(57)【要約】【課題】  強誘電体膜の酸素欠損の発生を抑制することができる強誘電体膜の熱処理方法を提供する。【解決手段】  強誘電体膜の熱処理方法は、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理を行なう工程の後に、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう工程とを含む。第１の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で行なうことが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体膜に対して熱処理を行なう工程を有する強誘電体膜の熱処理方法であって、
前記熱処理を行なう工程は、
前記強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行なう工程と、
前記第１の熱処理を行なう工程の後に、前記強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする強誘電体膜の熱処理方法。
【請求項２】
前記第１の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で行なうことを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜の熱処理方法。
【請求項３】
基板上に形成された容量下部電極と、
前記容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている容量素子であって、
前記容量下部電極と前記容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする容量素子。
【請求項４】
前記容量下部電極は、Ｉｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなることを特徴とする請求項３に記載の容量素子。
【請求項５】
基板上に容量下部電極を形成する工程と、
前記容量下部電極の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜に対して熱処理を行なう工程と、
前記容量絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを備える容量素子の製造方法であって、
前記熱処理を行なう工程は、
前記強誘電体膜内の酸素が前記容量下部電極又は前記容量上部電極に拡散することを防止する第１の熱処理を行なう工程と、
前記第１の熱処理を行なった後に、前記強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする容量素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で行なうことを特徴とする請求項５に記載の容量素子の製造方法。
【請求項７】
前記容量下部電極は、Ｉｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなることを特徴とする請求項５又は６に記載の容量素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子及びその製造方法に関し、特に、容量素子を構成する容量絶縁膜に用いる強誘電体膜の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、強誘電体膜を用いた不揮発性メモリの開発においては、デバイスの微細化傾向に対応するために、強誘電体膜の分極特性の向上が求められている。特に、強誘電体膜を結晶化する熱処理の方法によって、強誘電体膜の分極特性は大きく変動する。
【０００３】
ところで、強誘電体膜は、膜中に酸素が欠乏した膜、すなわち、膜中に酸素欠損（酸素空乏）が生じた膜が形成され易い。酸素欠損（酸素空孔）は、誘電率の低下、リーク電流の増加、残留分極の低下、又は抗電界の増加等を招くので、酸素欠損（酸素空乏）は所望の誘電特性又は強誘電特性を有する膜を得る上で大きな弊害となる。
【０００４】
このような酸素欠損はＭＯＤ法又はＣＶＤ法を用いた強誘電体膜の成膜過程において生じるが、酸素欠損（酸素空孔）が生じる理由として、以下の理由が考えられている。
【０００５】
すなわち、ＭＯＤ法を用いる場合、金属−酸化物結合を持たない原料化合物から薄膜を堆積させた後に、酸素雰囲気下で熱処理を行なう。この熱処理による酸素の固相拡散に基づいて金属−酸素結合を形成し、酸化物である強誘電体膜を形成する。従って、強誘電体膜には酸素欠損（酸素空孔）が生じ易い。
【０００６】
一方、ＣＶＤ法を用いる場合、原料化合物が金属−酸素結合を分子中に持つか否かで堆積する薄膜の酸化状態が大きく異なるが、現在入手可能なビスマス（Ｂｉ）原料はトリフェニルビスマス及びその類似化合物のみであり、これらの化合物は金属−酸素結合を持たない。このため、ＣＶＤ法を用いてビスマス層状強誘電体膜を堆積させる場合、トリフェニルビスマスの分解と金属ビスマスの生成という段階と、雰囲気中の酸素による金属ビスマスの酸化という段階との２段階の反応が必要である。従って、酸素欠損（酸素空孔）を含む強誘電体膜が形成されることを避けることは困難である。
【０００７】
このように、ＭＯＤ法及びＣＶＤ法のいずれの場合であっても、酸素欠損（酸素空乏）が生じる問題を解決することができない。そこで、新たな原料化合物の開発、又は新な強誘電体膜の形成方法の開発が待たれるているところである。
【０００８】
このような状況の下では、強誘電体膜を形成した後に、該強誘電体膜に対して酸素ガス中で熱処理を行なうポストアニール（熱処理）処理を施すことによって、酸素欠損（酸素空孔）が生じる問題を解決する方法が最善と考えられているが、また一方では、強誘電体膜を活性酸素雰囲気中で熱処理することによって、酸素欠損（酸素空孔）が生じる問題を解決する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−６９６１５号公報（第３頁、段落０００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの方法においても、強誘電体膜に酸素欠損（酸素空孔）が生じる問題を十分に解決できない場合がほとんどである。このため、強誘電体膜の表層にはビスマスが酸化されずに金属として存在したり、酸素ガス中で通常８００℃程度の高温で行なう熱処理によって強誘電体膜に欠陥が発生する等といった問題も生じることになる。
