(57)【要約】下部電極層、下部電極層上の強誘電体層および強誘電体層上の上部電極層を含み、下部電極層上に強誘電体が支配的配向軸を有するように形成されており、下部電極層は多層構造を有し、それらの下部電極の層は強誘電体層に近い層ほど大きい強誘電体の構成元素または構成元素からなる化合物の下部電極への拡散係数を有する強誘電体キャパシタ。強誘電体層が有機金属気相堆積法により形成され、この強誘電体層の形成に際して、基板を加熱する工程と、強誘電体層の構成元素の少なくとも１種を含む有機金属原料を流すことにより、下部電極上に強誘電体層を形成するとともに、下部電極の強誘電体層に接する第１の層の構成元素と強誘電体層の構成元素とを合金化または化合物化する工程を含む方法により製造する。モルフォロジが良く、強誘電体が支配的配向軸を有するように形成された強誘電体キャパシタが得られる。
2004066388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極層、下部電極層上の強誘電体層および強誘電体層上の上部電極層を含み、下部電極層上に強誘電体が支配的配向軸を有するように形成されており、かつ、下部電極層は多層構造を有し、それらの下部電極の層は強誘電体層に近い層ほど大きい強誘電体の構成元素または構成元素からなる化合物の下部電極への拡散係数を有する、強誘電体キャパシタ。
【請求項２】
強誘電体層側から数えてｉ番目およびｉ＋１番目の下部電極層中の強誘電体の構成元素または構成元素からなる化合物の濃度をそれぞれｎｉおよびｎｉ＋１としたときに、ｎｉ＞ｎｉ＋１である、請求項１に記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項３】
下部電極の強誘電体層に接している第１の層が強誘電体の構成元素を含む合金または化合物により形成されている、請求項１または２に記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項４】
強誘電体層がＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む、請求項１〜３のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項５】
強誘電体層がＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含み、さらにＬａ、Ｃａ、ＳｒおよびＮｂからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項６】
強誘電体層がＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、結晶配向面が（１１１）である、請求項１〜５のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項７】
強誘電体層がＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、結晶配向面が（００１）である、請求項１〜５のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項８】
下部電極の強誘電体層に接している第１の層の膜厚が２０ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項９】
下部電極の強誘電体層に接している第１の層がＰｔを構成元素として含むものであり、この第１の下部電極層に接している第２の下部電極層がＩｒを構成元素として含むものである、請求項１〜８のいずれかに記載の強誘電体キャパシタ。
【請求項１０】
請求項１に記載した強誘電体キャパシタを製造するための方法であって、強誘電体層が有機金属気相堆積法により形成され、この強誘電体層の形成に際して、基板を加熱する工程と、強誘電体層の構成元素の少なくとも１種を含む有機金属原料を流すことにより、下部電極上に強誘電体層を形成するとともに、下部電極の強誘電体層に接する第１の層の構成元素と強誘電体層の構成元素とを合金化または化合物化する工程を含む、強誘電体キャパシタの製造方法。
【請求項１１】
強誘電体層がＰｂを含むペロブスカイト型強誘電体からなり、強誘電体層の形成の直前にＰｂを含む有機金属原料とキャリアガス、酸化ガスを流すことにより第１の下部電極層をＰｂを含む化合物により形成し、その後強誘電体層を形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
強誘電体層がＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、Ｐｂ原料としてＰｂ（ＴＨＤ）２が用いられ、Ｚｒ原料としてＺｒ（ＤＭＦＤ）４が用いられ、Ｔｉ原料としてＴｉ（ｉＰｒＯ）２（ＴＨＤ）２が用いられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載した強誘電体キャパシタを含む半導体装置。
【請求項１４】
