５参照）や、強誘電体膜形成の初期と後期でＯ2ガス濃度を変化させる方法（特許文献１６参照）が提案されている。
【００１５】
また、これまで、上部電極として、または上部電極上に、アモルファスのＩｒＯX膜を形成し、ＰＺＴ膜を化学的・機械的劣化から保護する方法（特許文献１７参照）等も提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１５９１６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７３９２号公報
【特許文献３】特開２００２−１５１６５６号公報
【特許文献４】特開２０００−９１２７０号公報
【特許文献５】特開２００３−２８２８４４号公報
【特許文献６】米国特許第６５００６７８号明細書
【特許文献７】米国特許第６５２８３２８号明細書
【特許文献８】米国特許第６５４８３４３号明細書
【特許文献９】米国特許第６５９６５４７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６６３５４９７号明細書
【特許文献１１】米国特許第６６８６２３６号明細書
【特許文献１２】米国特許第６８７２６６９号明細書
【特許文献１３】特開２００４−２５３６２７号公報
【特許文献１４】特開２００３−２１８３２５号公報
【特許文献１５】特開２００３−２３４３４５号公報
【特許文献１６】特開２００３−３２４１０１号公報
【特許文献１７】特開２００２−２６１２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
例えば、下部電極をＩｒ膜によって構成し、その上に強誘電体膜としてＰＺＴ膜をＭＯＣＶＤ法で形成する場合を考える。
ＭＯＣＶＤ法でＰＺＴ膜を形成する場合、一般的には６００℃以上の高温でその形成が行われる。その際は、まず、配向を制御したＩｒ膜の形成まで行ったウェハをチャンバにセットし、Ａｒガス雰囲気やＯ2ガス雰囲気で、目的の温度まで昇温し、その後、チャンバに原料ガスを導入し、Ｉｒ膜上にＰＺＴ膜を形成する。ＰＺＴ膜は、その生産性と分極の観点から、（１１１）面に優先配向させることが好ましい。したがって、その下地のＩｒ膜を（１１１）面に優先配向させておくことが好ましい。
【００１７】
ところが、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成に際し、Ａｒガス雰囲気で昇温を行った場合には、形成されるＰＺＴ膜に（１１１）面のほかに（１００）面や（１０１）面も生成され、（１１１）面の配向率が低くなり、その結果、強誘電体キャパシタの電気特性（スイッチング電荷量）が低下してしまうという問題点があった。
【００１８】
また、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成に際し、Ｏ2ガス雰囲気で昇温を行った場合にも、いくつかの問題点があった。すなわち、まず第１の問題点として、ＰＺＴ膜の形成を複数ウェハに連続して行うと、その（１１１）面（あるいは（２２２）面）の配向率が複数ウェハ間でばらつきやすいという点がある。
【００１９】
ここで、図２６〜図２９は複数ウェハに形成した各ＰＺＴ膜の配向を調べた結果を示す図であって、図２６はウェハ中心部のＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図、図２７はウェハ周辺部のＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図、図２８はウェハ中心部のＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図、図２９はウェハ周辺部のＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図である。
【００２０】
なお、ＰＺＴ（２２２）面の配向率は、次式（１）によって算出している。
ＰＺＴ（２２２）面の配向率（％）＝｛ＰＺＴ（２２２）面の積分強度｝／｛ＰＺＴ（１００）面の積分強度＋ＰＺＴ（１０１）面の積分強度＋ＰＺＴ（２２２）面の積分強度｝×１００…（１）
この式（１）において、ＰＺＴ（２２２）面（ＰＺＴ（１１１）面）の積分強度、およびＰＺＴ（１００）面並びにＰＺＴ（１０１）面の積分強度は、Ｘ線回折装置による測定結果から求めている。
【００２１】
ＭＯＣＶＤ法によって複数ウェハに連続してＰＺＴ膜を形成する際、Ｏ2ガス雰囲気で昇温を行った場合には、図２６および図２７に示すように、ウェハの中心部と周辺部とに関わらず、ＰＺＴ（１１１）面の積分強度が複数ウェハ間で大きくばらついてしまう。ＰＺＴ（２２２）面の配向率は、図２８および図２９に示すように、不安定で、低く、特にウェハ周辺部では極めて低くなってしまう。
【００２２】
そして、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜の形成に際してＯ2ガス雰囲気で昇温を行った場合の第２の問題点として、形成されるＰＺＴ膜の表面が粗くなりやすいという点がある。特に、ウェハ周辺部には、非常に大きな表面荒れ、いわゆる白濁が発生しやすい。
【００２３】
これらの問題は、Ｏ2ガス雰囲気で昇温を行ったときに、そのＯ2ガスによって下部電極のＩｒ膜が酸化することによる。酸化によって形成されたＩｒＯX膜は、原理的には、昇温に続いて導入される原料ガス中の溶媒成分（例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、酢酸ブチル等。）によって再びＩｒに還元することができる。しかしながら、Ｏ2ガス雰囲気の昇温過程では、Ｉｒ膜の異常酸化が起こりやすく、そのような異常酸化によって形成されたＩｒＯXが、原料ガス中の溶媒成分によって還元されたときには、還元後のＩｒ膜の配向が悪化し、その結果、その上に形成されるＰＺＴ膜の配向が悪化してしまうようになる。
【００２４】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、高特性でかつ信頼性に優れた強誘電体キャパシタを備える半導体装置を安定して形成することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明では、上記課題を解決するために、強誘電体キャパシタを備える半導体装置の製造方法において、トランジスタに電気的に接続された下部電極を形成する工程と、不活性ガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温する工程と、前記所定温度到達後、有機金属原料を用いて前記下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、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。
【００２６】
このような半導体装置の製造方法によれば、強誘電体キャパシタを形成するに当たり、下部電極の形成後、不活性ガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温し、その後、強誘電体膜を形成し、上部電極を形成する。そのような昇温段階では、下部電極表面が均一に酸化されやすく、その上には、配向性が良く、ウェハ面内の配向分布やウェハ間の再現性の良い強誘電体膜が形成されるようになる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、下部電極形成後、不活性ガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温し、その後、強誘電体膜と上部電極を順に形成して、強誘電体キャパシタを形成するようにした。これにより、配向性の良い強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタを安定して形成することが可能になる。したがって、強誘電体キャパシタを備える、高性能かつ高信頼性の半導体装置が実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は強誘電体キャパシタの形成フローの一例を示す図である。
強誘電体キャパシタは、半導体基板に形成されたトランジスタに電気的に接続された（例えばトランジスタに接続されたプラグ上に形成された）下部電極、その下部電極上に形成された強誘電体膜、およびその強誘電体膜上に形成された上部電極によって構成される。
【００２９】
このような強誘電体キャパシタを形成するに当たり、まず、所定の結晶面が優先配向されるような条件で下部電極を形成する（ステップＳ１）。
