(57)【要約】    【課題】  酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムを有する誘電膜を備えたキャパシタにおいて、高電圧印加領域で高い絶縁破壊電圧特性を得ることができ、上部電極の形成後に行われる後続する熱処理工程によりリーク電流が増加するのを防ぐことができるキャパシタ、及びその製造方法を提供すること。    【解決手段】  下部電極２１、混合誘電膜２２及び上部電極２３の順で積層されたキャパシタであって、混合誘電膜２２が、上部電極２３または下部電極２１と接する部分に、酸化ハフニウム２２Ｂと酸化アルミニウム２２Ａとが混合された混合誘電膜を備える。【選択図】  図４
2005159271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極、誘電膜及び上部電極の順で積層されたキャパシタであって、
前記誘電膜が、前記上部電極または前記下部電極と接する部分に、酸化ハフニウムと酸化アルミニウムとが混合された混合誘電膜を備えていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項２】
前記混合誘電膜の前記酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムは、ＡＬＤ法により形成された単原子薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記酸化ハフニウムはＨｆＯ2、前記酸化アルミニウムはＡｌ2Ｏ3であり、前記混合誘電膜はＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜であることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記ＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3の厚さが、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さであることを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項５】
前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜における前記Ａｌ2Ｏ3の占める組成比ｘが、約０．３〜約０．６の範囲内の値であることを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項６】
前記下部電極及び前記上部電極が、ポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項７】
前記混合誘電膜が、前記下部電極に接しており、
前記誘電膜が、前記混合誘電膜と前記上部電極との間に酸化アルミニウム及び酸化ハフニウムが積層された積層誘電膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項８】
前記誘電膜が、前記上部電極と前記積層誘電膜との間に形成された別の混合誘電膜をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載のキャパシタ。
【請求項９】
ポリシリコンからなる下部電極と、
ポリシリコンからなる上部電極と、
前記上部電極及び前記下部電極の間に形成され、前記上部電極または前記下部電極と接する部分に、酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムが混合された混合誘電膜を有する誘電膜と
を備えていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項１０】
前記混合誘電膜の前記酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムは、ＡＬＤ法により形成された単原子薄膜であることを特徴とする請求項９に記載のキャパシタ。
【請求項１１】
前記酸化ハフニウムはＨｆＯ2、前記酸化アルミニウムはＡｌ2Ｏ3であり、前記混合誘電膜はＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜であることを特徴とする請求項１０に記載のキャパシタ。
【請求項１２】
前記ＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3の厚さが、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さであることを特徴とする請求項１１に記載のキャパシタ。
【請求項１３】
前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜における前記Ａｌ2Ｏ3の占める組成比ｘが、約０．３〜約０．６の範囲内の値であることを特徴とする請求項１１に記載のキャパシタ。
【請求項１４】
下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極上に酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムが混合された混合誘電膜を有する誘電膜を形成する誘電膜形成ステップと、
前記誘電膜上に上部電極を形成する上部電極形成ステップと
を含むことを特徴とするキャパシタの製造方法。
【請求項１５】
前記誘電膜形成ステップが、
前記酸化ハフニウムと酸化アルミニウムとが混合された混合誘電膜をＡＬＤ法により形成する混合誘電膜形成ステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項１６】
前記混合誘電膜形成ステップが、
Ｈｆソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成されたＨｆＯ2堆積サイクルを繰り返してＨｆＯ2を形成するＨｆＯ2形成ステップと、
Ａｌソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成されたＡｌ2Ｏ3堆積サイクルを繰り返してＡｌ2Ｏ3を形成するＡｌ2Ｏ3形成ステップとを含み、
前記ＨｆＯ2形成ステップ及び前記Ａｌ2Ｏ3形成ステップを繰り返して、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を形成することを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項１７】
前記ＨｆＯ2堆積サイクルにおいて、
前記Ｈｆソースが、ＨｆＣｌ4、Ｈｆ（ＮＯ3）4、Ｈｆ（ＮＣＨ2Ｃ2Ｈ5）4及びＨｆ（ＯＣ2Ｈ5）4からなる群のうちのいずれか１つのソースであり、前記酸化剤がＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマであり、前記パージのためのガスが窒素またはアルゴンであることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項１８】
前記Ａｌ2Ｏ3堆積サイクルにおいて、
前記Ａｌソースが、ＴＭＡまたはＭＴＭＡであり、前記酸化剤がＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマであり、前記パージのためのガスが窒素、またはアルゴンであることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項１９】
