(57)【要約】  【課題】電気特性が高い誘電体膜を成膜する。  【解決手段】本発明の成膜方法では、第一の加熱工程で１０ｋＰａ以下の低いガス圧力で成膜対象物を加熱することで、７００℃未満の低温であっても誘電体膜８の結晶性が向上し、分極性の高い誘電体膜８が得られるので、加熱工程で成膜対象物３が高熱によりダメージを受け難い。本発明により成膜された誘電体膜８は残留分極値が高く、また、低電圧駆動が可能であるので、ＦｅＲＡＭ、ＤＲＡＭ、システムＬＳＩ、圧電素子、光学膜または薄膜コンデンサに用いられる誘電体膜に適している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜対象物上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、前記成膜対象物を加熱する熱処理工程とを有し、前記成膜工程の後に前記熱処理工程を行う誘電体膜の形成方法であって、
前記熱処理工程は第一の加熱工程を有し、
前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を圧力が１０ｋＰａ以下の第一の処理圧力下において、前記成膜対象物を加熱する誘電体膜の形成方法。
【請求項２】
前記熱処理工程は、第一の加熱工程の後に行われる第二の加熱工程を有し、前記第二の加熱工程は、前記成膜対象物を、前記第一の処理圧力よりも高い圧力の第二の処理圧力下に置き、前記成膜対象物を加熱する請求項１記載の誘電体膜の形成方法。
【請求項３】
前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を圧力が１０Ｐａ以上の前記第一の処理圧力下に置いて、前記成膜対象物を加熱する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法。
【請求項４】
前記第二の加熱工程は、処理ガスの雰囲気に前記成膜対象物を置いて加熱する請求項２又は請求項３のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法であって、
前記処理ガスには化学構造中に酸素原子を含むガスを含有させる誘電体膜の形成方法。
【請求項５】
前記第一の加熱工程は、前記処理ガスの雰囲気に前記成膜対象物を置いて加熱する請求項４記載の誘電体膜の形成方法。
【請求項６】
前記成膜工程は、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3-Xと、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3-Xと、ＳｒＴｉＯ3と、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9と、（Ｂｉ，Ｌａ）4Ｔｉ3Ｏ12とからなる群より選択されるいずれか１種類の誘電体材料を主成分とする誘電体膜を成膜する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法。
（上記各化学式中ｘは０または１また２である。）
【請求項７】
前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を４５０℃以上６００℃以下の加熱温度で加熱する請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来では、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）に用いられる誘電体膜の成膜には、スパッタリング法や、ＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic - Chemical Vapor Deposition）法が用いられている。
【０００３】
これらの方法で成膜された誘電体膜には、下部電極膜と誘電体膜との間や、下地基板と誘電体膜との間の界面に酸素欠損やアモルファス層が存在することが多いので、誘電体膜の結晶性を上げ、必要な電気特性を含めた諸特性を得るために、通常、成膜された後の誘電体膜を７００℃以上の高温で熱処理する工程が必要であった。