下部電極としては、例えば、Ｉｒ，ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），ルテニウム（Ｒｕ）等の貴金属膜や、そのような貴金属膜を２層以上積層したものを用いることができる。あるいは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕのうち２種以上を含む合金膜や、そのような合金膜を２層以上積層したものを用いることもできる。
【００３０】
さらに、これらの金属膜上に金属酸化膜を形成し、それを後述の強誘電体膜形成時に還元し、それによって下部電極を構成するようにしてもよい。金属酸化膜としては、例えば、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕ等の貴金属酸化膜や、そのような貴金属酸化膜を２層以上積層したものを用いることができる。あるいは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕのうち２種以上を含む合金酸化膜や、そのような合金酸化膜を２層以上積層したものを用いることもできる。
【００３１】
なお、このように金属酸化膜を形成する場合には、強誘電体膜形成時における還元性、およびその上に得られる強誘電体膜の配向性等を考慮し、金属酸化膜を、完全な結晶状態よりはむしろ、アモルファスまたは微結晶の状態で、かつ、その下地の金属膜より薄い膜厚で形成することが望ましい。なお、本発明では、アモルファスと結晶粒とが混在している不完全な結晶状態を微結晶と称している。
【００３２】
下部電極の形成後は、ＭＯＣＶＤ法によって強誘電体膜を形成する（ステップＳ２，Ｓ３）。
強誘電体膜の材料としては、ＰＺＴのほか、ＬａをドープしたＰＺＴ（ＰＬＺＴ）、微量のカルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ），シリコン（Ｓｉ）等をドープしたＰＺＴ系材料、ＳＢＴやタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ2（Ｔａ、Ｎｂ）2Ｏ9（ＳＢＴＮ））等のＢｉ層状構造化合物等を用いることができる。
【００３３】
ＭＯＣＶＤ法による強誘電体膜の形成では、まず、下部電極の形成まで行ったウェハをチャンバにセットし、所定の雰囲気中で所定の温度まで昇温する（ステップＳ２）。そして、所定の温度に到達した後、そのチャンバ内の雰囲気を調整し、チャンバ内に強誘電体膜の原料ガスを導入して、強誘電体膜を形成する（ステップＳ３）。なお、原料ガス中には、有機金属原料成分のほか、ＴＦＴや酢酸ブチル等、有機金属原料の溶媒成分が含まれている。
【００３４】
このようなステップＳ２，Ｓ３の強誘電体膜の形成段階において、ステップＳ２の昇温は、所定の比率に制御した、Ａｒガスや窒素（Ｎ2）ガス等の不活性ガスと、Ｏ2ガスとの混合ガス雰囲気で行う。
【００３５】
不活性ガス１００％の雰囲気で昇温を行った場合には、その昇温時に、原料ガス導入前の下部電極表面が不均一に変化しやすい。また、Ｏ2ガス１００％の雰囲気で昇温を行った場合には、その昇温時に、下部電極の構造によってはその表面に異常酸化が起こりやすく、そのような表面は、その後、原料ガスが導入されても、その中の溶媒成分によって均一に還元されにくい。そのため、いずれの雰囲気の場合も、昇温後、原料ガスを導入して形成される強誘電体膜は、ウェハ面内の配向分布や、ウェハ間の再現性の悪いものとなってしまう。
【００３６】
一方、上記のように不活性ガスに所定の比率でＯ2ガスを混合した雰囲気で昇温を行った場合には、下部電極の構造によらずその表面が均一に酸化されやすくなる。このように均一に酸化された下部電極表面は、続く原料ガスの導入により、その原料ガス中の溶媒成分によって均一に還元されやすい。そして、このような酸化・還元が行われた下部電極上には、その原料ガス中の有機金属原料成分により、配向性が良く、ウェハ面内の配向分布やウェハ間の再現性の良い強誘電体膜が形成されるようになる。
【００３７】
なお、ステップＳ１において、下部電極を、金属膜と、アモルファスまたは微結晶の金属酸化膜との積層構造としている場合には、アモルファスまたは微結晶の金属酸化膜を形成しなかった場合に比べ、このような不活性ガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気での昇温と、続く原料ガスの導入により、下部電極表面がいっそう均一に酸化・還元されるようになる。そのため、形成される強誘電体膜の配向性が非常に良好となり、ウェハ面内の配向分布やウェハ間の再現性も向上させることが可能になる。
【００３８】
ステップＳ２の昇温に続く、ステップＳ３のＭＯＣＶＤ法による強誘電体膜の形成は、初期段階（初期層形成段階）とそれ以降の段階（コア層形成段階）で、異なる条件を用いて行う。
【００３９】
例えば、初期層形成段階では、所定の比率に制御した、Ａｒガス等の不活性ガスとＯ2ガスとの混合ガス雰囲気で、形成する強誘電体膜の原料ガスを導入する。原料ガス中の有機金属原料成分は、Ｏ2ガスと反応して分解・酸化され、結晶化された強誘電体膜が下部電極上に堆積される。
【００４０】
この初期層形成段階における混合ガス雰囲気中のＯ2ガス比率は、チャンバ内のＯ2量が、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量よりも少なくなるように制御される。なお、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量とは、有機金属原料成分起因の炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を燃焼して二酸化炭素（ＣＯ2）および水（Ｈ2Ｏ）を生成するのに必要なＯ2量と、有機金属原料成分から形成される強誘電体膜の結晶化に必要なＯ2量との和を示す。
【００４１】
初期層形成段階では、このようにＯ2量が不足している状態で原料ガスが導入されることで、原料ガス中の有機金属原料成分は、混合ガス雰囲気中のＯ2ガスと反応して分解・酸化されると共に、下部電極内のＯを奪って反応して分解・酸化されるようになる。そのため、この段階では、初期層の形成と同時に、下部電極を完全に還元することが可能になる。
【００４２】
一方、コア層形成段階では、Ｏ2ガス１００％の雰囲気で、形成する強誘電体膜の原料ガスを導入する。コア層形成段階における混合ガス雰囲気中のＯ2ガス比率は、チャンバ内のＯ2量が、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量よりも多くなるように制御される。コア層形成段階では、このようにＯ2量が過剰な状態で原料ガスが導入され、原料ガス中の有機金属原料成分は、混合ガス雰囲気中のＯ2ガスと反応して分解・酸化されるようになる。そのため、酸素欠損の少ないコア層を形成することが可能になる。
【００４３】
なお、このようなＭＯＣＶＤ法による強誘電体膜の形成後、その表面平坦化を目的として、必要に応じ、スパッタ法やゾルゲル法等を用いて、さらにもう一層別の強誘電体膜を形成するようにしてもよい。
【００４４】
強誘電体膜の形成後は、その強誘電体膜上に上部電極を形成する（ステップＳ４）。その後は、下部電極、強誘電体膜および上部電極の積層体に対し、パターニングや保護膜（水素や水分のブロック膜）形成を行い（ステップＳ５）、強誘電体キャパシタを構成する。
【００４５】
以後は、常法に従い、層間絶縁膜、プラグおよび配線等の形成を行ってＦｅＲＡＭを完成させればよい。なお、強誘電体キャパシタの強誘電体膜には、通常、ＦｅＲＡＭ形成過程で加わるダメージの回復等を目的として、適当な段階で所定の熱処理が施される。
【００４６】
図１に示したような強誘電体キャパシタの形成フローによれば、強誘電体膜の配向性を向上させることができ、さらに、ウェハ面内の配向分布を向上させ、ウェハ間のばらつきも抑制することができるようになる。したがって、スイッチング電荷量が高く、信頼性の高い強誘電体キャパシタを得ることができるようになる。また、それにより、高性能かつ高信頼性のＦｅＲＡＭを実現することが可能になる。
【００４７】
以下、上記のような原理を用いたＦｅＲＡＭの形成例を具体的に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図２〜図１１はＦｅＲＡＭの各形成工程の説明図である。以下、順に説明する。
【００４８】
図２は下部電極下地形成まで行った後の要部断面模式図である。
まず、ｎ型またはｐ型のＳｉ基板１に、トランジスタの活性領域を画定するＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）２を形成する。なお、ＳＴＩ２に替えて、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法によって素子分離領域を形成してもよい。
