(57)【要約】【課題】  Ｐｂ原子の欠損を防止して分極反転の繰り返しによる残留分極量の減少を抑制し、長期信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１１と、基板１１上にシリコン酸化膜１２、下部電極層１３、強誘電体酸化物層１４、拡散防止層１５、上部電極層１６が順次積層されて構成された構成とする。強誘電体酸化物層１４と上部電極層１６との間に拡散防止層１５を設けることにより、強誘電体酸化物層１４のＰｂ原子の上部電極層１６への拡散を防止し、強誘電体酸化物層１４中のＰｂ原子欠損の形成を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置であって、
前記強誘電体酸化物層がＰｂを含む酸化物よりなり、
前記第１の電極層と強誘電体酸化物層との間、及び強誘電体酸化物層と第２の電極層との間のうち、少なくともいずれか一方の間に、強誘電体酸化物層中のＰｂの拡散を防止する拡散防止層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記拡散防止層が導電性酸化物層であり、該導電性酸化物層がペロブスカイト構造を有する材料よりなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ペロブスカイト構造を有する材料は、その結晶構造のＡサイトを占めるイオンが、Ｐｂ2+イオンのイオン半径よりも小さいイオン半径を有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板に、強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記強誘電体酸化物層を形成する第２工程と、
前記第２の電極層を形成する第３工程とを含み、
前記第１工程と第２工程との間、及び前記第２工程と第３工程との間のうち少なくともいずれかの間に、前記Ｐｂが第１または第２の電極層へ拡散することを防止する拡散防止層を形成する工程を更に含み、
前記第２工程において、
真空容器中で前記半導体基板を加熱して強誘電体酸化物層を堆積し、
次いで、前記真空容器中にＰｂ蒸気を供給し、Ｐｂ蒸気圧を所定の蒸気圧に制御しながら冷却する処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｐｂ蒸気圧を強誘電体酸化物層の表面のＰｂ分圧よりも高くすることを特徴とする請求項４記載の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、強誘電体キャパシタを有する半導体装置及びその製造方法に係り、特に強誘電体キャパシタの残留分極量の低下を抑制した長期信頼性の高い不揮発性メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の補助記憶装置として、電気的に書き換え可能で、情報の保持に電力を必要としない不揮発性メモリが使われることが多くなっている。不揮発性メモリとしては、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）、ＦｅＲＡＭ（強誘電性ランダムアクセスメモリ）等が挙げられる。不揮発性メモリのうち、強誘電体キャパシタの中の強誘電性の誘電膜が残留分極の形態で情報を保持し、高集積度、高速駆動、低消費電力の特性を有するＦｅＲＡＭが注目されている。
【０００３】
強誘電性の誘電膜として、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）膜やＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）膜、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）膜などが大きな残留分極量を有することから盛んに検討されている。ＦｅＲＡＭはこれらの誘電膜に印加する電圧の方向により誘電体分極方向を書き換えて情報を更新し、２つの分極方向を情報単位として記憶させる。したがって、残留分極量の大きさと共に、繰り返し書き換え可能であることが要求される。ＦｅＲＡＭはＩＣカード、スマートカード等の携帯型補助記憶装置に用いられるので長期信頼性を有することが重要であり、記憶保持年数１０年、書き換え回数１０15回等が要求特性として提案されている。
【特許文献１】特開平５−２５１３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、強誘電体キャパシタは、例えば下部電極層、ＰＺＴ膜、上部電極層が順次積層して構成される。上部電極層を形成後にＰＺＴ膜の結晶化を促進するため加熱処理を行った場合、ＰＺＴ膜から下部電極層及び上部電極層にＰｂ原子の拡散が生じてＰＺＴ膜中にＰｂ原子の欠損（いわゆるＰｂ空孔）が生じ、強誘電体キャパシタの特性が著しく劣化してしまう。特に強誘電体キャパシタを不揮発性メモリに使用する場合は、分極反転の繰り返しによって残留分極量が著しく低下する、いわゆる疲労特性の問題がある。
【０００５】
また、ＰＺＴ膜中にＰｂ空孔が形成されると欠陥準位が形成され、ＰＺＴ膜中ではプール・フレンケル型メカニズムによってリーク電流増加の原因となる。また、ＰＺＴ膜と下部電極又は上部電極との界面ではショットキー・バリア型メカニズムによってＰｂ空孔が障壁を形成しリーク電流、Ｐｂの拡散などの現象に関与して、結果として疲労特性の劣化やリーク電流の増加を引き起こしてしまう。リーク電流の増加はＦｅＲＡＭの動作中の消費電力の増加を招いてしまう。
【０００６】
これらの問題を解決するために、ＰＺＴ膜にドーパント材料の導入により残留分極量の劣化を低減することが行われているが、ドーパント材料の導入によりＰＺＴ膜の初期の残留分極量が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
また、ＣＶＤ法等により基板を加熱してＰＺＴ膜を形成後、室温に冷却する際にＰＺＴ膜表面からＰｂ原子が解離しＰＺＴ膜中にＰｂ空孔が形成され、上記と同様に疲労特性、リーク電流増加の問題を生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、Ｐｂ原子の欠損を防止して、リーク電流を低減し、分極反転の繰り返しによる残留分極量の減少を抑制し、長期信頼性に優れた半導体装置及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】
