(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上方に非晶質のバリア層を形成する第１の工程と、
前記バリア層上に金属層を形成し不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことにより、前記金属層を（１１１）配向性を有する第１電極層に変換する工程と、前記第１電極層上に第２電極層を形成し下部電極を形成する工程と、を有する第２の工程と、
前記下部電極上に強誘電体層を形成する第３の工程と、
前記強誘電体層上に上部電極を形成する第４の工程と、を含み、
前記バリア層の材質は、窒化チタンアルミニウムであり、
前記金属層の材質は、イリジウムであり、
前記第２電極層の材質は、イリジウムまたはイリジウム酸化物である、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極層の膜厚は、５ｎｍないし２０ｎｍである、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、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体メモリ装置（ＦｅＲＡＭ）は、低電圧および高速動作が可能な不揮発性メモリであり、メモリセルが１トランジスタ／１キャパシタ（１Ｔ／１Ｃ）で構成できるため、ＤＲＡＭなみの集積化が可能であることから、大容量不揮発性メモリとして期待されている。
【０００３】
強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体キャパシタの強誘電体特性を最大限に発揮させるには、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向が極めて重要である。
【特許文献１】特開２０００−２７７７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向が良好に制御された半導体装置およ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】
【０００５】
本発明にかかるひとつの半導体装置の製造方法は、基体の上方にバリア層を形成する第１の工程と、前記バリア層上に下部電極を形成する第２の工程と、前記下部電極上に強誘電体層を形成する第３の工程と、前記強誘電体層上に上部電極を形成する第４の工程と、を含み、前記第２の工程は、前記バリア層上に金属層を形成し不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことにより、前記金属層を（１１１）配向性を有する第１電極層に変換する工程と、前記第１電極層上に第２電極層を形成する工程と、を含み、前記下部電極は前記第１電極と前記第２電極とを有し、前記バリア層は非晶質であることを特徴とする。
上記のひとつの半導体装置の製造方法において、前記第１電極層の膜厚は、５ｎｍないし２０ｎｍであることが好ましい。
上記のひとつの半導体装置の製造方法において、前記第２電極層は、イリジウムを含むことが好ましい。
（１）本発明にかかる半導体装置は、
基板と、
前記基板の上方に設けられたバリア層と、
前記バリア層の上方に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に設けられた上部電極と、を含み、
前記下部電極は、所定の配向を有する第１電極層と、第２電極層とが積層されている。
【０００６】
本発明にかかる半導体装置は、所望の配向を有する強誘電体層を有する強誘電体キャパシタを含む。そのため、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタを含む半導体装置を提供することができる。
【０００７】
なお、本発明において、特定のＡ層（以下、「Ａ層」という。）の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という。）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられた場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられた場合とを含む意味である。
【０００８】
本発明にかかる半導体装置は、さらに、下記の態様をとることができる。
【０００９】
（２）本発明にかかる半導体装置において、
さらに、前記基板の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するプラグ導電層と、を含み、
前記バリア層は、少なくとも前記プラグ導電層の上方に設けられていることができる。
【００１０】
（３）本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
（ａ）基体の上方にバリア層を形成する工程と、
（ｂ）前記バリア層の上方に、金属層を形成する工程と、
（ｃ）不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことにより、前記金属層を、所定の配向性を有する第１電極層を形成する工程と、
（ｄ）前記第１電極層の上方に、第２電極層を形成し下部電極を形成する工程と、
（ｅ）前記下部電極の上方に、強誘電体層を形成する工程と、
（ｆ）前記強誘電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含む。
