(57)【要約】【課題】強誘電体膜を有するキャパシタを被覆する絶縁膜中の水や水素による膜剥がれを防止し、また強誘電体膜の還元を防止して、キャパシタの電気的特性の向上を図る。【解決手段】強誘電体膜１４を有するキャパシタ１６を備えた強誘電体メモリ装置の製造方法であって、キャパシタ１６を形成する工程と、キャパシタ１６を被覆するバリア膜１７および絶縁膜１８とからなる層間絶縁膜１９（絶縁膜）を形成する工程と、層間絶縁膜１９から下層のキャパシタ１６の上部電極膜１５にコンタクトホール２０を形成する工程と、コンタクトホール２０を通じてキャパシタ１６に接続する配線２１を形成する工程とを備えた強誘電体メモリ装置の製造方法において、絶縁膜（例えばバリア膜１７）を形成した後でコンタクトホール２０を形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行う。【選択図】　　　　図１
2004022553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体膜を有するキャパシタを備えた強誘電体メモリ装置の製造方法であって、
前記キャパシタを形成する工程と、
前記キャパシタを被覆する絶縁膜を形成する工程、
前記絶縁膜から下層にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを通じて前記キャパシタに接続する配線を形成する工程と
を備えた強誘電体メモリ装置の製造方法において、
前記絶縁膜を形成した後で前記コンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行う
ことを特徴とする強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜のうち少なくとも一層はキャパシタ側への水素の侵入を防ぐバリア膜からなり、
前記バリア膜を形成した後に前記熱処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜は複数層に形成され、
各絶縁膜を形成した後毎に前記熱処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜は複数層に形成され、
前記複数層の絶縁膜を全て形成した後に前記熱処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項５】
強誘電体膜を有するキャパシタと、
前記キャパシタを被覆する絶縁膜と、
前記絶縁膜から前記キャパシタに通じるコンタクトホールと、
前記コンタクトホールを通じて前記キャパシタに接続する配線と
を備えた強誘電体メモリ装置であって、
前記絶縁膜を形成した後で前記コンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行った
ことを特徴とする強誘電体メモリ装置。
【請求項６】
前記絶縁膜のうち少なくとも一層はキャパシタ側への水素の侵入を防ぐバリア膜からなり、
前記バリア膜を形成した後に前記熱処理を行った
ことを特徴とする請求項５記載の強誘電体メモリ装置。
【請求項７】
前記絶縁膜は複数層の絶縁膜からなり、
各絶縁膜を形成した後毎に前記熱処理を行った
ことを特徴とする請求項５記載の強誘電体メモリ装置。
【請求項８】
前記絶縁膜は複数層の絶縁膜からなり、
前記複数層の絶縁膜を全て形成した後に前記熱処理を行った
ことを特徴とする請求項５記載の強誘電体メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体メモリ装置の製造方法および強誘電体メモリ装置に関し、詳しくはキャパシタを被覆する絶縁膜中に含まれる水分や水素を除去する強誘電体メモリ装置の製造方法およびその製造方法により製造された強誘電体メモリ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁膜上に形成されたキャパシタ上に、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、例えば酸化アルミニウム膜を被覆形成した後、キャパシタの上部電極に達するコンタクトホールを開孔し、このコンタクトホールを通じて上部電極と導通させるための配線を形成する。このアルミニウム配線を形成する際に発せられる熱によって絶縁膜から水や水素が発生し、その発生した水もしくは水素がコンタクトホールから侵入して、強誘電体膜を還元するという現象が起こっていた。このことにより、キャパシタの電気的特性が劣化していた。
【０００３】
次に、従来の製造方法を、図５の製造工程図によって説明する。
図５の（１）に示すように、熱酸化法によって、シリコン基板１１上に酸化シリコン膜１２を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。次いで、スパッタ法によって、上記酸化シリコン膜１２上に下部電極膜１３を、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２　）膜１３１を４０ｎｍの厚さに成膜した後、イリジウム（Ｉｒ）膜１３２を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。次いで、回転塗布法によって、上記下部電極膜１３上に強誘電体膜１４を形成する。ここでは、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を１００ｎｍの厚さに成膜した。このとき、強誘電体膜１４の結晶化温度は酸素雰囲気中で７００℃〜８００℃とした。さらにスパッタ法によって、強誘電体膜１４上にイリジウム（Ｉｒ）を１００ｎｍの厚さに堆積して上部電極膜１５を形成する。