【００４９】
次いで、Ｓｉ基板１の活性領域にｐ型不純物を導入してｐウェル３を形成した後、その活性領域の表面を熱酸化する。熱酸化後、全面にアモルファスまたは多結晶のＳｉ膜を形成し、パターニングを行って、ゲート絶縁膜４ａ，４ｂおよびゲート電極５ａ，５ｂを形成する。
【００５０】
次いで、ゲート電極５ａ，５ｂをマスクにｎ型不純物のイオン注入を行い、各ゲート電極５ａ，５ｂ両側のＳｉ基板１に第１，第２のソース・ドレイン・エクステンション領域６ａ，６ｂを形成する。その後、全面にＣＶＤ法によりＳｉＯ膜等の絶縁膜を形成した後、それをエッチバックし、各ゲート電極５ａ，５ｂにサイドウォール９ａ，９ｂを形成する。そして、ゲート電極５ａ，５ｂとサイドウォール９ａ，９ｂをマスクにｎ型不純物のイオン注入を行い、ゲート電極５ａ，５ｂ両側のＳｉ基板１に第１，第２のソース・ドレイン領域１０ａ，１０ｂを形成する。
【００５１】
ここまでの工程により、Ｓｉ基板１の活性領域に、２つのＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタが形成される。
次いで、スパッタ法により全面にコバルト（Ｃｏ）等の高融点金属膜を形成し、加熱を行い、第１，第２のソース・ドレイン領域１０ａ，１０ｂおよびゲート電極５ａ，５ｂの表面をシリサイド化する。その後、全面にプラズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍの酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜を形成してカバー絶縁膜１２を形成し、カバー絶縁膜１２上に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを使用するプラズマＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍのＳｉＯ膜（第１の層間絶縁膜）１３を形成する。そして、その第１の層間絶縁膜１３の上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨して平坦化する。なお、この平坦化後、第１の層間絶縁膜１３の膜厚は、Ｓｉ基板１の平坦面上から７００ｎｍとなる。
【００５２】
次いで、フォトリソグラフィにより第１の層間絶縁膜１３とカバー絶縁膜１２のパターニングを行い、第１，第２のソース・ドレイン領域１０ａ，１０ｂに通じる、例えば０．２５μｍ径のコンタクトホールを形成する。そして、全面に膜厚３０ｎｍのＴｉ膜および膜厚２０ｎｍのＴｉＮ膜を形成した後、ＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜を形成し、余分なＷ膜、ＴｉＮ膜およびＴｉ膜をＣＭＰ法により除去する。それにより、そのコンタクトホール内に、Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜からなる密着膜（グルー膜）１４ａ，１４ｂを介して、Ｗプラグ１５ａ，１５ｂを形成する。
【００５３】
なお、このＣＭＰ工程では、Ｗ膜、ＴｉＮ膜およびＴｉ膜の研磨速度が、下地の第１の層間絶縁膜１３よりも速くなるようなスラリ（例えばCabot Microelectronics Corporation製のＳＳＷ２０００）を使用する。そして、第１の層間絶縁膜１３上に研磨残渣を発生させないように、このＣＭＰの研磨量は各膜の合計膜厚よりも厚く設定し、オーバー研磨する。
【００５４】
次いで、全面にプラズマＣＶＤ法により膜厚１３０ｎｍのＳｉＯＮ膜（酸化防止膜）１６を形成し、さらにその上に、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍのＳｉＯ膜（第２の層間絶縁膜）１７を形成する。なお、酸化防止膜１６は、ＳｉＯＮ膜のほか、ＳｉＮ膜や酸化アルミニウム（ＡＬＯ）膜で形成してもよい。その後、第２の層間絶縁膜１７と酸化防止膜１６を貫通し、第１のソース・ドレイン領域１０ａに接続されたＷプラグ１５ａに通じるコンタクトホールを形成し、グルー膜１４ａ，１４ｂおよびＷプラグ１５ａ，１５ｂと同様にして、そこにグルー膜１８およびＷプラグ１９を形成する。
【００５５】
次いで、グルー膜１８およびＷプラグ１９の形成後の表面に対し、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ処理を行う。このＮＨ3プラズマ処理により、第２の層間絶縁膜１７表面のＯ原子にＮＨ基が結合し、この上に後述のようにＴｉ膜を形成した場合にも、そのＴｉ原子がＯ原子に捕獲されずに第２の層間絶縁膜１７表面を移動しやすくなる。その結果、第２の層間絶縁膜１７上に、自己組織化されて（００２）面に優先配向されたＴｉ膜を形成することが可能になる。
【００５６】
なお、このＮＨ3プラズマ処理は、例えば、被処理ウェハに対して９ｍｍ離間した位置に対向電極を有する平行平板型のプラズマ処理装置を用い、２６６Ｐａの圧力下、基板温度が４００℃に保持されたチャンバ内にＮＨ3ガスを３５０ｓｃｃｍで供給し、被処理ウェハ側に１３．５６ＭＨｚの高周波を１００Ｗのパワーで、また対向電極に３５０ｋＨｚの高周波を５５Ｗのパワーで、６０秒間供給することにより実行することができる。
【００５７】
このようなＮＨ3プラズマ処理後に、例えば、被処理ウェハとターゲットの間の距離を６０ｍｍに設定したスパッタ装置を用い、０．１５ＰａのＡｒ雰囲気中、基板温度を２０℃とし、２．６ｋＷのスパッタパワーを５秒間供給することにより、膜厚２０ｎｍのＴｉ膜を形成する。このＴｉ膜は、前述のように、（００２）面に優先配向させて形成することができる。
【００５８】
ＮＨ3プラズマ処理を経てＴｉ膜を形成した後は、Ｎ2ガス雰囲気中、６５０℃、６０秒間のＲＴＡ処理を行ってそのＴｉ膜を窒化し、その上層に形成される膜の配向性を向上させる役割を果たす、（１１１）面に優先配向されたＴｉＮ膜（下地導電膜）２０を形成する。そして、この下地導電膜２０上に、ＴｉＡｌＮ膜からなる酸化防止膜２１を形成する。このＴｉＡｌＮ膜は、例えば、ＴｉおよびＡｌの合金化したターゲットを用いた反応性スパッタにより、４０ｓｃｃｍのＡｒガスと１０ｓｃｃｍのＮ2ガスの混合ガス雰囲気中、２５３．３Ｐａの圧力下、基板温度４００℃、１．０ｋＷのスパッタパワーで、膜厚１００ｎｍで形成する。
【００５９】
ここまでの工程により図２に示したような状態が得られる。
図３は下部電極用金属膜形成工程の要部断面模式図である。
酸化防止膜２１の形成まで行った後は、図３に示すように、その上に下部電極の下層部を構成する金属膜として、Ｉｒ膜３０を形成する。Ｉｒ膜３０は、例えば、Ａｒガス雰囲気中、０．２Ｐａの圧力下、基板温度を４５０℃とし、０．３ｋＷのスパッタパワーで、膜厚６０ｎｍ〜１００ｎｍで形成する。
【００６０】
さらに、形成したＩｒ膜３０の配向性を向上させるため、不活性ガス（例えばＡｒガス）雰囲気中、６５０℃〜７５０℃、６０秒間のＲＴＡ処理を行う。これにより、所定の結晶面、例えばＩｒ（１１１）面が優先配向されたＩｒ膜３０を得る。なお、金属膜には、Ｉｒ膜３０のほか、Ｒｕ膜、Ｒｈ膜およびＰｄ膜等を用いてもよい。
【００６１】
図４は下部電極用金属酸化膜形成工程の要部断面模式図である。
Ｉｒ膜３０の形成後は、図４に示すように、その上に、アモルファスまたは微結晶のＩｒＯX膜３１を形成する。ＩｒＯX膜３１は、例えば、スパッタ法により、１８６ｓｃｃｍのＡｒガスと１４ｓｃｃｍのＯ2ガスの混合ガス雰囲気中（Ｏ2ガス比率７％）、形成温度６０℃、０．５ｋＷのスパッタパワー、成膜レート１．６ｎｍ／秒、成膜時間１９秒の条件で、３０ｎｍの膜厚に形成する。
【００６２】
図５は強誘電体膜形成工程の要部断面模式図である。
ＩｒＯX膜３１の形成後は、強誘電体膜としてＰＺＴ膜３２を形成する。ＰＺＴ膜３２は、ここでは、まずＭＯＣＶＤ法によって初期層およびコア層を形成した後、スパッタ法によって表層部を形成することによって構成する。なお、図５には、ＰＺＴ膜３２を単層で図示している。ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜３２の形成は、例えば、次のようにして行うことができる。
【００６３】
ここで、図６はＰＺＴ膜形成時における雰囲気ガスの流量プロファイルの一例を示す図である。
