(57)【要約】【課題】薄膜キャパシタのリーク電流を低減し、寿命を改善する。【解決手段】薄膜キャパシタは、下部電極（１２）と、上部電極（１４）と、前記下部電極と上部電極の間に挟持される誘電体膜（１３）とを有し、前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、前記上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低く設定されているＢａ-Ｉ低濃度領域（１３ａ）を有し、Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２である。【選択図】図１
2007273892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、上部電極と、前記下部電極と上部電極の間に挟持される誘電体膜とを有する薄膜キャパシタにおいて、
前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、
前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、
前記上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低く設定されているＢａ-Ｉ低濃度領域を有し、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２である
ことを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項２】
前記Ｂａ-Ｉ低濃度領域は、前記界面から５ｎｍまでの領域、より好ましくは、界面から２．５ｎｍまでの領域であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項３】
前記薄膜キャパシタは基板上に配置される薄膜キャパシタであり、
前記基板と前記薄膜キャパシタとの間に挿入される密着層
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項４】
半導体基板上に配置されるトランジスタと、
前記トランジスタに電気的に接続される薄膜キャパシタと
を備え、前記薄膜キャパシタは一対の電極に挟持される誘電体膜を有し、
前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、
前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、
前記一対の電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］は、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも小さく、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記界面近傍領域は、前記一方の電極との界面から膜厚方向に５ｎｍまでの領域、より好ましくは２．５ｎｍまでの領域であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記トランジスタと前記薄膜キャパシタを電気的に接続するコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグと、前記薄膜キャパシタとの間に挿入される密着層と
をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
下部電極上に、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）が所定の組成で含まれる誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に上部電極を形成する際に、成膜条件を制御して、前記誘電体膜の表面領域のペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低い低Ｂａ-Ｉ領域を形成する
工程を含むことを特徴とする薄膜キャパシタの作製方法。
【請求項８】
前記低Ｂａ-Ｉ領域の形成は、Ｂａ-Ｉの濃度比ＲをＲ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２となるように制御する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の薄膜キャパシタの作製方法。
【請求項９】
前記上部電極の形成後に、酸素雰囲気中で１００℃〜９００℃でアニールする工程
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の薄膜キャパシタの作製方法。
【請求項１０】
半導体基板上に、トランジスタと、当該トランジスタと電気的に接続される薄膜キャパシタを形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記薄膜キャパシタの一対の電極に挟時される誘電体膜を形成する際に、前記誘電体膜の一方の電極との界面近傍で、前記誘電体に含まれるペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも小さく設定される低Ｂａ-Ｉ領域を形成する
