(57)【要約】【課題】分極電荷量が大きな強誘電体膜を安定して形成できる強誘電体膜の形成方法を提供する。【解決手段】クランプ４１により、ウェハ２０を上面が湾曲した形状の支持台本体４０の上に固定する。次に、ウェハ２０をＭＯＣＶＤ装置内に入れて、ウェハ２０上に強誘電体膜を形成する。そして、強誘電体膜のキュリー温度以下になるまで放置した後、クランプ４１を外してウェハ２０を元の形状に戻す。これにより、強誘電体膜に圧縮応力が加えられ、ピエゾ効果によって強誘電体膜の分極電荷量が増大する。【選択図】　図６
2004087754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を弾性変形の範囲内で湾曲させる第１の工程と、
湾曲した前記基板の上に強誘電体膜を形成する第２の工程と、
前記基板を元の形状に戻す第３の工程と
をこの順番で実施することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記基板を凸状に湾曲させることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、前記基板の温度が前記強誘電体膜のキュリー温度以下になってから実施することを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【請求項４】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたトランジスタと、
前記半導体基板上に形成されて前記トランジスタを被覆する第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上に下部電極、強誘電体膜及び上部電極を積層して形成され、前記下部電極及び前記上部電極のうちの一方が前記トランジスタに電気的に接続された強誘電体キャパシタと、
前記第１の層間絶縁膜上に形成されて前記強誘電体キャパシタを覆う第２の層間絶縁膜とを有し、
前記強誘電体膜には圧縮応力又は引張応力が加えられていることを特徴とする強誘電体メモリ。
【請求項５】
前記強誘電体膜に加えられた圧縮応力又は引張応力の方向が、前記基板上の全ての強誘電体膜で同一であることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体メモリ。
【請求項６】
前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｉｒ及びＲｕからなる群から選択された１種の貴金属を主成分として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体メモリ。
【請求項７】
前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｓｒ及びＣｏからなる群から選択された１種の金属の酸化物を主成分として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体メモリ。
【請求項８】
前記第２の層間絶縁膜が、ＳｉＯ２　、ＴＥＯＳ、ＳｉＮ、ＦＳＧ、ＨＳＧ、ＳｉＬＫ、ＢＣＢ及びＮＣＳからなる群から選択された１種の絶縁物を主成分として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発分極現象を示す強誘電体膜の形成方法、及びデータを保持するキャパシタに強誘電体膜を用いた強誘電体メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリには電源がオフになるとデータが消失するものと、電源がオフになってもデータが消失しないものとがある。前者を揮発性メモリと呼び、後者を不揮発性メモリと呼んでいる。
【０００３】
ＩＣカードやスマートカードには、不揮発性メモリを内蔵したシステムＬＳＩが使用されている。近年、この種のシステムＬＳＩに、不揮発性メモリとして強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）が使用されるようになった。強誘電体メモリは、書換え速度が数１０ｎｓと高速であり、読み出し／書き込み電圧が低く、１×１０１０〜１×１０１２回の書換えが可能という利点を有している。
【０００４】