【０００４】
その後、図５の（２）に示すように、上記上部電極膜１５、強誘電体膜１４、下部電極膜１３を順次加工して、キャパシタ１６を形成する。
【０００５】
次に、図５の（３）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、上記キャパシタ１６を被覆するバリア膜１７を、酸化アルミニウム膜を例えば５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。さらに、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、そのバリア膜１７上に絶縁膜１８を、例えば酸化シリコンを２５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。したがって、バリア膜１７と絶縁膜１８とからなる層間絶縁膜１９の膜厚は３００ｎｍとなる。
【０００６】
その後、図５の（４）に示すように、上記層間絶縁膜１９にキャパシタ１６の上部電極膜１５に達するコンタクトホール２０を形成し、さらにコンタクトホール２０を通じて上部電極膜１５に接続される配線２１を、例えばアルミニウム系材料で形成する。
【０００７】
次に、上記図５によって説明した製造方法により製造されたキャパシタ１６の電気的特性を評価した。さらに、窒素シンターを行った後の電気的特性も評価した。図６に配線２１を形成した直後の電流（リーク電流）−電圧（印加電圧）特性（以下、Ｉ−Ｖ特性という）を示す。また、図７に窒素シンター直後のＩ−Ｖ特性を示す。なお、この窒素シンターは、４００℃の窒素雰囲気中で３０分行った。この結果、配線２１を形成した直後と比較して、窒素シンター直後では耐圧の劣化が観察された。この耐圧劣化は、窒素シンターによって、バリア膜１７や絶縁膜１８中の水素や水分が要因と考えられる。
【０００８】
または、強誘電体膜を有するキャパシタ上に、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、例えば酸化アルミニウム膜からなるバリア膜を被覆形成した後、さらにスパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、酸化シリコン等の酸化膜からなる絶縁膜を形成する。その後、この絶縁膜からキャパシタの上部電極膜へ通じるコンタクトホールを開孔する。その後、不活性ガス雰囲気中もしくは不活性ガスである窒素雰囲気中で、４００℃の温度で熱処理を行って、酸化膜からなる絶縁膜中の水分や水素を膜の外部に放出させていた。その後、上部電極膜と導通させるための配線を、例えばアルミニウム配線で形成していた。
【０００９】
この従来の製造方法を、図８の製造工程断面図によって以下に説明する。
【００１０】
図８の（１）に示すように、前記図５によって説明したのと同様に、熱酸化法によって、シリコン基板１１上に酸化シリコン膜１２を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。次いで、スパッタ法によって、上記酸化シリコン膜１２上に下部電極膜１３を、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２　）膜１３１を４０ｎｍの厚さに成膜した後、イリジウム（Ｉｒ）膜１３２を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。次いで、回転塗布法によって、上記下部電極膜１３上に強誘電体膜１４を形成する。ここでは、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を１００ｎｍの厚さに成膜した。このとき、強誘電体膜１４の結晶化温度は酸素雰囲気中で７００℃〜８００℃とした。さらにスパッタ法によって、強誘電体膜１４上にイリジウム（Ｉｒ）を１００ｎｍの厚さに堆積して上部電極膜１５を形成する。
【００１１】
その後、前記図５の（２）に示すように、上記上部電極膜１５、強誘電体膜１４、下部電極膜１３を順次加工して、キャパシタ１６を形成する。
【００１２】
次に、前記図５の（３）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、上記キャパシタ１６を被覆するバリア膜１７を、酸化アルミニウム膜を例えば５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。さらに、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、そのバリア膜１７上に絶縁膜１８を、例えば酸化シリコンを２５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。したがって、バリア膜１７と絶縁膜１８とからなる層間絶縁膜１９の膜厚は３００ｎｍとなる。
【００１３】
その後、前記図５の（４）によって説明したのと同様に、上記層間絶縁膜１９に上部電極膜１５に達するコンタクトホール２０を形成する。その後、４００℃の窒素雰囲気中で１時間の熱処理を行う。
【００１４】