前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜におけるＡｌ2Ｏ3の占める組成比ｘが、約０．３〜約０．６の範囲内の値であることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２０】
前記ＨｆＯ2堆積サイクルにより形成されるＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3堆積サイクルにより形成されるＡｌ2Ｏ3が、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さであることを特徴とする請求項１６に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２１】
前記混合誘電膜形成ステップが、
ＨｆソースとＡｌソースとが混合されたＨｆ−Ａｌソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルを繰り返して、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を形成する（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x形成ステップ
を含むことを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２２】
前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルにおいて、
前記Ｈｆ−Ａｌソースが、ＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5であり、前記酸化剤がＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマであり、前記パージのためのガスが窒素またはアルゴンであることを特徴とする請求項２１に記載のキャパシタの製造方法。
【請求項２３】
前記下部電極及び前記上部電極が、各々、ポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質であることを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＲＡＭ素子においては、デザインルールの微細化につれてセル面積が縮小し、ストレージノードの縦横比が非常に大きくなってきており、単位セル当たりに要求される誘電容量を確保すると共に、大きい縦横比の構造に均一な厚さの誘電膜を形成するための新しい技術の開発が求められている。
【０００３】
誘電容量の確保のために、ＯＮＯ膜の代わりに誘電率が大きいＡｌ2Ｏ3膜（ε＝８）、ＨｆＯ2膜（ε＝２０〜２５）またはこれらを積層したＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜が広く研究されている。そして、これらの誘電膜においては、大きい縦横比に対応するために化学気相堆積（ＣＶＤ）法の代わりに原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）法が適用されてきている。特に、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜は、ＨｆＯ2膜の優れた誘電特性と、Ａｌ2Ｏ3の優れたリーク電流特性とを合わせ持ったものであって、現在、最も有望であると評価されている。
【０００４】
図１は、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を備えた従来の技術に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【０００５】
図１に示すように、従来技術に係るキャパシタは、ポリシリコン膜からなる下部電極１１と、下部電極１１上にＡｌ2Ｏ3膜１２Ａ、ＨｆＯ2膜１２Ｂの順序で積層されたＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２と、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２上のポリシリコン膜からなる上部電極１３とで構成されている。
【０００６】
図１のようなＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２においては、Ａｌ2Ｏ3膜１２Ａが下部電極１１と接し、ＨｆＯ2膜１２Ｂが上部電極１３と接する構造となっており、下部電極１１に接するＡｌ2Ｏ3膜１２Ａはリーク電流特性の改善のために２０Å以上の厚さに形成されている。
【０００７】
このように構成されたＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２を有する従来の技術に係るキャパシタにおいては、低電圧印加領域においてしかリーク電流を十分に防ぐことができず、高電圧印加領域では、リーク電流が著しく増加して絶縁破壊電圧が低くなり、キャパシタの信頼性が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
図２は、図１に示したＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２を有する従来の技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフである。横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸はリーク電流（ｆＡ／ｃｅｌｌ）を示している。また、図２中のカーブＣＩはリーク電流の測定のために上部電極１３に（＋）電圧を印加して下部電極１１を接地した場合の特性を示しており、カーブＣＩＩはリーク電流の測定のために上部電極１３に（−）電圧を印加して下部電極１１を接地した場合の特性を示している。
【０００９】
図２に示すように、低電圧印加領域ＶLでは、リーク電流の印加電圧に対する勾配は緩やかであるが、高電圧印加領域ＶHでは、リーク電流特性の印加電圧に対する勾配は急激であり、印加電圧の増加に対してリーク電流が急激に増加している。このように、従来の技術に係るキャパシタにおいては、高電圧印加領域ＶHで勾配が急激となるため、キャパシタの絶縁破壊電圧が低くなってしまうという問題があった。これは下部電極１１と接する膜１２ＡがＡｌ2Ｏ3であることに起因している。
【００１０】
また、従来の技術に係るキャパシタにおいては、誘電特性の確保のため、積層誘電膜１２の上部にはＨｆＯ2膜１２Ｂが配置されているが、このＨｆＯ2膜は熱安定性が低いため、上部電極１３の形成後に行われる後続する熱処理工程により、リーク電流及び誘電特性が低下してしまうという問題点があった。
【００１１】
図３Ａは、図１に示したＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜１２に代えて、Ａｌ2Ｏ3膜を単独で備えた従来の技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフであり、後続する熱処理工程によるリーク電流特性の変化を示している。また、図３Ｂは、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を有する従来技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフであり、後続する熱処理工程によるリーク電流特性の変化を示している。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸はリーク電流（ｆＡ／ｃｅｌｌ）を示している。そして、図３Ａ及び図３Ｂ中のカーブＣ１、Ｃ３は、上部電極の形成後、後続する熱処理工程前のリーク電流特性を示しており、カーブＣ２、Ｃ４は上部電極の形成後、後続する熱処理工程（７５０℃／２０分＋６７５℃／７０分）を行った場合のリーク電流特性を示している。
