(57)【要約】【課題】キャパシタの特性や信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板１００と、半導体基板１００の上方に設けられ、下部電極１１７，１１８，１１９と、上部電極１２１，１２２，１２３と、下部電極と上部電極との間に設けられた誘電体膜１２０とを含むキャパシタとを備え、下部電極及び上部電極の少なくとも一方は、貴金属膜及び貴金属酸化物膜の中から選択された導電膜と、誘電体膜と導電膜との間に設けられ、ＡＢＯ３  で表され、且つＢサイト元素として第１の金属元素を含むペロブスカイト型金属酸化物膜と、導電膜と金属酸化物膜との間に設けられ、且つペロブスカイト型金属酸化物のＢサイト元素である第２の金属元素を含む金属膜とを備え、第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きい。【選択図】    図１
2004335643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた誘電体膜とを含むキャパシタと、
を備え、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方は、貴金属膜及び貴金属酸化物膜の中から選択された導電膜と、前記誘電体膜と前記導電膜との間に設けられ、ＡＢＯ３  で表され、且つＢサイト元素として第１の金属元素を含むペロブスカイト型金属酸化物膜と、前記導電膜と前記金属酸化物膜との間に設けられ、且つペロブスカイト型金属酸化物のＢサイト元素である第２の金属元素を含む金属膜と、を備え、
前記第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、前記第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた誘電体膜とを含むキャパシタと、
を備え、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方は、貴金属膜及び貴金属酸化物膜の中から選択された導電膜と、前記誘電体膜と前記導電膜との間に設けられ、ＡＢＯ３  で表され、且つＢサイト元素として第１の金属元素及び第２の金属元素を含むペロブスカイト型金属酸化物膜と、を備え、
前記第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、前記第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記第２の金属元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｔａ及びＮｂの中から選択される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属元素は、Ｒｕ、Ｃｏ及びＮｉの中から選択される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属酸化物膜は、Ｒｕ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電膜は、イリジウム膜、イリジウム酸化物膜、ルテニウム膜、ルテニウム酸化物膜及びプラチナ膜の中から選択される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記誘電体膜は、ペロブスカイト化合物膜及びＢｉ層状化合物膜の中から選択される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記誘電体膜は、強誘電体膜である
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記誘電体膜は、Ｐｂを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板と前記キャパシタとの間に設けられた中間領域をさらに備え、前記中間領域は前記下部電極に接続されたプラグを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体基板上に設けられ、前記プラグに接続されたトランジスタをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記導電膜、前記金属酸化物膜及び前記金属膜の少なくとも一つは、スパッタリング法、ＣＶＤ法又はゾル−ゲル法によって形成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記導電膜及び前記金属酸化物膜の少なくとも一つは、スパッタリング法、ＣＶＤ法又はゾル−ゲル法によって形成されたものである
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特にキャパシタを有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、キャパシタの誘電体膜に強誘電体膜を用いた強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）の開発が進められている。
【０００３】