次に、図８の（２）に示すように、前記図５の（４）によって説明したのと同様に、コンタクトホール２０を通じて上部電極膜１５に接続される配線２１を、例えばアルミニウム系材料で形成する。
【００１５】
上記図８によって説明した製造方法により製造されたキャパシタの電気的特性を評価した。さらに、窒素シンターを行った後の電気的特性も評価した。図９にアルミニウム配線を形成した直後のＩ−Ｖ特性を示す。また、図１０に窒素シンター直後のＩ−Ｖ特性を示す。この窒素シンターは、４００℃の窒素雰囲気中で３０分行った。この結果、前記図５に示した製造方法よりもこの図８によって示した製造方法の方が、リーク電流が発生する電圧が高くなり、リーク電流が少なくなっていることから耐圧が良くなっていることが認められた。
【００１６】
さらに、上記製造方法に対して、アルミニウム配線を形成する工程が終了した後、コンタクト特性を良化させるために、窒素シンター処理を行う。また、キャパシタを形成するプロセスにおいて劣化した、同一基板上に形成されたトランジスタの特性を回復させるためのフォーミングアニールを実施する。このシンターは窒素雰囲気で、例えば４００℃程度の温度で行われる。また、フォーミングアニールは、例えば水素５％と窒素９５％の雰囲気で、４００℃程度の温度で行われる。なおフォーミングアニールは必ずしも行わなくてもよい。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミニウム配線を形成する際に発生する熱によって、絶縁膜から水や水素が発生し、その発生した水もしくは水素がコンタクトホールから侵入して、強誘電体膜が還元され、電気的特性が劣化するという問題があった。また、フォーミングアニール後に電気的特性が劣化するという問題があった。
【００１８】
上記電気特性の劣化の要因としては、アルミニウム配線を形成した後に、窒素シンターを行うと酸化物の絶縁膜中から水や水素が発生する。もしくは、酸化物の絶縁膜から発生した水がアルミニウムと反応し、さらに多量の水素が発生する。このように発生した水や水素はコンタクトホールの開口部から、上部電極や強誘電体膜へ拡散し、これらの水や水素によって膜剥がれが発生して、電気的特性が劣化されていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた強誘電体メモリ装置の製造方法および強誘電体メモリ装置である。
【００２０】
本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法は、強誘電体膜を有するキャパシタを備えた強誘電体メモリ装置の製造方法であって、前記キャパシタを形成する工程と、前記キャパシタを被覆する絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜から下層にコンタクトホールを形成する工程と前記コンタクトホールを通じて前記キャパシタに接続する配線を形成する工程とを備えた強誘電体メモリ装置の製造方法において、前記絶縁膜を形成した後で前記コンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
上記強誘電体メモリ装置の製造方法では、絶縁膜を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことから、絶縁膜中の水分や水素が膜中より離脱される。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化し、また水素は酸素と結合して気化し、膜中より除去される。このように絶縁膜中の水分、水素は離脱されているので、絶縁膜にキャパシタの上部電極膜に通じるコンタクトホールを形成しても、コンタクトホールを通じて絶縁膜中の水素や水分が強誘電体膜に侵入することが回避され、強誘電体膜が還元されることがなくなる。
【００２２】
さらに、熱処理を酸素雰囲気中で行うため、水分や水素が離脱した部分のダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になる。また絶縁膜が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となる。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００２３】
したがって、キャパシタの電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化を防ぐことができる。また水素や水分による膜剥がれが防止され、膜の密着性が劣化することも防止される。よって、安定した強誘電体メモリ装置が製造されることになる。
【００２４】
本発明の強誘電体メモリ装置は、強誘電体膜を有するキャパシタと、前記キャパシタを被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜から前記キャパシタに通じるコンタクトホールと、前記コンタクトホールを通じて前記キャパシタに接続する配線とを備えた強誘電体メモリ装置であって、前記絶縁膜を形成した後で前記コンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行ったことを特徴とするものである。
【００２５】