まず、図４に示したようにＩｒＯX膜３１の形成まで行ったウェハをチャンバにセットした後、例えば、図６に示すように、１７００ｓｃｃｍのＡｒガスと３００ｓｃｃｍのＯ2ガス（Ｏ2ガス比率１５％）を流通させ、その雰囲気で、ウェハを目標温度（ＰＺＴ膜３２（初期層およびコア層）の形成温度）まで昇温する。この昇温段階では、アモルファスまたは微結晶のＩｒＯX膜３１が均一に酸化（結晶化）される。不活性ガス１００％の雰囲気で昇温を行った場合や、Ｏ2ガス１００％の雰囲気で昇温を行った場合に見られる、下部電極表面の不均一化は抑えられる。
【００６４】
なお、このような昇温段階におけるＯ2ガス比率の詳細については後述する。
目標温度到達後は、図６に示したように、ＰＺＴ膜３２の原料ガス導入まで（初期層形成まで）にインターバルを設け、その間にＡｒガスとＯ2ガスの流量を、ＰＺＴ膜３２の初期層形成用の流量条件に切り替える。ここでは、このインターバルの間に、Ａｒガスの流量を１３７５ｓｃｃｍに切り替え、Ｏ2ガスの流量を６２５ｓｃｃｍに切り替える。この初期層形成段階における混合ガス雰囲気中のＯ2ガス比率は、チャンバ内のＯ2量が、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量の０．３３倍に設定されている。そして、そのような流量条件に切り替えた後、原料ガスを導入し、ＰＺＴ膜３２の初期層の形成を開始する。
【００６５】
なお、先のＡｒガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気での昇温後（目標温度到達後）、この初期層形成用の流量条件に切り替えるためのインターバル前に、その目標温度のままＯ2ガス１００％の雰囲気で処理するようにしてもよい。目標温度到達後には、ＩｒＯX膜３１の結晶化は終了しており、したがって、このようにＯ2ガス１００％の雰囲気で処理してもＩｒＯX膜３１の結晶構造が大きく変化することはない。
【００６６】
インターバル後に導入する原料ガスは、あらかじめ次のようにして調製しておく。すなわち、まず、Ｐｂ原料としてビスジピバロイルメタネート鉛（Ｐｂ（ＤＰＭ）2）、Ｚｒ原料としてテトラキスジメチルへプタンジオネートジルコニウム（Ｚｒ（ＤＭＨＤ）4）、Ｔｉ原料としてビスイソプロポキシビスジピバロイルメタネートチタン（Ｔｉ（Ｏ−ｉＰｒ）2（ＤＰＭ）2）を用い、これらをそれぞれＴＨＦ溶媒中に０．３ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解し、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉの各液体原料を準備する。次いで、これらの各液体原料を、ＭＯＣＶＤ装置の気化器に、流量０．４７４ｍＬ／分のＴＨＦ溶媒と共に、それぞれ０．３２６ｍＬ／分、０．２００ｍＬ／分、０．２００ｍＬ／分の流量で供給して気化させる。それにより、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉの各原料ガスを調製する。
【００６７】
そして、このように調製された原料ガスを、初期層形成用の流量条件に切り替えたチャンバ内に導入し、膜厚３ｎｍ〜１２ｎｍの初期層を形成する。
この初期層形成段階では、先の昇温段階で均一に酸化されたＩｒＯX膜３１が、導入された原料ガス中の溶媒成分により、均一に還元され、それにより、図５に示したように、Ｉｒ膜３１ａが形成される。
【００６８】
さらに、この初期層形成段階では、Ｏ2量が、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量に比べて不足している状態（０．３３倍）で原料ガスが導入されることで、その原料ガス中の有機金属原料成分は、チャンバ内のＯ2ガスのほか、ＩｒＯX膜３１のＯとも反応して分解・酸化される。したがって、初期層と同時に、完全に還元されたＩｒ膜３１ａが形成されるようになる。
【００６９】
ＩｒＯX膜３１の還元により形成されるＩｒ膜３１ａは、下層部のＩｒ膜３０の配向性を制御しておくことにより、Ｉｒ（１１１）面を優先配向させて形成することができる。したがって、その上には、ＰＺＴ（１１１）面を優先配向させた初期層を形成することができる。
【００７０】
なお、ここでは、膜厚３ｎｍ〜１２ｎｍの初期層を形成するようにしたが、３ｎｍを下回る膜厚の初期層を形成する場合には、その成膜時間が短くなるために、完全に還元されたＩｒ膜３１ａが形成されにくく、したがって、その上に形成される初期層の配向性が悪くなる傾向がある。また、１２ｎｍを上回る膜厚の初期層を形成する場合には、酸素欠損等の影響により、最終的に得られる強誘電体キャパシタのスイッチング電荷量が低くなる傾向がある。
【００７１】
初期層を形成した後は、一旦原料ガスの導入を止め、図６に示したように、インターバルの間にＡｒガスとＯ2ガスの流量を、コア層形成用の流量条件に切り替える。ここでは、Ａｒガスの流量を０ｓｃｃｍに切り替え、Ｏ2ガスの流量を４５００ｓｃｃｍに切り替える。このコア層形成段階における混合ガス雰囲気中のＯ2ガス比率は、チャンバ内のＯ2量が、有機金属原料成分と反応させるために必要なＯ2量の６．７７倍に設定されている。そして、そのような流量条件に切り替えた後、原料ガスを導入し、コア層の形成を開始する。
【００７２】
このコア層形成段階では、Ｏ2量が過剰な状態（６．７７倍）で原料ガスが導入されることで、酸素欠損の少ないコア層が形成されるようになる。また、コア層は、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向された初期層上に形成されることで、同じくＰＺＴ（１１１）面に優先配向されて形成されるようになる。
【００７３】
このようなＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜３２の初期層およびコア層の形成時は、チャンバ内の圧力を６６５Ｐａとし、基板温度を６２０℃に保持して、原料ガスをトータル６２０秒間導入し、トータル膜厚１００ｎｍの初期層およびコア層を形成する。
【００７４】
なお、以上のようにして初期層およびコア層を形成する際、初期層の形成速度（成膜レート）は低い値に設定し、コア層の成膜レートはより高い値に設定することが望ましい。例えば、初期層の成膜レートは、０．１ｎｍ／秒以下、好ましくは０．０５ｎｍ／秒以下、より好ましくは０．０４ｎｍ／秒以下に設定する。また、コア層の成膜レートは、０．１７ｎｍ／秒に設定する。初期層の成膜レートが０．１ｎｍ／秒を上回ると、その上に形成されるコア層のモフォロジが悪化してしまい、最終的に得られる強誘電体キャパシタのスイッチング電荷量が低くなる傾向がある。初期層を０．１ｎｍ／秒以下の成膜レートで形成した強誘電体キャパシタのスイッチング電荷量が４０μＣ／ｃｍ2であったのに対し、初期層をコア層と同じ０．１７ｎｍ／秒の成膜レートで形成した強誘電体キャパシタのスイッチング電荷量は３２μＣ／ｃｍ2と低くなった。
【００７５】
ＭＯＣＶＤ法による初期層およびコア層の形成後は、全面に、例えば、スパッタ法により、膜厚１ｎｍ〜３０ｎｍのアモルファスＰＺＴ膜を形成し、初期層、コア層およびアモルファスＰＺＴ膜の積層構造のＰＺＴ膜３２を得る。なお、表層部のアモルファスＰＺＴ膜は、ＰＺＴ膜３２表面の平坦性を高める目的で形成される。
【００７６】
図７は上部電極形成工程の要部断面模式図である。
ＰＺＴ膜３２の形成後は、その上に上部電極３３を形成する。この上部電極３３は、例えば、次のようにして形成することができる。
【００７７】
まず、ＰＺＴ膜３２上に、スパッタ法により、形成時点で結晶の膜厚２５ｎｍのＩｒＯX膜を形成する。例えば、形成温度３００℃、１４０ｓｃｃｍのＡｒガスと６０ｓｃｃｍのＯ2ガスの混合ガス雰囲気中、１ｋＷ〜２ｋＷ程度のスパッタパワーで、そのようなＩｒＯX膜を形成する。
【００７８】
次いで、ＲＴＡ法により、７２５℃、２０００ｓｃｃｍのＡｒガスと２０ｓｃｃｍのＯ2ガスの混合ガス雰囲気中、６０秒間の熱処理を行う。この熱処理は、ＰＺＴ膜３２を完全に結晶化させてＰＺＴ膜３２中の酸素欠損を補償すると共に、上部電極用のＩｒＯX膜形成時のプラズマダメージを回復させる目的で行われる。
【００７９】
次いで、膜厚５０ｎｍ〜１５０ｎｍのＩｒＯY膜を形成する。例えば、Ａｒガス雰囲気中、０．８Ｐａの圧力下、１．０ｋＷのスパッタパワーで４５秒間の堆積を行うと、膜厚１２５ｎｍのＩｒＯY膜を形成することができる。このＩｒＯY膜は、その異常成長を抑制するために、形成温度を１００℃以下にして形成することが望ましい。また、水素に対する触媒作用を抑え、ＰＺＴ膜３２が水素ラジカルによって還元されてしまうのを回避し、強誘電体キャパシタの水素耐性を向上させるために、ＩｒＯY膜は、ＩｒＯ2の化学量論組成に近い組成となるように形成することが望ましい。
【００８０】
次いで、ＩｒＯY膜上に、水素バリア膜兼導電性向上膜として、スパッタ法により、Ｉｒ膜を形成する。例えば、Ａｒガス雰囲気中、１Ｐａの圧力下、１．０ｋＷのスパッタパワーで、膜厚５０ｎｍ〜１００ｎｍのＩｒ膜を形成する。