強誘電体メモリのデータ保持部に使用される強誘電体キャパシタは、一対の電極間にＰＺＴ（ＰｂＺｒｘ　Ｔｉ１−ｘ　Ｏ３　）、ＰＬＺＴ（Ｐｂｙ　Ｌａ１−ｙ　Ｚｒｘ　Ｔｉ１−ｘ　Ｏ３　）、又はＳＢＴ（ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　）等の強誘電体材料からなる薄膜を挟んで構成されている。強誘電体薄膜は、電界を印加していない状態でも分極状態を維持する自発分極現象を示し、電界を印加すると電界の方向に応じて分極方向が変化する。強誘電体メモリでは、分極方向が相互に異なる２つの分極状態を“１”と“０”とに対応付けてデータを記憶する。ＰＺＴを用いた強誘電体キャパシタの極性反転動作については、例えばＳＥＩＫＥ　ｅｔ　ａｌ．：ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＨＹＳＩＣＳ　ＶＯＬ．８８，Ｎｏ．９　２０００．１５．ｓｅｐ．　ｐｐ３４４５−３４４７に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩＣカードやスマートカードはマネー情報や個人情報を取り扱うシステムに使用されることも多いため、高い信頼性を長期間にわたって維持することが要求される。例えば、１０年以上の耐用年数を実現するためには、強誘電体膜の分極電荷量が３０μＣ／ｃｍ２　以上、より好ましくは３５μＣ／ｃｍ２　以上であることが必要とされている。
【０００６】
従来、強誘電体膜は、一般的にスパッタ法又はＭＯＣＶＤ法により成膜されている。しかしながら、従来方法により製造された強誘電体キャパシタでは、強誘電体膜の分極電荷量が２０〜２５μＣ／ｃｍ２　のものが大半を占め、３０μＣ／ｃｍ２　以上のキャパシタの割合は２０〜３０％程度である。このため、分極電荷量が大きな強誘電体膜を安定して形成できる強誘電体膜の形成方法が要望されている。
【０００７】
以上から、本発明の目的は、分極電荷量が大きな強誘電体膜を安定して形成できる強誘電体膜の形成方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、長期間にわたって高い信頼性を維持することができる強誘電体メモリを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、基板を弾性変形の範囲内で湾曲させる第１の工程と、湾曲した前記基板の上に強誘電体膜を形成する第２の工程と、前記基板を元の形状に戻す第３の工程とをこの順番で実施することを特徴とする強誘電体膜の形成方法により解決する。
【００１０】
また、上記した課題は、半導体基板と、前記半導体基板に形成されたトランジスタと、前記半導体基板上に形成されて前記トランジスタを被覆する第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に下部電極、強誘電体膜及び上部電極を積層して形成され、前記下部電極及び前記上部電極のうちの一方が前記トランジスタに電気的に接続された強誘電体キャパシタと、前記第１の層間絶縁膜上に形成されて前記強誘電体キャパシタを覆う第２の層間絶縁膜とを有し、前記強誘電体膜には圧縮応力又は引張応力が加えられていることを特徴とする強誘電体メモリにより解決する。
【００１１】
強誘電体結晶材料に圧縮応力が加わると、ピエゾ効果によって分極電荷量が増大することが知られている。本発明はこの現象を利用して、分極電荷量が大きな強誘電体膜を形成する。
【００１２】
すなわち、本発明では、弾性変形の範囲内の応力を加えて基板を変形させ、その状態で基板上に強誘電体膜を成膜した後、基板に加えた応力を解放して元の形状に戻す。この方法によれば、成膜直後の強誘電体膜には応力がかからないが、基板が元の形状に戻ることにより強誘電体膜には応力が加えられた状態になる。これにより、分極電荷量が大きな強誘電体膜が得られる。
【００１３】
基板を凸状に湾曲させて基板上に強誘電体膜を形成すると、基板の形状が平坦に戻ったときには強誘電体膜に圧縮応力が加えられる。このように、強誘電体膜に圧縮応力が加えられた状態では、強誘電体膜の分極電荷量は応力が加えられていないときに比べて大きく増加する。逆に、基板を凹状に湾曲させて基板上に強誘電体膜を形成すると、基板の形状が平坦に戻ったときには強誘電体膜に引張応力が加えられる。この場合も、強誘電体膜の分極電荷量は応力が加えられていないときに比べて増加する。但し、分極電荷量の増加の割合は、圧縮応力を加えた場合に比べて少ない。従って、強誘電体膜に圧縮応力が加えられるように、ウェハを変形することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、更に詳細に説明する。以下の説明において、「圧縮応力」とは強誘電体薄膜を圧縮する応力であり、「引張応力」とは強誘電体薄膜を引張る応力である。
【００１５】
本願発明者等は、表面上にＰＺＴ膜（強誘電体膜）を成膜したウェハを劈開して試験片とし、この試験片に弾性変形の範囲内の応力（引張応力又は圧縮応力）を加えて強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒを測定した。図１は、その結果を示す図である。但し、最初に応力なしの状態で分極電荷量を測定し、その後、引張応力を加えたときの分極電荷量、応力を開放したとき（応力なし）の分極電荷量、圧縮応力を加えたときの分極電荷量、及び応力を開放したとき（応力なし）の分極電荷量を順番に測定している。
