(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に順次形成された、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子と、
前記容量素子を覆うように形成されたオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜と、
前記保護膜の上に形成された配線層と、
前記配線層を覆うように形成された層間絶縁膜とを備え、
前記オゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成され、膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜と、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成され、膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜とからなり、
前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜は、５×１０３Ｎ／ｃｍ２〜３．５×１０４Ｎ／ｃｍ２のテンサイルストレスを有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜と前記配線層との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜の厚さは、０．３ｎｍ以上で且つ０．６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記容量素子と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記シリコン含有絶縁膜は、１．６５以下の屈折率を持つシリコン酸窒化膜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】
前記容量素子と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜との間に疎水性のプライマ層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記容量素子と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜との間に、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜の表面には、シリコン窒化層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板上に、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子を形成する工程と、
前記容量素子を覆うようにオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の上に配線層を形成する工程と、
前記配線層を覆うように層間絶縁膜を形成する工程とを備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記容量素子を覆うように、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程と、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜の上に、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により上層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程とを含み、
前記第１のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾン濃度は２５ｇ／ｍ３以下であると共に、前記第２のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾン濃度は１３０ｇ／ｍ３以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板上に、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子を形成する工程と、
前記容量素子を覆うようにオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の上に配線層を形成する工程と、
前記配線層を覆うように層間絶縁膜を形成する工程とを備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記容量素子を覆うように、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程と、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜の上に、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により上層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程とを含み、
前記第１のオゾンＴＥＯＳ法は、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値が３以下の条件で行なわれると共に、前記第２のオゾンＴＥＯＳ法は、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値が１５以上の条件で行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子を形成する工程と、
前記容量素子を覆うようにオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の上に配線層を形成する工程と、
前記配線層を覆うように層間絶縁膜を形成する工程とを備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記容量素子を覆うように、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程と、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜の上に、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により上層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程とを含み、
前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜は、５×１０３Ｎ／ｃｍ２〜３．５×１０４Ｎ／ｃｍ２のテンサイルストレスを有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記容量素子を形成する工程と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程との間に、プラズマＣＶＤにより前記容量素子を覆うようにシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を前記シリコン含有絶縁膜の上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、前記シリコン含有絶縁膜の表面に対してプラズマ処理を行なう工程を含み、
前記プラズマ処理は、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｃｌ２ガス及びＣ２Ｆ６ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、前記シリコン含有絶縁膜に対してプラズマ処理を行なって、前記シリコン含有絶縁膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成された前記シリコン含有絶縁膜を大気に曝すことなく行なわれることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記容量素子を形成する工程と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程との間に、前記容量素子を覆うように疎水性のプライマ層を形成する工程を備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を前記プライマ層の上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記プライマ層を形成する工程は、ヘキサメチルジシラザンを用いて行なうことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記容量素子を形成する工程と前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程との間に、前記容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜を形成する工程を備え、
前記保護膜を形成する工程は、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜を前記シリコン酸化膜の上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記保護膜を形成する工程は、前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜の表面に対してプラズマ処理を行なって、前記オゾンＴＥＯＳ膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記保護膜を形成する工程と前記配線層を形成する工程との間に、プラズマＣＶＤにより前記上層のオゾンＴＥＯＳ膜の上にシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備え、
前記配線層を形成する工程は、前記配線層を前記シリコン含有絶縁膜の上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、前記シリコン含有絶縁膜の表面に対してプラズマ処理を行なう工程を含み、