【０００９】
本発明の一観点によれば、強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置であって、前記強誘電体酸化物層がＰｂを含む酸化物よりなり、前記第１の電極層と強誘電体酸化物層との間、及び強誘電体酸化物層と第２の電極層との間のうち、少なくともいずれか一方の間に、強誘電体酸化物層中のＰｂの拡散を防止する拡散防止層を有する半導体装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、第１の電極層と強誘電体酸化物層との間、及び強誘電体酸化物層と第２の電極層との間のうち、少なくともいずれか一方の間に、強誘電体酸化物層中のＰｂ原子の拡散を防止する拡散防止層が設けられている。拡散防止層を形成した後の加熱処理によりＰｂ原子が強誘電体酸化物層から、第１又は第２の電極層に拡散し強誘電体酸化物層中にＰｂ原子の欠損、いわゆるＰｂ空孔が形成されることを防止できる。その結果、リーク電流を低減し、分極反転の繰り返しによる残留分極量の減少を抑制し、長期信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、半導体基板に、強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、前記第１の電極層を形成する第１工程と、前記強誘電体酸化物層を形成する第２工程と、前記第２の電極層を形成する第３工程とを含み、前記第１工程と第２工程との間、及び前記第２工程と第３工程との間のうち少なくともいずれかの間に、前記Ｐｂが第１または第２の電極層へ拡散することを防止する拡散防止層を形成する工程を更に含み、前記第２工程において、真空容器中で前記半導体基板を加熱して強誘電体酸化物層を堆積し、次いで、前記真空容器中にＰｂ蒸気を供給し、Ｐｂ蒸気圧を所定の蒸気圧に制御しながら冷却する処理を行う半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
本発明によれば、強誘電体酸化物層を堆積後に、半導体基板が堆積中の温度から室温まで冷却するまでの間、強誘電体酸化物層が曝露されている雰囲気が所定の蒸気圧のＰｂ蒸気により満たされているので、強誘電体酸化物層からのＰｂ原子の実質的な解離を防止し、ＰＺＴ膜中にＰｂ空孔が形成されることを防止できる。その結果、リーク電流を低減し、分極反転の繰り返しによる残留分極量の減少を抑制し、長期信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、強誘電体酸化物層と第１の電極層または第２の電極層との間に拡散防止層を設けることにより、強誘電体酸化物層のＰｂ原子の欠損を防止して、リーク電流を低減し、分極反転の繰り返しによる残留分極量の減少を抑制し、長期信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。図１を参照するに、第１の実施の形態に係る半導体装置１０は、基板１１と、基板１１上にシリコン酸化膜１２、下部電極層１３、強誘電体酸化物層１４、拡散防止層１５、上部電極層１６が順次積層されて構成されている。下部電極層１３と上部電極層１６との間に電圧を印加して、強誘電体酸化物層１４に電場を印加して分極させて、残留分極の分極方向により“０”または“１”の情報を記録する。本実施の形態の半導体装置に用いられる強誘電キャパシタは強誘電体酸化物層１４と上部電極層１６との間に拡散防止層１５を設けることにより、強誘電体酸化物層１４のＰｂ原子の上部電極層１６への拡散を防止し、強誘電体酸化物層１４中のＰｂ原子の欠損形成を防止することができる。
【００１６】
基板１１は、例えばシリコン単結晶基板を用いることができ、主面を（００１）面に設定する。基板は、ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）の単結晶基板でもよい。
【００１７】
シリコン酸化膜１２は、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成され、例えば厚さが５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、基板１１がシリコン単結晶基板の場合は表面を熱酸化した熱酸化膜でもよい。
【００１８】
下部電極層１３は、シリコン酸化膜１２上にスパッタ法、真空蒸着法などにより形成され、例えば厚さ５０ｎｍ〜２００ｎｍの白金族の元素あるいは白金族の元素を含む合金よりなる層（以下、「白金族合金層」と称する。）、又は、ルチル構造またはスピネル構造を有する導電性酸化物層（以下、「ルチル型酸化物層」と略称する。）により構成される。白金族の元素はＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔである。これらのうち、特にＩｒ、Ｐｔが結晶成長面を（１１１）とする優れた結晶配向性が得られる点で好ましい。
【００１９】
また、ルチル構造を有する導電性酸化物としては、例えばＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＯｓＯ2、ＲｈＯ2、ＲｅＯ2、ＭｏＯ2、ＣｒＯ2、ＷＯ2、ＳｎＯ2-xが挙げられる。スピネル構造を有する導電性酸化物としては、例えばＬｉＴｉ2Ｏ4、ＬｉＶ2Ｏ4、Ｆｅ3Ｏ4が挙げられる。
【００２０】
なお、シリコン酸化膜１２と下部電極層１３との間に厚さ１０ｎｍ程度のＴｉ膜あるいはＴｉＯ2膜を形成してもよい。シリコン酸化膜１２と下部電極層１３との密着性を高めることができる。
【００２１】