記憶装置である、請求項１３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、主として不揮発性記憶装置に用いられる、強誘電体キャパシタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】  ＰＺＴ〔Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３〕は、強誘電特性および電気光学的特性を有するペロブスカイト型結晶構造材料であり、大きな自発分極を有する不揮発性メモリ装置や電気光学装置等に用いられる。
これまで強電体薄膜の形成は様々な成膜方法により行われてきた。一般に、薄膜形成技術は物理蒸着（ＰＶＤ）技術および化学処理技術に分けられる。
強誘電体薄膜の形成に用いられるＰＶＤ技術には、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法等がある。化学処理技術としては、化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）と化学気相堆積法（ＣＶＤ法）がある。
ＰＶＤ技術は、主に１０−５Ｐａ以下という低圧力で成膜でき、高純度と高洗浄度が得られ、半導体集積回路技術との互換性が得られるいう利点を有するが、低堆積速度、化学量論組成制御の困難性、堆積後の高温度アニール等の欠点を有する。
ＣＳＤ法は、分子の一様性、高堆積速度、組成の再現性、ドーパント導入の容易さ等の利点を持つが、堆積後の熱処理により膜にクラックが発生することや真空槽を用いないため不純物が混入することがあり、また組成を変更するためには出発原料の変更をしなければならない等の問題もある。
上記の技術のうち、強誘電体薄膜の形成には有機金属気相体積（ＭＯＣＶＤ）法が最も期待されている。ＭＯＣＶＤ法には、優れた膜均一性および組成制御性、高膜密度、高堆積速度、優れた段差被覆性等の利点がある。特に、ＭＯＣＶＤ法により得られる段差被覆性は、他の方法では得られないものである。さらに、膜の組成、例えばＰＺＴ、を同一の原料を用いて各原料の流量で容易に変更することができる。
強誘電体薄膜の形成に関するＭＯＣＶＤ法の報告としては、液体原料をガスでバブリングし、キャリアガスで反応室におくるバブリング法を用いるものが多いが、低成膜速度が問題である（例えば、特開平５−１７２８６号公報参照）。また、ＰＺＴを成膜する際に用いるＰｂ液体原料としてはテトラエチル鉛系の有毒な原料しかなく、問題である。毒性のない原料を用いる観点から、固体有機原料を昇華させて反応室に送る昇華法があるが、この方法は組成、膜厚等の再現性に乏しい（例えば、特開２００２−３１９５８１号公報参照）。
最近、液体有機原料または固体有機材料等を有機溶媒に溶かして原料とし、液体原料を気化器でガス化して反応室に導入し、薄膜を形成する溶液気化有機金属気相堆積法が研究されている。この方法は、再現性が良く、高成膜速度が得られる可能性を持つものと期待されているが、高い結晶性、配向性を持つ強誘電体膜が得られたという報告はほとんど無く、ほとんどが無配向膜か、（１００）配向であり、すべての結晶粒の分極を利用できる（１１１）配向を得たという報告は皆無である。
強誘電体キャパシタでよく行われているようにＰｔを下部電極に用いた場合、スパッタ法やゾル・ゲル法で行こなわれているアモルファス層を堆積した後、急速熱処理を用い、さらにＰｔの（１１１）面の強い自己配向性を利用して強誘電体を配向させる方法ある。しかし、基板を加熱し、薄膜を堆積させながら結晶化を行う、例えば、有機金属堆積法の場合には、例えば、ＰＺＴでは、Ｐｂが顕著に下部電極側へ拡散し、Ｐｔとの合金を形成し、体積膨張を起こして著しくモルフォロジが悪くなるという問題があった。
下部電極にＩｒを用いた場合には、Ｐｔに比べてＰｂとの反応性は低いため反応層ができず、モルフォロジは比較的良い。しかし、Ｐｔに比べて自己配向性が弱く、さらにＰＺＴとの格子不整合がＰｔと比べて大きい。それにより強誘電体が配向し難いという問題があった。
【発明の開示】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解消し、モルフォロジが良く、強誘電体が支配的配向軸を有するように形成された強誘電体キャパシタを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、下部電極層、下部電極層上の強誘電体層および強誘電体層上の上部電極層を含み、下部電極層上に強誘電体が支配的配向軸を有するように形成されており、かつ、下部電極層は多層構造を有し、それらの下部電極の層は強誘電体層に近い層ほど大きい強誘電体の構成元素または構成元素からなる化合物の下部電極への拡散係数を有する、強誘電体キャパシタを提供する。
本発明に係る上記強誘電体キャパシタは、強誘電体層を有機金属気相堆積法により形成し、この強誘電体層の形成に際して、基板を加熱する工程と、強誘電体層の構成元素の少なくとも１種を含む有機金属原料を流すことにより、下部電極上に強誘電体層を形成するとともに、下部電極の強誘電体層に接する第１の層の構成元素と強誘電体層の構成元素とを合金化または化合物化する工程を含む方法により製造することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、Ｐｔ上に成長させたＰＺＴ膜の断面ＳＥＭ像である。