【００１１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、下部電極は、シード層となる第１電極層の上に、第２電極層を形成して得られる。第１電極層は、工程（ｃ）の熱処理を経ることで、原子が移動しやすくなり配向性を向上させることができる。第２電極層は、この第１電極層の結晶配向性を反映して形成されるため、所定の配向性を有する第２電極層を形成することができる。よって、配向性が制御された下部電極の上に強誘電体層を形成できる。強誘電体層は、下部電極の配向を反映して堆積されるため、下部電極の結晶配向性が強誘電体層の所望の配向性と一致するよう制御することにより、所望の配向を有する強誘電体層を形成できることとなる。その結果、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタを含む半導体装置を提供することができる。
【００１２】
（４）本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
（ａ）基体の上方に少なくともチタンを含む第１金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記バリア層の上方に、第２金属層を形成する工程と、
（ｃ）窒素雰囲気下で熱処理を行うことにより、前記第１金属層を窒化してバリア層に変換すると共に、前記第２金属層を所定の配向性を有する第１電極層に変換する工程と、
（ｄ）前記第１電極層の上方に、第２電極層を形成し下部電極を形成する工程と、
（ｅ）前記下部電極の上方に、強誘電体層を形成する工程と、
（ｆ）前記強誘電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含む。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、上記の半導体装置の製造方法と同様の利点を有し、所望の配向を有する強誘電体層を形成できることとなる。そのため、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタを含む半導体装置を提供することができる。
【００１４】
なお、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００１５】
（５）本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記第１電極層の膜厚は、５ｎｍないし２０ｎｍであることができる。
【００１６】
（６）本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記第２電極層は、イリジウムを含むであることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
１．第１の実施形態
１．１．半導体装置
まず、本実施形態にかかる半導体装置について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態にかかる半導体装置は、基体１０と、絶縁層１２と、コンタクト部３０と、強誘電体キャパシタ４０と、を含む。
【００２０】
基体１０は、半導体基板（たとえばシリコン基板）である。基体１０には、複数のトランジスタ（図示しない）が形成されている。トランジスタは、ソース領域又はドレイン領域となる不純物領域と、ゲート絶縁層と、ゲート電極と、を含む。各トランジスタの間には素子分離領域（図示しない）が形成され、トランジスタ間の電気的絶縁が図られている。本実施の形態に係る半導体装置は、たとえば１Ｔ１Ｃ型のスタック構造を有する。
【００２１】
絶縁層１２は、基体１０上に形成されている。絶縁層１２は、たとえば酸化シリコン層（ＳｉＯ２層）、窒化シリコン層（ＳｉＮ層）、窒化酸化シリコン層（ＳｉＯＮ層）および酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３層）の少なくともいずれか１層から形成され、単一層であってもよいし、複数層であってもよい。
【００２２】
コンタクトホール２０は、絶縁層１２を貫通している。コンタクトホール２０の内部には、電気的導電性を有するコンタクト部３０が形成されている。
【００２３】
コンタクト部３０は、基体１０の面に垂直方向に延出して形成され、絶縁層１２を貫通している。コンタクト部３０の一方の端部には、基体１０のトランジスタ（ソース領域およびドレイン領域のいずれか一方）が電気的に接続され、他方の端部には強誘電体キャパシタ４０が電気的に接続されている。すなわち、コンタクト部３０は、トランジスタおよび強誘電体キャパシタ４０を電気的に接続する。
【００２４】
コンタクト部３０は、バリア層３２と、プラグ３４とを含んで構成される。バリア層は、コンタクトホール２０の内壁（基体１０および絶縁層１２の露出面）を覆うように設けられている。プラグ３４は、バリア層３２の上に設けられている。
【００２５】