【００１２】
図３Ａに示すように、Ａｌ2Ｏ3膜を単独で使用したキャパシタでは、熱処理工程前後に殆ど関係なく、略同様のリーク電流特性曲線が得られている。これに対し、図３Ｂに示すように、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を有するキャパシタでは、後続する熱処理工程を行った場合のリーク電流が、後続する熱処理工程前のリーク電流に比べて、同じ印加電圧下で相対的により大きくなっていることが分かる。図３Ｂに示すように、リーク電流が増加する理由は、後続する熱処理工程により、ＨｆＯ2が結晶化され、生成された結晶粒界を通るリーク電流が増加するためである。
【特許文献１】米国特許第５７３３６６１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１８３８６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムを有する誘電膜を備えたキャパシタにおいて、高電圧印加領域で高い絶縁破壊電圧特性を得ることができるキャパシタ、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は、上部電極の形成後に行われる熱処理工程によりリーク電流が増加するのを防ぐことができるキャパシタ、及びその製造方法を提供することを別の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１のキャパシタは、下部電極、誘電膜及び上部電極の順で積層されたキャパシタであって、前記誘電膜が、前記上部電極または前記下部電極と接する部分に、酸化ハフニウムと酸化アルミニウムとが混合された混合誘電膜を備えていることを特徴としている。
【００１６】
また、前記混合誘電膜の前記酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムは、ＡＬＤ法により形成された単原子薄膜とすることができる。
【００１７】
また、単原子薄膜の前記酸化ハフニウムはＨｆＯ2、単原子薄膜の前記酸化アルミニウムはＡｌ2Ｏ3とすることができ、前記混合誘電膜はＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜とすることができる。
【００１８】
また、前記ＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3の厚さは、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さとすることができる。
【００１９】
また、前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜における前記Ａｌ2Ｏ3の占める組成比ｘは、約０．３〜約０．６の範囲内の値とすることができる。
【００２０】
また、前記下部電極及び前記上部電極は、ポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質で形成された電極とすることができる。
【００２１】
また、前記混合誘電膜は、前記下部電極に接しており、前記誘電膜は、前記混合誘電膜と前記上部電極との間に酸化アルミニウム及び酸化ハフニウムが積層された積層誘電膜を備えた誘電膜とすることができる。
【００２２】
また、前記積層誘電膜を備えた前記誘電膜は、前記上部電極と前記積層誘電膜との間に形成された別の混合誘電膜をさらに備えていてもよい。
【００２３】
本発明に係る第２のキャパシタは、ポリシリコンからなる下部電極と、ポリシリコンからなる上部電極と、前記上部電極及び前記下部電極の間に形成され、前記上部電極または前記下部電極と接する部分に、酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムが混合された混合誘電膜を有する誘電膜とを備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、前記混合誘電膜の前記酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムは、ＡＬＤ法により形成された単原子薄膜とすることができる。
【００２５】
また、単原子薄膜の前記酸化ハフニウムはＨｆＯ2、単原子薄膜の前記酸化アルミニウムはＡｌ2Ｏ3とすることができ、前記混合誘電膜はＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜とすることができる。
【００２６】
また、前記ＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3の厚さは、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さとすることができる。
【００２７】
また、前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜における前記Ａｌ2Ｏ3の占める組成比ｘは、約０．３〜約０．６の範囲内の値とすることができる。
【００２８】
本発明に係るキャパシタの製造方法は、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極上に酸化ハフニウム及び酸化アルミニウムが混合された混合誘電膜を有する誘電膜を形成する誘電膜形成ステップと、前記誘電膜上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを含むことを特徴としている。
【００２９】
また、前記誘電膜形成ステップは、前記酸化ハフニウムと酸化アルミニウムとが混合された混合誘電膜をＡＬＤ法により形成する混合誘電膜形成ステップを含むステップとすることができる。
【００３０】
また、前記混合誘電膜形成ステップは、Ｈｆソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成されたＨｆＯ2堆積サイクルを繰り返してＨｆＯ2を形成するＨｆＯ2形成ステップと、Ａｌソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成されたＡｌ2Ｏ3堆積サイクルを繰り返してＡｌ2Ｏ3を形成するＡｌ2Ｏ3形成ステップとを含み、前記ＨｆＯ2形成ステップ及び前記Ａｌ2Ｏ3形成ステップを繰り返して、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を形成するステップとすることができる。
【００３１】
また、前記ＨｆＯ2堆積サイクルにおいて、前記Ｈｆソースは、ＨｆＣｌ4、Ｈｆ（ＮＯ3）4、Ｈｆ（ＮＣＨ2Ｃ2Ｈ5）4及びＨｆ（ＯＣ2Ｈ5）4からなる群のうちのいずれか１つのソースとすることができ、前記酸化剤はＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマとすることができ、前記パージのためのガスは窒素またはアルゴンとすることができる。
【００３２】