前記プラズマ処理は、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｃｌ２ガス及びＣ２Ｆ６ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、前記シリコン含有絶縁膜に対してプラズマ処理を行なって、前記シリコン含有絶縁膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記プラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成された前記シリコン含有絶縁膜を大気に曝すことなく行なわれることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記保護膜を形成する工程は、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜に対して熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記熱処理は、５００℃〜６５０℃の温度下で行なわれることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記熱処理は、酸素ガスを含む雰囲気で行なわれることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高誘電率を有する誘電体膜（以下、高誘電体膜と称する。）又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜を有する容量素子を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロコンピュータ等の高速化及び低消費電力化の傾向が推進される中で民生用電子機器が一段と高度化しており、民生用電子機器に用いられる半導体装置においては、該半導体装置を構成する半導体素子の微細化が急速に進んできている。
【０００３】
また、容量素子を備えた半導体装置においては、容量素子を構成する容量絶縁膜として、従来から用いられている酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜に代えて、高誘電体膜又は強誘電体膜を用いる技術が広く研究されている。
【０００４】
さらに、低電圧での動作及び高速での書き込み又は読み出しが可能な不揮発性ＲＡＭの実用化を目指し、自発分極特性を有する強誘電体膜に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
そこで、これらの要求を満たす半導体装置を実現するために、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜を有する容量素子の特性を劣化させることなく、半導体装置の高集積化を実現する方法を開発することが重要となっている。
【０００６】
以下、従来の半導体装置の製造方法について、図１８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００７】
まず、図１８（ａ）に示すように、半導体基板１０上に、素子分離領域１１及びＦＥＴのゲート電極１２を形成した後、半導体基板１０の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成する。次に、素子分離領域１１及びゲート電極１２の上に全面に亘って絶縁膜１３を堆積した後、絶縁膜１３の上における素子分離領域１１の上方に、白金膜等からなる容量下部電極１４、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜１５及び白金膜等からなる容量上部電極１６を形成する。尚、容量下部電極１４、容量絶縁膜１５及び容量上部電極１６によって容量素子が構成されている。
【０００８】
次に、図１８（ｂ）に示すように、容量素子を覆うように、ノンドープの酸化シリコン膜からなる保護膜１７を堆積する。
【０００９】
次に、図１８（ｃ）に示すように、保護膜１７を平坦化した後にエッチバックを行なって、保護膜１７の厚さを小さくした後、絶縁膜１３におけるトランジスタのソース領域及びドレイン領域の上側にコンタクトホールを形成すると共に、保護膜１７における容量上部電極１７の上側にコンタクトホールを形成する。
【００１０】
次に、絶縁膜１３及び保護膜１７の上に、チタン膜又はアルミニウム膜からなる金属膜をコンタクトホールが埋め込まれるように堆積した後、該金属膜をパターニングして下層の金属配線１８を形成し、その後、該下層の金属配線１８に対して熱処理を施す。
【００１１】
ところで、下層の金属配線１８の断線を防止するためには、エッチバックが行なわれる前の状態の保護膜１７の厚さとしては、図１８（ｂ）に示すように、容量上部電極１６の上では約６００ｎｍが必要であると共に、容量絶縁膜１５のエッジ部の上では８００ｎｍ以上が必要である。
【００１２】
次に、図１８（ｄ）に示すように、下層の金属配線１８を覆うように全面に亘って層間絶縁膜１９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１９の上に、下層の金属配線１８とヴィアを介して接続される上層の金属配線を形成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のように、容量素子の上に形成される保護膜はノンドープの酸化シリコン膜からなるため、反応生成物として発生する水素ガスが容量絶縁膜を構成する強誘電体膜又は高誘電体膜と容量上部電極との界面に還元作用を及ぼすので、容量絶縁膜と容量上部電極との密着性が低下する。このため、容量上部電極が剥離するという問題がある。
【００１４】
また、発生した水素ガスの影響を受けて、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜又は高誘電体膜が劣化して、容量素子の特性が低下するという問題もある。
【００１５】
また、保護膜がノンドープの酸化シリコン膜からなるため、容量素子に与えられるストレスが小さいと共に該ストレスがコンプレッシブの傾向にあるので、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜又は高誘電体膜に自発分極が十分に現われず、容量素子が良好な特性を有しないという問題がある。
【００１６】
さらに、保護膜がノンドープの酸化シリコン膜からなるため、該保護膜の平坦性が十分に得られないため、保護膜における容量絶縁膜のエッジ部と対応する部分の傾斜角度が大きくなってしまう。このため、下層の金属配線が保護膜における容量絶縁膜のエッジ部と対応する部分で断線してしまうという問題がある。一方、下層の金属配線の断線を防止するために、金属膜の厚さを大きくすると、該金属膜における容量絶縁膜の側方で該金属膜のエッチング残りが発生して、下層の金属配線が短絡してしまうという問題が発生する。保護膜の上に下層の金属配線を良好に形成するためには、保護膜における容量絶縁膜のエッジ部と対応する部分の傾斜角度は６０度以下であることが好ましい。
【００１７】
もっとも、保護膜の厚さを大きくすると、保護膜の平坦性は向上するが、該保護膜に形成されるコンタクトホールのアスペクト比が高くなってしまうので、保護膜の厚さを大きくすることは好ましくない。
【００１８】
前述のように、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜を有する容量素子を備えた半導体装置においては、種々の問題があるが、本発明は、容量素子にテンサイルストレスが加わるようにして、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜又は高誘電体膜に自発分極が十分に現われるようにし、これによって、容量素子の特性を向上させることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に順次形成された、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子と、容量素子を覆うように形成されたオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜と、保護膜の上に形成された配線層と、配線層を覆うように形成された層間絶縁膜とを備えている。
【００２０】
本発明に係る半導体装置によると、保護膜として、容量素子を覆うように形成されたオゾンＴＥＯＳ膜を備えており、該オゾンＴＥＯＳ膜はテンサイルストレスを有しているため、容量素子を構成する高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜に自発分極が十分に現われるので、容量素子の特性が向上する。
【００２１】
本発明に係る半導体装置において、オゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成され、膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜と、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成され、膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜とからなることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、容量素子を覆う下層のオゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、空孔等の欠陥を有さず良好な膜質になると共に、膜中の水分が多いため、下地膜との密着性が向上する。また、上層のオゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、膜中の水分が少なくなるので、容量素子の容量絶縁膜にテンサイルストレスが加わる。このため、容量絶縁膜の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【００２３】
本発明に係る半導体装置において、オゾンＴＥＯＳ膜が下層のオゾンＴＥＯＳ膜と上層のオゾンＴＥＯＳ膜とからなる場合、上層のオゾンＴＥＯＳ膜と配線層との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えていることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜は、水分の拡散阻止能力が高いため、下層のオゾンＴＥＯＳ膜中の水分を容量絶縁膜まで拡散させることなくブロックするので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置において、オゾンＴＥＯＳ膜が下層のオゾンＴＥＯＳ膜と上層のオゾンＴＥＯＳ膜とからなる場合、上層のオゾンＴＥＯＳ膜の厚さは、０．３ｎｍ以上で且つ０．６ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、上層のオゾンＴＥＯＳ膜のストレスを最適化することができるので、容量素子の特性が向上する。