【００１６】
ＰＺＴ膜への引張応力の印加は、図２（ａ）に示すように試験片１０の中央部の下に板１１をおき、試験片１０の両端を接着テープ１２でテーブルに固定することによって行った。その後、試験片１０の中央部にプローブ１３を接触させて、ＰＺＴ膜の分極電荷量を測定した。また、ＰＺＴ膜への圧縮応力の印加は、図２（ｂ）に示すように試験片１０の両端部の下に板１１をおき、試験片１０の中央部近傍を接着テープ１２でテーブルに固定することによって行った。その後、試験片１０の中央部にプローブ１３を接触させて、ＰＺＴ膜の分極電荷量を測定した。
【００１７】
図１に示すように、最初に応力なしの状態で測定した強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒは３１μＣ／ｃｍ２　であったが、引張応力を加えた状態で測定した分極電荷量２Ｐｒは３２．５μＣ／ｃｍ２　に増大した。一旦応力を開放した後に今度は強誘電体膜に圧縮応力を加えると、分極電荷量２Ｐｒは３５μＣ／ｃｍ２　まで増大した。
【００１８】
図３は、ＰＺＴ強誘電体膜を成膜したウェハを劈開して試験片とし、弾性変形の範囲内の応力を加えて試験片を曲げた後、応力を開放した状態で強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒの測定を行った結果を示す図である。すなわち、最初に応力なしの状態で強誘電体膜の分極電荷量を測定し、その後、引張応力を５０回加えた後に応力を開放して分極電荷量を測定し、更に圧縮応力を５０回加えた後に応力を開放した状態で分極電荷量を測定した。但し、引張応力の印加は、図４（ａ）に示すようにＰＺＴ膜を形成した面を上にして、平坦な状態から図４（ｂ）に示すように試験片１０の両端部に下向きの応力を加えることにより行った。また、圧縮応力の印加は、図４（ａ）に示すようにＰＺＴ膜を形成した面を上にして、平坦な状態から図４（ｃ）に示すように試験片１０の両端部に上向きの応力を加えることにより行った。
【００１９】
図３からわかるように、応力が加えられていない強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒは３３．５μＣ／ｃｍ２　であったが、圧縮応力を加えた後の分極電荷量２Ｐｒは３８μＣ／ｃｍ２　と大きな値を示した。
【００２０】
このように、強誘電体膜に応力を加えると分極電荷量が増大することが確認された。そこで、本発明においては、基板を変形させた状態で強誘電体膜を形成し、その後基板を平坦な状態に戻す。これにより、強誘電体膜に応力がかかり、分極電荷量が増大する。
【００２１】
分極電荷量の増大がピエゾ効果によるものとすると、強誘電体膜に圧縮応力がかかるように基板を曲げてから強誘電体膜を形成することが必要となる。しかし、図１からわかるように、強誘電体膜に引張応力を加えたときにも分極電荷量は増大する。これは、強誘電体膜に引張応力を加えても、膜中に圧縮応力がかかる部分が存在するためと考えられる。従って、引張応力がかかるように基板を曲げてから強誘電体膜を形成してもよい。
【００２２】
（ＭＯＣＶＤ装置）
図５は強誘電体膜（ＰＺＴ）の成膜に使用するＭＯＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
【００２３】
原料タンク２１ａにはＰｂ系液体原料が貯蔵され、原料タンク２１ｂにはＺｒ系液体原料が貯蔵され、原料タンク２１ｃにはＴｉ系液体原料が貯蔵され、原料タンク２１ｄにはＴＨＦ溶媒が貯蔵されている。これらの原料タンク２１ａ〜２１ｄから出た配管２２ａ〜２２ｄは配管２４に合流している。配管２２ａの途中にはマスフローコントローラ２３ａが設けられ、配管２２ｂの途中にはマスフローコントローラ２３ｂが設けられ、配管２２ｃの途中にはマスフローコントローラ２３ｃが設けられ、配管２２ｄの途中にはマスフローコントローラ２３ｄが設けられて、それぞれの液体原料の流量を調整できるようになっている。
【００２４】
配管２４にはキャリアガスとして例えばＮ２　が供給される。このキャリアガスにより、液体原料は気化器２５に移送される。気化器２５には、内部空間を加熱するヒータ（図示せず）と、配管２４を通って送られてきた液体原料を内部空間に噴射するノズル（図示せず）とが設けられている。液体原料は、この気化器２５内でガス化されて原料ガスとなる。
【００２５】
気化器２５から出た配管２６は途中で分岐しており、分岐した一方の配管２６ａはバルブ２７ａを介してＭＯＣＶＤ装置３０に接続されている。また、分岐した他方の配管２６ｂはバルブ２７ｂを介して排気装置２８に接続されている。