強誘電体酸化物層１４は、厚さが１０ｎｍ〜５００ｎｍに設定され、Ｐｂ原子を含み、ペロブスカイト構造を有する導電性酸化物から構成されている。具体的には、強誘電体酸化物層１４は、ペロブスカイト構造を有する、例えばＰｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3（０≦ｘ≦１）の一般式で示されるＰＺＴを用いることができる。また、Ｐｂ（Ｂ’1/3Ｂ”2/3）Ｏ3（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：５価の金属）の一般式で示されるＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3、ＰｂＣｏ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3、ＰｂＺｎ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3、ＰｂＭｎ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3、ＰｂＮｉ1/3Ｔａ2/3Ｏ3、ＰｂＣｏ1/3Ｔａ2/3Ｏ3、ＰｂＭｇ1/3Ｔａ2/3Ｏ3、ＰｂＺｎ1/3Ｔａ2/3Ｏ3、ＰｂＭｎ1/3Ｔａ2/3Ｏ3や、Ｐｂ（Ｂ’1/2Ｂ”1/2）Ｏ3（Ｂ’：３価の金属、Ｂ”：５価の金属）の一般式で示されるＰｂＦｅ1/2Ｎｂ1/2Ｏ3、ＰｂＳｃ1/2Ｎｂ1/2Ｏ3、ＰｂＳｃ1/2Ｔａ1/2Ｏ3や、Ｐｂ（Ｂ’1/2Ｂ”1/2）Ｏ3（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：６価の金属）の一般式で示される例えばＰｂＭｇ1/2Ｗ1/2Ｏ3や、更にＰＺＴに添加元素を加え、（Ｐｂ1-yＬａy）（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3（０≦ｘ、ｙ≦１）の一般式で示されるＰＬＺＴ、Ｐｂ（Ｂ’1/3Ｂ”2/3）xＴｉyＺｒ1-x-yＯ3（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：５価の金属）、Ｐｂ（Ｂ’1/2Ｂ” 1/2）xＴｉyＺｒ1-x-yＯ3（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：３価の金属、Ｂ”：５価の金属）、又はＰｂ（Ｂ’1/2Ｂ” 1/2）xＴｉyＺｒ1-x-yＯ3（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：６価の金属）の一般式で示される材料を用いることができる。なお、例えば、０．６５ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3−０．３５ＰｂＴｉＯ3や０．５ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3−０．３５ＰｂＴｉＯ3−０．１５ＰｂＺｒＯ3などの多成分系結晶でもよい。
【００２２】
強誘電体酸化物層１４は、ＣＶＤ法（特に有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法）、スパッタ法、ＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成することができる。大面積の基板に適用可能な方法であれば限定されないが、ＣＳＤ法が比較的大面積の基板に容易に形成できる点で好適である。
【００２３】
拡散防止層１５は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＣＳＤ法、ＰＬＤ法などにより形成され、例えば、導電性酸化物材料より構成される。導電性酸化物材料のうちペロブスカイト構造を有する酸化物が好ましい。強誘電体酸化物層１４がペロブスカイト構造を有するのでエピタキシャル成長することができるので結晶性が良好となる。結晶性が良好なため比抵抗値が低減される。ペロブスカイト構造を有する導電性酸化物では、ペロブスカイト構造のＡサイトにはイオン半径がＰｂ2+より小さい、Ｓｒ2+、Ｌａ3+、Ｃａ2+及びＢｉ3+などのイオンが占めることが好ましい。このような酸化物としては、ＳｒＲｕＯ3、ＳｒＰｂＯ3、ＳｒＶＯ3、ＳｒＣｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ3、（Ｌａ1-xＳｒx）ＶＯ3（０．２３＜ｘ＜１）、ＬａＮｉＯ3、ＬａＣｒＯ3、ＬａＣｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＣａＶＯ3、ＣａＣｒＯ3、などから選択される。
【００２４】
また、ペロブスカイト構造のＢサイトにはイオン半径が０．６０ｎｍ以上０．８０ｎｍ未満のイオンが占めることが好ましい。このようなイオンとして、Ｆｅ3+（０．６３ｎｍ）、Ａｌ3+（０．６７ｎｍ）、Ｃｏ3+（０．６７ｎｍ）、Ｖ5+（０．６８ｎｍ）、Ｍｎ4+（０．６８ｎｍ）、Ｎｉ3+（０．７０ｎｍ）、Ｍｎ3+（０．７２ｎｍ）、Ｔｉ4+（０．７５ｎｍ）、Ｇａ3+（０．７６ｎｍ）、Ｃｒ3+（０．７６ｎｍ）、Ｎｂ5+（０．７８ｎｍ）、Ｔａ5+（０．７８ｎｍ）、Ｍｏ3+（０．７９ｎｍ）が挙げられる（以上括弧内はイオン半径を示す。）。
【００２５】
また、ペロブスカイト構造のＢサイトにＰｂ4+が占めてもよい。強誘電体酸化物層１４のＰｂ原子拡散を防止すると共に、強誘電体酸化物層１４のＰｂ空孔にＰｂ原子を供給する機能を有すると考えられる。このような酸化物としては、ＢａＰｂＯ3、（Ｂａ、Ｓｒ）ＰｂＯ3が挙げられる。
【００２６】
拡散防止層１５は、厚さ１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に設定され、好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。１ｎｍより薄いとＰｂ原子の拡散を防止する効果が十分ではなく、１００ｎｍを超えると抵抗値が過度に大となってしまう。
【００２７】
さらに、拡散防止層１５の比抵抗は、２×１０-6Ω・ｃｍ〜２×１０-3Ω・ｃｍであることが好ましい。比抵抗を低くすることにより、拡散防止層１５の厚さを十分に確保することができる。
【００２８】
上部電極層１６は、下部電極層１３と同様にして形成され、例えば厚さ５ｎｍ〜２００ｎｍに設定される。上部電極層は、下部電極層１３と同様に、上述した白金族合金層、あるいはルチル型酸化物層でもよく、ルチル型酸化物層と白金族合金層を順次積層した積層体でもよい。