【００２７】
本発明に係る半導体装置は、容量素子とオゾンＴＥＯＳ膜との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜は、水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜中の水分を容量絶縁膜まで拡散させることなくブロックするので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００２９】
本発明に係る半導体装置において、容量素子とオゾンＴＥＯＳ膜との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えている場合、シリコン含有絶縁膜は、１．６５以下の屈折率を持つシリコン酸窒化膜であることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、１．６５以下の屈折率を持つシリコン酸窒化膜は、水分の拡散阻止能力が極めて高い。このため、オゾンＴＥＯＳ膜中の水分は容量絶縁膜に拡散しなくなるので、均一性に極めて優れた容量素子を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る半導体装置は、容量素子とオゾンＴＥＯＳ膜との間に疎水性のプライマ層を備えていることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、疎水性を有するプライマ層の上に形成されるため、良好に成長するので、ステップカバレッジに優れ、これによって、オゾンＴＥＯＳ膜の絶縁性及び平坦性が向上する。
【００３３】
本発明に係る半導体装置は、容量素子とオゾンＴＥＯＳ膜との間に、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜を備えていることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、下地依存性がないと共にオゾンＴＥＯＳ膜とのなじみ性に優れたシリコン酸化膜の上に形成されるため、オゾンＴＥＯＳ膜の下側に、容量素子及び絶縁膜等のように材質が異なる下地膜が存在していても、下地膜の影響を受けることなく良好に成長するので、シリコン酸化膜及びオゾンＴＥＯＳ膜を合わせた絶縁膜の膜厚が均一になる。従って、安定性及び長寿命性に優れた容量素子を備えた半導体装置を実現できる。
【００３５】
本発明に係る半導体装置において、オゾンＴＥＯＳ膜の表面にはシリコン窒化層が形成されていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、シリコン窒化層は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜を経由して容量絶縁膜に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００３７】
本発明に係る半導体装置は、オゾンＴＥＯＳ膜と配線層との間に、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を備えていることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜を経由して容量絶縁膜に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００３９】
本発明に係る半導体装置において、オゾンＴＥＯＳ膜の厚さは、０．３ｎｍ以上で且つ０．６ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜のストレスを最適化することができるので、容量素子の特性が向上する。
【００４１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、容量下部電極、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜及び容量上部電極からなる容量素子を形成する工程と、容量素子を覆うようにオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜を形成する工程と、保護膜の上に配線層を形成する工程と、配線層を覆うように層間絶縁膜を形成する工程とを備えている。
【００４２】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、容量素子を覆うようにオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜を形成する工程を備えており、オゾンＴＥＯＳ膜はテンサイルストレスを有しているため、容量素子を構成する高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜に自発分極が十分に現われるので、容量素子の特性が向上する。
【００４３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する工程は、容量素子を覆うように、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により下層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程と、前記下層のオゾンＴＥＯＳ膜の上に、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により上層のオゾンＴＥＯＳ膜を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００４４】
このようにすると、容量素子を覆う下層のオゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、空孔等の欠陥を有さず良好な膜質になると共に、膜中の水分が多いため、層間絶縁膜との密着性が向上する。また、上層のオゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、膜中の水分が少なくなるので、容量素子の容量絶縁膜に与えるストレスが多くなる。このため、容量絶縁膜の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。従って、信頼性の高い容量素子を備えた半導体装置を製造することができる。
【００４５】
保護膜を形成する工程が、第１のオゾンＴＥＯＳ法と第２のオゾンＴＥＯＳ法とを含む場合、第１のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾン濃度は２５ｇ／ｍ3 以下であると共に、第２のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾン濃度は１３０ｇ／ｍ3 以上であることが好ましい。
【００４６】
このようにすると、第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成される第１のオゾンＴＥＯＳ膜はセルフリフロー性に優れるため、第１のオゾンＴＥＯＳ膜に欠陥等の欠損が発生しないので、良好な膜質を有する第１のオゾンＴＥＯＳ膜が得られる。また、第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成される第２のオゾンＴＥＯＳ膜は、容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因して第２のオゾンＴＥＯＳ膜に熱処理時にクラックが発生する事態を防止できる。
【００４７】
保護膜を形成する工程が、第１のオゾンＴＥＯＳ法と第２のオゾンＴＥＯＳ法とを含む場合、第１のオゾンＴＥＯＳ法は、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値が３以下の条件で行なわれると共に、第２のオゾンＴＥＯＳ法は、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値が１５以上の条件で行なわれることが好ましい。
【００４８】
このようにすると、第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成される第１のオゾンＴＥＯＳ膜はセルフリフロー性に優れるため、第１のオゾンＴＥＯＳ膜に欠陥等の欠損が発生しないので、良好な膜質を有する第１のオゾンＴＥＯＳ膜が得られる。また、第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成される第２のオゾンＴＥＯＳ膜は、容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因して第２のオゾンＴＥＯＳ膜に熱処理時にクラックが発生する事態を防止できる。
【００４９】
この場合、第２のオゾンＴＥＯＳ膜は、５×１０3 Ｎ／ｃｍ2 〜３．５×１０4 Ｎ／ｃｍ2 のテンサイルストレスを有していることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができるため、容量絶縁膜の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【００５１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、容量素子を形成する工程と保護膜を形成する工程との間に、プラズマＣＶＤにより容量素子を覆うようにシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備え、保護膜を形成する工程は、オゾンＴＥＯＳ膜をシリコン含有絶縁膜の上に形成する工程を含むことが好ましい。
【００５２】
このようにすると、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜は、水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜中の水分を容量絶縁膜まで拡散させることなくブロックするので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００５３】
本発明に係る半導体装置の製造方法がプラズマＣＶＤにより容量素子を覆うようにシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備えている場合、シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン含有絶縁膜の表面に対してプラズマ処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【００５４】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜の表面に凹凸が形成されるため、シリコン含有絶縁膜が有する水分拡散阻止能力が向上する。