【００２６】
ＭＯＣＶＤ装置３０は、ガス混合室３１、シャワーヘッド３２及び反応室３３により構成されている。ガス混合室３１では、配管２６ａを介して送られてくる原料ガスと、配管２９を介して送られてくる酸化ガス（例えばＯ２　）とが混合される。ガス混合室３１で混合されたガスは、シャワーヘッド３２から反応室３３内に導入される。
【００２７】
反応室３３内には、ウェハ（基板）を支持する支持台３４と、支持台３４ごとウェハを加熱するプレート３５とが設けられている。反応室３３内に導入されたガスは加熱されたウェハの表面で化学反応して、ウェハの上に強誘電体膜が成膜される。
【００２８】
反応室３３から排気されたガスは、配管２９を通って排気装置２８に移送される。そして、この排気装置２８で分解等の処理がなされた後に排気される。
【００２９】
（支持台）
図６（ａ），（ｂ）は、支持台３４の一例を示す図である。図６（ａ）に示すように、支持台３４は、凸状（円筒状）に湾曲した上面を有する支持台本体４０と、２個のクランプ４１とにより構成されている。ウェハ２０を支持台本体４０の上におき、クランプ４１によりウェハ２０の縁部を押さえて、図６（ｂ）に示すように、ウェハ２０を湾曲した状態で支持台本体４０の上に固定する。
【００３０】
支持台本体４０及びクランプ４１は、いずれもＳｉＣ又はｐＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　Ｂｏｒｏｎ　Ｎｉｔｒｉｄｅ　：パイロリティックボロンナイトライド）をコーティングしたグラファイト、又はＡｌＮ等の耐酸化性の強い材料で形成されており、例えば４００〜７００℃の温度の酸化性雰囲気に晒されても、酸化や腐食が防止される。
【００３１】
（強誘電体膜の形成方法）
本実施の形態では、支持台３４にウェハ２０を湾曲した状態で固定し、支持台３４を反応室３３内のプレート３５の上におく。そして、ウェハ２０を５５０〜６５０℃に加熱し、反応室３３内にＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの有機金属原料のガスと酸化ガスとを導入する。これにより、ウェハ２０の上にＰＺＴが堆積して、ＰＺＴ膜が形成される。ＰＺＴ膜が所望の厚さに形成された後、原料ガス及び酸化ガスの供給を停止する。
【００３２】
次いで、支持台３４を反応室３３から取り出して強誘電体材料（ＰＺＴ）のキュリー温度以下になるまで放置し、その後クランプ４１を外してウェハ２０を元の平坦な形状に戻す。強誘電体材料のキュリー温度よりも高い温度のときにクランプ４１を外してウェハ２０を平坦な形状に戻すと、強誘電体膜に応力を加える効果が失われる。強誘電体材料のキュリー温度は組成によっても異なるが一般的には２８０〜３００℃程度であるので、１００℃以下の温度になってからクランプ４１を外すことが好ましい。
【００３３】
なお、強誘電体膜を形成した後に、強誘電体膜のキュリー温度よりも高い温度となる工程があるときは、それらの工程を終了した後に支持台３４からウェハ２０を取り外すことが好ましい。
【００３４】
このようにして形成した強誘電体膜は、強誘電体膜を構成する強誘電体結晶に圧縮応力が加わり、その結果分極電荷量が増大する。これにより、分極電荷量が３０μＣ／ｃｍ２　又は３５μＣ／ｃｍ２　以上の強誘電体膜を安定して形成することができ、ひいては強誘電体メモリの信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、本実施の形態の強誘電体膜の形成方法は、ウェハを湾曲させた状態で治具（支持台）に固定すること以外は従来と同様であるので、治具以外の設備を更新する必要がなく、安価に実施することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では強誘電体膜がＰＺＴ膜の場合について説明したが、本発明はその他のＰｂ（鉛），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔｉ（チタン）を主成分とする強誘電体膜、Ｓｒ（ストロンチウム），Ｂｉ（ビスマス），Ｔａ（タンタル）を主成分とする強誘電体膜、及びＢｉ，Ｌａ（ランタン），Ｔａを主成分とする強誘電体膜の形成にも適用することができる。Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを主成分とする強誘電体には、例えばＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０．３　、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）０．３　、（Ｐｂ，Ｌａ，Ｃａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）０．３　、（Ｐｂ，Ｌａ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）０．３　及び（Ｐｂ，Ｌａ，Ｃａ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）０．３　がある。また、Ｓｒ，Ｂｉ，Ｔａを主成分とする強誘電体には、例えばＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　がある。更に、Ｂｉ，Ｌａ，Ｔａを主成分とする強誘電体には、例えば（Ｂｉ，Ｌａ）４　Ｔｉ３　Ｏ１２がある。