【０００４】
しかしながら、熱処理を行った場合でも所望の誘電体キャパシタ特性を得ることが困難であり、また、一般に誘電体膜はトランジスタやプラグ等の素子構造が形成された基板上に形成されるため、それらの素子構造の耐熱性を考慮すると、無制限に基板を加熱することはできないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３４２５７２号公報
【特許文献２】特開２００３−５９９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、比較的低温の熱処理においても誘電体膜を効果的に結晶化する事ができ、かつ、良好な誘電特性が得られる誘電体膜の形成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、成膜対象物上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、前記成膜対象物を加熱する熱処理工程とを有し、前記成膜工程の後に前記熱処理工程を行う誘電体膜の形成方法であって、前記熱処理工程は第一の加熱工程を有し、前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を圧力が１０ｋＰａ以下の第一の処理圧力下において、前記成膜対象物を加熱する誘電体膜の形成方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の誘電体膜の形成方法であって、前記熱処理工程は、第一の加熱工程の後に行われる第二の加熱工程を有し、前記第二の加熱工程は、前記成膜対象物を、前記第一の処理圧力よりも高い圧力の第二の処理圧力下に置き、前記成膜対象物を加熱する誘電体膜の形成方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法であって、前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を圧力が１０Ｐａ以上の前記第一の処理圧力下に置いて、前記成膜対象物を加熱する誘電体膜の形成方法である。
請求項４記載の発明は、前記第二の加熱工程は、処理ガスの雰囲気に前記成膜対象物を置いて加熱する請求項２又は請求項３のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法であって、前記処理ガスには化学構造中に酸素原子を含むガスを含有させる誘電体膜の形成方法である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の誘電体膜の形成方法であって、前記第一の加熱工程は、前記処理ガスの雰囲気に前記成膜対象物を置いて加熱する誘電体膜の形成方法である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法であって、前記成膜工程は、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3-Xと、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3-Xと、ＳｒＴｉＯ3と、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9と、（Ｂｉ，Ｌａ）4Ｔｉ3Ｏ12とからなる群より選択されるいずれか１種類の誘電体材料を主成分とする誘電体膜を成膜する誘電体膜の形成方法である。
（上記各化学式中ｘは０または１また２である。）
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の誘電体膜の形成方法であって、前記第一の加熱工程は、前記成膜対象物を４５０℃以上６００℃以下の加熱温度で加熱する誘電体膜の形成方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、誘電体膜を１０ｋＰａ以下の減圧雰囲気下で熱処理することにより、誘電体膜の結晶性が著しく向上するので、誘電体膜の電気特性が従来に比べてより高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示している。成膜装置１は搬送室１１を有している。搬送室１１にはカセット室１３と、成膜室１２と、熱処理室２０とが接続されており、搬送室を通して基板を搬送することで、カセット室１３と成膜室１２と熱処理室２０との間で基板を大気に晒すことなく搬送可能になっている。