【００５５】
この場合、プラズマ処理は、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2Ｏ ガス、Ｏ2 ガス、Ａｒガス、Ｃｌ2 ガス及びＣ2Ｆ6ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜の表面に確実に凹凸を形成することができる。
【００５７】
本発明に係る半導体装置の製造方法がプラズマＣＶＤにより容量素子を覆うようにシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備えている場合、シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン含有絶縁膜に対してプラズマ処理を行なって、シリコン含有絶縁膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００５８】
このようにすると、シリコン窒化層は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜から容量絶縁膜への水分の拡散又は大気中の水分のオゾンＴＥＯＳ膜への拡散を防止することができる。
【００５９】
この場合、プラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を大気に曝すことなく行なわれることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜が大気に曝露されることがなく連続してプラズマ処理されるため、シリコン窒化層の厚さが大きくなるので、シリコン窒化層の水分拡散阻止能力が一層高くなる。
【００６１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、容量素子を形成する工程と保護膜を形成する工程との間に、容量素子を覆うように疎水性のプライマ層を形成する工程を備え、保護膜を形成する工程は、オゾンＴＥＯＳ膜をプライマ層の上に形成する工程を含むことが好ましい。
【００６２】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、疎水性を有するプライマ層の上に形成されるため、良好に成長するので、ステップカバレッジに優れ、これによって、オゾンＴＥＯＳ膜の絶縁性及び平坦性が向上する。
【００６３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、容量素子を覆うように疎水性のプライマ層を形成する工程を備えている場合、プライマ層を形成する工程は、ヘキサメチルジシラザンを用いて行なうことが好ましい。
【００６４】
このようにすると、疎水性を有するプライマ層を確実に形成することができる。
【００６５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、容量素子を形成する工程と保護膜を形成する工程との間に、容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜を形成する工程を備え、保護膜を形成する工程は、オゾンＴＥＯＳ膜をシリコン酸化膜の上に形成する工程を含むことが好ましい。
【００６６】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、下地依存性がないと共にオゾンＴＥＯＳ膜とのなじみ性に優れたシリコン酸化膜の上に形成されるため、オゾンＴＥＯＳ膜の下側に、容量素子及び絶縁膜等のように材質が異なる下地膜が存在していても、下地膜の影響を受けることなく良好に成長するので、シリコン酸化膜及びオゾンＴＥＯＳ膜を合わせた絶縁膜の膜厚が均一になる。従って、安定性及び長寿命性に優れた容量素子を備えた半導体装置を製造することができる。
【００６７】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する工程は、オゾンＴＥＯＳ膜の表面に対してプラズマ処理を行なって、オゾンＴＥＯＳ膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００６８】
このようにすると、シリコン窒化層は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜を経由して容量絶縁膜に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００６９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、保護膜を形成する工程と配線層を形成する工程との間に、プラズマＣＶＤにより保護膜の上にシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備え、配線層を形成する工程は、配線層をシリコン含有絶縁膜の上に形成する工程を含むことが好ましい。
【００７０】
このようにすると、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜は、水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜を経由して容量絶縁膜に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【００７１】
本発明に係る半導体装置の製造方法が、プラズマＣＶＤにより保護膜の上にシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備えている場合、シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン含有絶縁膜の表面に対してプラズマ処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【００７２】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜の表面に凹凸が形成されるため、シリコン含有絶縁膜が有する水分の拡散素子能力が向上する。
【００７３】
この場合、プラズマ処理は、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2Ｏ ガス、Ｏ2 ガス、Ａｒガス、Ｃｌ2 ガス及びＣ2Ｆ6ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることが好ましい。
【００７４】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜の表面に確実に凹凸を形成することができる。
【００７５】
本発明に係る半導体装置の製造方法が、プラズマＣＶＤにより保護膜の上にシリコン含有絶縁膜を形成する工程を備えている場合、シリコン含有絶縁膜を形成する工程は、シリコン含有絶縁膜に対してプラズマ処理を行なって、シリコン含有絶縁膜の表面にシリコン窒化層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００７６】
このようにすると、シリコン窒化層は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜を経由して容量絶縁膜に拡散する事態を一層防止できるので、均一性に一層優れた容量素子を得ることができる。
【００７７】
この場合、プラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン含有絶縁膜を大気に曝すことなく行なわれることが好ましい。
【００７８】
このようにすると、シリコン含有絶縁膜が大気に曝露されることがなく連続してプラズマ処理されるため、シリコン窒化層の厚さが大きくなるので、シリコン窒化層の水分拡散阻止能力が一層高くなる。
【００７９】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する工程は、オゾンＴＥＯＳ膜に対して熱処理を施す工程を含むことが好ましい。
【００８０】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜のストレスを大きくできると共にオゾンＴＥＯＳ膜を緻密にできるので、容量素子の特性が一層向上する。
【００８１】
この場合、熱処理は、５００℃〜６５０℃の温度下で行なわれることが好ましい。
【００８２】
このように、５００℃〜６５０℃の温度下の熱処理を行なうと、オゾンＴＥＯＳ膜のストレスを確実に大きくすることができると共にオゾンＴＥＯＳ膜を確実に緻密にすることができる。
【００８３】
また、この場合、熱処理は、酸素ガスを含む雰囲気で行なわれることが好ましい。
【００８４】
このようにすると、容量素子を構成する容量絶縁膜に十分な酸素が補給されるので、容量素子の特性が向上する。
【００８５】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、オゾンＴＥＯＳ膜は、オゾン濃度が１３０ｇ／ｍ3 以上であるオゾンＴＥＯＳ法により形成されることが好ましい。
【００８６】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因してオゾンＴＥＯＳ膜に熱処理時にクラックが発生する事態を防止できる。
【００８７】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、オゾンＴＥＯＳ膜は、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値が１５以上であるオゾンＴＥＯＳ法により形成されることが好ましい。
【００８８】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因してオゾンＴＥＯＳ膜に熱処理時にクラックが発生する事態を防止できる。
【００８９】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、オゾンＴＥＯＳ膜は、５×１０3 Ｎ／ｃｍ2 〜３．５×１０4 Ｎ／ｃｍ2 のテンサイルストレスを有していることが好ましい。
【００９０】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜は、容量素子の容量絶縁膜に十分なストレスを与えることができるため、容量絶縁膜の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【００９１】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、オゾンＴＥＯＳ膜は、４００℃〜４５０℃の成膜温度で形成されることが好ましい。