【００３７】
また、本実施の形態ではウェハ２０を円筒状に湾曲させるものとしたが、球面状や円錐面状に湾曲させてもよい。また、本実施の形態ではクランプ４１を有する支持台３４によりウェハ２０を湾曲させた状態で固定するものとしたが、静電力によりウェハ２０を支持台の湾曲面上に固定してよい。
【００３８】
更に、本実施の形態では、ウェハ２０を支持台３４に固定して加熱用のプレート３５の上におくものとしたが、上面が凸状のサセプタを使用して、サセプタの上にウェハを固定するようにしてもよい。
【００３９】
（ＦｅＲＡＭ）
図７は、ＦｅＲＡＭの一例を示す断面図である。半導体基板５０には、素子領域を分離する素子分離絶縁膜５１が形成されている。各素子領域には、メモリセルを構成するトランジスタ５２が形成されている。そして、半導体基板５０の上には、トランジスタ５２を覆う第１の層間絶縁膜５３が形成されている。この層間絶縁膜５３は、ＳｉＯ２　又はＳｉＮ等の絶縁物により構成されている。
【００４０】
層間絶縁膜５３の上には、下部電極５４、強誘電体膜５５及び上部電極５６を積層してなる強誘電体キャパシタが形成されている。この強誘電体キャパシタは、第１の層間絶縁膜５３の上に形成された第２の層間絶縁膜５７により覆われている。
【００４１】
層間絶縁膜５７の上には、配線５９ａ，５９ｂ，５９ｃが形成されている。この例では、配線５９ａ，５９ｂは絶縁膜５３，５７に埋め込まれたビアコンタクト５８ａ，５８ｂを介してトランジスタ５２の不純物拡散層に電気的に接続されている。また、配線５９ｂは絶縁膜５７に形成されたコンタクトホールを介して強誘電体キャパシタの上部電極５６にも電気的に接続され、配線５９ｃは絶縁膜５７に埋め込まれたビアコンタクト５８ｃを介して強誘電体キャパシタの下部電極５４に電気的に接続されている。
【００４２】
下部電極５４及び上部電極５６は、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）及びＲｕ（ルテニウム）のいずれか１種の貴金属、又はＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｓｒ（ストロンチウム）及びＣｏ（コバルト）のいずれか１種の導電性貴金属酸化物を主成分として形成されている。
【００４３】
また、強誘電体膜５５はＰＺＴ，ＰＬＺＴ又はＳＢＴ等の誘電体材料により形成され、図５に示すＭＯＣＶＤ装置を使用して、ウェハを湾曲した状態で成膜される。
【００４４】
層間絶縁膜５７は、例えばＳｉＯ２　、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）４　）、ＳｉＮ、ＦＳＧ（Ｆｌｏｎｒｉｔｅ　ｄｏｐｅｄＳｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ　：フッ素添加シリケートガラス）、ＨＳＧ（日立化成の商品名）、ＳｉＬＫ（有機高分子の一種でダウケミカルの商品名）、ＢＣＢ（有機高分子の一種でダウケミカルの商品名）、ＮＣＳ（Ｎａｎｏ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　：ナノキャビティシリカ）を主成分とする絶縁物により形成されている。
【００４５】
ＦｅＲＡＭでは、１つのメモリセルに対し１つの強誘電体キャパシタが形成される。この場合、同一チップ内の複数の強誘電体膜に対し、圧縮方向（又は引張方向）が均一でないとすると、強誘電体キャパシタの特性にばらつきが発生することが考えられる。従って、同一ウェハ内又は同一チップ内の強誘電体膜の向きを一方向に揃えることが好ましい、例えば、図８に示すように、圧縮方向がＸ方向の場合、ウェハ２０上に形成される各強誘電体キャパシタの強誘電体膜４５の短辺又は長辺の方向を、Ｘ方向に一致させればよい。
【００４６】
これにより、強誘電体膜の分極電荷量が大きく且つ均一であり、長期間にわたり高い信頼性を維持できる強誘電体メモリを得ることができる。