【０００９】
成膜装置１は真空排気系１９を有しており、真空排気系１９によって搬送室１１と、カセット室１３と、成膜室１２と、熱処理室２０とが個別に真空排気されるようになっている。
【００１０】
この成膜装置１を用いて誘電体膜を形成するには、予めカセット室１３内部に成膜前の成膜対象物を複数枚配置しておき、真空排気系１９により、カセット室１３と、搬送室１１と、成膜室１２と、熱処理室２０の内部に真空雰囲気を形成しておく。
【００１１】
次いで、カセット室１３から搬送室１１を通して成膜室１２へ成膜対象物を搬入し、成膜室１２内部で成膜対象物上に誘電体膜を形成した後、誘電体膜が形成された成膜対象物を成膜室１２から取出し、熱処理室２０へ搬送する。
【００１２】
図２を参照し、熱処理室２０は真空槽２１と、真空槽２１の上部に配置された加熱手段２５と、真空槽２１内部に配置された基板ホルダ２２とを有しており、熱処理室２０へ搬送された成膜対象物３を真空槽２１内部に搬入し、基板ホルダ２２上に載置する。
【００１３】
真空槽２１には処理ガス供給系２９が接続されている。真空槽２１内部には予め真空雰囲気が形成されており、真空排気を続けながら、処理ガス供給系２９から第一の処理ガスを真空槽２１内部に導入し、処理ガスの流量と排気速度を制御し、真空槽２１内部の圧力を１０ｋＰａ以下の第一の処理圧力に維持する。
【００１４】
ここでは、真空槽２１内部には第一の処理ガスだけを導入しているので、第一の処理ガスの圧力（分圧）が、真空槽２１内部の圧力（全圧）、即ち、成膜対象物３周囲の圧力と等しくなっている。
【００１５】
加熱手段２５はリング状の加熱ランプ２６を複数本有しており、真空槽２１内部の圧力を所定圧力に維持しながら各加熱ランプ２６に通電し、加熱手段２５から赤外線を放出させる。
【００１６】
真空槽２１の少なくとも天井部分は透明な材質で構成されており、加熱手段２５から放出される赤外線は真空槽２１の天井部分を透過し、成膜対象物３に照射され、成膜対象物３が加熱される。
【００１７】
第一の処理ガスの圧力を第一の処理圧力に維持しながら、加熱ランプ２６への通電量を制御し、成膜対象物３の温度を４５０℃以上６００℃以下の第一の加熱温度に所定時間維持した後、加熱ランプ２６への通電を停止すると共に、真空排気を続けながら処理ガスの供給を停止して真空槽２１内部から第一の処理ガスを排出し、第一の加熱工程を終了する。
【００１８】
第一の加熱工程終了後、処理ガス供給系１９から真空槽２１内部に、第一の処理ガスと同じ種類のガスで構成された第二の処理ガスを供給して真空槽２１内部の圧力を上げ、真空槽１２内部の圧力を第一の処理圧力も高い圧力である第二の処理圧力に維持し、加熱ランプ２６へ通電する。
【００１９】
ここでも、真空槽２１内部には第二の処理ガスだけを導入しているので、第二の処理ガスの圧力は真空槽２１内部の全圧と等しくなっており、第二の処理ガスの圧力を第二の処理圧力に維持しながら、加熱ランプ２６の通電量を制御し、成膜対象物３の温度を第一の加熱温度よりも高い第二の加熱温度に所定時間維持した後、加熱ランプ２６への通電を停止し、第二の加熱工程を終了する。
【００２０】
これらの熱処理工程が終了した後、成膜対象物３を熱処理室２０からカセット室１３へ戻し、成膜装置１から取り出した後、他の成膜装置へ搬入し、誘電体膜表面に上部電極膜を成膜すれば図３に示すようなキャパシタ構造２を有する半導体装置が得られる。
【００２１】
この半導体装置では、成膜対象物３が円盤状の基板４を有しており、基板４の表面には熱酸化膜５が形成され、熱酸化膜５上にバリア層６と、下部電極膜７とがこの順番で積層されている。図３の符号８は誘電体膜を示し、符号９は上部電極膜を示しており、誘電体膜８は成膜対象物３の下部電極膜７が配置された面に形成されている。