強誘電体キャパシタ４０は、バリア層４２、下部電極４４、強誘電体層４６、上部電極４８が順に積層して形成されている。バリア層４２は、少なくとも、コンタクト部３０の上に設けられている。本実施の形態では、平面視したときに、コンタクト部３０およびその周辺の絶縁層１２をも覆うパターンを有している。このように、バリア層４２（下部電極４４）は、プラグ３４に電気的に接続されている。詳しくは、強誘電体キャパシタ４０の下部電極４４は、トランジスタのソース領域又はドレイン領域のいずれかに電気的に接続されている。本実施の形態に係る半導体装置が有する強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタ４０の下部電極４４がビット線に電気的に接続され、強誘電体キャパシタ４０の上部電極４８がプレート線に電気的に接続され、トランジスタのゲート電極がワード線に電気的に接続されている。
【００２６】
バリア層４２は、プラグ３４が後の工程で酸化されることを抑制するための層であり、たとえば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮを用いることができる。中でも、チタン、アルミニウム、および窒素を含む層（ＴｉＡｌＮ）であることがより好ましい。
【００２７】
下部電極４４は、第１電極層４４ａと、第１電極層４４ａの上に形成された第２電極層４４ｂとが積層されて構成されている。第１電極層４４ａは、後述する強誘電体層４６の所望の配向と、原子の配列の規則性が同一性を有している。たとえば、（１１１）配向のＰＺＴを強誘電体層とする場合には、（１１１）配向のＩｒ膜を第１電極層４４ａとすることができる。
【００２８】
第２電極層４４ｂは、たとえばＰｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物（ＩｒＯｘ）、Ｒｕ、Ｒｕ酸化物（ＲｕＯｘ）、ＳｒＲｕ複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ）などから形成される。第２電極４４ｂは、単一層から形成されていてもよいし、複数層から形成されていてもよい。なかでも、強誘電体層４６をＭＯＣＶＤ法で形成する場合には、熱的な安定性を有するＩｒを用いることが好ましい。
【００２９】
強誘電体層４６は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを構成元素として含む酸化物からなるＰＺＴ系強誘電体を用いて形成されていてもよい。あるいは、ＴｉサイトにＮｂをドーピングしたＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ）Ｏ３（ＰＺＴＮ系）を適用してもよい。あるいは、強誘電体層４６はこれらの材料に限定されるものではなく、たとえばＳＢＴ系、ＢＳＴ系、ＢＩＴ系、ＢＬＴ系のいずれを適用してもよい。
【００３０】
上部電極４８は、第２電極層４４ｂと同様にすることができる。
【００３１】
本実施の形態にかかる半導体装置は、所望の配向を有する強誘電体層４６を有する強誘電体キャパシタ４０を含む。そのため、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタ４０を含む半導体装置を提供することができる。
【００３２】
１．２．半導体装置の製造方法
次に、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、図２ないし図８を参照しつつ説明する。図２ないし図８は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３３】
（１）まず、図２に示すように、基体１０上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２は、基体１０における複数のトランジスタが形成された面上に形成する。絶縁層１２は、ＣＶＤ法などの公知技術を適用して形成することができる。
【００３４】
（２）次に、図３に示すように、絶縁層１２を貫通するコンタクトホール２０を形成する。その場合、フォトリソグラフィ技術を適用してもよい。詳しくは、絶縁層１２の一部を開口するようにレジスト層（図示しない）を形成し、該レジスト層からの開口部をエッチングすることによって、絶縁層１２を貫通するコンタクトホール２０を形成する。コンタクトホール２０からは基体１０が露出している。
【００３５】
（３）次に、コンタクトホール２０にコンタクト部３０（図１参照）を形成する。コンタクト部３０の形成では、まず、図４に示すように、コンタクトホール２０の内面に沿ってバリア層（他のバリア層）３１を形成する。バリア層３１は、スパッタリング法等によって成膜することができる。バリア層３１は、コンタクトホール２０の側面（絶縁層１２の端面）およびコンタクトホール２０の底面（基体１０の上面）に形成し、コンタクトホール２０の内面に形成する部分と連続して絶縁層１２の上面にも形成する。ただし、バリア層３１は、コンタクトホール２０を埋めないように形成する。
【００３６】
（４）次に、図５に示すように、コンタクトホール２０の内部および絶縁層１２上に第１の導電層３３を形成する。第１の導電層３３は、コンタクトホール２０の内部（詳しくはバリア層３１で囲まれた内側）を埋め込むように形成する。バリア層３１を形成する場合には、バリア層３１上に第１の導電層３３を形成する。第１の導電層３３は、たとえば、スパッタリング法により成膜することができる。
【００３７】
（５）次に、図６に示すように、第１の導電層３３を研磨する。本実施の形態では、第１の導電層３３の一部およびバリア層３１の一部を研磨および除去する。すなわち、第１の導電層３３（およびバリア層３１）をストッパとなる絶縁層１２が露出するまで研磨する。研磨工程では、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａl  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｍｅｎｔ）法による工程を適用することができる。この工程により、コンタクト部３０を形成することができる。