【００２９】
本実施の形態によれば、拡散防止層１５を設けることにより強誘電体酸化物層１４のＰｂ原子の拡散を防止し、強誘電体酸化物層１４中のＰｂ空孔の形成を防止することができる。本願発明者の検討によれば、上部電極層１６にルチル型酸化物層のうち、ＩｒＯ2やＲｕＯ2を用いた場合、拡散防止層１５を設けることによる強誘電体酸化物層１４から上部電極層１６へのＰｂ原子の拡散防止効果が特に大きいことが見出されている。これは上部電極層１６の導電性酸化物が粒子状構造を有していることや、拡散防止層１５のＡサイトにイオン半径の点でＰｂ原子が入り難いことに起因すると推察される。
【００３０】
なお、拡散防止層１５は、下部電極層１３と強誘電体酸化物層１４との間に設けてもよく、下部電極層１３と強誘電体酸化物層１４との間と、強誘電体酸化物層１４と上部電極層１６との間の両方に設けてもよい。両方に設けることによりＰｂ原子の拡散を一層防止することができる。以下、本実施の形態に係る実施例を説明する。
【００３１】
［実施例１］
６インチの（１００）を主面とするＳｉ単結晶基板を用い、Ｓｉ単結晶基板の表面を熱酸化により１００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜を形成した。次いで、その上にスパッタリング法を用いて下部電極層として１５０ｎｍの厚さのＩｒ膜を形成した。
【００３２】
このような構造体の表面にＰＺＴ膜を形成した。具体的には、有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法を用い、有機金属材料には、Ｐｂ源としてＰｂ（ＴＨＤ）2(鉛ビス(テトラメチルヘプタンジオン))、Ｚｒ源としてＺｒ（ＤＭＨＤ）4(ジルコニウムテトラキス(ジメチルヘプタジオナート))、Ｔｉ源としてＴｉ（ｉＰｒＯ）2（ＴＨＤ）2(チタン(ジイソプロキシ)(テトラメチルヘプタンジオン))を用いた。これらの材料をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を溶媒として０．３ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶かした液体を出発原料とした。出発原料を液体マスフローコントローラにより流量を制御して、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で０．７８、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で０．４６の割合に調整し、更にＴＨＦ溶媒のみをＴＨＦ／（Ｐｂ＋Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で１．３３の割合で流し、２６０℃に保持した気化器に導入してガス化した。
【００３３】
Ｎ2ガスをキャリアガスとして流量を３００ｓｃｃｍとし、出発原料と同時に気化器に導入した。ガス化された有機金属材料及びキャリアガスは反応室上部にあるガス混合室で２５００ｓｃｃｍの流量に設定した酸素ガスと混合した。
【００３４】
上記の構造体が形成されたＳｉ単結晶基板を加熱用ヒータ上部のサセプタに乗せ、基板温度が６００℃均一になるように２４０秒間加熱し、ＣＶＤ反応室は全圧６７０Ｐａとなるように調整した。次いで、ガス混合室で混合したガスをシャワーヘッドを通してＣＶＤ反応室へ導入した。基板加熱後、気化器から排気ラインを結ぶバルブを閉じ、同時に気化器からガス混合室に向かう配管のバルブを空け混合室にキャリアガスと共に導入する。一方酸素ガスも混合室に導入し、原料ガスと混合した。ガス混合室により混合されたガスは、シャワーヘッドを通して、６７０Ｐａに維持された堆積室に送られ、Ｉｒ膜上にＰＺＴ膜を１２０ｎｍの膜厚となるまで成膜した。
【００３５】
室温に冷却後、ＰＺＴ膜上にスパッタ法を用いてＳｒＲｕＯ3膜を拡散防止層として形成した。ロータリーポンプおよびクライオポンプによりチャンバー内を５×１０-4Ｐａ以下まで排気後Ａｒガスを５０ｓｃｃｍ導入し、チャンバー内を１Ｐａに調圧し、スパッタターゲットにＳｒＲｕＯ3の焼結体を用いて、直流３００Wで放電させて、厚さ５ｎｍのＳｒＲｕＯ3膜を形成した。
【００３６】
次いでＳｒＲｕＯ3膜上にスパッタ法により厚さ５０ｎｍのＩｒＯ2膜の上部電極層を形成した。以上により、ＩｒＯ2膜／ＳｒＲｕＯ3膜／ＰＺＴ膜／Ｉｒ膜からなる強誘電体キャパシタが形成された。
【００３７】
次いで強誘電体キャパシタをフォトリソグラフィー法及びエッチングによりＩｒＯ2膜／ＳｒＲｕＯ3膜を５０μmｘ５０μmの大きさに加工し、強誘電体キャパシタの電気特性を評価した。Ｉｒ膜とＩｒＯ2膜との間に３Ｖの電圧を極性を交互に反転させて印加して、ＰＺＴ膜の分極反転を繰り返した。
【００３８】
図２は、規格化分極量と分極反転回数との関係を示す図である。図中、縦軸は初期の分極量により規格化して示している。図２を参照するに、分極反転を繰り返しても初期分極と比較して減少しておらず、１０10回においても初期分極量程度の分極量を有すること分かる。したがって、ＳｒＲｕＯ3膜の拡散防止層を設けることによりＰＺＴ膜からのＰｂ原子の拡散を防止して疲労特性を改善することができた。
【００３９】
［実施例２〜実施例６］
実施例２〜実施例６では、実施例１の拡散防止層のＳｒＲｕＯ3膜の代わりに、以下の導電性材料を用いて形成した以外は実施例１と同様にして強誘電体キャパシタを形成した。実施例２〜６のうち、いずれの実施例においても実施例１と同様に分極反転を繰り返し、１０10回においても分極量の減少は認められなかった。
【００４０】
実施例２：  ＳｒＰｂＯ3膜
実施例３：  （Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ3膜
実施例４：  ＬａＮｉＯ3膜
実施例５：  ＳｒＶＯ3膜
実施例６：  ＬａＣｒＯ3膜