図２は、Ｉｒ上に形成したＰＺＴ膜の断面ＳＥＭ像である。
図３は、図２に示すＩｒ上に形成したＰＺＴ膜のＸ線回折パターンである。
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、実施例１の強誘電体キャパシタの製造工程を示す模式図である。
図５は、実施例１のＰＺＴ膜のＸＲＤパターンである。
図６は、実施例１のＰＺＴ膜における分極量の印加電圧依存性を示すグラフである。
図７（ａ）〜図７（ｆ）は、実施例２の強誘電体キャパシタの製造工程を示す模式図である。
図８は、実施例２の強誘電体膜のＳＥＭ像である。
図９は、実施例３の半導体装置の略示断面図である。
図１０（ａ）〜図１０（ｈ）は、実施例３の半導体装置の製造工程を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明においては、下部電極の強誘電体層に接している第１の層を構成する材料と強誘電体層を構成する材料との格子定数の不整合が小さくなるような構成を採用することによって、強誘電体層が支配的配向軸を有するように形成された強誘電体キャパシタを得ることが可能となる。
好ましい態様においては、本発明に係る強誘電体キャパシタは、強誘電体層側から数えてｉ番目およびｉ＋１番目の下部電極層中の強誘電体の構成元素または構成元素からなる化合物の濃度をそれぞれｎｉおよびｎｉ＋１としたときに、ｎｉ＞ｎｉ＋１であってよい。また、下部電極の強誘電体層に接している第１の層が強誘電体の構成元素を含む合金または化合物により形成されていてもよい。
強誘電体層は、例えば、ＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む。あるいは、強誘電体層は、例えば、ＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含み、さらにＬａ、Ｃａ、ＳｒおよびＮｂからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む。
強誘電体層は、例えば、ＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、結晶配向面が（１１１）である。あるいは、強誘電体層は、例えば、ＰｂおよびＴｉ、またはＰｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、結晶配向面が（００１）である。
下部電極の強誘電体層に接している第１の層の膜厚は、例えば、２０ｎｍ以下であってよい。下部電極の強誘電体層に接している第１の層は、例えば、Ｐｔを構成元素として含むものであり、この第１の下部電極層に接している第２の下部電極層がＩｒを構成元素として含むものである。
また、本発明に係る強誘電体キャパシタの製造方法の好ましい態様においては、強誘電体層はＰｂを含むペロブスカイト型強誘電体からなり、強誘電体層の形成の直前にＰｂを含む有機金属原料とキャリアガス、酸化ガスを流すことにより第１の下部電極層がＰｂを含む化合物により形成され、その後強誘電体層が形成される。あるいは、強誘電体層は、例えば、Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを構成元素として含む強誘電体からなり、Ｐｂ原料としてＰｂ（ＴＨＤ）２が用いられ、Ｚｒ原料としてＺｒ（ＤＭＦＤ）４が用いられ、Ｔｉ原料としてＴｉ（ｉＰｒＯ）２（ＴＨＤ）２が用いられる。
本発明に従い、上記した如き下部電極を用いることによって、この下部電極上に強誘電体薄膜を支配的配向軸を有するように形成させることができる。
一般に薄膜を配向させるときには、自己配向性が強く、薄膜との格子不整合の小さい材料を下地層に用いることがある。また、薄膜を２層構造として１層目に初期層もしくはシード層と呼ばれる結晶核を成長させ、それを核として薄膜を成長させることもある。しかし、後者の場合には、薄膜の量産を考えた場合にプロセスの複雑化や薄膜成長の際のパラメータ制御が困難となり、できる限りプロセスは簡便にすることが望まれる。例えば、ＰＺＴの場合には、格子不整合の小さいＰｔが用いられる場合が多い。
図１にＰｔ上に成長させたＰＺＴ膜の断面ＳＥＭ像を示す。ＰＺＴとＰｔとの界面にＰｔとＰｂの反応層が観測され、ＰｔとＰｂの反応層の体積膨張により、モルフォロジが悪化していることがわかる。図２にはＩｒ上に形成したＰＺＴ膜の断面ＳＥＭ像を示す。ＰＺＴとＩｒとの界面には反応物は見られず、良好な界面が形成されている。しかし、図３に示すように、配向性はランダムな配向となっている。
そこで、Ｉｒ上にＩｒに比べて膜厚の小さいＰｔ層を堆積させ、まずＰｂ原料を供給してＩｒ上にＰｂＰｔ合金を形成する。Ｐｔ上に供給されたＰｂはＰｔへ拡散して反応するが、ＩｒとＰｂの反応はＰｔに比べて低いため、Ｐｔ−Ｉｒ界面でＰｂの拡散が抑えられ、ＰｂはＰｔ層内で基板に対して水平方向に均一に拡散する。これによりＩｒ上に均一なＰｔＰｂ合金が形成される。さらに、Ｐｔの膜厚が小さく、Ｐｂがさらに均一に拡散するため、合金化による体積膨張も均一で、局所的な膨張は起こらない。このＰｔＰｂ合金はＰｔに比べてもさらにＰＺＴとの格子不整合が小さいため、その後のＰＺＴ層はＰｔＰｂの配向性に影響され、著しく配向する。