【００９２】
このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜のストレスを大きくできると共にオゾンＴＥＯＳ膜を緻密にできるので、容量素子の特性が一層向上する。
【００９３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、オゾンＴＥＯＳ膜は、プライマ剤とオゾンＴＥＯＳ液とが混合されてなる混合ソースを用いて形成されることが好ましい。
【００９４】
このようにすると、疎水性を有するオゾンＴＥＯＳ膜を、プロセスの増加を招くことなく形成できる。また、プライマ剤の揮発を抑制できるため、プラズマＴＥＯＳ膜中における欠損を低減することができると共に、オゾンＴＥＯＳ膜のステップカバレッジを向上させて該オゾンＴＥＯＳ膜の絶縁性及び平坦性を向上させることができる。
【００９５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００９６】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【００９７】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６を形成する。尚、容量下部電極１０４、容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６によって容量素子が構成されている。
【００９８】
容量下部電極１０４及び容量上部電極１０６としては、白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム若しくはこれらの２種以上の合金からなる単層膜、又は白金膜、イリジウム膜、パラジウム膜及びルテニウム膜のうちの２種類以上の膜からなる積層膜からなる金属膜をスパッタ法により堆積した後、該金属膜をパターニングすることにより形成することができる。
【００９９】
また、容量絶縁膜１０５としては、ストロンチウム、ビスマス又はタンタル等を主成分とする高誘電体膜又は強誘電体膜を用いることができる。
【０１００】
次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜１１１を形成した後、オゾンＴＥＯＳ法により、シリコン酸化膜１１１の上に保護膜としてのオゾンＴＥＯＳ膜１０７を堆積する。このように、容量素子の上にオゾンＴＥＯＳ膜１０７を形成すると、容量素子にテンサイルストレスが加わるため、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５に自発分極が十分に現われるので、容量素子の特性が向上する。
【０１０１】
次に、オゾンＴＥＯＳ膜１０７に対して、酸素雰囲気下における５００℃〜６５０℃の温度例えば６００℃の温度下において１時間程度の熱処理を行なう。このように、オゾンＴＥＯＳ膜１０７に対して熱処理を施すと、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が有するストレスを大きくすることができると共にオゾンＴＥＯＳ膜１０７の膜質を緻密にすることができる。また、熱処理を酸素雰囲気下において行なうと、容量絶縁膜１０５に十分な量の酸素が補給されるため、容量素子の特性が向上する。尚、熱処理を行なう酸素雰囲気としては、酸素ガスの雰囲気であってもよいし、酸素ガスと他のガスとの混合ガスの雰囲気であってもよい。
【０１０２】
前述のように、容量素子の上にオゾンＴＥＯＳ膜１０７を形成すると、容量素子にテンサイルストレスが加わるため、高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５に自発分極が十分に現われるので、容量素子の特性が向上する。
【０１０３】
ところで、容量絶縁膜１０５に良好に自発分極を発生させるためには、熱処理後のオゾンＴＥＯＳ膜１０７のストレスとしては、５×１０3 Ｎ／ｃｍ2 以上且つ３．５×１０4 Ｎ／ｃｍ2 以下のテンサイルストレス（引張り応力）であることが好ましい。熱処理後のオゾンＴＥＯＳ膜１０７がこの範囲内のテンサイルストレスを有していると、容量絶縁膜１０５の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【０１０４】
また、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の厚さとしては、０．３μｍ〜０．６μｍの範囲内であることが好ましい。オゾンＴＥＯＳ膜１０７の厚さが０．３μｍ未満であると、保護膜に求められる平坦性が得られないので、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に堆積される金属膜をパターニングして金属配線層を形成する際にエッチング残り等が発生する恐れがある。また、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の厚さが０．６μｍを超えると、絶縁膜１０３とオゾンＴＥＯＳ膜１０７との合計膜厚が大きくなって、絶縁膜１０３とオゾンＴＥＯＳ膜１０７に形成されるコンタクトホールのアスペクト比が高くなってしまう。
【０１０５】
オゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度（本明細書においては、オゾンガスを含む酸素ガスの濃度のことを便宜上オゾンの濃度と称する。）としては、１３０ｇ／ｍ3 以上であればよく、１５０ｇ／ｍ3 以上であることがより好ましい。オゾン濃度が１３０ｇ／ｍ3 以上であれば、容量絶縁膜１０５に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因して熱処理時にオゾン膜１０７にクラックが発生する事態を防止できる。尚、オゾン濃度の上限としては、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が成長する範囲であればよい。
【０１０６】
オゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度を１３０ｇ／ｍ3 以上に設定するには、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値を１５以上にすればよい。
【０１０７】
ところで、オゾンＴＥＯＳ膜１０７を形成するためのオゾンＴＥＯＳ法は、４００〜４５０℃の温度範囲で成膜することが好ましい。このようにすると、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が有するストレスを大きくすることができると共にオゾンＴＥＯＳ膜１０７の膜質を緻密にすることができる。
【０１０８】
次に、図１（ｃ）に示すように、オゾンＴＥＯＳ膜１０７、シリコン酸化膜１１１及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、オゾンＴＥＯＳ膜１０７及びシリコン酸化膜１１１に容量素子のコンタクトホールを形成した後、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。尚、下層の金属配線１０８に対して、窒素雰囲気下における４００℃の温度下で３０分間の熱処理を行なって、下層の金属配線１０８の緻密化及び低ストレス化を行なう。
【０１０９】
次に、図１（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１１０】
第１の実施形態によると、絶縁膜１０３上に、下地依存性がないと共にオゾンＴＥＯＳ膜１０７とのなじみ性に優れたシリコン酸化膜１１１を容量素子を覆うように形成したため、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の下側に、容量素子及び絶縁膜１０３等のように材質が異なる下地膜が存在していても、オゾンＴＥＯＳ膜１０７は、下地膜の影響を受けることなく良好に成長する。このため、シリコン酸化膜１１１及びオゾンＴＥＯＳ膜１０７を合わせた絶縁膜の膜厚が均一になるので、容量素子は安定性及び長寿命性に優れる。
【０１１１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０１１２】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１１３】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１１４】
次に、図２（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、シリコン酸化膜等からなる第１のシリコン含有絶縁膜（以下、第１のプラズマシリコン絶縁膜と称する。）１１２を形成した後、該第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２に対して第１のプラズマ処理を行なって、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の表面に第１の表面処理層１１２ａを形成する。尚、第１の表面処理層１１２ａについては後述する。
【０１１５】
次に、図２（ｃ）に示すように、オゾンＴＥＯＳ法により、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の上に保護膜としてのオゾンＴＥＯＳ膜１０７を堆積した後、該オゾンＴＥＯＳ膜１０７に対して、酸素雰囲気下における５００℃〜６５０℃の温度下で１時間程度の熱処理を行なう。
【０１１６】
次に、図３（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に全面に亘ってシリコン酸化膜等からなる第２のシリコン含有絶縁膜（以下、第２のプラズマシリコン絶縁膜と称する。）１１３を形成した後、該第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３に対して第２のプラズマ処理を行なって、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の表面に第２の表面処理層１１３ａを形成する。尚、第２の表面処理層１１３ａについては後述する。
【０１１７】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３、オゾンＴＥＯＳ膜１０７、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３、オゾンＴＥＯＳ膜１０７及び第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２に容量素子のコンタクトホールを形成した後、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。