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図３を参照するに、第２の実施の形態に係る半導体装置２０は、基板１１と、基板１１上にシリコン酸化膜１２、下部電極層１３、拡散防止層２１、強誘電体酸化物層１４、上部電極層１６が順次積層されて構成されている。本実施の形態の半導体装置２０では、下部電極層１３と強誘電体酸化物層１４との間に拡散防止層２１を設けることにより、強誘電体酸化物層１４のＰｂ原子の下部電極層１３への拡散を防止し、強誘電体酸化物層１４中にＰｂ原子欠損の形成を防止することができる。
【００４２】
拡散防止層２１は、下部電極層１３上にＣＶＤ法、スパッタ法、ＣＳＤ法、ＰＬＤ法などにより形成され、第１の実施の形態において説明した拡散防止層１５と同様の材料より形成される。拡散防止層２１は、ペロブスカイト構造を有する酸化物よりなることが好ましい。下部電極層１３の結晶面に対して（１１１）方向にエピタキシャル成長するので、結晶性が良好となる。その結果、拡散防止層２１上に形成される強誘電体酸化物層１４の結晶性を向上することができる。
【００４３】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の実施の形態において強誘電体酸化物層１４と拡散防止層１５を形成する順序を入れ替えることにより、第１の実施の形態と同様にして行うことができる。さらに、強誘電体酸化物層１４を形成する工程において以下の製造方法により行ってもよい。
【００４４】
第１の実施の形態において説明した方法と同様の方法で、基板１１上にシリコン酸化膜１２、下部電極層１３、拡散防止層２１を順次形成する。
【００４５】
次いで、拡散防止層２１上に例えばＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）膜よりなる強誘電体酸化物層１４を形成する。基板温度を６００℃に設定する。第１の実施の形態の実施例１において説明したように、有機金属材料とキャリアガスと酸素ガスが混合・気化され、ＣＶＤ反応室に導入され拡散防止層２１上に所定の厚さのＰＺＴ膜が形成される。
【００４６】
所定の厚さのＰＺＴ膜を形成完了と同時に、ＰＺＴ膜まで形成された基板１１が設置されたＣＶＤ反応室の真空容器にはＰｂ蒸着源を用いて発生されたＰｂ蒸気が供給される。Ｐｂ蒸気を真空容器内に充填することによりＰＺＴ膜からのＰｂ原子が実質的に解離することを防止することができる。特にＰＺＴ膜形成直後は高温であるため、Ｐｂ原子が解離し易く、本方法を用いることによりＰＺＴ膜中のＰｂ原子の欠損を抑制することができる。なお、基板１１をＣＶＤ反応室からトランスファーチューブにより専用の装置に移送してかかる処理を行ってもよい。
【００４７】
図４は、真空容器内においてＰＺＴ膜を形成した基板を冷却する際の処理の様子を示す概念図である。図４を参照するに、真空容器３０は、真空容器３０全体を加熱するヒータ３０ａと、Ｐｂ材３１とＰｂ蒸発源用ヒータ３２ａとを備えたＰｂ蒸発源３２と、基板用ヒータ３３ａを備え基板１１を保持する基板保持台３３と、真空容器３０全体を加熱するヒータ３０ａなどから構成され、それぞれのヒータ３０ａ，３２ａ，３３ａには温度を検知する温度センサ３０ｂ，３２ｂ，３３ｂが設けられている。さらにそれぞれのヒータ３０ａ，３２ａ，３３ａ及び温度センサ３０ｂ，３２ｂ，３３ｂは温度制御装置３４に接続され、温度制御装置３４によりＰｂ蒸発源３２、基板保持台３３、真空容器３０の温度をそれぞれ制御する構成となっている。また、真空容器３０にはガスボンベ３６ａ及びマスフローコントローラ３６ｂ等からなるガス供給系３６と、ロータリーポンプ３８ａ及びクライオポンプ３８ｂなどからなるガス排気系３８が設けられ、真空容器３０内を調圧することができる。
【００４８】
Ｐｂ蒸発源３２の加熱温度を、基板１１の温度（以下、「基板温度」と称する。）により決まるＰＺＴ膜のＰｂ分圧よりも大となるＰｂ蒸気圧が形成されるように設定する。ここで、ＰＺＴ膜のＰｂ分圧は、ＰＺＴ膜をある温度に保ったときのその表面から解離してガス化する成分のうちのＰｂの蒸気圧である。Ｐｂ分圧は、例えば密閉した容器中にＰＺＴ膜を配置し、ＰＺＴ膜を含む容器全体を加熱し、発生するＰｂ原子数を計測することにより求めことができる。具体的には、以下のようにして基板温度とＰｂ蒸発源の加熱温度の関係を設定する。
【００４９】
図５は、ＰＺＴ膜のＰｂ分圧曲線とＰｂの蒸気圧曲線を示す模式図である。基板温度Ｔwに対してＰＺＴ膜のＰｂ分圧の温度特性からＰｂ分圧を求め、Ｐｂの蒸気圧曲線からＰｂ分圧と等しいＰｂの蒸気圧になる温度Ｔｐを求め、Ｐｂ蒸発源の加熱温度Ｔｓの温度をＴｐより高くする。このような温度関係に設定することによって、図４に示す真空容器３０の雰囲気のＰｂ蒸気圧がＰｂ分圧より高くなるので、雰囲気から供給されるＰｂ原子数が多いため、ＰＺＴ膜からのＰｂ原子の実質的な解離を防止して、ＰＺＴ膜中にＰｂ空孔が形成されることを防止できる。
【００５０】
なお、真空容器３０自体の温度を真空容器３０に設けられたヒータ３０ａにより加熱してＰｂ蒸発源３２の加熱温度Ｔｓに設定することが好ましい。真空容器３０内のＰｂ蒸気が内壁に付着してＰｂ蒸気圧が低下することを抑制することができる。
【００５１】
次いで、徐々に基板温度Ｔwを低下させ、それに合わせて上記の温度関係を維持しながらＰｂ蒸発源３２の加熱温度Ｔｓを低下させる。降温速度は０．１℃／分〜１０℃／分に設定することが好ましい。温度制御を容易化することができる。
【００５２】
なお、Ｐｂ蒸気圧とＰｂ分圧の比（Ｐｂ蒸気圧／Ｐｂ分圧）が１より大きく１０００より小さいことが好ましい。Ｐｂ蒸気圧が過度に大となると、Ｐｂ蒸気がＰＺＴ膜表面で固体化し易くなり、導電性被膜の形成の問題が生じてしまう。Ｐｂ蒸気圧が過剰の場合は、ガス供給系３６及びガス排気系３８によりＡｒガスなどの不活性ガスを供給して、Ｐｂ蒸気を含んだ雰囲気ガスを排気する。
【００５３】
なお、上記処理を行う場合は、予めＰｂ蒸発源３２のＰｂ材３１を高真空中でドライエッチングにより表面を研削することが好ましい。Ｐｂ材料の表面には大気中でＰｂＯが形成され易く、かかるＰｂＯを研削することにより所望のＰｂ蒸気圧を得ることができる。
【００５４】
図３に戻り、次いでＰＺＴ膜上に第１の実施の形態と同様にして上部電極層１６を形成する。以上により、本実施の形態に係る半導体装置２０が形成される。
【００５５】