ことを特徴とする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、薄膜集積デバイスおよびこれを有する半導体装置に関し、特に、リーク電流を低減する誘電体膜構成を有する薄膜キャパシタと、これを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳＴ：（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3）などの、一般式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト構造の誘電体材料は、高い誘電率を有し、マイクロ波／高周波デバイスや、デカップリングキャパシタ、ＤＲＡＭ等への適用が期待されている。このような材料の微細デバイスへの適用に関し、種々の研究がなされているが、微細デバイスでは、高い容量密度、低リーク電流特性、低い誘電損失、長寿命が要求される。
【０００３】
ＢＳＴのような酸化物高誘電体材料を用いた薄膜集積デバイスにおいて、より高い誘電率を有し、表面が滑らかで膜の物理的、電気的な特性を向上させた誘電体膜を実現する方法が提案されている。一例として、基板上に、バリウム（Ｂａ）とストロンチウム（Ｓｒ）の比率Ｘが第１の組成値（ＢａxＳｒ1-x）を有するＢＳＴ膜を形成し、その上に、第１の組成と異なる第２の組成のＢＳＴ膜（ｘ＝０．５とするＢａ0.5Ｓｒ0.5）を形成する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この文献では、第１の組成のＢＳＴ膜は、表面粗さを改善するための層であり、第２の組成のＢＳＴ膜は、ＢａとＳｒの比率が高誘電率を達成する比率に設定されたものである。
【特許文献１】特許第２９２９４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような微細デバイスへの適用に鑑み、本発明は、リーク電流を低減し、デバイスの寿命を改善した新規の薄膜キャパシタ構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を実現するために、本発明では、一対の電極の間に挟持される誘電体膜を、少なくともバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含む材料で構成し、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成を膜厚方向に均一とするとともに、Ｂａイオンについては、前記一対の電極の少なくとも一方の電極との界面傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低くなるように設定し、より具体的には、Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２となるように設定する。
【０００６】
具体的には、第１の側面では、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と上部電極の間に挟持される誘電体膜とを有する薄膜キャパシタを提供する。この薄膜キャパシタにおいて、
前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、
前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、
前記上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低く設定されているＢａ-Ｉ低濃度領域を有し、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２の範囲に設定されている。
【０００７】
本発明の第２の側面では、薄膜キャパシタの作製方法を提供する。この方法は、
（ａ）下部電極上に、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）が所定の組成で含まれる誘電体膜を形成し、
（ｂ）前記誘電体膜上に上部電極を形成する際に、成膜条件を制御して、前記誘電体膜の表面領域のペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低い低Ｂａ-Ｉ領域を形成する
工程を含む。
【０００８】
好ましくは、前記低Ｂａ-Ｉ領域の形成は、Ｂａ-Ｉの濃度比ＲをＲ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２となるように制御する工程を含む。
【０００９】
別の好ましい例では、上部電極形成後にアニール処理を行うことによって、Ｒ値を調整し、より効果的にリーク電流を低減する。
【発明の効果】
【００１０】
薄膜キャパシタのリーク電流を低減し、デバイスの寿命を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、実施形態の薄膜集積デバイスの一例としての薄膜キャパシタ１０の概略構成図である。薄膜キャパシタ１０は、下部電極１２と、上部電極１４と、これらの電極の間に挟持される誘電体膜１３を有する。誘電体膜１３は、少なくともバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ），チタン（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含む。