【０１１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１１９】
第２の実施形態によると、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、水分の拡散阻止能力が高い第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２を形成した後、該第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の上にプラズマＴＥＯＳ膜１０７を堆積するため、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２がオゾンＴＥＯＳ膜１０７中の水分を容量絶縁膜１０５まで拡散させることなくブロックするので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１２０】
また、第２の実施形態によると、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に全面に亘って、水分の拡散阻止能力が高い第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３を形成するため、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜１０７を経由して容量絶縁膜１０５に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１２１】
ところで、第１のプラズマ処理としては、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2Ｏ ガス、Ｏ2 ガス、Ａｒガス、Ｃｌ2 ガス及びＣ2Ｆ6ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることが好ましい。
【０１２２】
このようにすると、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の表面に、数十ｎｍの高さを持つ凹凸部からなる第１の表面処理層１１２ａが形成されるため、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２が有する水分の拡散阻止能力が向上する。
【０１２３】
また、第１のプラズマ処理としては、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス及びＮ2Ｏ ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なう窒化処理であることが好ましい。
【０１２４】
このようにすると、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の表面に、水分の拡散阻止能力が高いシリコン窒化層からなる第１の表面処理層１１２ａが形成されるため、オゾンＴＥＯＳ膜１０７から容量絶縁膜１０５への水分の拡散又は大気中の水分のオゾンＴＥＯＳ膜１０７への拡散を一層防止することができる。
【０１２５】
この場合、第１のプラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成された第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２を大気に曝すことなく行なわれることが好ましい。このようにすると、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２が大気に曝露されることがなく連続してプラズマ処理されるため、第１の表面処理層１１２ａ（シリコン窒化層）の厚さが大きくなるので、第１の表面処理層１１２ａの水分拡散阻止能力が一層高くなる。
【０１２６】
第２のプラズマ処理としては、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2Ｏ ガス、Ｏ2 ガス、Ａｒガス、Ｃｌ2 ガス及びＣ2Ｆ6ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであることが好ましい。
【０１２７】
このようにすると、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の表面に、数十ｎｍの高さを持つ凹凸部からなる第２の表面処理層１１３ａが形成されるため、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３が有する水分の拡散阻止能力が向上する。
【０１２８】
また、第２のプラズマ処理としては、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス及びＮ2Ｏ ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なう窒化処理であることが好ましい。
【０１２９】
このようにすると、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の表面に、水分の拡散阻止能力が高いシリコン窒化層からなる第２の表面処理層１１３ａが形成されるため、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜１０７を経由して容量絶縁膜１０５に拡散する事態を一層防止できるので、均一性に一層優れた容量素子を得ることができる。
【０１３０】
この場合、第２のプラズマ処理は、プラズマＣＶＤにより形成された第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３を大気に曝すことなく行なわれることが好ましい。このようにすると、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３が大気に曝露されることがなく連続してプラズマ処理されるため、第２の表面処理層１１３ａ（シリコン窒化層）の厚さが大きくなるので、第２の表面処理層１１３ａの水分拡散阻止能力が一層高くなる。
【０１３１】
ところで、第１又は第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３としては、屈折率ｎが１．６５以下であるシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）膜であることが好ましい。その理由は、１．６５以下の屈折率を持つシリコン酸窒化膜は、水分の拡散阻止能力が極めて高いからである。従って、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２は、オゾンＴＥＯＳ膜１０７中の水分が容量絶縁膜１０５に拡散することを阻止するので、均一性に極めて優れた容量素子を得ることができる。また、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３は、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が長時間に亘って大気中に曝された場合でも、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜１０７を経由して容量絶縁膜１０５に拡散することを阻止するので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１３２】
第１又は第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３の膜厚としては２００ｎｍ以下であることが好ましい。第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の膜厚が２００ｎｍを超えると、容量絶縁膜１０５が受けるストレスが大きくなり過ぎて、容量素子の特性が劣化する恐れがある。また、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の膜厚が２００ｎｍを超えると、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の平坦性が確保できなくなり、該第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の上に堆積された金属膜をパターニングして下層の金属配線１０８を形成する際に、金属膜のエッチング残り等が発生する恐れがある。
【０１３３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１３４】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１３５】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上にヘキサメチルジシラザンを供給して、容量素子を覆うように約２〜５ｎｍの厚さを持つ疎水性のプライマ層１１４を形成した後、オゾンＴＥＯＳ法により、プライマ層１１４の上に保護膜としてのオゾンＴＥＯＳ膜１０７を堆積する。
【０１３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、オゾンＴＥＯＳ膜１０７、プライマ層１１４及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、オゾンＴＥＯＳ膜１０７及びプライマ層１１４に容量素子のコンタクトホールを形成した後、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。
【０１３８】
次に、図４（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１３９】
第３の実施形態によると、オゾンＴＥＯＳ膜１０７は、疎水性を有するプライマ層１１４の上に形成されるため、良好に成長するので、ステップカバレッジに優れている。従って、容量素子の上に形成されるオゾンＴＥＯＳ膜１１４のステップカバレッジが向上するので、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の絶縁性及び平坦性が向上する。
【０１４０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１４１】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１４２】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１４３】