本実施の形態によれば、強誘電体酸化物層としてのＰＺＴ膜を堆積後、基板が堆積中の温度から室温まで冷却するまでの間、ＰＺＴ膜が曝露されている雰囲気がＰＺＴ膜のＰｂ分圧より大なるＰｂ蒸気圧により満たされているので、ＰＺＴ膜からのＰｂ原子の解離を防止し、ＰＺＴ膜中にＰｂ空孔が形成されることを防止できる。したがって、リーク電流を低減し消費電力を低減することができ、また、疲労特性を良好にすることができる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るＦｅＲＡＭの回路図、図７は、本発明の第３の実施形態に係るＦｅＲＡＭの断面図である。
【００５７】
図６を参照するに、ＦｅＲＡＭは、１ビットの情報の記憶に２つの選択トランジスタＴA、ＴCと、２つの強誘電体キャパシタＣA、ＣCとを用いる２Ｔ２Ｃのメモリセル方式が採用されている。図７には、図６に示すビット線ＢＬに接続された隣接するメモリセル４１，４２に亘っての断面図であり、メモリセル４１，４２の選択トランジスタＴA，ＴB及び強誘電体キャパシタＣA、ＣBが示されている。
【００５８】
図７を参照するに、本実施の形態のＦｅＲＡＭ５０は、図６に示すワード線ＷＬ１、ＷＬ２が選択トランジスタＴA，ＴBのゲート電極５４Ａ，５４Ｂとして形成される。選択トランジスタＴA，ＴBの拡散領域５６Ａ，５６Ｂは、強誘電体キャパシタ膜６３を有する強誘電体キャパシタＣA，ＣBの下部電極層６１にコンタクトプラグ６０Ａ，６０Ｂを介して電気的に接続されている。強誘電体キャパシタＣA，ＣBは、第１の実施の形態において説明したものと同様の構成であり、下部電極層６１、強誘電体酸化物層６２、拡散防止層６３、及び上部電極層６４が順次積層されたプレーナスタック型強誘電体キャパシタ構造を有している。また、強誘電体キャパシタＣA，ＣＢは、その上側電極層６４がシリコン酸化膜６５で覆われ、このシリコン酸化膜６５に形成されたコンタクトホール６６Ａ，６６Ｂを介して、第一層配線であるプレート線７４Ａ，７４Ｂ（図６に示すＰＬ１、ＰＬ２）に接続されている。さらに、拡散領域５６Ｃは、コンタクトプラグ７０，７４Ｃ，８０を介して、強誘電体キャパシタＣA，ＣBより上部に形成されたビット線８４に接続されている。
【００５９】
次に、本実施の形態のＦｅＲＡＭの製造工程を説明する。図８（Ａ）〜図１０（Ｂ）は本実施の形態のＦｅＲＡＭの製造工程を示す図である。
【００６０】
図８（Ａ）の工程では、基板５１に、ＣＭＯＳプロセスによりＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を用いて素子分離領域５２及び素子領域５３を形成し、この素子領域５３の上部にシリコン絶縁膜等よりなるゲート絶縁膜５７を形成し、その上にゲート電極５４Ａ，５４Ｂを形成し、選択トランジスタＴA、ＴBを形成する。なおゲート電極５４Ａ，５４Ｂは紙面に垂直に延在して設けられている。
【００６１】
図８（Ａ）の工程ではさらに、上記選択トランジスタＴA，ＴB及び基板５１の上面にＳｉＮ絶縁膜５５を形成し、更にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜５８を形成する。レジスト膜のフォトリソグラフィー法及びＲＩＥ（異方性エッチング）法により、素子領域５３の拡散領域５６Ａ，５６Ｂの上面にコンタクトホールを形成し、ＴｉＮ密着膜５９−１及びタングステン５９−２を充填することにより、拡散領域５６Ａ，５６Ｂと後述する強誘電体キャパシタＣA，ＣBを接続するためのコンタクトプラグ６０Ａ，６０Ｂを形成する。次いで、層間絶縁膜５８及びコンタクトプラグ６０Ａ，６０Ｂの上面をＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing）法により研磨する。
【００６２】
次いで、図８（Ｂ）の工程では、層間絶縁膜５８及びコンタクトプラグ６０Ａ，６０Ｂの上面に、Ｔｉ密着膜６１、下部電極層６２を順次形成する。ここで、Ｔｉ密着膜６１は厚さ１００ｎｍ、下部電極層６２は、例えば厚さ５０ｎｍであり、白金族の元素あるいはその合金などから構成される。
【００６３】
図８（Ｂ）の工程ではさらに、下部電極層６１上にＰＺＴ膜よりなる強誘電体酸化物層６２を形成する。強誘電体酸化物層６２は、ＲＦスパッタリング、ＣＳＤ法、ＣＶＤ法などにより形成する。ここではＲＦスパッタリング法を用いて、Ａｒガス圧１．１Ｐａ、ＲＦパワー１．０ｋＷに設定して、厚さ２００ｎｍ形成した。
【００６４】
図８（Ｂ）の工程ではさらに、強誘電体酸化物層６２上にＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて厚さ２０ｎｍの導電性酸化物よりなる拡散防止層６３を形成する。導電性酸化物は第１の実施の形態において挙げたものを用いることができる。ここでは（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ3膜を用いた。
【００６５】
図８（Ｂ）の工程ではさらに、拡散防止層６３上に上側電極層６４を形成する。上側電極層６４は、例えば厚さ２００ｎｍであり、白金族合金層、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2、ＳｒＲｕＯ2などの導電性酸化物、またはこれらの積層体、強誘電体キャパシタ膜６３側を導電性酸化物とした、例えばＩｒＯ2膜とＩｒ膜を順次堆積した積層体などから構成される。上側電極層６４は、例えばＰｔを形成する場合は酸素を５％以下の濃度のＡｒ雰囲気中で、ＲＦスパッタリング法を用いて形成してもよい。ここではＩｒＯ2膜を形成した。
【００６６】
図８（Ｂ）の工程ではさらに、約６００℃において９０秒間急速熱処理（ＲＴＡ）することにより強誘電体酸化物層６２が結晶化される。
【００６７】
次いで図８（Ｃ）の工程では、フォトリソグラフィー法及びＲＩＥ法により、コンタクトプラグ６０Ａ，６０Ｂ上の下部電極層６１、強誘電体酸化物層６２、拡散防止層６３及び上側電極層６４を残す。以上により強誘電体キャパシタＣA，ＣBが形成される。
【００６８】
次いで図９（Ａ）の工程では、ＣＶＤ法を用いて図８（Ｃ）の構造体を覆うシリコン酸化膜６５を堆積し、更に層間絶縁膜６６を堆積する。次いで堆積した層間絶縁膜６６の上面をＣＭＰ法により研磨し平坦化する。
【００６９】