上記強誘電体メモリ装置では、絶縁膜を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行ったものであるから、コンタクトホールを形成する前には絶縁膜中の水分や水素が膜中より離脱されている。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化され、また水素は酸素と結合して気化され、膜中より除去されている。このように、絶縁膜中の水分、水素は離脱されているので、絶縁膜にキャパシタの上部電極膜に通じるコンタクトホールが形成されても、コンタクトホールを通じて絶縁膜中の水素や水分が強誘電体膜に侵入することが回避され、強誘電体膜が還元されることがなくなる。
【００２６】
さらに、熱処理を酸素雰囲気中で行っているため、水分や水素が離脱し部分のダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になっている。また絶縁膜が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となっている。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００２７】
したがって、キャパシタは、電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化がないものとなる。また水素や水分による膜剥がれが防止されるので、膜の密着性の劣化がないものとなっている。よって、安定した強誘電体メモリ装置になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の強誘電体メモリ装置は、強誘電体膜を挟むように上部電極および下部電極とを設けたキャパシタを有し、上部、下部電極にはイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）のような貴金属からなる電極を用いている。強誘電体膜を構成する強誘電体材料としては、例えばＰｂＺｒｘ　Ｔｉ１−ｘＯ３　、ＰｂＴｉＯ３　等の鉛系化合物、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　、Ｂｉ４　Ｔｉ３　Ｏ１２等のビスマス層状化合物等を用いることができる。これらの強誘電体膜は、アルコキシド原料としたＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、レーザアブレーション法、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、回転塗布法、ＬＳＭＣＤ法等により成膜することができる。成膜後は熱処理を行って結晶化させ、安定化させている。
【００２９】
次いで、上記キャパシタ上に絶縁膜として、外部から前記キャパシタへの水素の侵入を阻止する膜として、スパッタ法もしくはＣＶＤ法により酸化アルミニウム膜を成膜する。さらにその上に、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、酸化シリコン等の酸化物の絶縁膜を形成する。このように、積層の絶縁膜構造とした。次いで、上記酸化物の絶縁膜の脱水および脱水素化を熱処理によって行う。この熱処理によって、膜間の密着性が高められ、さらに後の工程で熱処理を行っても、膜剥がれが発生しなくなり、特性劣化が無い安定したキャパシタになる。
【００３０】
次に、本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図１の製造工程図によって説明する。
【００３１】
図１の（１）に示すように、熱酸化法によって、シリコン基板１１上に酸化シリコン膜１２を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。次いで、スパッタ法によって、上記酸化シリコン膜１２上に下部電極膜１３を、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２　）膜１３１を４０ｎｍの厚さに成膜した後、イリジウム（Ｉｒ）膜１３２を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。次いで、回転塗布法によって、上記下部電極膜１３上に強誘電体膜１４を形成する。ここでは、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を１００ｎｍの厚さに成膜した。このとき、強誘電体膜１４の結晶化温度は酸素雰囲気中で７００℃〜８００℃とした。次いで、スパッタ法によって、強誘電体膜１４上にイリジウム（Ｉｒ）を１００ｎｍの厚さに堆積して上部電極膜１５を形成する。
【００３２】
その後、図１の（２）に示すように、上部電極膜１５、強誘電体膜１４、下部電極膜１３を順次加工して、キャパシタ１６を形成する。
【００３３】
次いで、図１の（３）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、上記キャパシタ１６を被覆して、上記キャパシタ１６への水素の侵入を防止するバリア膜１７として、酸化アルミニウム膜を、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。その後、酸素雰囲気中で熱処理を行う。ここでは４００℃の酸素雰囲気中で１時間の熱処理を行った。この熱処理は、１００℃〜８５０℃の酸素雰囲気中で行う。また上記バリア膜１７としては、酸化アルミニウムの他に、酸化タンタル（Ｔａ２　Ｏ５　）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２　）、酸化チタン（ＴｉＯ２　）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ２　）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いて形成することができる。