また、前記Ａｌ2Ｏ3堆積サイクルにおいて、前記Ａｌソースは、ＴＭＡまたはＭＴＭＡとすることができ、前記酸化剤はＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマとすることができ、前記パージのためのガスは窒素、またはアルゴンとすることができる。
【００３３】
また、前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜におけるＡｌ2Ｏ3の占める組成比ｘは、約０．３〜約０．６の範囲内の値とすることができる。
【００３４】
また、前記ＨｆＯ2堆積サイクルにより形成されるＨｆＯ2及び前記Ａｌ2Ｏ3堆積サイクルにより形成されるＡｌ2Ｏ3は、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さとすることができる。
【００３５】
また、前記混合誘電膜形成ステップは、ＨｆソースとＡｌソースとが混合されたＨｆ−Ａｌソースの供給、パージ、酸化剤の供給、及びパージを含んで構成された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルを繰り返して、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を形成する（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x形成ステップ
を含むステップとすることができる。
【００３６】
また、前記（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルにおいて、前記Ｈｆ−Ａｌソースは、ＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5とすることができ、前記酸化剤はＯ3、Ｈ2Ｏ、または酸素プラズマとすることができ、前記パージのためのガスは窒素またはアルゴンとすることができる。
【００３７】
また、前記下部電極及び前記上部電極は、各々、ポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質で形成することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係るキャパシタによれば、下部電極と直接接する膜にＨｆＯ2が含まれているので、高い絶縁破壊電圧を得ることができる。また、上部電極と直接接する膜にＡｌ2Ｏ3が含まれているので、リーク電流を抑えつつ、高い誘電率を得ることができる。結果、高品質のキャパシタを得ることができる。
【００３９】
また、本発明に係るキャパシタの製造方法によれば、誘電特性の優れたＨｆＯ2とリーク電流特性の優れたＡｌ2Ｏ3とを同一層の誘電膜に混合して形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、添付した図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【００４２】
図４に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るキャパシタは、下部電極２１、混合誘電膜２２及び上部電極２３の順で積層されたキャパシタであって、混合誘電膜２２は、酸化アルミニウム（本実施の形態ではＡｌ2Ｏ3）２２Ａと酸化ハフニウム（本実施の形態ではＨｆＯ2）２２Ｂとが略一様に混合された混合誘電膜（本実施の形態では（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜）である。
【００４３】
下部電極２１及び上部電極２３は、各々、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）がドーピングされたポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質で形成されている。そして、本発明の第１の実施の形態に係るキャパシタにおいては、例えば、下部電極２１及び上部電極２３の両方がポリシリコンで形成されたＳＩＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）キャパシタ構造となっていてもよく、下部電極２１がポリシリコンで形成され、上部電極２３が金属または金属酸化物で形成されたＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）キャパシタ構造となっていてもよい。また、下部電極２１及び上部電極２３の両方が金属または金属酸化物で構成されたＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタ構造となっていてもよい。さらに、下部電極２１は、積層構造、コンケーブ構造またはシリンダ構造など種々の形態に形成され得る。
【００４４】
下部電極２１及び上部電極２３の各々に接する（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜２２は、ＡＬＤ法により原子層単位で形成されており、混合誘電膜２２の酸化ハフニウム２２Ｂ及び酸化アルミニウム２２Ａは、ＡＬＤ法により形成された単原子薄膜である。本実施の形態では、後述するようにＡｌ2Ｏ3２２Ａを原子層単位で堆積するサイクルと、ＨｆＯ2２２Ｂを原子層単位で堆積するサイクルとを繰り返して、所望の厚さの（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜２２を形成している。この（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜２２においては、図４に示すように、Ａｌ2Ｏ3２２ＡだけでなくＨｆＯ2２２Ｂも下部電極２１に直接接している。また、ＨｆＯ2２２ＢだけでなくＡｌ2Ｏ3２２Ａも上部電極２３に直接接している。結果として、Ａｌ2Ｏ3２２Ａ及びＨｆＯ2２２Ｂは、いずれも下部電極２１及び上部電極２３の両方と接する構造となっている。このような不連続な膜の構造を有する（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜２２を備えたキャパシタは以下のようにして製造される。
【００４５】
まず、下部電極形成ステップにおいて基板（図示せず）上に下部電極２１を形成した後、混合誘電膜形成ステップにおいて、下部電極２１上に酸化ハフニウム２２Ａと酸化アルミニウム２２Ｂとが混合された混合誘電膜２２を形成する。次いで、上部電極形成ステップにおいて、混合誘電膜２２上に上部電極２３を形成する。
【００４６】
混合誘電膜形成ステップでは、上記した混合誘電膜２２をＡＬＤ法により形成する。上述したように、（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜２２は、Ａｌ2Ｏ3２２Ａ及びＨｆＯ2２２Ｂがいずれも下部電極２１及び上部電極２３の両方に接するように、ＡＬＤ法を用いて形成されている。その際、Ａｌ2Ｏ3２２Ａ及びＨｆＯ2２２Ｂの厚さが各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さになるように、Ａｌ2Ｏ3２２Ａの堆積サイクル及びＨｆＯ2２２Ｂの堆積サイクルの各々の回数を調節する。約１Å〜約１０Åの厚さは各膜が不連続に形成される厚さであり、約１０Åより厚く堆積した場合には、堆積面方向に連続的な膜となり、Ａｌ2Ｏ3２２Ａ及びＨｆＯ2２２Ｂのいずれかが、下部電極２１及び上部電極２３のいずれかに直接接触しない積層構造となる。
【００４７】
図５は、混合誘電膜形成ステップにおいて、チャンバ内に供給する各ガスのガスフロー率を制御するタイミングを概略的に示す図である。