図９（Ａ）の工程ではさらに、フォトリソグラフィー法及びＲＩＥ法により、ＳｉＮ絶縁膜５５＼層間絶縁膜５８＼シリコン酸化膜６５＼層間絶縁膜６６の積層体中を貫通して拡散領域５６Ｃを露出させるコンタクトホールを形成し、ＴｉＮ密着膜６８及びタングステン６９を充填して、コンタクトプラグ７０を形成する。
【００７０】
図９（Ａ）の工程ではさらに、強誘電体キャパシタＣA，ＣBの上側電極層６４の上部に堆積しているシリコン酸化膜６５及び層間絶縁膜６６に、フォトリソグラフィー法及びＲＩＥ法により、上側電極層６４を露出させるコンタクトホール６６Ａ、６６Ｂを形成する。
【００７１】
次いで図９（Ｂ）の工程では、図９（Ａ）の構造体上に、ＴｉＮ密着膜７１、Ａｌメタル第１層７２、ＴｉＮ密着膜７３を典型的にはそれぞれ厚さ２０ｎｍを順次堆積する。次いで、フォトリソグラフィー法及びＲＩＥ法によりＴｉＮ密着膜７１＼Ａｌメタル第１層７２＼ＴｉＮ密着膜７３をエッチングして、紙面に垂直に延在する配線パターンを形成し、強誘電体キャパシタＣA，ＣBの上側電極層６４に接続するプレート線としての配線パターン７４Ａ、７４Ｂ、及びコンタクトプラグ７０に接続する電極パターン７４Ｃを形成する。
【００７２】
次いで図１０（Ａ）の工程では、図９（Ｂ）の構造体上に、ＣＶＤ法により層間絶縁膜７６を堆積し、この層間絶縁膜７６の表面をＣＭＰ法により研磨し平坦化する。次いで層間絶縁膜７６中に電極パターン７４Ｃを露出させるコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを充填するＴｉＮ密着膜７８およびタングステンプラグ７９を充填することによりコンタクトプラグ８０を形成する。
【００７３】
次いで図１０（Ｂ）の工程では、図１０（Ａ）の構造体上に、ＴｉＮ密着膜８１、Ａｌメタル第２層８２、ＴｉＮ密着膜８３を順次形成する。これらの積層体をフォトリソグラフィー法及びＲＩＥ法により、横方向に延在するビット線としてのビット線パターン８４を形成する。これにより、ビット線パターン８４と拡散領域５６Ｃとが電気的に接続される。次いで、ＣＶＤ法によりビット線パターン８４及び層間絶縁膜７６を覆うシリコン酸化膜８５を形成し、更にパッシベーション膜８６を形成する。以上により図７に示す本実施の形態のＦｅＲＡＭが形成される。
【００７４】
図１１は、本実施の形態に係るＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタの上部電極層６４から深さ方向の組成プロファイルを示す図である。図中、横軸はＡｒエッチングの時間を表し、Ａｒエッチングにより研削した深さに相当する。
【００７５】
図１１を参照するに、強誘電体キャパシタは加熱処理を経ているにも拘わらず、Ｐｂ元素のプロファイルが拡散防止層の位置で急激に減少し、ＰＺＴ膜から上部電極層への拡散が防止されていることが分かる。
【００７６】
一方、図１２は本発明によらない比較例の強誘電体キャパシタの上部電極層から深さ方向の組成プロファイルを示す図である。本比較例の強誘電体キャパシタは、拡散防止層を設けていない以外は本実施の形態に係るＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタと同様である。図１２を参照するに、Ｐｂ元素の強度はＰＺＴ膜と上部電極層との界面から上部電極側に裾野をひいている。すなわち、上部電極層はＰｂを本来含んでいないので、Ｐｂ原子が上部電極層へ拡散していることが分かる。
【００７７】
本実施の形態によれば、強誘電体キャパシタＣA，ＣBの強誘電体酸化物層６２が拡散防止層６３に覆われているので、強誘電体酸化物層６２から上部電極層６４へのＰｂ原子の拡散が防止され、強誘電体酸化物層６２中のＰｂ空孔の形成が防止される。したがって、リーク電流を低減することができ、ＦｅＲＡＭの疲労特性を良好とすることができ、長期信頼性を向上することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態の強誘電体キャパシタＣA、CBに第２の実施の形態で説明した強誘電体酸化物層を形成する際のＰｂ蒸気による処理を組み合わせてもよい。また、本実施の形態の強誘電体キャパシタＣA、CBの替わりに第２の実施の形態の強誘電体キャパシタを適用してもよい。さらに、第１及び第２の実施の形態の強誘電体キャパシタＣA、CBの構成を組み合わせてもよい。
【００７９】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８０】
例えば、上述したＰＺＴ膜は優れた圧電性を示し、アクチュエータとしても用いられる。したがって、本発明はかかるアクチュエータに適用することが可能であり、かつ優れたＰｂ拡散防止効果を奏する。したがって、印加電圧に対する変位量が長期に亘って劣化することがなく長期信頼性を有する。また、ＰＺＴ膜に限定されず、圧電性を示しＰｂを含むペロブスカイト構造を有する酸化物層を用いたアクチュエータに本発明を適用することが可能である。
【００８１】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置であって、
前記強誘電体酸化物層がＰｂを含む酸化物よりなり、
前記第１の電極層と強誘電体酸化物層との間、及び強誘電体酸化物層と第２の電極層との間のうち、少なくともいずれか一方の間に、強誘電体酸化物層中のＰｂの拡散を防止する拡散防止層を有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）  前記拡散防止層が導電性酸化物層であり、該導電性酸化物層がペロブスカイト構造を有する材料よりなることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）  前記ペロブスカイト構造を有する材料は、その結晶構造のＡサイトを占めるイオンが、Ｐｂ2+イオンのイオン半径よりも小さいイオン半径を有することを特徴とする付記２記載の半導体装置。
（付記４）  前記Ａサイトを占めるイオンがＳｒ2+、Ｌａ3+、Ｃａ2+及びＢｉ3+のうち少なくともいずれか１種を含むことを特徴とする付記３記載の半導体装置。