【００１０】
前記に鑑み、本発明の目的は、強誘電体膜中に酸素欠損が生じることを防止して、強誘電体膜の分極特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法は、強誘電体膜に対して熱処理を行なう工程を有する強誘電体膜の熱処理方法であって、前記熱処理を行なう工程は、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理を行なう工程の後に、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法によると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法において、第１の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で行なうことが好ましい。
【００１４】
このようにすると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、４５０℃以上であって且つ５５０℃以下の範囲の温度でオゾンガスを用いて第１の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。また第１の熱処理はオゾンガスを用いるので、強誘電体膜から外部への酸素拡散をより一層抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。
【００１５】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る容量素子は、基板上に形成された容量下部電極と、容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている容量素子であって、容量下部電極と容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る容量素子によると、容量下部電極と強誘電体膜との間に、導電性酸化膜が形成されているので、強誘電体膜を結晶化する熱処理の際に、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを得ることができる。
【００１７】
本発明に係る容量素子において、容量下部電極は、Ｉｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、強誘電体膜と容量下部電極との界面に、導線性酸化膜を容易に形成することができる。
【００１９】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る容量素子の製造方法は、基板上に容量下部電極を形成する工程と、容量下部電極の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜に対して熱処理を行なう工程と、容量絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを備える容量素子の製造方法であって、熱処理を行なう工程は、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極又は容量上部電極に拡散することを防止する第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理を行なった後に、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る容量素子の製造方法によると、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極に拡散することを防止する第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。
【００２１】
本発明に係る容量素子の製造方法において、第１の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で行なうことが好ましい。
【００２２】
このようにすると、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、４５０℃以上であって且つ５５０℃以下の範囲の温度でオゾンガスを用いて第１の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。また第１の熱処理はオゾンガスを用いるため、酸素を容量下部電極に供給するので、強誘電体膜から外部への酸素拡散をより一層抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。
【００２３】
本発明に係る容量素子の製造方法において、容量下部電極は、Ｉｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、強誘電体膜と容量下部電極との界面に、導線性酸化膜を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法によると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。
【００２６】
本発明に係る容量素子によると、容量下部電極と強誘電体膜との間に、導電性酸化膜が形成されているので、強誘電体膜を結晶化する熱処理の際に、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを得ることができる。
【００２７】
本発明に係る容量素子の製造方法によると、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極に拡散することを防止する第１の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、強誘電体膜に対する熱処理方法について説明する。
【００３０】
本発明の第１の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法は、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第１の熱処理を行ない、その後に、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう点に特徴を有している。