【００３８】
ついで、図６に示すように、絶縁層１２およびコンタクト部３０の上に、バリア層４１を形成する。バリア層４１は、後の工程でパターニングされバリア層４２となる。バリア層４１としては、たとえば、スパッタリング法によりＴｉＡｌＮを形成することができる。このとき、バリア層４１は、良好な配向性を有する結晶層もしくは非晶質層であることが好ましい。バリア層４１が非晶質層である場合の利点については後述する。
【００３９】
（６）次に、図７に示すように、バリア層４１の上に、第１電極層４３ａを形成する。第１電極層４３ａとしては、１．１．の半導体装置の項で述べた材料を用いることができる。以下に、たとえば、所定の配向を有するＩｒ膜を形成する場合について説明する。まず、バリア層４１の上にＩｒ膜（図示せず）を形成する。このＩｒ膜の配向性については、特に制限はない。ついで、不活性ガス雰囲気下で熱処理を施す。熱処理の温度としては、４５０℃ないし７２５℃で行うことができる。不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、窒素を用いることができる。この熱処理を施すことで、原子が移動しやすくなり、Ｉｒの安定した原子配列である（１１１）配向成分を増加させることができるのである。その結果、所定の配向性を有する第１電極層４３ａを形成することができるのである。このとき、第１電極層４３ａの下に位置するバリア層４１が非晶質層であれば、バリア層４１の配向の影響を低下させることができる。そのため、第１電極層４３ａに熱処理を施したときに、所望の配向を形成しやすくできるのである。また、第１電極層４３ａの膜厚は、５ｎｍないし２０ｎｍであることが好ましい。第１電極層４３ａの膜厚が５ｎｍより小さい場合、連続した膜を形成することができず、シード層としての役割を果たすことができないことがある。２０ｎｍを超える場合には、熱処理での配向性の制御が困難になることがある。
【００４０】
（７）次に、図８に示すように、第１電極層４３ａの上に第２電極層４３ｂ、強誘電体層４５、上部電極（第２電極）４７を順に積層して積層体を形成する。
【００４１】
第２電極層４３ｂの形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などを適用することができる。強誘電体層４５の形成方法としては、溶液塗布法（ゾル・ゲル法、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法などを含む）、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などを適用することができる。なお、上部電極４７は第２電極層４３ｂと同様の方法を適用して形成することができる。ついで、積層体の上に、たとえば、レジスト層Ｒ１を形成する。レジスト層Ｒ１は、フォトリソグラフィ技術を適用して形成することができる。
【００４２】
（８）次に、図１に示すように、積層体のうちレジスト層Ｒ１に覆われない部分を除去する。積層体の除去は、公知のエッチング技術を適用して行うことができる。積層体をパターニングして強誘電体キャパシタ４０を形成した後、強誘電体層４６の安定化（たとえばエッチングダメージ回復）のため酸素雰囲気下でアニール処理を行う。
【００４３】
以上の工程により、本実施の形態にかかる半導体装置を製造することができる。
【００４４】
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、下部電極４４は、シード層となる第１電極層４３ａの上に、第２電極層４３ｂを形成して得られる。そのため、配向性が制御された下部電極４４の上に、強誘電体層４６を形成できる。強誘電体層４６は、下部電極４４の配向を反映して堆積されるため、本実施の形態によれば、所望の配向を有する強誘電体層４６を形成できることとなる。その結果、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタ４０を含む半導体装置を製造することができるのである。
【００４５】
２．第２の実施形態
２．１．半導体装置
次に、第２の実施形態にかかる半導体装置について、図９を参照しつつ説明する。図９は、第２の実施形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。第２の実施形態にかかる半導体装置は、第１の実施形態と比して、バリア層４２の構成が異なる例である。なお、以下の説明では、第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００４６】
図９に示すように、第２の実施形態にかかる半導体装置では、バリア層４２は、第１バリア層４２ａおよび第２バリア層４２ｂとが積層されて構成されている。バリア層４２は、プラグ３４が後の工程で酸化されることを抑制することができる。第１バリア層４２ａとしては、自己配向性を有する金属、またはその窒化物を用いることができる。ここで、自己配向性とは、ある特定の配向成分が多くなるように成長する性質のことをいう。第１バリア層４２ａとしては、たとえば、Ｔｉ、ＴｉＮを挙げることができる。第１バリア層４２ａは、強誘電体層４６に求められる配向と、原子の配列の規則性が同一である層である。