強誘電体メモリに用いられる代表的な強誘電体膜としては、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ  ）Ｏ３  膜（ＰＺＴ膜）或いは、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  膜（ＳＢＴ膜）があげられる。ＰＺＴはペロブスカイト化合物であり、ＳＢＴは疑似ペロブスカイト構造を持つＢｉ層状化合物である。
【０００４】
強誘電体膜としてＰＺＴ膜を用いた場合、疲労特性の改善等の観点から、電極にはＳｒＲｕＯ３  膜（ＳＲＯ膜）等の導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜が用いられる。例えば、特許文献１及び特許文献２には、ＳＲＯ膜とＰｔ膜との積層膜を電極に用いた強誘電体キャパシタが記載されている。
【０００５】
一方、最近では、ＣＯＰ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｏｎ  Ｐｌｕｇ）構造を有する強誘電体メモリの開発が行われている。ＣＯＰ構造では、キャパシタの直下にトランジスタに接続されたプラグを設けているため、より高密度の強誘電体メモリを作製することが可能である。ＣＯＰ構造を採用した場合、強誘電体キャパシタの作製に必要不可欠な酸素雰囲気下での熱処理時に、プラグが酸化されるおそれがある。そのため、バリア性の高いＩｒ等の貴金属膜を電極に用いる必要がある。
【０００６】
ここで、ＣＯＰ構造において、ＳＲＯ膜とＩｒ膜の積層構造を電極に用いた場合を想定する。この場合、熱処理等によりＩｒとＳＲＯ膜に含まれるＳｒとが反応し、ＳＲＯ膜の結晶性が著しく低下するという問題が生じる。その結果、キャパシタの特性や信頼性が著しく劣化することになる。このような問題は、ＳＲＯ膜とＩｒ膜との組み合わせに限らず、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜と貴金属膜（或いは貴金属酸化物膜）との組み合わせにおいて一般的に生じ得るものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２０８７２５号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−２６０９５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜と貴金属膜（或いは貴金属酸化物膜）との積層構造をキャパシタの電極に用いた場合、キャパシタの特性や信頼性が著しく劣化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題に対してなされたものであり、キャパシタの特性や信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に設けられ、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた誘電体膜とを含むキャパシタと、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方は、貴金属膜及び貴金属酸化物膜の中から選択された導電膜と、前記誘電体膜と前記導電膜との間に設けられ、ＡＢＯ３  で表され、且つＢサイト元素として第１の金属元素を含むペロブスカイト型金属酸化物膜と、前記導電膜と前記金属酸化物膜との間に設けられ、且つペロブスカイト型金属酸化物のＢサイト元素である第２の金属元素を含む金属膜と、を備え、前記第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、前記第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に設けられ、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた誘電体膜とを含むキャパシタと、を備え、前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも一方は、貴金属膜及び貴金属酸化物膜の中から選択された導電膜と、前記誘電体膜と前記導電膜との間に設けられ、ＡＢＯ３  で表され、且つＢサイト元素として第１の金属元素及び第２の金属元素を含むペロブスカイト型金属酸化物膜と、を備え、前記第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、前記第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きいことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施形態１）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板（半導体基板）１００上に、ＳＴＩ（Ｓａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造の素子分離領域１０１を形成する。続いて、ＭＩＳトランジスタを以下のようにして形成する。
【００１６】