【００４８】
一般に、ＡＬＤ法においては、チャンバ内に設置された基板に、まずソースガスを供給して基板表面にソースを化学吸着させ、物理吸着した余分のソースをパージガスでパージさせた後、基板上に化学吸着したソースに反応ガスを供給してソースと反応ガスを化学反応させ、所望の単原子層を堆積させ、余分の反応ガスをパージガスでパージさせる過程を１サイクルとして薄膜を堆積する。このように、ＡＬＤ法は表面反応メカニズム（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を使用するので、安定した薄膜を形成できるだけでなく、均一な膜質の薄膜を形成することができる。また、ソースガスと反応ガスを別々にチャンバ内に供給し、各々パージさせるので、ＣＶＤ法に比べてガス位相反応（Ｇａｓ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）によるパーティクル生成を抑制することができる。
【００４９】
このようなＡＬＤ法を用いて（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜を堆積する上記した混合誘電膜形成ステップでは、以下のような単位サイクルを用いる。
第１の単位サイクル：
［（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）y（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）z］n
第１の単位サイクルにおいて、ＨｆはＨｆＯ2を形成するためのＨｆケミカルソースを意味し、ＡｌはＡｌ2Ｏ3を形成するためのＡｌケミカルソースを意味する。そして、ｙは（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）サイクル、即ちＨｆＯ2堆積サイクルの回数、ｚは（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）サイクル、即ちＡｌ2Ｏ3堆積サイクルの回数、ｎは［（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）y（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）z］サイクル、即ちｙ回のＨｆＯ2堆積サイクルとｚ回のＡｌ2Ｏ3堆積サイクルとから成る包含サイクルの回数を表わす。
【００５０】
上記した混合誘電膜形成ステップは、Ｈｆソースの供給、パージ（Ｎ2）、酸化剤（Ｏ3）の供給、及びパージ（Ｎ2）を含んで構成されたＨｆＯ2堆積サイクルをｙ回繰り返してＨｆＯ2を形成するＨｆＯ2形成ステップと、Ａｌソースの供給、パージ（Ｎ2）、酸化剤（Ｏ3）の供給、及びパージ（Ｎ2）を含んで構成されたＡｌ2Ｏ3堆積サイクルをｚ回繰り返してＡｌ2Ｏ3を形成するＡｌ2Ｏ3形成ステップとを含んでいる。
【００５１】
そして、ｙ回のＨｆＯ2堆積サイクルとｚ回のＡｌ2Ｏ3堆積サイクルとから成る包含サイクルをｎ回繰り返して、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を所望の厚さに形成することができる。
【００５２】
本実施の形態では、Ａｌ2Ｏ3形成ステップにおいてＡｌ2Ｏ3を原子層堆積する場合、堆積チャンバの温度を約２００℃〜約３５０℃、圧力を約０．１ｔｏｒｒ（約１３．３３Ｐａ）〜約１０ｔｏｒｒ（約１３３３Ｐａ）に維持した状態で、常温を維持しているＴＭＡ（Ｔｒｉ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ；Ａｌ（ＣＨ3）3）ソースを堆積チャンバ内部に約０．１秒〜約３秒間フローさせ、基板上に形成された下部電極２１上にＴＭＡソースを吸着させる。次いで、未反応のＴＭＡソースを除去するために、窒素（Ｎ2）ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。そして、反応ガスであるＯ3ガスを約０．１秒〜約３秒間フローさせ、吸着させたＴＭＡソースとＯ3との間の反応を誘導し、単原子層のＡｌ2Ｏ3を堆積する。次いで、未反応のＯ3及び反応副生成物を除去するために窒素（Ｎ2）ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。上述したように、ＴＭＡソースの供給、パージ、Ｏ3の供給、及びパージの過程を１サイクルとし、このサイクルをｚ回繰り返して所望の厚さのＡｌ2Ｏ3を堆積する。
【００５３】
本実施の形態では、Ａｌ2Ｏ3堆積サイクルにおいて、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ；Ａｌ（ＣＨ3）3）を使用したが、それ以外にもＭＴＭＡ（  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｌ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ；ＭＴＭＡ；Ａｌ（ＣＨ3）3Ｎ（ＣＨ2）5ＣＨ3）等を使用することができる。また、酸化剤としてはＯ3以外にもＨ2Ｏ、酸素プラズマ等を使用することができる。さらに、パージのためのガスとしては窒素以外にもアルゴン（Ａｒ）のような非活性ガス等を使用することもできる。
【００５４】
ＨｆＯ2形成ステップにおいては、ＨｆＯ2を単原子堆積する場合、本実施の形態では、ＨｆソースとしてＨｆＣｌ4、Ｈｆ（ＮＯ3）4、Ｈｆ（ＮＣＨ2Ｃ2Ｈ5）4及びＨｆ（ＯＣ2Ｈ5）4からなる群のうちのいずれか１つのソースを気化器で気化させたものを使用し、圧力を約０．１ｔｏｒｒ（約１３．３３Ｐａ）〜約１０ｔｏｒｒ（約１３３３Ｐａ）、堆積チャンバの温度を約２００℃〜約４００℃に維持した状態で、気化させたＨｆソースを堆積チャンバ内部に供給して、基板上にＨｆソースを吸着させる。次いで、未反応のＨｆソースを除去するために、窒素ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。そして、酸化剤としてＯ3ガスを使用し、約０．１秒〜約３秒間フローさせ、吸着されたＨｆソースとＯ3との間の反応を誘導し、単原子層のＨｆＯ2を堆積する。次いで、未反応のＯ3及び反応副生成物を除去するために窒素ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。上述したように、Ｈｆソースの供給、パージ、Ｏ3の供給、パージの過程を１サイクルとし、このサイクルをｙ回繰り返して所望の厚さのＨｆＯ2を堆積する。尚、上記のように酸化剤としてはＯ3以外にもＨ2Ｏ、酸素プラズマ等を使用することもでき、また、パージのためのガスとしては窒素以外にもアルゴン（Ａｒ）のような非活性ガス等を使用することもできる。
【００５５】
周知のようにＡＬＤ法においては成膜がパルス単位で行われるので、上記のような第１の単位サイクルを繰り返すことによって、（ＨｆＯ2）と（Ａｌ2Ｏ3）とが略一定の割合で略均一に混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜を形成することができる。しかし、このように（ＨｆＯ2）と（Ａｌ2Ｏ3）とが略均一に混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜を形成するには、次の条件を満たさなければならない。
【００５６】