【００４７】
第２バリア層４２ｂとしては、第１バリア層４２ａと比して酸化防止効果の高い材料を用いることができる。第２バリア層４２ｂとしては、第１の実施形態で説明したバリア層４２で例示した材料を用いることができる。
【００４８】
第２の実施形態にかかる半導体装置によれば、第１バリア層４２ａの配向を制御することで、この上に積層される、第２バリア層４２ｂ、下部電極４４および強誘電体層４６の配向を制御することができる。また、２種以上の層を積層してバリア層４２を形成することで、配向の制御の向上かつプラグの酸化防止を共に図ることができる。
【００４９】
２．２．半導体装置の製造方法
次に、第２の実施形態にかかる半導体装置について、図１０を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態にかかる半導体装置にかかる製造方法と異なる点について説明する。
【００５０】
第１の実施形態にかかる製造方法の工程（１）ないし工程（５）と同様にして、コンタクト部３０までを形成する。ついで、図１０に示すように、コンタクト部３０を含む絶縁層１２の上に、第１バリア層４１ａを形成する。第１バリア層４１ａとしては、自己配向性を有する材質を用いる。ついで、第１バリア層４１ａの上に、第２バリア層４１ｂを形成する。第２バリア層４１ｂは、第１の実施形態におけるバリア層４１と同様である。
【００５１】
次に、第１の実施形態にかかる製造方法の工程（６）と同様に、第２バリア層４１ｂの上に、第１電極層４３ａを形成する。このとき、第１電極層４３ａの形成における熱処理を、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気で熱処理を行うことで、第１バリア層４１ａを窒化することができるという利点がある。たとえば、第１バリア層４１ａとして、Ｔｉ層を形成したとき、窒素雰囲気の熱処理により、ＴｉＮ層とすることができ、酸化防止の向上を図ることができるのである。
【００５２】
次に、第１の実施形態にかかる製造方法の工程（７）、（８）と同様にして、図９に示す半導体装置を製造することができる。
【００５３】
第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、配向性が制御され、かつ、酸化防止性も向上したバリア層４２を形成することができる。そのため、良好なヒステリシス特性を有する強誘電体キャパシタ４０を含む半導体装置を製造することができる。
【００５４】
３．第３の実施の形態
次に、第３の実施形態にかかる半導体装置について説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態にかかる半導体装置と異なる点について説明する。
【００５５】
第３の実施形態にかかる半導体装置は、図１に示す半導体装置とバリア層４２の材質が異なる。第３の実施形態では、バリア層４２として、ＴｉＮ層が用いられる。バリア層４２は、強誘電体層４６の所望の配向と同様の規則性を持って、原子が配列している。
【００５６】
第３の実施形態にかかるバリア層４２の形成方法について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第３の実施形態にかかる製造工程の一部を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、絶縁層１２およびプラグ３４の上に金属層４１０を形成する。金属層４１０としては、たとえば、Ｔｉ層を形成する。また、金属層４１０としては、所定の配向に優先的に配向して結晶成長をする自己配向性を有する材料であり、その配向性が強誘電体層の所望の配向性と同一であれば、特に限定されない。ついで、図１１に示すように、金属層４１０の上に第１電極層４３ａを形成する。その後、第１の実施形態で説明した工程（６）の第１電極層４３ａの形成時に窒素雰囲気下で熱処理することにより、ＴｉＮ層に変換することができ、バリア層４１が形成される。バリア層４１は、後の工程でパターニングされて、バリア層４２となる。
【００５７】
第３の実施形態によれば、金属層４１０は、第１電極層４３となる膜を堆積する工程においては、配向の制御に寄与でき、その後、窒化されてバリア層４１となった後は、プラグ３４の酸化防止に寄与することができる。そのため、バリア層として複数層を積層することなく、双方の役割を果たすことができる。
【００５８】
４．実験例
次に、本実施の形態にかかる半導体装置の効果を確認するための実験例について説明する。
【００５９】
４．１．実験例１
まず、半導体基板（シリコン基板）１０にトランジスタを形成し、ついでトランジスタ上に絶縁層１２を積層した。ついで、絶縁層１２にコンタクトホール２０を形成し、このコンタクトホール２０にＣＶＤ法によりタングステンを充填した後、化学的機械的研磨によって、絶縁層１２の表面より上方のタングステンを研磨することにより、プラグ３４を形成した（図１参照）。
【００６０】
次に、絶縁層１２およびプラグ３４上に、スパッタリング法により、ＴｉＡｌＮからなるバリア層４１を成膜した。この成膜工程においては、窒素分圧が１６％の雰囲気として用い、ターゲットとしてＴｉＡｌを選択した。なお、ターゲットにおけるチタンとアルミニウムの比率は、Ｔｉ／Ａｌ＝７０：３０とした。
【００６１】
また、バリア層４１の成膜条件は、アルゴンガスの流量が５０［ｓｃｃｍ］であり，成膜パワーが１．０［ｋＷ］であり，基板温度を４００［℃］である条件で成膜を行なった。