【００２２】
尚、上述した熱処理室２０では、真空槽２１の天井部分がドーム状であって、加熱ランプ２６がそのドームの周囲を取り囲むように配置されている。加熱ランプ２６の周囲が反射体２４で取り囲まれており、加熱装置２５から放射される赤外線は反射体２４で反射されて成膜対象物３側に向けられるので、加熱効率が非常に高くなっている。
【００２３】
しかしながら、本発明に用いる熱処理室２０は特に限定されるものではない。図４の符号２０’は本発明に用いる熱処理室の他の例を示している。この熱処理室２０’では、加熱手段２５’が細長の加熱ランプ２６を複数本有しており、各加熱ランプ２６は真空槽２１の上部で成膜対象物３の表面に対して略並行に配置されている。反射体２４’は加熱手段２５の真空槽２１とは反対側の面に取り付けられており、加熱手段２５から成膜対象物３とは反対側の方向に放射された赤外線は、反射体２４’によって成膜対象物３側へ向けられるようになっている。
【００２４】
以上は誘電体膜８をスパッタリング法により成膜したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic - Chemical Vapor Deposition）法によって形成した誘電体膜８においても本発明の効果は得られる。
【００２５】
誘電体膜８の膜厚も１００ｎｍに限定されるものではなく、半導体素子や圧電素子、または薄膜コンデンサの構造上要求される容量値を満足する厚さであれば、特に制限しない。
【００２６】
また、第一の処理ガスの圧力も特に限定されるものではなく、第一の処理ガスの圧力は１０ｋＰａ以下であれば同様の効果がある。さらに、第一の加熱温度も特に限定されるものではないが、第一の加熱温度が４５０℃未満であると誘電体膜の十分な結晶成長が得られないので、４５０℃以上であることが望ましい。
【００２７】
第一、第二の処理ガスの種類は特に限定されないが、酸素やオゾンのように、化学構造中に酸素原子を有する酸素供与ガスが含有されたものを用いることが好ましい。これらの酸素供与ガスは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合したものを用いてもよい。また、第一、第二の処理ガスには、酸素供与ガスのほかに、アルゴンガス（Ａｒ）と、窒素ガス（Ｎ2）のいずれか一方又は両方を添加することもできる。第一、第二の処理ガスはそれぞれ同じ種類のガスで構成してもよいし、異なる種類のガスを用いてもよい。
【００２８】
第一の加熱工程は、上述した第一の処理圧力で加熱処理が行われればよいので、処理ガスの種類に特に限定されるものではないが、第一の処理ガスに第二の処理ガスと同じ種類のガスを用いれば、第二の処理ガスへの置換が短縮できる。具体的には、第一、第二の処理ガスに同じ種類のガスを用いる場合には、第一の加熱工程終了後に真空槽２１から第一の処理ガスを排出する必要がなく、第一の処理ガスの供給を停止せずに第二の加熱工程に移ってもよい。この場合は、加熱手段２５への通電も停止する必要がなく、加熱手段２５による加熱を続けながら、成膜対象物３周囲の圧力を上げ、第二の加熱工程に移ってもよい。
【００２９】
本実施例ではバリア膜６は、誘電体の電気特性に影響を与えなければ、ＴｉＯ2のような酸化チタン（ＴｉＯｘ）に限らずＴｉＡｌＮ，ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、Ｉｒ、ＩｒＯｘなどの酸素バリア性を有するバリア膜を用いることができる。下部電極膜７及び上部電極膜９の厚さはそれぞれ１０００Å（１００ｎｍ）としたが、表面粗さが大きくなり、誘電体膜８の電気特性に影響を与えることのない厚さであれば、特に制限しない。
【００３０】
上部及び下部電極膜７、９の材料としては、Ｐｔ以外にＩｒ、ＩｒＯｘ、Ｒｕ，ＳｒＲｕＯ3等の金属やこれらの合金からなる金属及び酸化物導伝体を用いても、今回の目的を達成するため、適用可能である。第一の処理ガスの圧力は１０ｋＰａ以下であれば同様の効果が得られるが、１０Ｐａ以上であることが好ましい。
【実施例】
【００３１】