【００８１】
このようにしてＩｒ／ＩｒＯY／ＩｒＯX積層構造の上部電極３３を形成する。
なお、上部電極３３を形成する際には、ＩｒＯX膜やＩｒＯY膜に替えて、Ｉｒ膜、Ｒｕ膜、Ｒｈ膜、レニウム（Ｒｅ）膜、オスミウム（Ｏｓ）膜およびＰｄ膜や、それらの酸化膜、ＳＲＯ膜等の導電性酸化膜、あるいはこれらの積層構造を用いるようにしてもよい。また、上部電極３３の最上層には、Ｉｒ膜に替えて、Ｒｕ膜、Ｒｈ膜およびＰｄ膜等を用いるようにしてもよい。
【００８２】
図８は強誘電体キャパシタパターニング用ハードマスク形成工程の要部断面模式図、図９は強誘電体キャパシタパターニング工程の要部断面模式図である。
上部電極３３の形成後は、ウェハの背面洗浄を行った後、強誘電体キャパシタのパターニング用に、第１，第２のマスク層４０ａ，４０ｂからなるハードマスク４０を形成する。このハードマスク４０は、例えば、次のようにして形成する。
【００８３】
まず、全面に、第１のマスク層４０ａとしてスパッタ法によりＴｉＮ膜またはＴｉＡｌＮ膜を形成し、その第１のマスク層４０ａ上に、第２のマスク層４０ｂとしてＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法によりＳｉＯ膜を形成する。次いで、その第２のマスク層４０ｂを島状にパターニングし、そのパターニング後の第２のマスク層４０ｂをマスクにして第１のマスク層４０ａをエッチングする。これにより、図８に示したような、第１，第２マスク層４０ａ，４０ｂで構成されるハードマスク４０を形成する。
【００８４】
このようにしてハードマスク４０を形成した後は、臭化水素（ＨＢｒ）、Ｏ2ガス、Ａｒガスおよびオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）の混合ガスをエッチングガスとするプラズマエッチングにより、ハードマスク４０で覆われていない部分の上部電極３３、ＰＺＴ膜３２およびＩｒ膜３１ａ，３０をパターニングする。
【００８５】
次いで、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、第２のマスク層４０ｂを選択的に除去した後、第１のマスク層４０ａを残した状態でドライエッチングを行い、酸化防止膜２１および下地導電膜２０を除去すると共に、その第１のマスク層４０ａを除去する。これにより、図９に示したような強誘電体キャパシタ構造を得る。
【００８６】
図１０は保護膜形成工程の要部断面模式図である。
強誘電体キャパシタの形成後は、その強誘電体キャパシタを覆うように、保護膜として第１のＡＬＯ膜４１を形成する。この第１のＡＬＯ膜４１は、例えば、スパッタ法により、膜厚２０ｎｍで形成する。あるいはＭＯＣＶＤ法により、膜厚２ｎｍ〜５ｎｍのＡＬＯ膜４１を形成する。
【００８７】
第１のＡＬＯ膜４１の形成後は、これまでの工程で加わったＰＺＴ膜３２のダメージを回復させる目的で、回復アニールを行う。この回復アニールは、例えば、Ｏ2ガス含有雰囲気中、炉内のウェハ温度を５５０℃〜７００℃、好ましくは６００℃とし、６０分間行う。
【００８８】
図１１は配線層形成まで行った後の要部断面模式図である。
第１のＡＬＯ膜４１の形成および回復アニール後は、第１のＡＬＯ膜４１上に、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚３８ｎｍの第２のＡＬＯ膜４２を形成する。
【００８９】
次いで、全面に、例えば、ＴＥＯＳガス、Ｏ2ガスおよびヘリウム（Ｈｅ）ガスの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、膜厚１５００ｎｍのＳｉＯ膜からなる第３の層間絶縁膜４３を形成する。なお、この第３の層間絶縁膜４３として、絶縁性を有する無機膜等を形成してもよい。第３の層間絶縁膜４３の形成後は、ＣＭＰ法により、その平坦化を行う。
【００９０】
その後、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）ガスまたはＮ2ガス等を用いて発生させたプラズマ雰囲気にて、熱処理を行う。この熱処理の結果、第３の層間絶縁膜４３中の水分が除去されると共に、第３の層間絶縁膜４３の膜質が変化して、その内部に水分が入り込みにくくなる。
【００９１】
次いで、全面に、例えば、スパッタ法またはＣＶＤ法により、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍのＡＬＯ膜からなるバリア膜４４を形成する。このバリア膜４４は、平坦化された第３の層間絶縁膜４３上に形成されるため、平坦な状態で形成される。
【００９２】
次いで、全面に、例えば、ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍ〜５００ｎｍのＳｉＯ膜からなる第４の層間絶縁膜４５を形成する。なお、この第４の層間絶縁膜４５として、ＳｉＯＮ膜やＳｉＮ膜等を形成してもよい。第４の層間絶縁膜４５の形成後は、ＣＭＰ法により、その平坦化を行う。
【００９３】
次いで、まず、第２のソース・ドレイン領域１０ｂに接続されたＷプラグ１５ｂに通じるコンタクトホールを形成した後、グルー膜４６ａを介してＷプラグ４７ａを形成する。その後、強誘電体キャパシタの上部電極３３に通じるコンタクトホールを形成する。そのコンタクトホールの形成後は、Ｏ2ガス雰囲気中、５５０℃の熱処理を行い、そのコンタクトホール形成に伴ってＰＺＴ膜３２に生じた酸素欠損を回復させる。熱処理後、そのコンタクトホールにグルー膜４６ｂを介してＷプラグ４７ｂを形成する。
【００９４】
なお、グルー膜４６ａ，４６ｂは、ＴｉＮ膜を単層で形成するのが好ましいが、Ｔｉ膜をスパッタにより形成し、その上にＴｉＮ膜をＭＯＣＶＤ法により形成した積層構造とすることも可能である。このようにＴｉＮ膜によりあるいはＴｉＮ膜を用いてグルー膜４６ａ，４６ｂを形成する場合は、ＴｉＮ膜からＣを除去するためにＮ2ガスと水素（Ｈ2）ガスを用いたプラズマ処理を行うことが好ましい。上記のように上部電極３３には水素バリア膜としてＩｒ膜を形成しているため、そのようなプラズマ処理によって、その下層のＩｒＯX膜等が還元されてしまうことはない。
【００９５】
このようにしてグルー膜４６ａ，４６ｂおよびＷプラグ４７ａ，４７ｂの形成まで行った後は、それらのＷプラグ４７ａ，４７ｂ上に配線４８をそれぞれ形成する。配線４８は、例えば、スパッタ法により、膜厚６０ｎｍのＴｉ膜と膜厚３０ｎｍのＴｉＮ膜のＴｉＮ／Ｔｉ積層膜４８ａ、膜厚３６０ｎｍのＡｌＣｕ合金膜４８ｂ、および膜厚５ｎｍのＴｉ膜と膜厚７０ｎｍのＴｉＮ膜のＴｉＮ／Ｔｉ積層膜４８ｃを順次形成した後、それをパターニングすることによって形成することができる。これにより、第１層目の配線層が形成される。
【００９６】
以後は、同様に第２層目以降の配線層を形成し、ＦｅＲＡＭを完成させればよい。
ここで、以上のようなフローでＦｅＲＡＭを形成する場合における、ＭＯＣＶＤ法によるＰＺＴ膜３２形成時の昇温段階のＯ2ガス比率について、詳細に説明する。
【００９７】
まず、下部電極として単層のＩｒ膜を形成し、その上にＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜の初期層およびコア層を形成した場合における、その昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ膜の配向性との関係について述べる。
【００９８】
ここでは、上記の例（図２，図３）に従い、下地導電膜として（１１１）面に優先配向されたＴｉＮ膜を形成し、その上に酸化防止膜としてＴｉＡｌＮ膜を形成し、さらにその上に下部電極として単層のＩｒ膜を形成して、Ｉｒ／ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層構造を形成した。そして、その上に、上記の例（図５，図６）に従い、ＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜の初期層およびコア層を形成した。その際、原料ガス導入前の昇温段階では、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気で昇温を行い、そのＯ2ガス比率を０％，１５％，３０％，６９％と変化させた。初期層およびコア層形成段階の条件は、上記の例（図５，図６）と同じにしている。各Ｏ2ガス比率条件で昇温を行い、原料ガス導入後に得られるＰＺＴ膜の結晶構造を、Ｘ線回折装置を用いて調査した。結果を次の図１２〜図１４に示す。
【００９９】