【００６２】
次に、スパッタリング法により、第１電極層４３ａの形成を行った。第１電極層４３ａの成膜条件は、アルゴンガスの流量が１９９［ｓｃｃｍ］であり，成膜パワーが１．０［ｋＷ］であり，基板温度を５００［℃］である条件で成膜を行った。この条件下で、２０ｎｍの膜厚を有する第１電極層４３ａを形成した。ついで、熱処理を施し、配向性を制御した。熱処理は、アルゴン雰囲気下、基板温度が６５０［℃］の条件で、２分間行った。
【００６３】
次に、スパッタリング法により、第２電極層４３ｂを形成した。第２電極層４３ｂの成膜条件は、アルゴンガスの流量が１９９［ｓｃｃｍ］であり，成膜パワーが１．０［ｋＷ］であり，基板温度を５００［℃］である条件で成膜を行った。この条件により成膜されたアルゴンガスの第２電極４３ｂの膜厚は、９０ｎｍであった。
【００６４】
このようにして形成された第２電極層４３ｂのＸＲＤ（Ｘ線回折）パターンを、図１２に示す。
【００６５】
図１２によれば、実施例１において得られた第２電極層４３ｂにおいて、２θ＝４１°付近にピークが観測された。このピークは、（１１１）配向を有するＩｒ膜に起因するものと推測される。つまり、本実施の形態によれば、このように、配向が制御された下部電極を形成することができた。
【００６６】
次に、この第２電極層４３ｂの結晶配向性を定量的に評価するため、図１２に示すＩｒ膜の（１１１）回折のロッキングカーブを測定した。その結果を図１３に示す。図１３に示すロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭは約４．９０°であった。なお、ロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭとは、図１３に示すように、最大ピーク強度の１／２のピーク強度を有する２つの角度の差である。以上の結果から、図１３に示すように、第２電極層４３ｂは優れた（１１１）配向性を有することが確認された。
【００６７】
４．２．実験例２
実験例２では、バリア層の形成が実験例１と異なる。実験例２では、まず、金属層４１０として、スパッタリング法によりＴｉ層を形成した。
【００６８】
金属層４１０の成膜条件は、アルゴンガスの流量が５０［ｓｃｃｍ］であり，成膜パワーが１．５［ｋＷ］であり，基板温度を１５０［℃］である条件で成膜を行った。このようにして形成された金属層４１０の膜厚は、２０ｎｍであった。
【００６９】
次に、金属層４１０の上に、スパッタリング法により、ＴｉＡｌＮからなるバリア層４１ｂを成膜した。この成膜工程においては、窒素分圧が１６％の雰囲気として用い、ターゲットとしてＴｉＡｌを選択した。なお、ターゲットにおけるチタンとアルミニウムの比率は、Ｔｉ／Ａｌ＝７０：３０とした。
【００７０】
また、バリア層４１ｂの成膜条件は、アルゴンガスの流量が５０［ｓｃｃｍ］であり，成膜パワーが１．０［ｋＷ］であり，基板温度を４００［℃］である条件で成膜を行なった。このようにして形成された金属層４１０の膜厚は、１００ｎｍであった。
【００７１】
次に、実験例１と同様に、第１電極層４３ａおよび第２電極層４３ｂを形成した。このようにして形成した第２電極層４３ｂの結晶配向性を定量的に評価するため、（１１１）配向の回折ピークのロッキングカーブを測定した。その結果を図１４に示す。図１４に示すロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭは約２．９０°であった。以上の結果から、図１４に示すように、第１電極層４３ｂは優れた（１１１）配向性を有することが確認された。さらに、実験例１と比しても、金属層４１０を形成していることで、結晶配向性が向上した第２電極層４３ｂを形成できたことが確認された。
【００７２】
以上の結果より、本実施形態にかかる下部電極４４の形成方法によれば、配向が制御された下部電極４４を形成できることが確認された。そのため、所望の配向性を有する強誘電体層４６を形成することができるのである。
【００７３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】第２の実施形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。
【図１０】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】第３の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】実験例１にかかるＩｒ膜のＸＲＤパターンを示す図。
【図１３】図１２に示すＩｒ膜の（１１１）回折のロッキングカーブを示す図。
【図１４】実験例２にかかるＩｒ膜の（１１１）回折のロッキングカーブを示す図。
【符号の説明】
【００７５】
１０…基体、  １２…絶縁層、  ２０…コンタクトホール、  ３０…コンタクト部、  ３１…バリア層、  ３３…第１の導電層、  ３４…プラグ、  ４０…強誘電体キャパシタ、  ４１…バリア層、  ４２…バリア層、  ４３ａ、４４ａ…第１電極層、  ４３ｂ、４４ｂ…第２電極層、  ４４…下部電極、  ４５、４６…強誘電体層、  ４７、４８…上部電極、  ４１０…金属層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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