＜実施例１＞
図１に示した成膜装置１を用い、成膜対象物３の下部電極膜７表面にＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スパッタリング法によりＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）からなるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3-X）の膜（膜厚１００ｎｍ）を成膜し、誘電体膜８とした。尚、ＰＬＺＴはＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3-X）の１種であり、ＰＺＴのＰｂの一部がＬａに置換されたものである。
【００３２】
ここでは、ＲＦスパッタリングの成膜条件は、周波数が１３．５６ＭＨｚ、投入電力が１０００Ｗ、プロセスガスがＡｒガス、プロセスガスの流量が１８ｓｃｃｍ、成膜室の圧力が１．０Ｐａであった。
【００３３】
次に、図２に示した熱処理室２０に成膜対象物３を搬入し、第一の処理ガスとして酸素ガス（Ｏ2）を用い、第一の処理ガスの圧力が１．０ｋＰａ、第一の加熱温度が６００℃、加熱時間が１．０分の条件で第一の加熱工程を行った後、第二の処理ガスとして酸素ガス（Ｏ2）を用い、第二の処理ガスの圧力が１０１．３２５ｋＰａ（１ａｔｍ）、第二の加熱温度が７００℃、加熱時間が１．０分の条件で第二の加熱工程を行った。
【００３４】
尚、実施例１では上述したように、成膜対象物３を大気に晒すことなく成膜室１２と熱処理室２０との間を搬送可能な成膜装置１を用いたので、成膜工程と、加熱工程は所謂ｉｎ−ｓｉｔｕで行われたことになる。
【００３５】
熱処理工程終了後、誘電体膜８の表面にメタルマスクを用いて上部電極膜９を成膜した後、上部電極膜９ダメージ回復として、酸素ガスの圧力が大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）の後処理雰囲気に成膜対象物３を置き、６５０℃の加熱温度で６０分間成膜対象物３を加熱し、キャパシタ構造２を有する半導体装置を得た（後処理工程）。
【００３６】
ここでは、その半導体装置２の基板４をシリコン（Ｓｉ）基板で構成し、熱酸化膜５を膜厚１００ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で構成し、バリア層６を膜厚２０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ2）膜で構成し、下部電極膜７を膜厚１００ｎｍのＰｔ膜で構成し、上部電極膜９を膜厚５０ｎｍのＰｔ膜で構成した。
【００３７】
＜実施例２＞
上述した成膜装置１に変え、図５に示したように、成膜室１１２と熱処理室１２０とが分離した成膜装置１０１を用い、上記実施例１と同じ成膜条件で成膜室１１２で膜厚１００ｎｍの誘電体膜（ＰＺＴ膜）を成膜した後、成膜室１１２に接続されたカセット室１１３から一旦成膜対象物３を大気雰囲気に取り出した後、熱処理室１２０に接続されたカセット室１２３を通して成膜対象物３を熱処理室１２０に搬入した。ここでは、熱処理室１２０として上述した実施例１と同じ熱処理室２０を用い、酸素ガスに代え、アルゴンガス（Ａｒ）を第一の処理ガスに用いた以外は実施例１と同じ条件で第一、第二の加熱工程を行った。熱処理工程後の成膜対象物に上部電極膜９を形成した後、上記実施例１と同じ条件で後処理工程を行った。
【００３８】
上記実施例２で成膜された誘電体膜８（強誘電体ＰＺＴキャパシタ）の結晶性と電気特性とを測定した。ここでは結晶性を調べるためにＸ線回析による測定を行い、その結果を図６に記載した。また、電気特性を調べるために、直径０．５ｍｍのドット状の上部電極膜９を形成し、上部電極膜９と下部電極膜７との間に±３Ｖの電圧を印加した場合の分極値の変化を測定し、そのヒステリシスループを図７に記載した。
【００３９】
ＰＬＺＴのようなＰＺＴの膜では、ＰＺＴ（１１１）配向が誘電体膜の分極に寄与すると言われている。図６を見ると、実施例２の誘電体膜８では分極に寄与しないＰＺＴ（１００）配向のピークが見られ、良好な分極極性を示すＰＺＴ（１１１）配向のピークが非常に小さかった。