【００３４】
上記酸素雰囲気中での熱処理温度を１００℃〜８５０℃としたのは、１００℃より低いと、絶縁膜中の水分の気化が不十分となり、また８５０℃を越える温度で行うと、例えばＣＭＯＳトランジスタの特性に悪影響がでる恐れがある。したがって、酸素雰囲気中の熱処理は上記温度範囲とした。
【００３５】
さらに、図１の（４）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、そのバリア膜１７上に酸化シリコンからなる絶縁膜１８を例えば２５０ｎｍの厚さに形成する。したがって、バリア膜１７と絶縁膜１８とからなる層間絶縁膜１９の膜厚は３００ｎｍとなる。
【００３６】
その後、図１の（５）に示すように、上記層間絶縁膜１９に上部電極膜１５に達するコンタクトホール２０を形成し、さらにコンタクトホール２０を通じて上部電極膜１５に接続される配線２１を、例えばアルミニウム系材料で形成する。
【００３７】
上記第１実施の形態の強誘電体メモリ装置の製造方法では、絶縁膜であるバリア膜１７を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことから、バリア膜１７中の水分や水素が膜中より離脱される。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化し、また水素は酸素と結合して気化し、膜中より除去される。このようにしてバリア膜１７中の水分、水素は離脱されるので、バリア膜１７にキャパシタの上部電極膜１５に通じるコンタクトホール２０を形成しても、コンタクトホール２０を通じてバリア膜１７中の水素や水分が強誘電体膜１４に侵入することが回避され、強誘電体膜１４が還元されることが抑制される。
【００３８】
さらに、酸素雰囲気中での熱処理であるため、水分や水素が離脱したダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になる。またバリア膜１７が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となる。これにより、外部からの水素の侵入を十分に防ぐことができる。
【００３９】
したがって、キャパシタ１６の電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化を防ぐことができる。また水素や水分による膜剥がれが防止され、膜の密着性が劣化することも防止される。よって、安定した強誘電体メモリ装置が製造されることになる。
【００４０】
上記第１実施の形態の強誘電体メモリ装置の製造方法により製造された強誘電体メモリ装置では、バリア膜１７を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行ったものであるから、コンタクトホールを形成する前には少なくともバリア膜１７中の水分や水素が膜中より離脱されている。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化され、また水素は酸素と結合して気化され、膜中より除去されている。このようにバリア膜１７中の水分、水素は離脱されているので、キャパシタの上部電極膜１５に通じるコンタクトホール２０が形成されても、コンタクトホール２０を通じて水素や水分が強誘電体膜１４に侵入することが回避され、強誘電体膜１４が還元されることが抑制される。
【００４１】
さらに、酸素雰囲気中での熱処理であるため、水分や水素が離脱したダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になっている。またバリア膜１７が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となっている。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００４２】
したがって、キャパシタ１６は、電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化がないものとなる。また水素や水分による膜剥がれが防止されるので、膜の密着性の劣化がないものとなっている。よって、安定した強誘電体メモリ装置になる。
【００４３】
次に、本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図２の製造工程図によって説明する。
【００４４】
図２の（１）に示すように、前記第１実施の形態の前記図１の（１）〜（２）によって説明したように、シリコン基板１１上に熱酸化法によって酸化シリコン膜１２を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。次いで、スパッタ法によって、上記酸化シリコン膜１２上に下部電極膜１３を、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２　）膜１３１を４０ｎｍの厚さに成膜した後、イリジウム（Ｉｒ）膜１３２を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。次いで、回転塗布法によって、下部電極膜１３上に強誘電体膜１４を形成する。ここでは、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を１００ｎｍの厚さに成膜した。このとき、強誘電体膜１４の結晶化温度は酸素雰囲気中で７００℃〜８００℃とした。次いで、スパッタ法によって、強誘電体膜１４上にイリジウム（Ｉｒ）を１００ｎｍの厚さに堆積して上部電極膜１５を形成する。その後、上部電極膜１５、強誘電体膜１４、下部電極膜１３を順次加工して、キャパシタ１６を形成する。