【００１２】
誘電体膜１３は、少なくとも一方の電極（図１の例では上部電極１４）との界面近傍に位置する低Ｂａ-Ｉ領域１３ａと、一定の組成を有するバルク領域１３ｂとを含む。低Ｂａ-Ｉ領域１３ａでは、ペロブスカイト相のＢａイオン（「Ｂａ-Ｉ」と称する）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のＢａイオン（「Ｂａ-ＩＩ」と称する）の平均濃度［atom％］に比べ、相対的に低くなっている。ここで、Ｂａ-Ｉの濃度比Ｒを、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］とすると、０．１<Ｒ<０．２の範囲に設定されている。図１の例では、Ｒ＝０．１４である。
【００１３】
低Ｂａ-Ｉ領域１３ａは、たとえば上部電極１４との界面から５ｎｍの領域、より好ましくは２．５ｎｍの領域である。Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は、この低Ｂａ-Ｉ領域１３ａにおいても、バルク領域１３ｂと同じく一定である。図１の例では、（Ｂａ0.7Ｓｒ0.3）ＴｉＯ3となっている。
【００１４】
図２は、図１のように界面近傍に低Ｂａ-Ｉ領域１３ａを有する試料のイオン濃度の測定に用いる角度分析ＸＰＳ（ＡＲＸＰＳ：Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy）を説明するための図である。
【００１５】
真空でＸ線を試料表面に照射すると、試料表面から５〜６ｎｍの深さの範囲で、光電子（２次電子）が放出される。光電子の放出角、すなわち検出角を変化させ、試料を構成する元素の内殻から放出される光電子のエネルギーと数量（強度）を測定することによって、試料表面領域のどの深さ位置に、どんな元素がどのような相で存在するのかを分析することができる。
【００１６】
図２の例では、放出角３０°と９０°で放出される光電子を測定することにより、界面から２．５ｎｍの深さおよび５．０ｎｍの深さでの、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、および酸素（Ｏ）のイオン濃度を測定している。このうち、Ｂａ，Ｓｒ，Ｔｉはカチオン、Ｏはアニオンである。
【００１７】
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、図２の試料のＡＲＸＰＳの測定結果を示すグラフである。図中、実線が放出角３０°における（浅い位置での）ＸＰＳスペクトル、点線が放出角９０°における（深い位置での）ＸＰＳスペクトルである。図３（ａ）は、Ｂａの３ｄ軌道からの光電子の測定結果、図３（ｂ）は、Ｓｒの３ｄ軌道からの光電子の測定結果、図３（ｃ）はＯの１ｓ軌道からの光電子の測定結果、図３（ｄ）はＴｉの２ｐ軌道からの光電子の測定結果である。
【００１８】
図３（ａ）のＢａの３ｄスペクトルのうち、右側のピークがスピン５／２のピーク、左側のピークがスピン３／２のピークである。Ｂａの各ピークは、図４に示すように、２つの異なる相のバリウム、すなわち、ペロブスカイト相のＢａ-Ｉと、非ペロブスカイト相のＢａ-ＩＩの合成スペクトルである。
【００１９】
図４は、誘電体膜１３としてＢＳＴを用いたときに、表面から２．５ｎｍまでの界面領域において、ペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）と、非ペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-ＩＩ）の相対濃度を、プラチナ（Ｐｔ）膜の形成によって制御できることを説明するためのグラフである。
【００２０】
図４（ａ）は、ＢＳＴ膜の放出角３０°におけるＡＲＸＰＳデータである。バリウムイオンの３ｄスペクトルには、一点鎖線で表すペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）のスペクトルと、実線で表す非ペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-ＩＩ）のスペクトルとが含まれる。結合エネルギーの低い側が、Ｂａ-Ｉのスペクトルである。スピン５／２の場合、ペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）の結合エネルギーは７７８ｅＶ、非ペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-ＩＩ）の結合エネルギーは７７９．４ｅＶである。この状態でのＢａ-Ｉ濃度は、Ｂａ-ＩＩ濃度の約２倍となっている。
【００２１】
図４（ｂ）のように、ＢＳＴ膜上にプラチナ（Ｐｔ）膜を、成膜条件を制御しながら形成することによって、Ｂａ-Ｉ濃度がＢａ-ＩＩ濃度よりも低くなるように、その相対比を変えることができる。たとえば、ＢＳＴ膜上にＰｔ膜を形成する際に、ＢＳＴ膜の表面に欠陥を導入するように（すなわち、Ｂａ-ＩＩを相対的に増やすように）、成膜電力や圧力を調整することによって、表面領域でＢａ-ＩＩに対するＢａ-Ｉの相対濃度を図４（ｂ）のように低減することができる。