【００４０】
次に、上記実施例１で成膜された誘電体膜８についても同じ条件で結晶性と電気特性とを測定した。更に、第一の加熱温度をそれぞれ４５０℃、５００℃、５５０℃に変えた以外は実施例１と同じ条件で３種類の誘電体膜８を成膜し、それらの誘電体膜８についても実施例１、２と同じ条件で結晶性と電気特性を測定した。その結果を、実施例１の結果と一緒に図８、９に示す。
【００４１】
図８から明らかなように、第一の加熱温度が６００℃である実施例１と、第一の加熱温度を４５０℃〜５５０℃に変えた場合では、ＰＺＴ（１００）配向のピークが殆ど見られず、ＰＺＴ（１１１）配向のピークが確認された。
【００４２】
また、図９から明らかなように、第一の加熱温度が６００℃である実施例１と、第一の加熱温度を４５０℃〜５５０℃に変えた場合では、残留分極値も実用上十分な値が得られた。従って、第一の加熱温度が４５０℃以上６００℃以下の範囲では、実用上十分な分極極性を有する誘電体膜が得られることが分かる。
【００４３】
これに対し、実施例２ではＰＺＴ（１００）配向ピークが見られたので、このことから成膜工程と熱処理工程とを同じ成膜装置で行い、成膜工程と熱処理工程との間で成膜対象物３を大気に晒さなければ、良好な分極極性を有し、電気的特性に優れた誘電体膜８が得られることがわかる。
【００４４】
＜比較例１＞
第一の加熱工程の圧力を１０１．３２５ｋＰａ（１ａｔｍ）とした以外は上記実施例１と同じ条件で誘電体膜の成膜を行い、キャパシタ構造を有する半導体装置を得た。この比較例１と実施例１の製造工程の比較を図２０のフローチャートに示す。
比較例１で成膜された誘電体膜８と、実施例１で成膜された誘電体膜に３Ｖの電圧を印加した場合の分極電荷密度と、分極飽和電圧とを測定した。
【００４５】
図１０は実施例１と比較例１の分極電荷密度を比較したものであり、明らかに実施例１において分極値が向上し、２．０Ｖ以下の低電圧で駆動できるキャパシタが得られたことがわかる。
【００４６】
図１１は実施例１と比較例１の分極飽和電圧を比較したものであり、明らかに実施例１において飽和電圧値が低下し、低電圧で駆動できるキャパシタが得られたことがわかる。以上のことから、第一の加熱工程での処理ガス圧力を１０ｋＰａ以下にすれば、誘電体膜８の電気的特性が向上することが確認された。
【００４７】
次に、第一の処理ガスの圧力を１０Ｐａから大気圧（１０１ｋＰａ）まで変化させた時の分極電荷密度と、分極飽和電圧の比較を行なった。図１２は分極電荷密度の比較結果を示しており、第一の処理ガスの圧力が１０ｋＰａ以下であれば、分極電荷密度が向上することがわかる。
【００４８】
また、図１３は分極飽和電圧の比較結果を示しており、第一の処理ガスの圧力が１０ｋＰａ以下の場合は飽和電圧が低く、従来に比べてＰＺＴキャパシタを低電圧駆動できることがわかる。
【００４９】
次に、成膜工程と熱処理工程との途中で成膜対象物３を大気に晒さず、in-situの条件で成膜を行った場合（実施例１）と、成膜工程の後に一旦成膜対象物３を大気雰囲気に取り出すout-situの条件で成膜を行った場合（実施例２）について、分極電荷密度と、分極飽和電圧とを比較した。
【００５０】
実施例１、２の分極電荷密度の測定結果を図１４に示し、実施例１、２の分極飽和電圧の測定結果を図１５に示す。図１４、１５を比較すれば明らかなように、成膜工程と、熱処理工程との間で成膜対象物３を大気に晒さずにin-situの環境で各工程を行えば、誘電体膜８の電気的特性が向上することが確認された。
【００５１】
次に、第二の加熱工程を行わず、第一の処理ガスの圧力と、第一の加熱温度をそれぞれ変えて第一の加熱工程を行った場合の、分極電荷密度と分極飽和電圧とを比較した。
【００５２】
分極電荷密度の測定結果を図１６に示し、分極飽和電圧の測定結果を図１７に示す。図１６から明らかなように、第一の処理ガスの圧力が１０１．３２５ｋＰａ（１atm）の場合（従来）に比べ、１.０ｋＰａの場合（本発明）には、分極電荷密度は加熱温度が５５０，６００℃と低い場合であっても著しく向上した。また、図１７から明らかなように、本発明によれば第一の加熱温度が従来に比べて低くても十分な低電圧駆動が行われることが明らかになった。