次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上に、５重量％のプライマ液を含有するオゾンＴＥＯＳ液体ソースを供給して、絶縁膜１０３の上に疎水性を有する保護膜としてのオゾンＴＥＯＳ膜１０７を堆積した後、該オゾンＴＥＯＳ膜１０７に対して、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス及びＮ2Ｏ ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いてプラズマ窒化処理を行なって、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の表面にシリコン窒化層１１５を形成する。
【０１４４】
次に、図５（ｃ）に示すように、オゾンＴＥＯＳ膜１０７及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、オゾンＴＥＯＳ膜１０７に容量素子のコンタクトホールを形成した後、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。
【０１４５】
次に、図５（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１４６】
第４の実施形態によると、絶縁膜１０３の上に、プライマ液を含有するオゾンＴＥＯＳ液体ソースを供給してオゾンＴＥＯＳ膜１０７を堆積するため、疎水性を有するオゾンＴＥＯＳ膜１０７をプロセスの増加を招くことなく形成できる。また、プライマ剤の揮発を抑制できるため、プラズマＴＥＯＳ膜１０７中における欠損を低減することができると共に、オゾンＴＥＯＳ膜１０７のステップカバレッジを向上させて該オゾンＴＥＯＳ膜１０７の絶縁性及び平坦性を向上させることができる。
【０１４７】
また、オゾンＴＥＯＳ膜１０７の表面に形成されているシリコン窒化層１１５は水分の拡散阻止能力が高いため、オゾンＴＥＯＳ膜１０７が長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分がオゾンＴＥＯＳ膜１０７を経由して容量絶縁膜１０５に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１４８】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１４９】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１５０】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１５１】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜１１１を形成した後、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により、シリコン酸化膜１１１の上に膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａを成長させ、その後、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの上に膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂを成長させる。
【０１５２】
次に、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂに対して、酸素雰囲気下における５００℃〜６５０℃の温度下で１時間程度の熱処理を行なう。このように熱処理を行なうと、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが有するストレスを大きくすることができると共に上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの膜質を緻密にすることができる。また、熱処理を酸素雰囲気下において行なうと、容量絶縁膜１０５に十分な量の酸素が補給されるため、容量素子の特性が向上する。尚、熱処理を行なう酸素雰囲気としては、酸素ガスの雰囲気であってもよいし、酸素ガスと他のガスとの混合ガスの雰囲気であってもよい。
【０１５３】
前述のように、容量素子を覆う下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａは、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、空孔等の欠陥を有さず良好な膜質になると共に、膜中の水分が多いため、絶縁膜１０３との密着性が向上する。
【０１５４】
また、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂは、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成されるため、膜中の水分が少なくなるので、容量素子の容量絶縁膜１０５に与えるストレスが多くなる。このため、容量絶縁膜１０５の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【０１５５】
ところで、容量絶縁膜１０５に良好に自発分極を発生させるためには、熱処理後の上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂのストレスとしては、５×１０3 Ｎ／ｃｍ2 以上且つ３．５×１０4 Ｎ／ｃｍ2 以下のテンサイルストレス（引張り応力）であることが好ましい。熱処理後の上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂがこの範囲内のテンサイルストレスを有していると、容量絶縁膜１０５の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【０１５６】
また、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの厚さとしては、０．３μｍ〜０．６μｍの範囲内であることが好ましい。上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの厚さが０．３μｍ未満であると、保護膜に求められる平坦性が得られないので、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの上に堆積される金属膜をパターニングして金属配線層を形成する際にエッチング残り等が発生する恐れがある。
【０１５７】
第１のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度としては、２５ｇ／ｍ3 以下であればよく、２０ｇ／ｍ3 以下であることがより好ましい。オゾンの濃度が２５ｇ／ｍ3 以下であれば、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａのセルフリフロー性によって、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａに欠陥等の欠損が発生しない。尚、オゾンの濃度の下限としては、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａが成長する範囲であればよい。
【０１５８】
第１のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度を２５ｇ／ｍ3 以下に設定するには、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値を３以下にすればよい。
【０１５９】
第２のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度としては、１３０ｇ／ｍ3 以上であればよく、１５０ｇ／ｍ3 以上であることがより好ましい。オゾン濃度が１３０ｇ／ｍ3 以上であれば、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが容量絶縁膜１０５に十分なストレスを与えることができると共に、低水分含有量に起因して熱処理時に上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂにクラックが発生する事態を防止できる。尚、オゾン濃度の上限としては、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが成長する範囲であればよい。
【０１６０】
第２のオゾンＴＥＯＳ法におけるオゾンの濃度を１３０ｇ／ｍ3 以上に設定するには、（オゾンの流量／ＴＥＯＳの流量）の値を１５以上にすればよい。
【０１６１】
ところで、第２のオゾンＴＥＯＳ法は４００〜４５０℃の温度範囲で成膜することが好ましい。このようにすると、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが有するストレスを大きくすることができると共に上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの膜質を緻密にすることができる。
【０１６２】
次に、図６（ｃ）に示すように、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ、シリコン酸化膜１１１並びに絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ並びにシリコン酸化膜１１１に容量素子のコンタクトホールを形成した後、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。尚、下層の金属配線１０８に対して、窒素雰囲気下における４００℃の温度下で３０分間の熱処理を行なって、金属配線１０８の緻密化及び低ストレス化を行なう。
【０１６３】
次に、図６（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１６４】
第５の実施形態によると、絶縁膜１０３上に、下地依存性がないと共にオゾンＴＥＯＳ膜とのなじみ性に優れたシリコン酸化膜１１１を容量素子を覆うように形成したため、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの下側に、容量素子及び絶縁膜１０３等のように材質が異なる下地膜が存在していても、下層オゾンＴＥＯＳ膜１０７ａは、下地膜の影響を受けることなく良好に成長する。このため、シリコン酸化膜１１１、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを合わせた絶縁膜の膜厚が均一になるので、容量素子は安定性及び長寿命性に優れる。