【００２２】
また、Ｐｔ膜の成膜に先立って、ＢＳＴ表面を酸洗浄することによって、まずＢａ-ＩＩを取り除いて実質的にＢａ-Ｉのみの層とし、その後、Ｐｔ成膜と同時に、ＢＳＴ膜の表面領域でＢａ-ＩのＢａ-ＩＩに対する相対濃度を低減することによっても、所望の比率に制御できる。
【００２３】
図５は、Ｐｔ／ＢＳＴサンプルのＡＲＸＰＳデータと物理的な膜構成を示す図である。図５（ａ）は、ＢＳＴ膜上にＰｔ膜を形成することによって、Ｂａ-Ｉ濃度をＢａ-ＩＩ濃度よりも低くなるように制御した状態を示すスペクトル、図５（ｂ）は、放出角３０°（深さ約２．５ｎｍ）と放出角９０°（深さ約５ｎｍ）での３ｄ軌跡のＢａ-Ｉのカウントと、Ｂａ-ＩＩのカウント、およびその相対濃度比Ｒを示す表である。図５（ｃ）では、ＢＳＴ膜１３のうち、Ｐｔ膜１４との界面近傍の低Ｂａ-Ｉ領域１３ａでは、Ｒ値が０．１４となるように、ペロブスカイト相のＢａイオンの濃度が低減されている。これに対し、残りの原子Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏは、界面に至るまで、ほぼ一定の組成で構成される。この構成により、界面領域でのリーク電流を低減することができる。
【００２４】
上述したペロブスカイト相のＢａ-Ｉの相対濃度は、アニール処理を行うことによっても制御することができる。たとえば図６（ａ）に示すように、ＢＳＴ膜１３上にＰｔ膜を形成する際の成膜制御により、ＢＳＴ膜１３の表面領域に、Ｒ＝０．１２となるように、低Ｂａ-Ｉ領域１３ａを形成する。その後、酸素雰囲気下で１００°〜９００°で一定時間アニールすることによって、Ｒ値を０．１４に変えることができる。
【００２５】
図７Ａ〜図７Ｄは、上述した構成の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。まず、図７Ａに示すように、半導体基板４０のウェル領域４２に、公知の方法でＭＯＳトランジスタ２０を作製する。ウェル領域４２は、ＳＴＩなどの素子分離４１により隣接領域と分離されている。ＭＯＳトランジスタ２０を保護するカバー絶縁膜（たとえばＳｉＯＮ膜）２１を形成し、第１の層間絶縁膜２２を堆積し、ＭＯＳトランジスタ２０の不純物拡散領域２０ａに到達するコンタクトプラグ３０を形成する。コンタクトプラグ３０の形成は、たとえば、層間絶縁膜２２に開口したコンタクトホール（不図示）内に、ＴｉＮ／Ｔｉグルー層３０ａをスパッタリングし、タングステン（Ｗ）層３０ｂをＣＶＤにより堆積した後に、ＣＭＰで平坦化する。
【００２６】
次に、図７Ｂに示すように、全面にＴｉＯ2密着層３１を形成する。密着層３１は、ＲＦマグネトロンスパッタリング等、任意の方法で形成できる。ＴｉＯ2密着層３１の上に、膜厚１００ｎｍの下部電極膜５２と膜厚１００ｎｎのＢＳＴ誘電体膜５３を、それぞれＲＦマグネトロンスパッタリングで形成する。この例では、ＢＳＴ膜５３の組成は（Ｂａ0.7Ｓｒ0.3）ＴｉＯ3である。アズ・デポ（As-Deposition）の状態では、ＢＳＴ膜５３の表面は、Ｂａ-ＩとＢａ-ＩＩが混在している。これを酸洗浄により、表面を清浄化してＢａ-ＩＩを除去し、Ｂａ-Ｉのみを残す。
【００２７】
次に、図７Ｃに示すように、洗浄したＢＳＴ膜５３上に、膜厚１００ｎｍのＰｔ膜５４をスパッタリングまたは電子線蒸着により形成する。成膜電力や圧力を制御することによって、ＢＳＴ膜５３の表面領域のペロブスカイト相バリウム（Ｂａ-Ｉ）を低減し、所望のＲ値すなわち（Ｂａ-Ｉ）／［（Ｂａ-Ｉ）＋（Ｂａ-ＩＩ）］比を有する低Ｂａ-Ｉ領域５３ａを、界面近傍に形成する。この例では、Ｒ＝０．１２に設定している。なお、低Ｂａ-Ｉ領域５３ａを形成するための成膜条件は、Ｐｔ膜の一部を形成する間だけ制御してもよいし、全体にわたって制御してもよい。
【００２８】
次に、図７Ｄに示すように、パターニングおよびエッチング技術を用いて、上部電極１４、ＢＳＴ誘電体膜５３、下部電極１２から成る薄膜キャパシタ１０を、密着膜３１上に形成する。上述のように、薄膜キャパシタのＢＳＴ誘電体膜５３は、上部電極１４との界面近傍に位置する低Ｂａ-Ｉ領域５３ａと一定の組成のバルク領域５３ｂとを含む。
【００２９】
次に、図７Ｅに示すように、アルミナ保護膜１００を堆積した後に、４００℃でＯ２のファーネスアニールを１５分間行う。このアニールプロセスにより、界面近傍のＢＳＴ膜がさらに改質され、Ｒ値がＲ＝０．１４に制御された低Ｂａ-Ｉ領域６３ａを有する誘電体膜６３が得られる。
【００３０】
なお、以降の工程について図示はしないが、前面を覆う層間絶縁膜を成膜した後、下層のコンタクトプラグ３０に到達するコンタクトホール（不図示）を形成し、次いで、薄膜キャパシタ１０の上部電極１４と接続するコンタクトホール（不図示）を形成し、さらに、１層以上のメタル配線を形成して、薄膜キャパシタ１０を有する半導体装置１が完成する。
【００３１】
このような半導体装置において、いずれかの電極との界面近傍にペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）濃度を相対的に低減した低Ｂａ-Ｉ領域を設けることで、リーク電流を低減することができる。
【００３２】
図８は、実施形態に係る薄膜キャパシタのリーク低減効果を示すグラフである。横軸は印加電圧、縦軸はリーク電流密度である。表面領域でペロブスカイト相のＢａを低減する前の状態（Ｒ＝０．９）に比較して、Ｒ＝０．１４までＢａ-Ｉの相対濃度を低減した場合に、リーク電流密度が２桁程度低減できることがわかる。