第一に、ＨｆＯ2堆積サイクルの回数ｙとＡｌ2Ｏ3堆積サイクルの回数ｚとの比率ｙ：ｚを維持して、包含サイクル［（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）y（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）z］をｎ回繰り返して、（ＨｆＯ2）と（Ａｌ2Ｏ3）との略均一な混合がなされなければならない。そのためには、ＨｆＯ2堆積サイクルにより形成するＨｆＯ2及びＡｌ2Ｏ3堆積サイクルにより形成するＡｌ2Ｏ3を、各々約１Å〜約１０Åの範囲内の厚さに形成することが望ましく、これに合わせて各サイクルの回数ｙ及びｚを調節する。各々の膜の厚さが約１０Åより厚くなると、堆積面方向に連続的な膜となり、各々の膜が独自の特性を示す従来のＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜と同じか、または逆に劣化した特性を示すことさえあり得る。
【００５７】
第二に、（ＨｆＯ2）と（Ａｌ2Ｏ3）との混合により非晶質薄膜が形成され、優れた電気的特性を得るために、Ａｌ2Ｏ3の比率が所定の範囲内の組成比になるようにｙとｚとの比率が調節されなければならない。本実施の形態では、（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜におけるＡｌ2Ｏ3の占める組成比ｘは約０．３〜約０．６の範囲内の値であることが望ましい。
【００５８】
上述した本実施の形態に係るキャパシタの製造方法によれば、誘電特性の優れたＨｆＯ2とリーク電流特性の優れたＡｌ2Ｏ3とを同一層の誘電膜に混合して形成することができる。そして、このようにして形成された本実施の形態に係るキャパシタによれば、下部電極と直接接する膜にＨｆＯ2が含まれているので、高い絶縁破壊電圧を得ることができる。また、上部電極と直接接する膜にＡｌ2Ｏ3が含まれているので、リーク電流を抑えつつ、高い誘電率を得ることができる。その結果、高品質のキャパシタを得ることができる。
【００５９】
図６は、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を備えた従来の技術に係るキャパシタ、［Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ］ラミネート膜を備えた従来の技術に係るキャパシタ、及び［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えた第１の実施の形態に係るキャパシタの各々のリーク電流密度を印加電圧に対してプロットしたグラフである。
【００６０】
ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜は、ＨｆＯ2（約２０Å）／Ａｌ2Ｏ3（約２５Å）の積層構造の膜である。また、［Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ］ラミネート膜は、Ａｌ2Ｏ3とＨｆＯ2とを各々約１０Åの厚さで交互に積層したラミネート構造の膜であって、詳細には、Ａｌ2Ｏ3（約１０Å）／ＨｆＯ2（約１０Å）／Ａｌ2Ｏ3（約１０Å）／ＨｆＯ2（約１０Å）／Ａｌ2Ｏ3（約１０Å）／ＨｆＯ2（約１０Å）／Ａｌ2Ｏ3（約１０Å）／ＨｆＯ2（約１０Å）／Ａｌ2Ｏ3（約１０Å）の積層構造の膜である。
【００６１】
これらに対し、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜は、本第１の実施の形態に基づき、上記第１の単位サイクルを（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）1（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）2として形成されている。
【００６２】
図６に示すように、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えた第１の実施の形態に係るキャパシタでは、低電圧印加領域（ＶL）でＡｌ2Ｏ3の接触特性により、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を備えたキャパシタと同様にリーク電流が低く抑えられ、テークオフ電圧、すなわちリーク電流が急激に増加し始める電圧を高くすることが可能となっている。さらに、第１の実施の形態に係るキャパシタによれば、この特性を有しながらも、高電圧印加領域（ＶH）では、Ａｌ2Ｏ3の接触特性よりむしろＨｆＯ2の接触特性を示して、相対的に高い絶縁破壊電圧特性を得ることが可能となっている。すなわち、高電圧におけるリーク電流密度について説明すると、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えたキャパシタにおいては、高電圧印加領域（ＶH）では、緩やかな勾配でリーク電流が増加しているが、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜及び［Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ］ラミネート膜を備えたキャパシタにおいては、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜の場合よりも急激な勾配でリーク電流が増加している。また、高電圧印加領域（ＶH）における同じ印加電圧の値に対して、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜の場合の方が、他の膜の場合に比べてリーク電流密度が低くなっている。
【００６３】
このように［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えたキャパシタが高電圧印加領域（ＶH）においても優れたリーク電流特性を示す理由は、Ａｌ2Ｏ3内に通常存在するネガティブ電荷を有する欠陥と、ＨｆＯ2内に通常存在するポジティブ電荷を有する欠陥とが、互いに相殺し合うためである。
【００６４】
以上のように、ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜と比較して、低電圧印加領域（ＶL）及び高電圧印加領域（ＶH）のいずれにおいても、優れたリーク電流特性を有する誘電膜を形成することができる。
【００６５】
また、［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えた第１の実施の形態に係るキャパシタによれば、ＨｆＯ2が上部電極、及び下部電極に直接接する面積を縮小することができ、これによって、上部電極の形成後に行われる後続する熱処理工程によりリーク電流が増加し、誘電特性が劣化するのを防ぐことができる。
【００６６】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【００６７】
図７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るキャパシタは、ポリシリコンからなる下部電極３１、混合誘電膜３２、及びポリシリコンからなる上部電極３３の順で積層されたキャパシタであって、混合誘電膜３２が、酸化アルミニウム（本実施の形態ではＡｌ2Ｏ3）３２Ａと酸化ハフニウム（本実施の形態ではＨｆＯ2）３２Ｂとが略一様に混合された混合誘電膜（本実施の形態では（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜）である。
【００６８】