【００３１】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法について、図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。
【００３２】
第１の実施形態では、例えば、ＭＯＤ法、ＭＯＣＶＤ法又はスパッタ法等を用いて形成されたＳＢＴ（ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）膜よりなる強誘電体膜に対して以下の熱処理を行なう。
【００３３】
まず、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第１の熱処理について説明する。
【００３４】
第１の熱処理は、下記［表１］に示す熱処理条件を満足するように行なわれる。すなわち、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で、第１の熱処理を行なう。
【００３５】
【表１】
2005191358.tif 000002
【００３６】
第１の実施形態において、より具体的には、一例として下記［表２］に示す熱処理条件を満足するように、第１の熱処理を行なう。すなわち、オゾン流量が３５００ｃｃ／ｍｉｎ、窒素流量が２８ｃｃ／ｍｉｎ、オゾン濃度が２００ｇ／ｍ3 （但し、流量２０ｌ／ｍｉｎ下）、アニール温度が５００℃、アニール時間が１０ｍｉｎ、昇温レートが４℃／ｍｉｎ、及び降温レートが８℃／ｍｉｎの条件下で、第１の熱処理を行なう。
【００３７】
【表２】
2005191358.tif 000003
【００３８】
次に、強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理を行なう。ここでは、一例として下記［表３］に示す熱処理条件を満足するように、第２の熱処理を行なう。すなわち、例えば、酸素流量が１００００ｃｃ／ｍｉｎ、窒素流量が０ｃｃ／ｍｉｎ、アニール温度が７５０℃〜８５０℃、アニール時間が１ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ、昇温レートが６０℃／ｍｉｎ、及び降温レートは設定なしの条件下で、第２の熱処理を行なう。
【００３９】
【表３】
2005191358.tif 000004
【００４０】
このようにして、第１の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法として、第１の熱処理と第２の熱処理とを行なう。
【００４１】
ここで、第１の熱処理の条件と強誘電体膜の分極特性との関係について、図１を参照しながら説明する。
【００４２】
図１は、第１の熱処理のオゾン濃度（％）と第１及び第２の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量（μＣ／ｃｍ2）との関係を示している。但し、第１の熱処理の温度条件が５００℃であった場合の関係図である。
【００４３】
図１から明らかなように、温度を５００℃に設定し、オゾン濃度を変化させながら第１の熱処理を行い、さらに、第２の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量は、オゾン濃度に比例するという結果が得られた。
【００４４】
さらに、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下において、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下である条件下で第１の熱処理を行なえば、第２の熱処理後の強誘電体キャパシタの分極量として１３．５（μＣ／ｃｍ2）以上の値を実現できるという結果が得られた。強誘電体キャパシタの分極量が１３．５（μＣ／ｃｍ2）以上の値であれば、半導体装置の記憶容量としては十分な分極量である。
【００４５】
また、第２の熱処理の条件が一定の条件（例えば前記［表３］に示す条件等）である場合に、第１の熱処理の温度条件が前記［表１］に示した範囲内のいずれの温度条件下であっても、強誘電体キャパシタの分極量が向上することが見出された。
【００４６】
次に、第１の熱処理の条件として前記［表１］に示した条件が満足されなければならない理由について説明する。
【００４７】
第１の熱処理の温度条件としての下限温度は、強誘電体膜を構成するＳＢＴ膜の核形成に必要な温度で決定される。これは、核形成温度が低い場合には十分な核形成がされないので、第２の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量は低くなるからである。
【００４８】
図２は、強誘電体膜に対する第１の熱処理の温度［℃］と第１及び第２の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量（μＣ／ｃｍ2）との関係を示している。
【００４９】
図２から明らかなように、第１の熱処理の温度が４５０℃を下回った場合には、強誘電体キャパシタの分極量は低下する。したがって、第１の熱処理の下限温度は４５０℃であることが好ましい。一方、第１の熱処理の温度を高くしていくと、第２の熱処理後の強誘電体膜のＣ軸配向性が強くなるので、強誘電体キャパシタの分極量は低下する。従って、第１の熱処理の上限温度は５５０℃であることが好ましい。
【００５０】
また、第１の熱処理の温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下の範囲内である場合に、オゾン濃度の下限濃度として少なくとも０．７％の値を有していれば、強誘電体キャパシタの分極特性の向上に効果があることが判明した。したがって、オゾン濃度の下限濃度は０．７％であることが好ましい。一方、オゾン濃度の上限濃度は、実験に用いた拡散炉の性能に律速され、２．０％であったが、通常、半導体装置に用いる拡散炉で発生可能なオゾン濃度の上限（装置仕様）は２〜３％であり、第１の熱処理のオゾン濃度の上限はこの範囲内に収まる実験結果を得られている。
【００５１】
次に、本実施形態に係る強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極特性が向上するメカニズムについて説明する。
【００５２】