まず、ゲート絶縁膜１０２として、熱酸化により厚さ６ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１０２上に、砒素をドープしたｎ＋  型多結晶シリコン膜１０３を形成する。さらに、多結晶シリコン膜１０３上にＷＳｉｘ  膜１０４及びシリコン窒化膜１０５を形成する。その後、多結晶シリコン膜１０３、ＷＳｉｘ  膜１０４及びシリコン窒化膜１０５を、通常の光リソグラフィー法及びＲＩＥ法により加工して、ゲート電極を形成する。続いて、全面にシリコン窒化膜１０６を堆積する。さらに、ＲＩＥを行い、ゲート電極の側壁上にシリコン窒化膜１０６からなる側壁スペーサを形成する。なお、詳細な説明は省くが、本工程において、イオン注入及び熱処理により、ソース／ドレイン領域１０７が形成される。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ（化学的気相成長）法により全面にシリコン酸化膜１０８を堆積し、さらにＣＭＰ法により平坦化処理を行う。続いて、一方のソース／ドレイン領域１０７に達するコンタクトホールをシリコン酸化膜１０８に形成する。その後、スパッタリング法或いはＣＶＤ法によりチタン膜を堆積する。続いて、フォーミングガス中で熱処理を行うことによりチタン膜を窒化して、ＴｉＮ膜１１０を形成する。さらに、ＣＶＤ法によりタングステン膜１１１を堆積する。続いて、ＣＭＰ法によりコンタクトホール外のＴｉＮ膜１１０及びタングステン膜１１１を除去し、コンタクトホール内にＴｉＮ膜１１０及びタングステン膜１１１を残す。これにより、一方のソース／ドレイン領域１０７に接続されたプラグが形成される。その後、全面にＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１１２を堆積する。さらに、もう一方のソース／ドレイン領域１０７に達するコンタクトホールを形成する。続いて、上述した方法と同様の方法により、ＴｉＮ膜１１４及びタングステン膜１１５をコンタクトホール内に形成する。これにより、他方のソース／ドレイン領域１０７に接続されたプラグが形成される。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、厚さ１０ｎｍのチタン膜１１６、貴金属膜として厚さ１００ｎｍのイリジウム膜１１７、金属膜として厚さ２．５ｎｍのチタン膜１１８、及び導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜として厚さ１０ｎｍのＳｒＲｕＯ３  膜（ＳＲＯ膜）１１９を、スパッタリング法によって順次堆積する。続いて、酸素雰囲気中でのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により、ＳＲＯ膜１１９の結晶化を行う。その後、キャパシタの誘電体膜としてＰｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ  ）Ｏ３  膜（ＰＺＴ膜）１２０をスパッタリング法により形成する。さらに、酸素雰囲気中でのＲＴＡにより、ＰＺＴ膜１２０の結晶化を行う。続いて、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜として厚さ１０ｎｍのＳＲＯ膜１２１を、スパッタリング法により堆積する。さらに、酸素雰囲気中でのＲＴＡにより、ＳＲＯ膜１２１の結晶化を行う。なお、例えば５００℃の温度でＳＲＯ膜１２１を堆積することにより、結晶性に優れたＳＲＯ膜１２１を容易に形成することが可能である。続いて、金属膜として厚さ２．５ｎｍのチタン膜１２２、及び貴金属膜として厚さ１００ｎｍのイリジウム膜１２３を、スパッタリング法によって順次堆積する。
【００１９】
次に、ＣＶＤ法によって全面にシリコン酸化膜（図示せず）を堆積する。さらに、光リソグラフィー法とＲＩＥ法によって、シリコン酸化膜をパターンニングする。続いて、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、ＲＩＥ法により、イリジウム膜１２３、チタン膜１２２、ＳＲＯ膜１２１及びＰＺＴ膜１２０をエッチングする。さらに、光リソグラフィー法とＲＩＥ法により、ＳＲＯ膜１１９、チタン膜１１８、イリジウム膜１１７及びチタン膜１１６をパターニングする。
【００２０】
このようにして、チタン膜１１６、イリジウム膜１１７、チタン膜１１８及びＳＲＯ膜１１９の積層構造を有する下部電極と、強誘電体膜（ＰＺＴ膜１２０）と、ＳＲＯ膜１２１、チタン膜１２２及びイリジウム膜１２３の積層構造を有する上部電極とを備えた強誘電体キャパシタが形成される。
【００２１】
その後、全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１２４を堆積する。さらに、エッチング時にＰＺＴ膜１２０に生じたダメージを回復するために、酸素雰囲気下で６５０℃程度の熱処理を行う。この熱処理の際に、酸素がＰＺＴ膜１２０の下方にも達するが、イリジウム膜１１７の酸素バリア作用により、タングステンプラグ１１５の酸化が防止される。
【００２２】
その後の工程は図示しないが、タングステン膜１１１に接続されるコンタクト部の形成、ドライブ線及びビット線の形成、メタル配線の形成等を行い、ＣＯＰ構造を有する強誘電体メモリが完成する。
【００２３】