【００４５】
次いで、図２の（２）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、上記キャパシタ１６を被覆するバリア膜１７を、例えば酸化アルミニウムを５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後、酸素雰囲気中で熱処理を行う。ここでは４００℃の酸素雰囲気中で１時間の熱処理を行った。この熱処理は、１００℃〜８５０℃の酸素雰囲気中で行う。また上記バリア膜１７としては、酸化アルミニウムの他に、酸化タンタル（Ｔａ２　Ｏ５　）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２　）、酸化チタン（ＴｉＯ２　）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ２　）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いて形成することができる。
【００４６】
さらに、図２の（３）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、その酸化アルミニウム膜１７上に酸化シリコン膜１８を例えば２５０ｎｍの厚さに形成する。その後、酸素雰囲気中で熱処理を行う。ここでは４００℃の酸素雰囲気中で１時間の熱処理を行った。この熱処理は、１００℃〜８５０℃の酸素雰囲気中で行う。したがって、層間絶縁膜１９の膜厚は３００ｎｍとなる。
【００４７】
その後、図２の（４）に示すように、上記層間絶縁膜１９に上部電極膜１５に達するコンタクトホール２０を形成し、さらにコンタクトホール２０を通じて上部電極膜１５に接続される配線２１を、例えばアルミニウム系材料で形成する。
【００４８】
上記第２実施の形態の強誘電体メモリ装置の製造方法では、バリア膜１７および絶縁膜１８を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことから、バリア膜１７および絶縁膜１８中の水分や水素が膜中より離脱される。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化し、また水素は酸素と結合して気化し、膜中より除去される。このようにしてバリア膜１７および絶縁膜１８中の水分、水素は離脱されているので、バリア膜１７および絶縁膜１８にキャパシタ１６の上部電極膜１５に通じるコンタクトホール２０を形成しても、コンタクトホール２０を通じてバリア膜１７および絶縁膜１８中の水素や水分が強誘電体膜１４に侵入することが回避され、強誘電体膜１４が還元されることがなくなる。
【００４９】
さらに、酸素雰囲気中での熱処理であるため、水分や水素が離脱したダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になる。またバリア膜１７および絶縁膜１８が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となる。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００５０】
したがって、キャパシタ１６の電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化を防ぐことができる。また水素や水分による膜剥がれが防止され、膜の密着性が劣化することも防止される。よって、安定した強誘電体メモリ装置が製造されることになる。
【００５１】
次に、本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図３の製造工程図によって説明する。
【００５２】
図３の（１）に示すように、前記第１実施の形態の前記図１の（１）〜（２）によって説明したように、シリコン基板１１上に熱酸化法によって酸化シリコン膜１２を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。次いで、スパッタ法によって、上記酸化シリコン膜１２上に下部電極膜１３を、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２　）膜１３１を４０ｎｍの厚さに成膜した後、イリジウム（Ｉｒ）膜１３２を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。次いで、回転塗布法によって、上記下部電極膜１３上に強誘電体膜１４を形成する。ここでは、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を１００ｎｍの厚さに成膜した。このとき、強誘電体膜１４の結晶化温度は酸素雰囲気中で７００℃〜８００℃とした。次いで、スパッタ法によって、強誘電体膜１４上にイリジウム（Ｉｒ）を１００ｎｍの厚さに堆積して上部電極膜１５を形成する。その後、上部電極膜１５、強誘電体膜１４、下部電極膜１３を順次加工して、キャパシタ１６を形成する。