第１の熱処理は、強誘電体膜中の酸素が電極（図示せず）へ固相拡散しない温度領域で熱処理を行なうと共に、この熱処理をオゾン雰囲気下で行なうものである。これにより、強誘電体膜と電極との界面に、酸素濃度が高い導電性酸化膜を形成することができるので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理時おいて、固層拡散による強誘電体膜から電極への酸素拡散を抑制することができる。また、低温下での第１の熱処理によって強誘電体膜に核形成がなされた後に、高温下で核成長させるための第２の処理を行なうことにより、分極特性に優れた強誘電体キャパシタを実現することができる。また、第２の熱処理は７５０℃から８５０℃の温度範囲で熱処理を行なうため、第２の熱処理の温度範囲では強誘電体膜中の酸素が電極へ固相拡散する温度領域であるが、第２の熱処理は短時間で行なわれることに加え、強誘電体膜と電極との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜が存在しているため、固層拡散による強誘電体膜から電極への酸素拡散は抑制されるので、強誘電体膜中の酸素が電極に拡散することがない。
【００５３】
以上のように、本発明の第１の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜の表面に酸素濃度が高い導電性酸化膜が形成されるため、固層拡散による強誘電体膜からその外部への酸素拡散を抑制することができる。これにより、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを実現できる。
【００５４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、前述の第１の実施形態における強誘電体膜の熱処理方法が施された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する容量素子の構造について、図３を参照しながら説明する。
【００５５】
本発明の第２の実施形態に係る容量素子は、基板上に形成された容量下部電極と、容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、容量下部電極の上に形成された容量上部電極とを備えており、容量下部電極と容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【００５６】
図３に示すように、基板（図示せず）上に形成されたＩｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなる容量下部電極１の上には、酸素濃度が高い導電性酸化膜２が形成されている。該導電性酸化膜２の上には、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜３が形成されている。該容量絶縁膜３の上には、容量下部電極４が形成されている。
【００５７】
このように、図３に示した容量素子は、容量下部電極１と容量絶縁膜３との間に、酸素濃度が高い導電性酸化膜２が形成されている。導電性酸化膜２は、容量下部電極１の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜３を堆積した後に、該容量絶縁膜３に対して前述の第１の実施形態で説明した第１の熱処理を行なうことにより、容量下部電極１と容量絶縁膜３との間に形成されるものである。
【００５８】
ここで、本実施形態に係る容量素子の構造によれば、強誘電体キャパシタの分極特性が向上するメカニズムについて説明する。
【００５９】
容量下部電極１の上に堆積された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜３に対して前記［表１］に示した第１の熱処理を行なうと、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の雰囲気下で、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下であるので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜３と容量下部電極１との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜２を形成することができる。強誘電体膜よりなる容量絶縁膜３と容量下部電極１との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜２が存在しているので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理時に固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極１への酸素拡散を抑制することができる。
【００６０】
以上のように、第２の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜と容量下部電極との間に形成された酸素濃度が高い導電性酸化膜の存在により、固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極への酸素拡散を抑制することができる。このように、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを実現できる。
【００６１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、前述の第１の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法を適用した容量素子の製造方法について説明する。すなわち、前述の第３の実施形態に係る容量素子の具体的な製造方法について説明する。
【００６２】
まず、図４(a) に示すように、半導体基板１上におけるシャロートレンチ分離膜（ＳＴＩ膜）２によって区画された素子形成領域にスイッチングトランジスタ３及びソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散領域４を形成する。次に、半導体基板１及び分離絶縁膜２の上に、スイッチングトランジスタ３を覆うように、保護絶縁膜５を形成する。次に、保護絶縁膜５に、ストレージノード毎に容量素子形成口となる開口部を形成する。この開口部は、保護絶縁膜５を貫通すると共に下端が不純物拡散領域４を露出させるように形成されている。次に、保護絶縁膜５に形成された開口部に、タングステン膜又はポリシリコン膜を充填してストレージノードコンタクト６を形成する。