なお、上述した実施形態では、下部電極及び上部電極ともに、ＳＲＯ膜とイリジウム膜との間にチタン膜を設けた構造を用いたが、下部電極及び上部電極の一方にこのような構造を用いてもよい。例えば、下部電極にはこのような構造を用い、上部電極にはＳＲＯ膜とプラチナ膜の積層構造を用いてもよい。
【００２４】
以下、本実施形態に係る強誘電体キャパシタの特性向上効果について、図２〜図７を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態の比較例として、シリコン基板上に、ＳｉＯ２  膜、チタン膜（厚さ１０ｎｍ）、イリジウム膜（１２０ｎｍ）、ＳＲＯ膜（１０ｎｍ）、ＰＺＴ膜及びプラチナ膜（５０ｎｍ）を順次形成した試料を作製した。ＳＲＯ膜及びＰＺＴ膜に関しては、アモルファス膜をスパッタリングによって形成した後、酸素雰囲気中でのアニールにより結晶化を行った。図２は、このようにして得られた試料のリーク電流特性を示したものである。後述する本実施形態の試料に比べて、リーク電流特性が著しく劣化している。
【００２６】
また、比較例として、シリコン基板上に、ＳｉＯ２  膜、チタン膜（厚さ１０ｎｍ）、イリジウム膜（１２０ｎｍ）及びＳＲＯ膜（１０ｎｍ）を順次形成した試料を作製した。ＳＲＯ膜は、アモルファス膜をスパッタリングによって形成した後、酸素雰囲気中でのアニールにより結晶化を行ったものである。図３は、このようにして得られた試料のｉｎ−ｐｌａｎｅ回折の結果を示したものである。２θ／θ＝３２度付近にＳｒＲｕＯ３  （１２１）の回折ピークが観察される。さらに、２θ／θ＝２８度付近にＲｕＯ２  （１１０）の回折ピークが、２θ／θ＝３２度付近にＲｕＯ２  （１０１）の回折ピークが観察される。
【００２７】
図２のリーク電流特性の劣化は、上記ＲｕＯ２  に起因するものと考えられる。すなわち、図２の試料では、ＲｕＯ２  を含んだ結晶性の低いＳＲＯ膜上にアモルファスＰＺＴ膜を形成し、さらに結晶化を行う。そのため、ＰＺＴ膜とＳＲＯ膜との界面及びＰＺＴの粒界においてＰｂとＲｕＯ２  が反応し、Ｐｂ２  Ｒｕ２  Ｏ７−ｘ  等の導電性化合物が形成される。この導電性化合物がリークパスとなり、リーク電流が増加するものと考えられる。
【００２８】
一方、本実施形態の試料として、シリコン基板上に、ＳｉＯ２  膜、チタン膜（厚さ１０ｎｍ）、イリジウム膜（１２０ｎｍ）、チタン膜（２．５ｎｍ）、ＳＲＯ膜（１０ｎｍ）、ＰＺＴ膜及びプラチナ膜（５０ｎｍ）を順次形成した。ＳＲＯ膜及びＰＺＴ膜に関しては、アモルファス膜をスパッタリングによって形成した後、酸素雰囲気中でのアニールにより結晶化を行った。図４は、このようにして得られた試料のリーク電流特性を示したものである。比較例の試料に比べて、リーク電流特性が著しく改善されている。
【００２９】
また、本実施形態の試料として、シリコン基板上に、ＳｉＯ２  膜、チタン膜（厚さ１０ｎｍ）、イリジウム膜（１２０ｎｍ）、チタン膜（２．５ｎｍ）及びＳＲＯ膜（１０ｎｍ）を順次形成した試料を作製した。ＳＲＯ膜は、アモルファス膜をスパッタリングによって形成した後、酸素雰囲気中でのアニールにより結晶化を行ったものである。図５は、このようにして得られた試料のｉｎ−ｐｌａｎｅ回折の結果を示したものである。図５からわかるように、図３のようなＲｕＯ２  の回折ピークは観察されていない。したがって、本実施形態の場合には、極めて結晶性に優れたＳＲＯ膜が得られる。
【００３０】
図６は、本実施形態の試料におけるヒステリシス特性を示したものである。図７は、本実施形態の試料における疲労特性を示したものである。図６及び図７からわかるように、ヒステリシス特性及び疲労特性とも、極めて良好な特性が得られた。
【００３１】
このように、ＳＲＯ膜とイリジウム膜との間にチタン膜を設けることで、キャパシタの特性を向上させることができる。以下、この特性向上効果について、さらに説明する。
【００３２】
導電性ペロブスカイト型金属酸化物の生成自由エネルギーの第１原理計算の結果から、導電性ペロブスカイト型金属酸化物（一般式ＡＢＯ３  で表される）の熱力学的な安定性は、Ｂサイト元素の酸化物（ＢＯｘ  ）の熱力学的な安定性に比例することがわかっている。また、Ａサイト元素は、アルカリ土類元素や希土類元素などであり、極めて安定な酸化物を形成する。したがって、導電性ペロブスカイト型金属酸化物の安定性は、Ｂサイト元素の酸化物の安定性によって決まると考えてよい。
【００３３】
図８は、種々の金属元素について、２５℃における単純酸化物の１酸素分子当たりの生成エンタルピーを示したものである。図８に示した数値の絶対値が大きいほど、酸化物の安定性が高い。すなわち、図８に示した数値の絶対値が大きいほど、金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量が大きい。
【００３４】
図８からわかるように、ＳＲＯのＢサイト元素であるＲｕでは−７２．８（ｋｃａｌ／ｍｏｌ）であり、Ｔｉでは−２２５．８（ｋｃａｌ／ｍｏｌ）である。すなわち、Ｔｉ酸化物の方がＲｕ酸化物よりも安定性が高い。上述したように、導電性ペロブスカイト型金属酸化物の熱力学的な安定性は、Ｂサイト元素の酸化物の熱力学的な安定性に比例することがわかっている。したがって、ＳＲＯに含まれるＲｕの少なくとも一部をＴｉに置換することにより、ＳＲＯの安定性が高くなる。
【００３５】