図７に示したような混合誘電膜を備えたキャパシタを製造するには、第１の実施の形態の場合と同様に、下部電極形成ステップにおいて基板（図示せず）上に下部電極３１を形成した後、混合誘電膜形成ステップにおいて、下部電極３１上に酸化ハフニウム３２Ａと酸化アルミニウム３２Ｂとが混合された混合誘電膜３２を形成する。次いで、上部電極形成ステップとして、誘電膜３２上に上部電極３３を形成する。
【００６９】
混合誘電膜形成ステップでは、第１の実施の形態の場合と同様に、混合誘電膜３２をＡＬＤ法により形成するが、混合誘電膜３２は、次の第２の単位サイクルを用いたＡＬＤ法により形成される。
第２の単位サイクル：
［（Ｈｆ−Ａｌ）／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2］w
上記第２の単位サイクルにおいて、Ｈｆ−Ａｌはハフニウム及びアルミニウムの両方を含む分子ソースを意味している。以下では、Ｈｆ−Ａｌソースとして、ＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5を使用する場合について説明するが、別のＨｆ−Ａｌソースを使用することもできる。また、酸化剤としてＯ3、パージのためのガスとして窒素を使用する場合について説明するが、第１の実施の形態の場合と同様に、酸化剤としてはＯ3以外にもＨ2Ｏ、酸素プラズマ等を使用することができ、パージのためのガスとしては窒素以外にもアルゴン（Ａｒ）のような非活性ガス等を使用することもできる。
【００７０】
第１の実施の形態ではハフニウムとアルミニウムを個別に供給したが、第２の実施の形態ではＨｆソースとＡｌソースとが混合されたＨｆ−Ａｌソースを使用するので、ソースの供給を簡単にすることができ、全体のサイクル時間を短縮することができる。このようなＨｆ−Ａｌソースにおけるハフニウム及びアルミニウムの組成比は、Ｈｆ−Ａｌソースの合成時のハフニウムとアルミニウムとの割合を調節することによって調節可能である。
【００７１】
図８は、混合誘電膜形成ステップにおいて、チャンバ内に供給する各ガスのガスフロー率を制御するタイミングを概略的に示す図である。
【００７２】
図８に示すように、上記した混合誘電膜形成ステップでは、［（Ｈｆ−Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）］wサイクル、即ちＨｆ−Ａｌソースの供給、パージ（Ｎ2）、酸化剤（Ｏ3）の供給、及びパージ（Ｎ2）を含んで構成された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルをｗ回繰り返して、（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xを形成する。（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x堆積サイクルをｗ回繰り返すことによって、所望の厚さの（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x膜を形成することができる。
【００７３】
本実施の形態では、堆積チャンバの温度を約２００℃〜約３５０℃、圧力を約０．１ｔｏｒｒ（約１３．３３Ｐａ）〜約１０ｔｏｒｒ（約１３３３Ｐａ）に維持した状態で、常温を維持しているＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5ソースを堆積チャンバ内部に約０．１秒〜約３秒間フローさせ、基板上に形成された下部電極３１上にＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5ソースを吸着させる。次いで、未反応のＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5ソースを除去するために、窒素（Ｎ2）ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。そして、反応ガスであるＯ3ガスを約０．１秒〜約３秒間フローさせ、吸着させたＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5ソースとＯ3との間の反応を誘導し、ＨｆＯ2３２ＢとＡｌ2Ｏ3３２Ａで構成された原子層単位の（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜を堆積する。次いで、未反応のＯ3及び反応副生成物を除去するために窒素（Ｎ2）ガスを約０．１秒〜約５秒間フローさせるパージ過程を行う。上述したように、ＨｆＡｌ（ＭＭＰ）2（ＯｉＰｒ）5ソースの供給、パージ、Ｏ3の供給、及びパージの過程を１サイクルとし、このサイクルをｗ回繰り返して所望の厚さの（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜３２を堆積する。
【００７４】
上述した本実施の形態に係るキャパシタの製造方法によれば、第１の実施の形態の場合と同様に、誘電特性の優れたＨｆＯ2とリーク電流特性の優れたＡｌ2Ｏ3とを同一層の誘電膜に混合して形成することができ、同様に高品質のキャパシタを得ることができる。
【００７５】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【００７６】
図９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るキャパシタは、下部電極４１、誘電膜４２及び上部電極４４の順で積層されたキャパシタであって、誘電膜４２が、酸化アルミニウム（本実施の形態ではＡｌ2Ｏ3）と酸化ハフニウム（本実施の形態ではＨｆＯ2）とが略一様に混合された第１の混合誘電膜４２Ａ及び第２の混合誘電膜４２Ｂを備えている。誘電膜４２は、第１の混合誘電膜４２Ａ上に酸化アルミニウム（本実施の形態ではＡｌ2Ｏ3）及び酸化ハフニウム（本実施の形態ではＨｆＯ2）が順に積層された積層誘電膜４３をさらに備えている。そして、第１の混合誘電膜４２Ａが、下部電極４１に接しており、第１の混合誘電膜４２Ａと上部電極４４との間に積層誘電膜４３が形成されている。また、上部電極４４と積層誘電膜４３との間に第２の混合誘電膜４２Ｂが形成されている。
【００７７】
図９において、下部電極４１及び上部電極４４は、各々、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）がドーピングされたポリシリコン、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、Ｉｒ及びＩｒＯ2からなる群のうちのいずれか１つの物質で形成されている。そして、本発明の第３の実施の形態に係るキャパシタにおいても、例えば、下部電極４１と上部電極４４の両方がポリシリコンで形成されたＳＩＳキャパシタ構造となっていてもよく、下部電極４１がポリシリコンで形成され、上部電極４４が金属または金属酸化物で形成されたＭＩＳキャパシタ構造となっていてもよい。また、下部電極４１及び上部電極４４の両方が金属または金属酸化物で構成されたＭＩＭキャパシタ構造となっていてもよい。さらに、下部電極４１は、積層構造、コンケーブ構造またはシリンダ構造など種々の形態に形成され得る。
【００７８】