なお、以下の説明において、ウェハの中心部とは、ウェハを平面から見たときのその中心部をいうものとする。また、ウェハの下部、上部、左部、右部とは、それぞれ、所定の向きのウェハを平面から見たときのその中心部に対する下部、上部、左部、右部をいうものとする。ここでは、ウェハの中心部に対するノッチ方向を下向きとしてウェハの下部、上部、左部、右部を設定している。
【０１００】
図１２は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面の積分強度の関係を示す図、図１３は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（２２２）面の配向率の関係を示す図、図１４は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）の関係を示す図である。ＰＺＴ（２２２）面の配向率は、Ｘ線回折測定の結果より、ＰＺＴ（１１１）面の積分強度と同様に、ＰＺＴ（１００）面およびＰＺＴ（１０１）面の積分強度を求め、上記の式（１）に従って求めている。
【０１０１】
図１２および図１３より、昇温段階のＯ2ガス比率をいずれの条件とした場合にも、ＰＺＴ（１１１）面の積分強度およびＰＺＴ（２２２）面の配向率は低くなる。また、図１４より、昇温段階のＯ2ガス比率が１５％の場合のＰＺＴ（１１１）面のロッキングカーブ半値幅は、他のＯ2ガス比率条件の場合に比べると、若干良くなる。なお、昇温段階のＯ2ガス比率によらず、ウェハの右部におけるＰＺＴ（１１１）面の配向性が悪くなっている。ウェハの右部のＩｒ膜について、昇温段階での酸化と、原料ガス導入後の溶媒成分による還元が、いずれも不均一に起こっていることがわかる。
【０１０２】
昇温段階のＯ2ガス比率を０％としたときには、昇温時には下部電極表面のＩｒ膜の酸化が起こらないが、図６に示したように初期層の形成直前（インターバル）からＯ2ガス（Ａｒガス１３７５ｓｃｃｍ，Ｏ2ガス６２５ｓｃｃｍ（Ｏ2ガス比率約３１％））が導入されて急にＯ2ガス含有雰囲気に曝されることで、異常酸化が起こり、そのような異常酸化後の表面が原料ガス中の溶媒成分で不均一に還元されていると考えられる。
【０１０３】
また、昇温段階のＯ2ガス比率を３０％以上としたときには、昇温時に下部電極表面のＩｒ膜の異常酸化が起こりやすく、そのような表面が原料ガス中の溶媒成分で不均一に還元されていると考えられる。昇温段階のＯ2ガス比率を１５％としたときには、昇温時にそのような異常酸化がある程度は抑えられていると考えられる。
【０１０４】
続いて、この図１２〜図１４に示した結果よりもさらにＰＺＴ（１１１）面の配向性を向上させるために、下部電極の構造を変えて、同様の調査を行った。下部電極は、上記の例（図２〜図４）に従い、Ｉｒ／ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮの積層構造上に、アモルファスまたは微結晶のＩｒＯX膜を形成して、ＩｒＯX／Ｉｒ／ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層構造とした。そして、その上に、上記の例（図５，図６）に従い、ＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜の初期層およびコア層を形成した。その際、原料ガス導入前の昇温段階では、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガス雰囲気で昇温を行い、そのＯ2ガス比率を０％，７．５％，１５％，２２．５％，３０％，６９％と変化させた。各Ｏ2ガス比率条件で昇温を行い、原料ガス導入後に得られるＰＺＴ膜の結晶構造を、Ｘ線回折装置を用いて調査した。結果を次の図１５〜図１８に示す。
【０１０５】
図１５は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１００）面の積分強度の関係を示す図、図１６は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１０１）面の積分強度の関係を示す図、図１７は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面の積分強度の関係を示す図、図１８は昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（２２２）面の配向率の関係を示す図である。
【０１０６】
図１５〜図１８より、昇温段階のＯ2ガス比率を３０％以下とした場合には、ＰＺＴ（１００）面、ＰＺＴ（１０１）面の生成が抑えられ、ＰＺＴ（２２２）面の配向率が高くなる。逆に、昇温段階のＯ2ガス比率を６９％とした場合には、ＰＺＴ（２２２）面の配向率が低くなる。また、昇温段階のＯ2ガス比率を３０％以下とした場合には、ウェハの中心部だけでなく、右部でも高い配向率が得られている。
【０１０７】
昇温段階のＯ2ガス比率を３０％以下としたときには、昇温時にＩｒＯX膜が酸化（結晶化）されるが、その異常酸化は抑えられ、ＩｒＯX膜は、原料ガス中の溶媒成分によってＩｒ膜へと均一に還元され、そのため、ＰＺＴ（２２２）面の配向率が高くなるものと考えられる。
【０１０８】
一方、昇温段階のＯ2ガス比率を６９％としたときには、昇温時にＩｒＯX膜が結晶化されると同時に、その表面の異常酸化が起こり、ＩｒＯX膜は、原料ガス中の溶媒成分によって均一に還元されず、そのため、ＰＺＴ（２２２）面の配向率が低くなるものと考えられる。
【０１０９】
このような結果から、ＩｒＯX／Ｉｒ／ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層構造を用い、その上にＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜を形成する場合には、昇温段階の混合ガス雰囲気中のＯ2ガス比率は、３０％以下、好ましくは１０％〜２０％、より好ましくは１５％とする。
【０１１０】
さらに、ウェハ面内の配向分布およびウェハ間のばらつきを調べた結果を次の図１９および図２０に示す。
図１９は複数ウェハのＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図、図２０は複数ウェハのＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図である。
【０１１１】
ここでは、２５枚のウェハについて、上記の例（図２〜図６）に従い、ＩｒＯX／Ｉｒ／ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層構造を形成し、その上にＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜を形成した。そして、各ウェハのＰＺＴ膜の結晶構造をＸ線回折装置を用いて調査した。
【０１１２】
図１９より、ウェハの中心部および右部の各ＰＺＴ（１１１）面の積分強度は、２５枚の各ウェハ間でそのばらつきが非常に小さく、ＰＺＴ膜を連続形成した場合にも良好な再現性が得られた。図２０より、ウェハの中心部および右部の各ＰＺＴ（２２２）面の配向率の差は非常に小さく、すべて９４％以上であり、また、各ウェハ間のＰＺＴ（２２２）面の配向率の差も非常に小さくなった。
【０１１３】
以上説明したように、この第１の実施の形態のＦｅＲＡＭの形成方法によれば、配向性が良く、ばらつきが抑えられた強誘電体キャパシタを得ることができ、高性能で信頼性の高いＦｅＲＡＭを、安定して形成することが可能になる。
【０１１４】
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、この第２の実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態で述べた要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【０１１５】
図２１は第２の実施の形態のグルー膜およびＷプラグの形成まで行った後の要部断面模式図である。
上記第１の実施の形態では、図２に示したように、グルー膜１８およびＷプラグ１９の形成段階において、まず第２の層間絶縁膜１７にコンタクトホールを形成し、その後、全面にＴｉ膜、ＴｉＮ膜およびＷ膜を形成して、それらを第２の層間絶縁膜１７が露出するようにＣＭＰ法により研磨（オーバー研磨）するようにした。そして、その後、下地導電膜２０および酸化防止膜２１を形成するようにした。
【０１１６】