【００３３】
リーク電流の低減にともない、薄膜キャパシタの寿命も改善される。
以上、特定の実施例に従って本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変更、変形が可能である。実施例では、上部Ｐｔ電極の成膜プロセスを制御して、ＢＳＴ誘電体膜の界面領域で、ペロブスカイト相のＢａイオンの相対濃度を低減したが、下部電極との界面領域に低Ｂａ-Ｉ領域を設けてもよい。
【００３４】
半導体基板４０は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅの他、ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板を用いてもよい。密着層３１は、ＴｉＯ2の他、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、ＴｉＴｉＯx、ＩｒＯx、ＰｔＯx、ＺｒＯx、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮなど、適切な貴金属、貴金属合金、貴金属／非貴金属合金、導電性貴金属酸化物、導電性金属窒化物等を用いることができる。
【００３５】
下部電極は、Ｐｔの他、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の適切な遷移金属、貴金属、貴金属合金、貴金属／非貴金属合金を用いることができる。また、ＰｔＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx等の導電性金属酸化物を用いることができる。
【００３６】
上部電極は、Ｐｔの他、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の適切な遷移金属、貴金属、貴金属合金、貴金属／非貴金属合金を用いることができる。また、ＰｔＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＳｒＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3等の導電性金属酸化物を用いることができる。
【００３７】
実施例では、薄膜キャパシタをＤＲＡＭ等の半導体メモリ装置に適用する例をとって説明したが、デカップリングキャパシタ回路装置や、チューナブルフィルタ回路装置にも適用できることは言うまでもない。
【００３８】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。  
（付記１）  下部電極と、上部電極と、前記下部電極と上部電極の間に挟持される誘電体膜とを有する薄膜キャパシタにおいて、
前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、
前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、
前記上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも小さく設定されているＢａ-Ｉ低濃度領域を有し、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２である
ことを特徴とする薄膜キャパシタ。
（付記２）  前記Ｂａ-Ｉ低濃度領域は、前記界面から５ｎｍまでの領域、より好ましくは、前記界面から２．５ｎｍまでの領域であることを特徴とする付記１に記載の薄膜キャパシタ。
（付記３）  前記薄膜キャパシタは基板上に配置される薄膜キャパシタであり、
前記基板と前記薄膜キャパシタとの間に挿入される密着層
をさらに含むことを特徴とする付記１または２に記載の薄膜キャパシタ。
（付記４）  半導体基板上に配置されるトランジスタと、
前記トランジスタに電気的に接続される薄膜キャパシタと
を備え、前記薄膜キャパシタは一対の電極に挟持される誘電体膜を有し、
前記誘電体膜は、少なくとも、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタニウム（Ｔｉ）のカチオンと、酸素（Ｏ）のアニオンを含み、
前記イオンのうち、Ｓｒ，Ｔｉ，Ｏの組成は膜厚方向に均一であり、
前記一対の電極の少なくとも一方の電極との界面近傍領域において、ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］は、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも小さく、
Ｒ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２である
ことを特徴とする半導体装置。
（付記５）  前記界面近傍領域は、前記一方の電極との界面から膜厚方向に５ｎｍまでの領域、より好ましくは２．５ｎｍまでの領域であることを特徴とする付記４に記載の半導体装置。
（付記６）  前記トランジスタと前記薄膜キャパシタを電気的に接続するコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグと、前記薄膜キャパシタとの間に挿入される密着層と