（付記５）  前記ペロブスカイト構造を有する材料は、その結晶構造のＢサイトを占めるイオンがＰｂ4+であることを特徴とする付記２〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記６）  前記拡散防止層は１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに設定されることを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記７）  前記第１の電極層または第２の電極層がルチル構造またはスピネル構造を有する導電性酸化物層であることを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記８）  前記ルチル構造またはスピネル構造を有する導電性酸化物層が、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2、及びＳｒＲｕＯ2の群のうちいずれか１種であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
（付記９）  半導体基板に、強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記強誘電体酸化物層を形成する第２工程と、
前記第２の電極層を形成する第３工程とを含み、
前記第２工程において、
真空容器中で前記半導体基板を加熱して強誘電体酸化物層を堆積し、
次いで、前記真空容器中にＰｂ蒸気を供給し、Ｐｂ蒸気圧を所定の蒸気圧に制御しながら冷却する処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１０）  半導体基板に、強誘電体酸化物層と、該強誘電体酸化物層を挟む第１の電極層と第２の電極層とからなる強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記強誘電体酸化物層を形成する第２工程と、
前記第２の電極層を形成する第３工程とを含み、
前記第１工程と第２工程との間、及び前記第２工程と第３工程との間のうち少なくともいずれかの間に、前記Ｐｂが第１または第２の電極層へ拡散することを防止する拡散防止層を形成する工程を更に含み、
前記第２工程において、
真空容器中で前記半導体基板を加熱して強誘電体酸化物層を堆積し、
次いで、前記真空容器中にＰｂ蒸気を供給し、Ｐｂ蒸気圧を所定の蒸気圧に制御しながら冷却する処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１１）  前記Ｐｂ蒸気圧を強誘電体酸化物層の表面のＰｂ分圧よりも高くすることを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）  前記真空容器中に設けたＰｂ蒸発源の加熱温度を制御してＰｂ蒸気圧を制御することを特徴とする付記９〜１１のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）  前記真空容器中の過剰のＰｂ蒸気圧を含むガスを不活性ガスと置換してＰｂ蒸気圧を制御することを特徴とする付記９〜１２のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）  前記第３の工程の後に前記強誘電体酸化物層を結晶化する加熱工程を更に含むことを特徴とする付記９〜１３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置に用いられる強誘電体キャパシタの規格化分極量と分極反転回数との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４】ＰＺＴ膜を形成した基板を冷却する際の処理の様子を示す概念図である。
【図５】ＰＺＴ膜のＰｂ分圧曲線とＰｂの蒸気圧曲線との関係を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るＦｅＲＡＭの回路図である。
【図７】第３の実施の形態に係るＦｅＲＡＭの断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は第３の実施の形態に係るＦｅＲＡＭの製造工程（その１）を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は第３の実施の形態に係るＦｅＲＡＭの製造工程（その２）を示す図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は第３の実施の形態に係るＦｅＲＡＭの製造工程（その３）を示す図である。
【図１１】本実施の形態に係るＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタの上部電極層から深さ方向の組成プロファイルを示す図である。
【図１２】本発明によらない比較例の強誘電体キャパシタの組成プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０、２０      半導体装置
１１              基板
１２              シリコン酸化膜
１３、６１        下部電極層
１４、６２        強誘電体酸化物層
１５、２１、６３  拡散防止層
１６、６４        上部電極層
５０              ＦｅＲＡＭ
ＣA、CB            強誘電体キャパシタ
【図１】
2005116619.tif 000003
【図２】
2005116619.tif 000004
【図３】
2005116619.tif 000005
【図４】
2005116619.tif 000006
【図５】
2005116619.tif 000007
【図６】
2005116619.tif 000008
【図７】
2005116619.tif 000009
【図８】
2005116619.tif 000010
【図９】
2005116619.tif 000011
【図１０】
2005116619.tif 000012
【図１１】
2005116619.tif 000013
【図１２】
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