【００６３】
次に、保護絶縁膜５の上に、下面がストレージノードコンタクト６の上端と接続するように、後に形成される強誘電体膜の結晶化の際に該強誘電体膜が酸化されることを防止する酸素バリア膜７を形成する。次に、保護絶縁膜５の上に、酸素バリア膜７を覆うように、層間絶縁膜８を形成する。次に、層間絶縁膜８に凹状の開口部を形成した後、該凹状の開口部を含む層間絶縁膜８の上に、下面が酸素バリア膜７の上面と電気的に接続する容量下部電極９となる第１の導電膜を堆積し、その後、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて第１の導電膜をパターニングすることにより、第１の導電膜よりなる容量下部電極９を形成する。また、容量下部電極９を構成する第１の導電膜は、Ｉｒ膜又はＩｒＯx 膜よりなり、膜厚は５０〜２００ｎｍの範囲である。
【００６４】
次に、図４(b) に示すように、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＤ法又はスパッタ法等により、容量下部電極９を覆うように強誘電体膜を堆積した後に、所望のマスクを用いて、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて強誘電体膜をパターニングすることにより、膜厚が５０〜２００ｎｍである強誘電体膜よりなる容量絶縁膜１０を形成する。
【００６５】
次に、図４(c) に示すように、容量絶縁膜１０に対して、前記［表１］に示した条件を満足するように、温度が４５０℃以上であって且つ５５０℃以下の範囲で、オゾン濃度が０．７％以上であって且つ２．０％以下の範囲で、１０分間、第１の熱処理を行なう。これにより、図４(c) の右側の部分拡大図に示すように、容量下部電極９と容量絶縁膜１０との界面に、酸素濃度が高い導電性酸化膜９ａを形成する。その後、容量絶縁膜１０に対して、温度が８５０℃であり、酸素雰囲気下で、１分間、第２の熱処理を行なって、容量絶縁膜１を構成する強誘電体膜を結晶化する。
【００６６】
このように、容量下部電極９の上に堆積された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜１０に対して前記［表１］に示した第１の熱処理を行なうと、強誘電体膜の酸素欠損を抑制するとと共に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜１０と容量下部電極９との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜９ａを形成することができる。強誘電体膜よりなる容量絶縁膜１０と容量下部電極９との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜９ａが存在しているので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理時に固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極９への酸素拡散を抑制することができる。
【００６７】
次に、図４(d) に示すように、容量絶縁膜１０を覆うように、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜又はＩｒＯx よりなり膜厚が５〜２００ｎｍの範囲である第２の導電膜を堆積した後に、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて第２の導電膜をパターニングすることにより、第２の導電膜よりなる容量上部電極１１を形成する。
【００６８】
以上のように、第３の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第２の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第１の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜と容量下部電極との間に形成された酸素濃度が高い導電性酸化膜の存在により、固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極への酸素拡散を抑制することができる。このように、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によると、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができるので、容量絶縁膜に用いる強誘電体膜の熱処理方法、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する容量素子及びその製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体キャパシタの分極量とオゾン濃度との関係図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体キャパシタの分極量と熱処理温度との関係図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る容量素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る容量素子の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１、９  容量下部電極
２、９ａ  導電性酸化膜
３、１０  強誘電体膜よりなる容量絶縁膜
４、１１  容量上部電極
１  基板
２  シャロートレンチ分離膜
３  スイッチングトランジスタ
４  不純物拡散層
５  保護絶縁膜
６  ストレージノードコンタクト
７  酸素バリア膜
８  層間絶縁膜
９  容量下部電極
【図１】
2005191358.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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