ただし、その研磨の際には、図２１に示すように、Ｗプラグ１９に凹部６０が形成されて研磨後の表面が平坦にならない場合がある。このような凹部６０が形成される場合、その深さは２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であり、後に形成される下部電極やＰＺＴ膜の配向性に大きな影響を与える。そこで、この第２の実施の形態では、その研磨後に形成する下地導電膜２０を厚くし、それによってそのような凹部６０を埋め込む。
【０１１７】
その場合、まず、グルー膜１８およびＷプラグ１９を形成するための研磨後、凹部６０が形成された表面に対し、ＮＨ3プラズマ処理を行う。このＮＨ3プラズマ処理は、上記第１の実施の形態で述べたのと同様の条件にて行うことができる。
【０１１８】
図２２は第２の実施の形態の下地導電膜形成工程の要部断面模式図である。
ＮＨ3プラズマ処理後、全面に、例えば、被処理ウェハとターゲットの間の距離を６０ｍｍに設定したスパッタ装置を用い、０．１５ＰａのＡｒ雰囲気中、基板温度２０℃、２．６ｋＷのスパッタパワーを３５秒間供給することにより、（００２）面に優先配向された膜厚１００ｎｍのＴｉ膜を形成する。そして、Ｎ2ガス雰囲気中、６５０℃、６０秒間のＲＴＡ処理を行い、（１１１）面に優先配向されたＴｉＮ膜からなる下地導電膜２０を形成する。なお、下地導電膜２０は、ここでは膜厚１００ｎｍ程度となるが、凹部６０の深さ等に応じ、膜厚１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で適宜設定することができる。また、下地導電膜２０は、ここではＴｉＮ膜としたが、Ｗ膜、Ｓｉ膜、Ｃｕ膜等で形成することもできる。
【０１１９】
下地導電膜２０の形成直後は、凹部６０を反映して、下地導電膜２０表面にも凹部が形成されるため、下地導電膜２０の形成に続き、その表層部をＣＭＰ法により研磨する。これにより、その研磨後には、凹部６０の影響が抑えられた、平坦な下地導電膜２０表面を得る。なお、下地導電膜２０の研磨には、例えば、Cabot Microelectronics Corporation製のＳＳＷ２０００を使用する。また、研磨後の下地導電膜２０の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍとする。
【０１２０】
このように下地導電膜２０の表層部を研磨すると、研磨後の下地導電膜２０表面付近の結晶に歪みが発生しやすい。このような歪みは、やはり後に形成される下部電極やＰＺＴ膜の配向性に大きな影響を与える。そのため、例えば、研磨後の下地導電膜２０表面に対し、上記同様のＮＨ3プラズマ処理を行う。それにより、研磨後の下地導電膜２０表面付近の結晶に生じた歪みを除去する。
【０１２１】
ここまでの工程により、図２２に示したような状態が得られる。
図２３は第２の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
上記のようにして研磨およびＮＨ3プラズマ処理まで行った後は、上記第１の実施の形態と同様のフローとなる。
【０１２２】
すなわち、まず、その下地導電膜２０上に酸化防止膜２１を形成する。そして、Ｉｒ膜３０、ＩｒＯX膜３１（Ｉｒ膜３１ａに還元）、ＰＺＴ膜３２、上部電極３３を形成し、これらのパターニングを行い、さらに、下層の酸化防止膜２１および下地導電膜２０のパターニングを行う。その後、第１，第２のＡＬＯ膜４１，４２、第３の層間絶縁膜４３、バリア膜４４、第４の層間絶縁膜４５、グルー膜４６ａ，４６ｂおよびＷプラグ４７ａ，４７ｂを形成し、配線４８を形成して、第１層目の配線層を形成する。これにより、図２３に示したような構造を得る。
【０１２３】
以後は、同様に第２層目以降の配線層を形成し、ＦｅＲＡＭを完成させればよい。
この第２の実施の形態のＦｅＲＡＭの形成方法によれば、平坦で、配向性が良く、ばらつきが抑えられた強誘電体キャパシタを得ることができ、高性能で信頼性の高いＦｅＲＡＭを、安定して形成することが可能になる。
【０１２４】
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、この第３の実施の形態の説明においては、上記第２の実施の形態で述べた要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【０１２５】
図２４は第３の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
上記第２の実施の形態では、図２２に示したように、下地導電膜２０の研磨後に、第２の層間絶縁膜１７、グルー膜１８およびＷプラグ１９がすべて下地導電膜２０で覆われた状態になるようにした。
【０１２６】
これに対し、この第３の実施の形態では、下地導電膜２０を第２の層間絶縁膜１７が露出するまで研磨し、図２４に示したように、その研磨後にはＷプラグ１９の凹部６０のみが下地導電膜２０で埋め込まれた状態になるようにする。以降の工程は、上記第２の実施の形態と同様のフローで行うことができる。
【０１２７】
この第３の実施の形態のＦｅＲＡＭの形成方法によっても、上記第２の実施の形態と同様、平坦で、配向性が良く、ばらつきが抑えられた強誘電体キャパシタを得ることができる。
【０１２８】
次に、第４の実施の形態について説明する。なお、この第４の実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態で述べた要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【０１２９】
図２５は第４の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
この第４の実施の形態のＦｅＲＡＭは、グルー膜１４ａおよびＷプラグ１５ａ上に下地導電膜２０および酸化防止膜２１を介して強誘電体キャパシタが形成され、その強誘電体キャパシタに直接配線７２が形成されている点で、上記第１の実施の形態のＦｅＲＡＭと相違する。このようなＦｅＲＡＭは、次のようにして形成することができる。
【０１３０】
まず、上記第１の実施の形態で述べたようにして第１の層間絶縁膜１３まで形成した後、そこに第１のソース・ドレイン領域１０ａに接続されたグルー膜１４ａおよびＷプラグ１５ａを形成する。そして、グルー膜１４ａおよびＷプラグ１５ａを形成した第１の層間絶縁膜１３上に、下地導電膜２０および酸化防止膜２１を形成する。次いで、Ｉｒ膜３０、ＩｒＯX膜３１（Ｉｒ膜３１ａに還元）、ＰＺＴ膜３２、上部電極３３を形成し、これらのパターニングを行い、下層の酸化防止膜２１と下地導電膜２０のパターニングを行う。その後、第１，第２のＡＬＯ膜４１，４２および第３の層間絶縁膜４３を形成し、さらに、第２のソース・ドレイン領域１０ｂに達するコンタクトホールを形成してグルー膜７０およびＷプラグ７１を形成する。そして、強誘電体キャパシタの上部電極３３に達するコンタクトホールを形成した後、例えばＴｉＮ／Ｔｉ積層膜７２ａ、ＡｌＣｕ合金膜７２ｂ、ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜７２ｃを順に積層し、配線７２を形成する。
【０１３１】
この第４の実施の形態のＦｅＲＡＭの形成方法によっても、上記第１の実施の形態と同様、高性能で信頼性の高いＦｅＲＡＭを形成することができる。
以上、第１〜第４の実施の形態について説明したが、上記の強誘電体キャパシタの形成原理は、例示したようなスタック構造を採用したＦｅＲＡＭのほか、プレーナ構造を採用したＦｅＲＡＭにも、同様に適用可能である。
【０１３２】
（付記１）  強誘電体キャパシタを備える半導体装置の製造方法において、
トランジスタに電気的に接続された下部電極を形成する工程と、
不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で所定温度まで昇温する工程と、
前記所定温度到達後、有機金属原料を用いて前記下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１３３】
（付記２）  前記所定温度まで昇温する工程においては、
前記混合ガス雰囲気中の酸素ガス比率を３０％以下に制御することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【０１３４】
（付記３）  前記強誘電体膜を形成する工程においては、
前記有機金属原料と、前記有機金属原料を反応させるために必要な量に対して不足する量の酸素ガスとを用い、前記下部電極上に前記強誘電体膜の初期層を形成することを特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
【０１３５】
（付記４）  前記初期層を、膜厚３ｎｍ〜１２ｎｍで形成することを特徴とする付記３記載の半導体装置の製造方法。