以下、実施例により本発明をさらに説明する。ただし、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。
【実施例１】  基板として６インチＳｉ（１００）基板を用いた。Ｓｉ基板を熱酸化することにより厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層を形成した（図４（ａ））。その上にスパッタリング法を用いてＩｒ層を１５０ｎｍの厚さで形成した（図４（ｂ））。ＳｉＯ２とＩｒとの間に密着層としてＴｉ層、ＴｉＯ２層を形成してもよい。上記Ｉｒ層上に、スパッタリング法によりＰｔＰｂの合金ターゲットを用いてＰｔＰｂ層を約１０ｎｍの厚さで堆積させた（図４（ｃ））。
次に、ＰＺＴの成膜プロセスを説明する。
ＰＺＴの成膜には有機金属気相堆積法を用いた。有機金属材料としては、Ｐｂ（ＴＨＤ）２〔鉛ビス（テトラメチルヘプタンジオン）〕、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（ｉＰｒＯ）２（ＴＨＤ）２〔チタン（ジイソプロポキシ）ビス（テトラメチルヘプタンジオン）〕を用いた。これらの材料をＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶媒に０．３モル／Ｌの濃度で溶かした液体を出発原料とした。この液体原料を、液体マスフローコントローラにより流量を制御して、２６０℃に保持した気化器に導入してガス化した。このとき、キャリアガス（Ｎ２）を、３００ｓｃｃｍの流量で、同時に気化器に導入した。ガス化された有機金属原料およびキャリアガスを反応室上部にあるガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通してＣＶＤ反応室へ導入した。
ウエハとして、上記で得られたＰｂＰｔ／Ｉｒ／ＳｉＯ２／Ｓｉを用いた。ウエハを加熱用ヒータ上部のサセプタに乗せ、基板温度が５８０℃で均一になるように２４０秒間加熱する。反応室の圧力を全圧で６７０Ｐａとなるように調整した。酸素ガスの流量を２５００ｓｃｃｍとした。ウエハの加熱中は気化器で気化した原料ガスを排気ラインに流し、ＣＶＤ反応室へは送らなかった。
ウエハ加熱後、原料ガスをガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通して反応室へ導入する。各原料を、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、さらにＴＨＦ溶媒のみをＴＨＦ／（Ｐｂ＋Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で１．３３の割合で流し、気化器に導入した。基板加熱工程後、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開け、混合室にキャリアガスとともに導入する。一方、酸素ガスも混合室に導入し、原料ガスと混合した。ガス混合室で混合されたガスは、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、基板上に１２０ｎｍの膜厚となるまで成膜した（図４（ｄ））。
次いで、ＰＺＴ膜上にＰｔ、ＩｒやＩｒＯｘなどの上部電極を形成する（図４（ｅ））。
以上の方法により形成されたＰＺＴ膜は、図５に示すように強く（１１１）配向している。（１１１）配向率は９０％以上である。参考としてＩｒ上に直接ＰＺＴを成膜した場合のＸ線回折パターンも示す。また、図６に示すように印加電圧１．８Ｖで６０μＣ／ｃｍ２以上の分極量を持つ。
【実施例２】  基板として６インチＳｉ（１００）基板を用いた。Ｓｉ基板を熱酸化することにより厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層を形成した（図７（ａ））。その上にスパッタリング法を用いてＩｒ層を１５０ｎｍの厚さで形成した（図７（ｂ））。ＳｉＯ２とＩｒとの間に密着層としてＴｉ層、ＴｉＯ２層を形成してもよい。上記Ｉｒ層上に、スパッタリング法によりＰｔ層を約１０ｎｍの厚さで堆積させた（図７（ｃ））。
次に、ＰＺＴの成膜プロセスを説明する。
ＰＺＴの成膜には有機金属気相堆積法を用いた。有機金属材料としては、Ｐｂ（ＤＰＭ）２〔鉛ビス（ジピバロイルメタナート）〕、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（ｉＰｒＯ）２（ＤＭＰ）２〔チタン（ジイソプロポキシ）ビス（ジピバロイルメタナート）〕を用いた。これらの材料をＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶媒に０．３モル／Ｌの濃度で溶かした液体を出発原料とした。この液体原料を、液体マスフローコントローラにより流量を制御して、２６０℃に保持した気化器に導入してガス化した。このとき、キャリアガス（Ｎ２）を、３００ｓｃｃｍの流量で、同時に気化器に導入した。ガス化された有機金属原料およびキャリアガスを反応室上部にあるガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通してＣＶＤ反応室へ導入した。