本実施形態では、ＳＲＯ膜とイリジウム膜との間にチタン膜を設けている。そのため、熱処理等によってＳＲＯ膜に含まれるＲｕの一部がＴｉに置換されると考えられる。したがって、Ｔｉを含有することでＳＲＯ膜の安定性が向上するため、ＲｕＯ２  等の導電性化合物の生成が抑制され、その結果キャパシタの特性が向上すると考えられる。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、ＳＲＯ膜とイリジウム膜との間にチタン膜を設けたことにより、ＳＲＯ膜の安定性が向上し、キャパシタの特性を向上させることができる。また、下部電極にこのような構造を用いた場合には、イリジウム膜のバリア作用によってタングステンプラグの酸化を抑制することができる。したがって、ＣＯＰ構造を採用した場合であっても、特性や信頼性に優れた強誘電体メモリを得ることが可能となる。
【００３７】
（実施形態２）
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【００３８】
図９（ａ）及び図９（ｂ）の工程は、第１の実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）の工程と実質的に同様であり、それらの説明は省略する。
【００３９】
図９（ｂ）の工程の後、図９（ｃ）に示すように、厚さ１０ｎｍのチタン膜１１６、及び貴金属膜として厚さ１００ｎｍのイリジウム膜１１７を、スパッタリング法によって順次堆積する。続いて、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜として、厚さ１０ｎｍのチタンがドープされたＳＲＯ膜（Ｓｒ（Ｒｕ，Ｔｉ）Ｏ３  膜）１１９ａを、スパッタリング法によって堆積する。続いて、酸素雰囲気中でのＲＴＡにより、チタンがドープされたＳＲＯ膜１１９ａの結晶化を行う。その後、キャパシタの誘電体膜としてＰｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ  ）Ｏ３  膜（ＰＺＴ膜）１２０をスパッタリング法によって形成する。さらに、酸素雰囲気中でのＲＴＡにより、ＰＺＴ膜１２０の結晶化を行う。続いて、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜として、厚さ１０ｎｍのチタンがドープされたＳＲＯ膜（Ｓｒ（Ｒｕ，Ｔｉ）Ｏ３  膜）１２１ａを、スパッタリング法により堆積する。さらに、酸素雰囲気中でのＲＴＡにより、チタンがドープされたＳＲＯ膜１２１ａの結晶化を行う。続いて、貴金属膜として厚さ１００ｎｍのイリジウム膜１２３を、スパッタリング法によって堆積する。
【００４０】
次に、ＣＶＤ法によって全面にシリコン酸化膜（図示せず）を堆積する。さらに、光リソグラフィー法とＲＩＥ法によって、シリコン酸化膜をパターンニングする。続いて、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、ＲＩＥ法により、イリジウム膜１２３、ＳＲＯ膜１２１ａ及びＰＺＴ膜１２０をエッチングする。さらに、光リソグラフィー法とＲＩＥ法により、ＳＲＯ膜１１９ａ、イリジウム膜１１７及びチタン膜１１６をパターニングする。
【００４１】
このようにして、チタン膜１１６、イリジウム膜１１７及びＳＲＯ膜１１９ａの積層構造を有する下部電極と、強誘電体膜（ＰＺＴ膜１２０）と、ＳＲＯ膜１２１ａ及びイリジウム膜１２３の積層構造を有する上部電極とを備えた強誘電体キャパシタが形成される。
【００４２】
その後、全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１２４を堆積する。さらに、エッチング時にＰＺＴ膜１２０に生じたダメージを回復するために、酸素雰囲気下で６５０℃程度の熱処理を行う。この熱処理の際に、酸素がＰＺＴ膜１２０の下方にも達するが、イリジウム膜１１７の酸素バリア作用により、タングステンプラグ１１５の酸化が防止される。
【００４３】
その後の工程は図示しないが、タングステン膜１１１に接続されるコンタクト部の形成、ドライブ線及びビット線の形成、メタル配線の形成等を行い、ＣＯＰ構造を有する強誘電体メモリが完成する。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、下部電極及び上部電極ともにチタンがドープされたＳＲＯ膜とイリジウム膜との積層構造を用いたが、下部電極及び上部電極の一方にこのような構造を用いてもよい。例えば、下部電極にはこのような構造を用い、上部電極にはチタンがドープされていないＳＲＯ膜とプラチナ膜の積層構造を用いてもよい。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、チタンがドープされたＳＲＯ膜とイリジウム膜との積層構造を用いている。したがって、第１の実施形態で説明したように、ＳＲＯ膜の安定性が向上し、キャパシタの特性を向上させることができる。また、下部電極にこのような積層構造を用いた場合には、イリジウム膜のバリア作用によってタングステンプラグの酸化を抑制することができる。したがって、ＣＯＰ構造を採用した場合であっても、特性や信頼性に優れた強誘電体メモリを得ることが可能となる。
【００４６】
なお、上述した第１及び第２の実施形態は、以下のような種々の変更が可能である。
【００４７】