【００５３】
次いで、図３の（２）に示すように、スパッタ法もしくはＣＶＤ法によって、上記キャパシタ１６を被覆するバリア膜１７を、例えば酸化アルミニウムを５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。続けて、そのバリア膜１７上に、例えば酸化シリコン等の酸化膜からなる絶縁膜１８を例えば２５０ｎｍの厚さに形成する。したがって、バリア膜１７と絶縁膜１８とを合わせた層間絶縁膜１９の膜厚は３００ｎｍとなる。その後、酸素雰囲気中で熱処理を行う。ここでは４００℃の酸素雰囲気中で１時間の熱処理を行った。この熱処理は、１００℃〜８５０℃の酸素雰囲気中で行う。上記バリア膜１７としては、酸化アルミニウムの他に、酸化タンタル（Ｔａ２　Ｏ５　）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２　）、酸化チタン（ＴｉＯ２　）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ２　）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いて形成することができる。
【００５４】
次に、図３の（３）に示すように、上記層間絶縁膜１９に上部電極膜１５に達するコンタクトホール２０を形成し、さらにコンタクトホール２０を通じて上部電極膜１５に接続される配線２１を、例えばアルミニウム系材料で形成する。
【００５５】
上記図３によって説明した製造方法により製造されたキャパシタの電気的特性を評価した。この評価は、窒素シンターを行った後のものである。図４にアルミニウム配線を形成した直後のＩ−Ｖ特性を示す。この結果、従来技術の製造方法で形成したキャパシタよりも上記図３によって説明した本発明の製造方法のほうが、リーク電流の発生がなく、耐圧が向上されていることがわかった。この傾向は、図１および図２によって説明した製造方法により形成したキャパシタでも同様の結果となった。
【００５６】
上記強誘電体メモリ装置の製造方法では、絶縁膜１８を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことから、バリア膜１７および絶縁膜１８中の水分や水素が膜中より離脱される。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化し、また水素は酸素と結合して気化し、膜中より除去される。このようにしてバリア膜１７および絶縁膜１８中の水分、水素は離脱されているので、バリア膜１７および絶縁膜１８にキャパシタ１６の上部電極膜１５に通じるコンタクトホール２０を形成しても、コンタクトホール２０を通じてバリア膜１７および絶縁膜１８中の水素や水分が強誘電体膜１４に侵入することが回避され、強誘電体膜１４が還元されることがなくなる。
【００５７】
さらに、酸素雰囲気中での熱処理であるため、水分や水素が離脱したダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になる。またバリア膜１７および絶縁膜１８が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となる。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００５８】
したがって、キャパシタ１６の電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化を防ぐことができる。また水素や水分による膜剥がれが防止され、膜の密着性が劣化することも防止される。よって、安定した強誘電体メモリ装置が製造されることになる。
【００５９】
上記第２、第３実施の形態の強誘電体メモリ装置の製造方法により製造された強誘電体メモリ装置では、バリア膜１７および絶縁膜１８を形成した後、もしくは絶縁膜１８を形成した後で、コンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行ったものであるから、コンタクトホールを形成する前には、バリア膜１７および絶縁膜１８中の水分や水素が膜中より離脱されている。つまり、熱処理温度が１００℃以上であるため、離脱した水分は気化され、また水素は酸素と結合して気化され、膜中より除去されている。このようにバリア膜１７中、絶縁膜１８中の水分、水素は離脱されているので、層間絶縁膜１９にキャパシタ１６の上部電極膜１５に通じるコンタクトホール２０が形成されても、コンタクトホール２０を通じて層間絶縁膜１９中の水素や水分が強誘電体膜１４に侵入することが回避され、強誘電体膜１４が還元されることがなくなる。
【００６０】
さらに、酸素雰囲気中での熱処理であるため、水分や水素が離脱したダングリングボンドに酸素が結合し、酸化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸化膜になっている。またバリア膜１７および絶縁膜１８が窒化膜からなる場合であっても、ダングリングボンドに酸素が結合することにより、窒化膜がより緻密に構成されるのでより強固な酸窒化膜となっている。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。