ウエハとして、上記で得られたＰｔ／Ｉｒ／ＳｉＯ２／Ｓｉを用いた。ウエハを加熱用ヒータ上部のサセプタに乗せ、基板温度が５８０℃で均一になるように２４０秒間加熱する。反応室の圧力を全圧で６７０Ｐａとなるように調整した。酸素ガスの流量を２５００ｓｃｃｍとした。ウエハの加熱中は気化器で気化した原料ガスを排気ラインに流し、ＣＶＤ反応室へは送らなかった。
ウエハ加熱後、最初にＰｂ（ＤＰＭ）２／ＴＨＦ原料のみを０．２〜０．５ｍｌ／分の流量で１０〜３０秒間ウエハ上に供給する。これによりＰｔ層とＰｂが反応し、ＰｔＰｂ層が形成される（図７（ｄ））。その後、Ｚｒ、Ｔｉ原料を供給し、気化したＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ原料ガスをガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通して反応室へ導入する。各原料を、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、さらにＴＨＦ溶媒のみをＴＨＦ／（Ｐｂ＋Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で１．３３の割合で流し、気化器に導入した。基板加熱工程後、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開け、混合室にキャリアガスとともに導入する。一方、酸素ガスも混合室に導入し、原料ガスと混合した。ガス混合室で混合されたガスは、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、基板上に１２０ｎｍの膜厚となるまで成膜した（図７（ｅ））。
スパッタリング法により上部電極としてＩｒＯｘを約１００ｎｍの厚さで形成し、キャパシタを形成した（図７（ｆ））。
以上の方法により形成されたＰＺＴ膜は、実施例１の場合と同様に９０％以上の（１１１）配向を示す。このＰＺＴ膜の断面ＳＥＭ像を図８に示す。この構造ではＰｔ層が薄いため、膜厚が厚いＰｔ上に形成されたようなＰＺＴ／Ｐｔ界面でのＰｔとＰｂの反応による体積膨張（図１参照）は見られず、良好な界面状態が得られる。
【実施例３】  ここでは、実際の半導体回路基板上に強誘電体キャパシタを形成するプロセスを説明する。
図９はこの実施例による半導体装置の構造を示す略示断面図、図１０は半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、半導体装置の構造について図９を用いて説明する。
シリコン基板上には、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とゲート電極の両側のシリコン基板に形成されたソース／ドレイン拡散層とを有するメモリセルトランジスタが形成されている。メモリセルトランジスタが形成されたシリコン基板上には、層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜には、ソース／ドレイン拡散層に電気的に接続されたプラブが埋め込まれている。層間絶縁膜上にはプラグを介してソース／ドレイン拡散層に電気的に接続されたビット線が形成されている。ビット線が形成された層間絶縁膜上には、さらに層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜にはソース／ドレイン拡散層に電気的に接続されたプラグが埋め込まれている。
プラブが埋め込まれた層間絶縁膜上にはバリアメタルおよび下部電極が形成されている。下部電極としてＩｒを用いた場合には、Ｉｒ、次いでＰｔＰｂ層またはＰｔ層が形成されている。下部電極上にはＰＺＴ膜よりなるキャパシタ誘電体膜が形成されている。誘電体膜上には、ＰｔやＩｒ、またはＩｒＯｘからなる上部電極が形成されている。これにより下部電極、キャパシタ誘電体膜および上部電極からなる強誘電体キャパシタが構成されている。
次に、半導体装置の製造方法について図１０を用いて説明する。
まず、シリコン基板に、例えば、シャロートレンチ法により、素子分離膜を形成する。次いで、素子分離膜により画定された素子領域上に、通常のＭＯＳトランジスタの形成方法と同様にして、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とゲート電極の両側のシリコン基板に形成されたソース／ドレイン拡散層とを有するメモリセルトランジスタを形成する（図１０（ａ））。
次いで、メモリセルトランジスタが形成されたシリコン基板上に、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積させ、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成する。
次いで、例えば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法により層間絶縁膜の表面を研磨し、層間絶縁膜の表面を平坦化する。