【００５３】
次に、図２に示した熱処理室２０（新型熱処理装置）と、図４に示した熱処理室２０’（従来型熱処理装置）を用いた場合の昇温特性を比較した。
【００５４】
図１８は新型熱処理装置２０と、従来型熱処理装置２０’を用いて基板（ウェハ）を目標温度（６００℃）に加熱した場合の、ウェハ温度の経時的変化を示したグラフであり、図１８から明らかなように、従来型熱処理装置２０’では目標温度よりも高い温度上昇（オーバーシュート）が大きく、それを抑えるために加熱装ランプ２６’の通電量を低くするため、オーバーシュートの後に、目標温度よりも低い温度低下（アンダーシュート）が発生している。
【００５５】
従来型熱処理装置２０では、昇温速度を遅くしなければオーバーシュートを抑制することができなかったが、図２に示したような熱処理室２０では従来型熱処理装置２０’と同等な昇温速度を保ちつつも、オーバーシュートは発生しない。
【００５６】
次に、新型熱処理装置２０で熱処理された誘電体膜８の結晶性と、従来型熱処理装置２０’で熱処理された誘電体膜８の結晶性を図１９に示す。図１９から明らかなように、新型熱処理装置２０を用いた場合には、従来型熱処理装置２０’を用いた場合に比べ、誘電体膜８の分極に寄与しないＰＺＴ（１００）配向のピークは小さく、逆に、良好な分極極性を示すＰＺＴ（１１１）配向のピークは大きかった。
【００５７】
これらのことから、図２に示したような新型熱処理装置２０を用いれば、昇温速度を遅くしなくてもウェハ温度のオーバーシュートとアンダーシュートを抑制され、その結果、電気的特性の高い誘電体膜８が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
ＦｅＲＡＭ、ＤＲＡＭ、システムＬＳＩ、圧電素子、光学膜または薄膜コンデンサに用いられる誘電体膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を示す図
【図２】本発明に用いる熱処理室の一例を示す断面図
【図３】キャパシタ構造を有する半導体装置の断面図
【図４】本発明に用いる熱処理室の他の例を示す断面図
【図５】本発明に用いる成膜装置の他の例を示す断面図
【図６】比較例１の誘電体膜の結晶性を示すＸ線回析図
【図７】比較例１の誘電体膜の印加電圧の変化と分極値との関係を示すグラフ
【図８】第一の加熱温度が４５０℃以上６００℃以下の場合について誘電体膜の結晶性を比較するＸ線回析図
【図９】第一の加熱温度が４５０℃以上６００℃以下の場合ついて印加電圧の変化と分極値との関係を比較するグラフ
【図１０】実施例１と比較例１について分極電荷密度を比較するグラフ
【図１１】実施例１と比較例１について分極飽和電圧を比較するグラフ
【図１２】第一の処理ガスの圧力を変えた場合の分極電荷密度を比較するグラフ
【図１３】第一の処理ガスの圧力を変えた場合の分極飽和電圧を比較するグラフ
【図１４】実施例１と実施例２について分極電荷密度を比較するグラフ
【図１５】実施例１と実施例２について分極飽和電圧を比較するグラフ
【図１６】第一の処理ガスの圧力と、第一の加熱温度をそれぞれ変えて第一の加熱工程を行った場合の分極電荷密度を比較するグラフ
【図１７】第一の処理ガスの圧力と、第一の加熱温度をそれぞれ変えて第一の加熱工程を行った場合の分極飽和電圧を比較するグラフ
【図１８】新型熱処理装置と従来型熱処理装置の昇温特性を比較するグラフ
【図１９】新型熱処理装置で熱処理された誘電体膜と、従来型熱処理装置で熱処理された誘電体膜の結晶性を比較するＸ線回析図
【図２０】実施例と比較例の成膜工程を比較する図
【符号の説明】
【００６０】
１……成膜装置    ３……成膜対象物    ８……誘電体膜  １１……搬送室    １２……成膜室    ２０……熱処理室
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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