【００４７】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態では支持台本体とクランプとによりウェハを湾曲した状態にしているが、ウェハの湾曲方法はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、熱酸化法又はＣＶＤ法によりウェハ６０の裏面側にＳｉＯ２　膜６１を形成することにより、ウェハ６０を凸状に湾曲させることができる。厚さが０．３ｍｍ、直径が６〜８インチのウェハの場合、ウェハ６０の裏面側に厚さが１００ｎｍ〜１μｍのＳｉＯ２　膜６１を形成すると、ウェハ６０を凸状に湾曲させることができる。
【００４８】
このようにしてウェハ６０を湾曲させた状態で、ウェハ６０の上に強誘電体膜を形成する。その後、フッ酸によりＳｉＯ２　膜６１を除去すると、ウェハ６０は元の平坦な形状に戻り、強誘電体膜には圧縮応力が加えられる。これにより、分極電荷量の大きな強誘電体膜を得ることができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態ではＭＯＣＶＤ法により強誘電体膜を形成するものとしたが、本発明において強誘電体膜の形成方法はこれに限定されるものではなく、３０〜２００ｎｍの強誘電体薄膜を再現性良く形成される方法であればよい。このような方法には、ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法を含む）、スパッタ法及びゾル−ゲル法などがある。
【００５０】
（付記１）基板を弾性変形の範囲内で湾曲させる第１の工程と、湾曲した前記基板の上に強誘電体膜を形成する第２の工程と、前記基板を元の形状に戻す第３の工程とをこの順番で実施することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
【００５１】
（付記２）前記第２の工程では、前記強誘電体膜をＭＯＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５２】
（付記３）前記第１の工程では、前記基板を凸状に湾曲させることを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５３】
（付記４）前記第１の工程では、前記基板を凹状に湾曲させることを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５４】
（付記５）前記第３の工程は、前記基板の温度が前記強誘電体膜のキュリー温度以下になってから実施することを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５５】
（付記６）前記第２の工程で形成する前記強誘電体膜は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分として含むことを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５６】
（付記７）前記第２の工程で形成する前記強誘電体膜は、Ｓｒ，Ｂｉ及びＴａを主成分として含むことを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５７】
（付記８）前記第２の工程で形成する前記強誘電体膜は、Ｂｉ、Ｌａ及びＴａを主成分として含むことを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５８】
（付記９）前記第１の工程では、湾曲した面を有する治具の湾曲面に前記基板を固定することを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００５９】
（付記１０）前記基板がシリコン基板であり、前記第１の工程では前記シリコン基板の裏面側に酸化膜を形成することを特徴とする付記１に記載の強誘電体膜の形成方法。
【００６０】
（付記１１）半導体基板と、前記半導体基板に形成されたトランジスタと、前記半導体基板上に形成されて前記トランジスタを被覆する第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に下部電極、強誘電体膜及び上部電極を積層して形成され、前記下部電極及び前記上部電極のうちの一方が前記トランジスタに電気的に接続された強誘電体キャパシタと、前記第１の層間絶縁膜上に形成されて前記強誘電体キャパシタを覆う第２の層間絶縁膜とを有し、前記強誘電体膜には圧縮応力又は引張応力が加えられていることを特徴とする強誘電体メモリ。
【００６１】
（付記１２）前記強誘電体膜に加えられた圧縮応力又は引張応力の方向が、前記基板上の全ての強誘電体膜で同一であることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６２】