次いで、リソグラフィー技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜にソース／ドレイン拡散層に達するコンタクトホールを形成する（図１０（ｂ））。
次いで、例えば、スパッタリング法によりタングステン（Ｗ）膜を堆積させた後、層間絶縁膜の表面が露出するまでＣＭＰ法により研磨する。こうして、コンタクトホール内に埋め込まれた、ソース／ドレイン拡散層に電気的に接続されたプラグを形成する。
次いで、例えば、スパッタリング法によりＷ膜を堆積させた後、リソグラフィー技術およびエッチング技術によりＷ膜をパターニングし、Ｗ膜からなり、プラグを介してソース／ドレイン拡散層に接続されたビット線を形成する（図１０（ｃ））。
次いで、ビット線が形成された層間絶縁膜上に、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積させ、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜を形成する。
次いで、リソグラフィー技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜にソース／ドレイン拡散層に達するコンタクトホールを形成する（図１０（ｄ））。
次いで、例えば、スパッタリング法によりＷ膜を堆積しさせた後、層間絶縁膜の表面が露出するまでＣＭＰ法により研磨する。こうして、コンタクトホール内に埋め込まれた、ソース／ドレイン拡散層に電気的に接続されたプラブを形成する。
次いで、バリアメタルおよび下部電極であるＩｒを１５０ｎｍの厚さで形成する（図１０（ｅ））。
次に、ＰＺＴの成膜プロセスを説明する。
有機金属材料としては、Ｐｂ（ＤＰＭ）２〔鉛ビス（ジピバロイルメタナート）〕、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（ｉＰｒＯ）２（ＤＰＭ）２〔チタン（ジイソプロポキシ）ビス（ジピバロイルメタナート）〕を用いた。これらの材料をＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶媒に０．３モル／Ｌの濃度で溶かした液体を出発原料とした。この液体原料を、液体マスフローコントローラにより流量を制御して、２６０℃に保持した気化器に導入してガス化した。このとき、キャリアガス（Ｎ２）を、３００ｓｃｃｍの流量で、同時に気化器に導入した。ガス化された有機金属原料およびキャリアガスを反応室上部にあるガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通してＣＶＤ反応室へ導入した。
ウエハとして、上記で得られたＰｔ／Ｉｒ／ＳｉＯ２／Ｓｉを用いた。ウエハを加熱用ヒータ上部のサセプタに乗せ、基板温度が５８０℃で均一になるように２４０秒間加熱する。反応室の圧力を全圧で６７０Ｐａとなるように調整した。酸素ガスの流量を２５００ｓｃｃｍとした。ウエハの加熱中は気化器で気化した原料ガスを排気ラインに流し、ＣＶＤ反応室へは送らなかった。
下部電極としてＰｔ層を用いた場合には、ウエハ加熱後、最初にＰｂ（ＤＰＭ）２／ＴＨＦ原料を０．２〜０．５ｍｌ／分の流量で１０〜３０秒間ウエハ上に供給する。これによりＰｔ層とＰｂが反応してＰｔＰｂ層が形成される。その後、ＰＺＴを成膜する。下部電極としてＰｔＰｂを用いた場合にはこのプロセスは行わない。
Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉの原料ガスをガス混合室で酸素ガスと混合し、シャワーヘッドを通して反応室へ導入する。各原料を、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、さらにＴＨＦ溶媒のみをＴＨＦ／（Ｐｂ＋Ｚｒ＋Ｔｉ）流量比で１．３３の割合で流し、気化器に導入した。基板加熱工程後、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開け、混合室にキャリアガスとともに導入する。一方、酸素ガスも混合室に導入し、原料ガスと混合した。ガス混合室で混合されたガスは、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、基板上に１２０ｎｍの膜厚となるまで成膜した（図１０（ｆ））。
次いで、ＰＺＴ膜上にＰｔ、ＩｒまたはＩｒＯｘを堆積させ、上部電極を形成する（図１０（ｇ））。
次いで、リソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングおよびエッチングを行い、下部電極、誘電体および上部電極を分離して、強誘電体キャパシタを形成する（図１０（ｈ））。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、モルフォロジが良く、強誘電体が支配的配向軸を有するように形成された強誘電体キャパシタを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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