をさらに備えることを特徴とする付記４または５に記載の半導体装置。
（付記７）  下部電極上に、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）が所定の組成で含まれる誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に上部電極を形成する際に、成膜条件を制御して、前記誘電体膜の表面領域のペロブスカイト相のバリウム（Ｂａ-Ｉ）の相対濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも低い低Ｂａ-Ｉ領域を形成する
工程を含むことを特徴とする薄膜キャパシタの作製方法。
（付記８）  前記低Ｂａ-Ｉ領域の形成は、Ｂａ-Ｉの濃度比ＲをＲ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２となるように制御する工程を含むことを特徴とする付記７に記載の薄膜キャパシタの作製方法。
（付記９）  前記低Ｂａ-Ｉ領域は、前記上部電極との界面から５．０ｎｍまでの領域、より好ましくは２．５ｎｍまでの領域であることを特徴とする付記７に記載の薄膜キャパシタの作製方法。
（付記１０）  前記上部電極形成後に、酸素雰囲気中で１００℃〜９００℃の温度範囲でアニールする工程をさらに含むことを特徴とする付記７または８に記載の薄膜キャパシタの作製方法。
（付記１１）  半導体基板上に、トランジスタと、当該トランジスタと電気的に接続される薄膜キャパシタを形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記薄膜キャパシタの一対の電極に挟時される誘電体膜を形成する際に、前記誘電体膜の一方の電極との界面近傍で、前記誘電体に含まれるペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-Ｉ）の平均濃度［atom％］が、非ペロブスカイト相のバリウムイオン（Ｂａ-ＩＩ）の平均濃度［atom％］よりも小さく設定される低Ｂａ-Ｉ領域を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２）  前記低Ｂａ-Ｉ領域の形成は、Ｂａ-Ｉの濃度比ＲをＲ＝（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］）／（Ｂａ-Ｉ濃度［atom％］＋Ｂａ-ＩＩ濃度［atom％］）とすると、０．１<Ｒ<０．２となるように制御する工程を含むことを特徴とする付記１１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）  前記薄膜キャパシタを、酸素雰囲気中で１００℃〜９００℃でアニールする工程をさらに含むことを特徴とする付記１１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）  前記トランジスタと前記薄膜キャパシタとを電気的に接続する接続プラグを形成し、
前記接続プラグと前記薄膜キャパシタとの間に挿入される密着層と
を形成する工程をさらに含むことを特徴とする付記１１〜１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜キャパシタの概略構成図である。
【図２】実施形態のＢＳＴ誘電体膜の低Ｂａ領域において、深さ方向の濃度分布を測定する角度分析ＸＰＳを説明するための図である。
【図３】実施形態に係るＢＳＴ誘電体膜の試料のＡＲＸＰＳ測定結果を示すグラフである。
【図４】Ｐｔ膜の形成による、ＢＳＴ誘電体膜の界面領域のＲ値制御を説明するための図である。
【図５】Ｐｔ／ＢＳＴサンプルのＢａ-Ｉ濃度とＢａ-ＩＩ濃度の相対比と、物理的な膜構成を示す図である。
【図６】アニール処理によるＲ値の制御を説明するための図である。
【図７Ａ】図１の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。
【図７Ｂ】図１の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。
【図７Ｃ】図１の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。
【図７Ｄ】図１の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。
【図７Ｅ】図１の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製造工程図である。
【図８】Ｂａ-Ｉの相対濃度比を制御することによるリーク電流低減効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体装置
１０  薄膜キャパシタ
１２  下部電極
１３、５３  誘電体膜（ＢＳＴ膜）
１３ａ、５３ａ、６３ａ  低Ｂａ-Ｉ領域
１３ｂ、５３ｂ  バルク領域
１４  上部電極
２０  ＭＯＳトランジスタ
３０  コンタクトプラグ
５２，５４  Ｐｔ膜
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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