上記第１及び第２の実施形態では、導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜としてＳＲＯ膜（ＳｒＲｕＯ３  膜）を用いたが、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３  膜、ＢａＲｕＯ３  膜或いはＬａＮｉＯ３  膜を用いてもよい。一般的には、Ｂサイト元素としてＲｕ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも一つを含んだ導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜を用いることが可能である。
【００４８】
また、上記第１及び第２の実施形態では、貴金属膜（導電膜）としてイリジウム膜（Ｉｒ膜）を用いたが、ルテニウム膜（Ｒｕ膜）或いはプラチナ膜（Ｐｔ膜）を用いてもよい。また、貴金属膜の代わりに、イリジウム酸化物膜（ＩｒＯ２  膜）或いはルテニウム酸化物膜（ＲｕＯ２  膜）といった貴金属膜酸化物膜を用いてもよい。
【００４９】
また、上記第１の実施形態では金属膜としてチタン膜（Ｔｉ膜）を用い、上記第２の実施形態ではチタン（Ｔｉ）がドープされたＳＲＯ膜を用いたが、第２の金属元素としてＴｉ以外の金属元素を用いてもよい。ＳｒＲｕＯ３  膜等の導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜のＢサイト元素を第１の金属元素とすると、第２の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量の方が、第１の金属元素が酸化物を生成するときのギブスの自由エネルギーの減少量より大きければよい。具体的には、第２の金属元素として、Ｔｉの他、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｔａ或いはＮｂを適用可能である。
【００５０】
また、上記第１及び第２の実施形態では、誘電体膜（強誘電体膜）としてＰＺＴ膜（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ  ）Ｏ３  膜）を用いたが、ＳＢＴ膜（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９  膜）を用いてもよい。一般的には、ペロブスカイト化合物膜或いはＢｉ層状化合物膜を用いることが可能である。また、誘電体膜として高誘電体膜を用いてもよい。
【００５１】
また、上記第１及び第２の実施形態では、プラグとしてタングステンプラグを用いたが、ポリシリコンプラグを用いてもよい。
【００５２】
また、上記第１の実施形態では、貴金属膜、金属酸化物膜及び金属膜をスパッタリング法で形成したが、これらをＣＶＤ法又はゾル−ゲル法によって形成してもよい。また、上記第２の実施形態では、貴金属膜及び金属酸化物膜をスパッタリング法で形成したが、これらを、ＣＶＤ法又はゾル−ゲル法によって形成してもよい。
【００５３】
さらに、上記第１及び第２の実施形態で述べた手法は、ＦｅＲＡＭの他、ＤＲＡＭにも適用可能である。
【００５４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、電極の一部に用いる導電性ペロブスカイト型金属酸化物膜の安定性を向上させることができ、キャパシタの特性や信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の比較例に係り、リーク電流特性を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の比較例に係り、ｉｎ−ｐｌａｎｅ回折の結果を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係り、リーク電流特性を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係り、ｉｎ−ｐｌａｎｅ回折の結果を示した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係り、ヒステリシス特性を示した図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係り、疲労特性を示した図である。
【図８】酸化物の生成エンタルピーを示した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
１００…シリコン基板、  １０１…素子分離領域、
１０２…ゲート絶縁膜、  １０３…多結晶シリコン膜、
１０４…ＷＳｉｘ  膜、  １０５、１０６、１１２…シリコン窒化膜、
１０７…ソース／ドレイン領域、  １０８、１２４…シリコン酸化膜、
１１０、１１４…ＴｉＮ膜、  １１１、１１５…タングステン膜、
１１６、１１８、１２２…チタン膜、  １１７、１２３…イリジウム膜、
１１９、１２１…ＳＲＯ膜、
１１９ａ、１２１ａ…チタンがドープされたＳＲＯ膜、
１２０…ＰＺＴ膜
【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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