下部電極４１及び上部電極４４の各々に接する第１の混合誘電膜４２Ａ、及び第２の混合誘電膜４２Ｂは、（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）xの混合誘電膜であり、上述した第１の実施の形態又は第２の実施の形態で示した第１の単位サイクル又は第２の単位サイクルのような単位サイクルを用いたＡｌ2Ｏ3とＨｆＯ2とを混合するＡＬＤ法により形成されている。したがって、先の実施の形態の場合と同様に、第１の混合誘電膜４２Ａにおいては、Ａｌ2Ｏ3だけでなくＨｆＯ2も下部電極４１に直接接しており、第２の混合誘電膜４２Ｂにおいては、ＨｆＯ2だけでなくＡｌ2Ｏ3も上部電極４４に直接接している。結果として、第１の混合誘電膜４２Ａ、及び第２の混合誘電膜４２ＢにおけるＡｌ2Ｏ3及びＨｆＯ2は、いずれも下部電極４１及び上部電極４４の両方と接する構造となっている。
【００７９】
また、本実施の形態では、第１の混合誘電膜４２Ａと第２の混合誘電膜４２Ｂとの間に形成された積層誘電膜４３が、Ａｌ2Ｏ3、及びＨｆＯ2の順で積層されたＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層構造となっているが、反対にＨｆＯ2、及びＡｌ2Ｏ3の順で積層されたＡｌ2Ｏ3／ＨｆＯ2積層構造となっていてもよい。
【００８０】
図９に示したようなキャパシタを製造するには、先の実施の形態の場合と同様に、下部電極形成ステップにおいて基板（図示せず）上に下部電極４１を形成した後、誘電膜形成ステップにおいて、下部電極４１上に誘電膜４２を形成する。次いで、上部電極形成ステップにおいて、誘電膜４２上に上部電極４４を形成する。
【００８１】
誘電膜形成ステップは、第１の混合誘電膜４２Ａを形成する第１の混合誘電膜形成ステップ、積層誘電膜４３を形成する積層誘電膜形成ステップ、及び第２の混合誘電膜４２Ｂを形成する第２の混合誘電膜形成ステップから成る。第１の混合誘電膜形成ステップ、及び第２の混合誘電膜形成ステップについては、第１の実施の形態または第２の実施の形態における混合誘電膜形成ステップと同様であるのでその説明を省略する。
【００８２】
積層誘電膜形成ステップでは、第１または第２の実施の形態における混合誘電膜形成ステップと同様に、ＡＬＤ法によるＡｌ2Ｏ3堆積サイクル及びＨｆＯ2堆積サイクルを使用して積層誘電膜４３を形成する。その際、積層誘電膜４３のＡｌ2Ｏ3層及びＨｆＯ2層の各々において、連続的な膜が形成されるように先の実施の形態の場合より各々のサイクル回数を増加させる。
【００８３】
本実施の形態では、まず、第１の混合誘電膜形成ステップにおいて、ＨｆＯ2堆積サイクル、及びＡｌ2Ｏ3堆積サイクルを含んで構成された［（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）y（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）z］サイクルをｎ回繰り返して第１の混合誘電膜４２Ａを形成する。その後、積層誘電膜形成ステップにおいて、Ａｌ2Ｏ3を堆積するための（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）サイクル、即ちＡｌ2Ｏ3堆積サイクルを繰り返して、独自の機能を発揮する所定の厚さ（例えば、約６Å〜約１０Å）にＡｌ2Ｏ3層を形成し、次いでＨｆＯ2を堆積するための（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）サイクル、即ちＨｆＯ2堆積サイクルを繰り返して、独自の機能を発揮する所定の厚さ（約６Å〜約１０Å）にＨｆＯ2層を形成する。
【００８４】
上記のように、第１の混合誘電膜４２Ａ、及び第２の混合誘電膜４２Ｂを形成する場合には、ＨｆＯ2とＡｌ2Ｏ3とが略一様に混合された（ＨｆＯ2）1-x（Ａｌ2Ｏ3）x混合誘電膜が形成されるように、［（Ｈｆ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）y（Ａｌ／Ｎ2／Ｏ3／Ｎ2）z］nサイクルの各サイクル回数ｙ、ｚ、及びｎを調節する。そして、積層誘電膜４３を形成する場合には、各々ＨｆＯ2層、及びＡｌ2Ｏ3層が独立して形成されるようにＨｆＯ2堆積サイクル、及びＡｌ2Ｏ3堆積サイクルのサイクル回数ｙ、及びｚを調節する。
【００８５】
上述した本実施の形態に係るキャパシタの製造方法によれば、先の実施の形態の場合と同様に、誘電特性の優れたＨｆＯ2とリーク電流特性の優れたＡｌ2Ｏ3とを同一層の誘電膜に混合して形成することができ、同様に高品質のキャパシタを得ることができる。
【００８６】
上述した第３の実施の形態では、第１の混合誘電膜４２Ａ、及び第２の混合誘電膜４２Ｂを有する誘電膜４２が、上部電極４４及び下部電極４１の両方に２つの混合誘電膜４２Ａ、４２Ｂで接しているが、上部電極または下部電極にだけ混合誘電膜で接する構造とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を備えた従来の技術に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【図２】ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を有する従来の技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフである。
【図３Ａ】Ａｌ2Ｏ3膜を単独で備えた従来の技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフである。
【図３Ｂ】ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を有する従来技術に係るキャパシタのリーク電流を印加電圧に対してプロットしたグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【図５】混合誘電膜形成ステップにおいて、チャンバ内に供給する各ガスのガスフロー率を制御するタイミングを概略的に示す図である。
【図６】ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3積層誘電膜を備えた従来の技術に係るキャパシタ、［Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ／Ｈ／Ａ］ラミネート膜を備えた従来の技術に係るキャパシタ、及び［ＨＯＡＯＡＯ］混合誘電膜を備えた第１の実施の形態に係るキャパシタの各々のリーク電流密度を印加電圧に対してプロットしたグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【図８】混合誘電膜形成ステップにおいて、チャンバ内に供給する各ガスのガスフロー率を制御するタイミングを概略的に示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るキャパシタの構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
２１、３１、４１  下部電極
２２、３２  混合誘電膜
４２  誘電膜
２２Ａ、３２Ａ  Ａｌ2Ｏ3
２２Ｂ、３２Ｂ  ＨｆＯ2
２３、３３、４４  上部電極
４２Ａ  第１の混合誘電膜
４２Ｂ  第２の混合誘電膜
４３  積層誘電膜
【図１】
2005159271.tif 000003
【図２】
2005159271.tif 000004
【図３Ａ】
2005159271.tif 000005
【図３Ｂ】
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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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