（付記１３）前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｉｒ及びＲｕからなる群から選択された１種の貴金属を主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６３】
（付記１４）前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｓｒ及びＣｏからなる群から選択された１種の金属の酸化物を主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６４】
（付記１５）前記強誘電体膜が、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６５】
（付記１６）前記強誘電体膜が、Ｓｒ，Ｂｉ及びＴａを主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６６】
（付記１７）前記強誘電体膜が、Ｂｉ、Ｌａ及びＴａを主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６７】
（付記１８）前記第２の層間絶縁膜が、ＳｉＯ２　、ＴＥＯＳ、ＳｉＮ、ＦＳＧ、ＨＳＧ、ＳｉＬＫ、ＢＣＢ及びＮＣＳからなる群から選択された１種の絶縁物を主成分として形成されていることを特徴とする付記１１に記載の強誘電体メモリ。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の強誘電体膜の形成方法によれば、基板を湾曲させた状態で強誘電体膜を形成し、その後基板を元の形状に戻すので、強誘電体膜には圧縮応力又は引張応力が加えられ、その結果強誘電体膜の分極電荷量が増大する。これにより、分極電荷量が大きな強誘電体膜を安定して形成することができ、長期間にわたって高い信頼性を維持できる強誘電体メモリを得ることができる。
【００６９】
また、本発明の強誘電体メモリによれば、強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜に圧縮応力又は引張応力が加えられているので、強誘電体膜の分極電荷量が大きい。これにより、長期間にわたって高い信頼性を維持することができるので、マネー情報や個人情報を取り扱うＩＣカードやスマートカードに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、表面上にＰＺＴ膜を成膜したウェハを劈開して試験片とし、この試験片に弾性変形の範囲内の応力を加えて強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒを測定した結果を示す図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ）は、ＰＺＴ膜への圧縮応力及び引張応力の印加方法を示す図である。
【図３】図３は、ＰＺＴ強誘電体膜を成膜したウェハを劈開して試験片とし、弾性変形の範囲内の応力を加えて試験片を曲げた後、応力を開放した状態で強誘電体膜の分極電荷量２Ｐｒの測定を行った結果を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、ＰＺＴ膜への圧縮応力及び引張応力の印加方法を示す図である。
【図５】図５は、強誘電体膜の成膜に使用するＭＯＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ）は、支持台の一例を示す図である。
【図７】図７は、ＦｅＲＡＭの一例を示す断面図である。
【図８】図８は、ウェハ上に形成された複数の各強誘電体キャパシタの強誘電体膜の短辺又は長辺の方向を、強誘電体膜の圧縮方向に一致させた例を示す図である。
【図９】図９は、ウェハの裏面側に酸化膜を形成することによりウェハを湾曲させた例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…試験片、
１２…接着テープ、
１３…プローブ、
２０…ウェハ、
２１ａ〜２１ｄ…原料タンク、
２３ａ〜２３ｄ…マスフローコントローラ、
２５…気化器、
２８…排気装置、
３０…ＭＯＣＶＤ装置、
３１…ガス混合室、
３２…シャワーヘッド、
３３…反応室、
３４…支持台、
４０…支持台本体、
４１…クランプ、
５０…半導体基板、
５１…素子分離絶縁膜、
５２…トランジスタ、
５３，５７…層間絶縁膜、
５４…下部電極、
５５…強誘電体膜、
５６…上部電極、
５８ａ〜５８ｃ…ビアコンタクト、
５９ａ５９ｃ…配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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