（付記５）  前記初期層を、形成速度０．１ｎｍ／秒以下で形成することを特徴とする付記３または４記載の半導体装置の製造方法。
【０１３６】
（付記６）  前記初期層の形成後、前記有機金属原料と、前記有機金属原料を反応させるために必要な量に対して過剰な量の酸素ガスとを用い、前記下部電極上に前記強誘電体膜のコア層を形成することを特徴とする付記３〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１３７】
（付記７）  前記コア層の形成後、前記強誘電体膜のアモルファスの表層部を形成することを特徴とする付記６記載の半導体装置の製造方法。
（付記８）  前記強誘電体膜のアモルファスの表層部は、スパッタ法により形成されることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【０１３８】
（付記９）  前記強誘電体膜の形成後、酸素ガス含有雰囲気で熱処理を行う工程を有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）  前記下部電極は、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕのいずれかを含むことを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１３９】
（付記１１）  前記下部電極を形成する工程においては、
前記トランジスタに電気的に接続された第１の金属膜を形成し、前記第１の金属膜上にアモルファスまたは微結晶状態の金属酸化膜を形成することを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１４０】
（付記１２）  前記強誘電体膜を形成する工程においては、
前記金属酸化膜を第２の金属膜に還元すると共に、前記第２の金属膜上に前記強誘電体膜を形成することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【０１４１】
（付記１３）  前記金属酸化膜は、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕのいずれかを含む貴金属酸化膜であることを特徴とする付記１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）  前記所定温度は、前記強誘電体膜を形成する工程を実行する温度と実質的に同一であることを特徴とする付記１〜１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１４２】
（付記１５）  前記強誘電体膜は、ＰｂまたはＢｉを含むことを特徴とする付記１〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】強誘電体キャパシタの形成フローの一例を示す図である。
【図２】下部電極下地形成まで行った後の要部断面模式図である。
【図３】下部電極用金属膜形成工程の要部断面模式図である。
【図４】下部電極用金属酸化膜形成工程の要部断面模式図である。
【図５】強誘電体膜形成工程の要部断面模式図である。
【図６】ＰＺＴ膜形成時における雰囲気ガスの流量プロファイルの一例を示す図である。
【図７】上部電極形成工程の要部断面模式図である。
【図８】強誘電体キャパシタパターニング用ハードマスク形成工程の要部断面模式図である。
【図９】強誘電体キャパシタパターニング工程の要部断面模式図である。
【図１０】保護膜形成工程の要部断面模式図である。
【図１１】配線層形成まで行った後の要部断面模式図である。
【図１２】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面の積分強度の関係を示す図である。
【図１３】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（２２２）面の配向率の関係を示す図である。
【図１４】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面のロッキングカーブ半値幅の関係を示す図である。
【図１５】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１００）面の積分強度の関係を示す図である。
【図１６】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１０１）面の積分強度の関係を示す図である。
【図１７】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（１１１）面の積分強度の関係を示す図である。
【図１８】昇温段階のＯ2ガス比率とＰＺＴ（２２２）面の配向率の関係を示す図である。
【図１９】複数ウェハのＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図である。
【図２０】複数ウェハのＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図である。
【図２１】第２の実施の形態のグルー膜およびＷプラグの形成まで行った後の要部断面模式図である。
【図２２】第２の実施の形態の下地導電膜形成工程の要部断面模式図である。
【図２３】第２の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
【図２４】第３の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
【図２５】第４の実施の形態のＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
【図２６】ウェハ中心部のＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図である。
【図２７】ウェハ周辺部のＰＺＴ（１１１）面の積分強度を示す図である。
【図２８】ウェハ中心部のＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図である。
【図２９】ウェハ周辺部のＰＺＴ（２２２）面の配向率を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  Ｓｉ基板
２  ＳＴＩ
３  ｐウェル
４ａ，４ｂ  ゲート絶縁膜
５ａ，５ｂ  ゲート電極
６ａ  第１のソース・ドレイン・エクステンション領域
６ｂ  第２のソース・ドレイン・エクステンション領域
９ａ，９ｂ  サイドウォール
１０ａ  第１のソース・ドレイン領域
１０ｂ  第２のソース・ドレイン領域
１２  カバー絶縁膜
１３  第１の層間絶縁膜
１４ａ，１４ｂ，１８，４６ａ，４６ｂ，７０  グルー膜
１５ａ，１５ｂ，１９，４７ａ，４７ｂ，７１  Ｗプラグ
１６，２１  酸化防止膜
１７  第２の層間絶縁膜
２０  下地導電膜
３０，３１ａ  Ｉｒ膜
３１  ＩｒＯX膜
３２  ＰＺＴ膜
３３  上部電極
４０  ハードマスク
４０ａ  第１のマスク層
４０ｂ  第２のマスク層
４１  第１のＡＬＯ膜
４２  第２のＡＬＯ膜
４３  第３の層間絶縁膜
４４  バリア膜
４５  第４の層間絶縁膜
４８，７２  配線
４８ａ，４８ｃ，７２ａ，７２ｃ  ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜
４８ｂ，７２ｂ  ＡｌＣｕ合金膜
６０  凹部
【図１】
2008311564.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008311564.tif 000007
【図６】
2008311564.tif 000008
【図７】
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【図８】
2008311564.tif 000010
【図９】
2008311564.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008311564.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008311564.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2008311564.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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