【００６１】
したがって、キャパシタ１６は、電気的特性の劣化、特に耐圧の劣化がないものとなる。また水素や水分による膜剥がれが防止されるので、膜の密着性の劣化がないものとなっている。よって、安定した強誘電体メモリ装置になる。
【００６２】
また、第２実施の形態で説明したように、バリア膜１７を形成した後、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行い、絶縁膜１８を形成した後、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うことにより、第２実施の形態の製造方法では、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中での熱処理を１回のみ行う製造方法よりも、層間絶縁膜１９からの水分や水素の除去効果はさらに大きくなる。
【００６３】
上記各実施の形態においては、図示はしていないが、シリコン基板１１には選択素子としてのＭＩＳトランジスタが形成され、そのＭＩＳトランジスタを被覆するように前記絶縁膜１２が形成されている。さらに、キャパシタ１６とＭＩＳトランジスタとを接続するコンタクトが形成されている。
【００６４】
上記各製造方法では、強誘電体膜１４にＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　を用いた構成例を説明したが、ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　以外のキャパシタに用いることができる強誘電体膜材料であってもよい。例えば、ＰＺＴ〔Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３　〕、ＳｒＢｉ２　ＴａＯ９　、ＢａＴｉＯ３　、ＰｂＴｉＯ３　、ＬｉＮｂＯ３　、ＬｉＴａＯ３　、ＳｂＳＩ、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３　、（Ｂｉ，Ｌａ４　）Ｔｉ３　Ｏ１２、ＰｂをＬａ、Ｓｒ、Ｃａで置換したＰＺＴ、ＰＬＳＣＺＴ（Ｐｂ０．９６Ｌａ０．１Ｓｒ０．２Ｃａ０．１Ｚｒ０．３Ｔｉ０．７Ｏ３　）、Ｂｉ層状強誘電体のＢｉ４　Ｔｉ３　Ｏ１２のＢｉをＮｄで置換したＢｉ３．５４Ｎｄ０．４６Ｔｉ３　Ｏ１２などの強誘電体膜を用いることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法によれば、絶縁膜を形成した後でコンタクトホールを形成する前に、１００℃以上８５０℃以下の酸素雰囲気中で熱処理を行うので、絶縁膜中の水分や水素を膜中より離脱させることができる。このため、絶縁膜にキャパシタの上部電極膜に通じるコンタクトホールを形成しても、コンタクトホールを通じて絶縁膜中の水素や水分が強誘電体膜に侵入することが回避でき、強誘電体膜の還元を防止できる。さらに、熱処理を酸素雰囲気中で行うので、ダングリングボンドに酸素が結合し、絶縁膜がより緻密になり、強固な絶縁膜となる。これにより、外部からの水素の侵入を防ぐことができる。したがって、電気的特性、特に耐圧に優れたキャパシタを形成することができ、また水素や水分による膜剥がれが防止できるので、安定した強誘電体メモリ装置を製造することができる。
【００６６】
本発明の強誘電体メモリ装置は、本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法により製造されるので、上記説明した作用効果が得られ、信頼性の高い強誘電体メモリ装置になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図４】第３実施の形態における窒素シンター直後の強誘電体膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図５】従来の強誘電体メモリ装置の製造方法を示す製造工程断面図である。
【図６】図５に示した従来の強誘電体メモリ装置の製造方法における配線を形成した直後の強誘電体膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図７】図５に示した従来の強誘電体メモリ装置の製造方法における窒素シンターを行った直後の強誘電体膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図８】従来の強誘電体メモリ装置の製造方法を示す製造工程断面図である。
【図９】図８に示した従来の強誘電体メモリ装置の製造方法における配線を形成した直後の強誘電体膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図１０】図８に示した従来の強誘電体メモリ装置の製造方法における窒素シンターを行った直後の強誘電体膜の電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１４…強誘電体膜、１６…キャパシタ、１７…バリア膜（絶縁膜）、１８…絶縁膜、２０…コンタクトホール、２１…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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【図１０】
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