【０１６５】
図１１は、保護膜が有するストレスと、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量との関係を示している。図１１において、●は保護膜としてノンドープの酸化シリコン膜（ＮＳＧ膜）を用いた従来例の場合を示し、○は保護膜として下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを用いた第５の実施形態の場合を示している。図１１から分かるように、従来例では、容量絶縁膜はコンプレッシブストレスを受けているため、残留分極量が少ないが、第５の実施形態では、容量絶縁膜がテンサイルストレスを受けているため、残留分極量が多くなっている。
【０１６６】
図１２（ａ）、（ｂ）は、下層の金属配線１０８と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示しており、図１２（ａ）は、絶縁膜の上にノンドープの酸化シリコン膜（ＮＳＧ膜）を堆積し、該酸化シリコン膜の上に下層の金属配線を形成した場合（従来例）であり、図１２（ｂ）は、絶縁膜１０３の上に、シリコン酸化膜１１１を介して下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合（第５の実施形態）である。リーク電流値が０．０１ｎＡである良品の頻度は、従来例では７０％強であるのに対して、第５の実施形態では１００％である。
【０１６７】
図１３は、前記の従来例と第５の実施形態（５×１０3 Ｎ／ｃｍ2 のストレスの場合及び３．５×１０4 Ｎ／ｃｍ2 のストレスの場合）とにおける、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量（●で示す）及び該容量絶縁膜を有する容量素子の絶縁耐圧（○で示す）を示している。図１３から分かるように、第５の実施形態によると、従来例に比べて、残留分極量が８〜１０μＣ／ｃｍ2 程度向上していると共に、絶縁耐圧は５〜７Ｖ程度向上している。
【０１６８】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０１６９】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１７０】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１７１】
次に、図７（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、シリコン酸化膜等からなる第１のシリコン含有絶縁膜（以下、第１のプラズマシリコン絶縁膜と称する。）１１２を形成した後、該第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２に対して第１のプラズマ処理を行なって、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の表面に第１の表面処理層１１２ａを形成する。
【０１７２】
次に、図７（ｃ）に示すように、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の上に膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａを成長させ、その後、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの上に膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂを成長させる。その後、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂに対して、酸素雰囲気下における５００℃〜６５０℃の温度下で１時間程度の熱処理を行なって、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが有するストレスを大きくし且つ上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの膜質を緻密にすると共に、容量絶縁膜１０５に十分な量の酸素を補給する。
【０１７３】
次に、図８（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの上に全面に亘ってシリコン酸化膜等からなる第２のシリコン含有絶縁膜（以下、第２のプラズマシリコン絶縁膜と称する。）１１３を形成した後、該第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３に対して第２のプラズマ処理を行なって、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の表面に第２の表面処理層１１３ａを形成する。
【０１７４】
第１又は第２のプラズマ処理が、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2Ｏ ガス、Ｏ2 ガス、Ａｒガス、Ｃｌ2 ガス及びＣ2Ｆ6ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なうスパッタエッチングであると、第１又は第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３の表面に、数十ｎｍの高さを持つ凹凸部からなり第１又は第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３の水分拡散阻止能力を向上させる表面処理層を形成することができる。
【０１７５】
また、第１又は第２のプラズマ処理が、Ｎ2 ガス、ＮＨ3 ガス及びＮ2Ｏ ガスの少なくとも１つを含むガスからなるプラズマを用いて行なう窒化処理であると、第１又は第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３の表面に、水分の拡散阻止能力が高いシリコン窒化層からなる表面処理層１１２ａを形成することができる。
【０１７６】
次に、図８（ｂ）に示すように、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ及び第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２に容量素子のコンタクトホールを形成した後、第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３の上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。
【０１７７】
次に、図８（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１７８】
第６の実施形態によると、第５の実施形態と同様、オゾンＴＥＯＳ膜を、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成された下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａと、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成された上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂとの積層膜により構成したため、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａは、空孔等の欠陥を有さず良好な膜質になると共に、膜中の水分が多いので、絶縁膜１０３との密着性が向上すると共に、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂは、膜中の水分が少なくなるので、容量素子の容量絶縁膜１０５に与えるストレスが多くなる。このため、容量絶縁膜１０５の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【０１７９】
また、第６の実施形態によると、第２の実施形態と同様、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、水分の拡散阻止能力が高い第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２を形成した後、該第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２の上に下層及び上層のプラズマＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積するため、第１のプラズマシリコン絶縁膜１１２が下層及び上層のプラズマＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの内部の水分を容量絶縁膜１０５まで拡散させることなくブロックするので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１８０】
また、第６の実施形態によると、第２の実施形態と同様、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に全面に亘って、水分の拡散阻止能力が高い第２のプラズマシリコン絶縁膜１１３を形成するため、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂが長時間に亘って大気中に曝されても、大気中の水分が下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを経由して容量絶縁膜１０５に拡散する事態を防止できるので、均一性に優れた容量素子を得ることができる。
【０１８１】
図１４は、絶縁膜の上にノンドープの酸化シリコン膜（ＮＳＧ膜）を堆積し、該酸化シリコン膜の上に下層の金属配線を形成した場合（従来例）と、絶縁膜１０３の上に、シリコン酸化膜１１１を介して下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合（第６の実施形態）とにおける、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量（●で示す）及び該容量絶縁膜を有する容量素子の絶縁耐圧（○で示す）を示している。図１４から分かるように、第６の実施形態によると、従来例に比べて、残留分極量が１０μＣ／ｃｍ2 程度向上していると共に、絶縁耐圧は５Ｖ程度向上している。
【０１８２】
図１５は、第１及び第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３を備えている場合（●で示す）と、第１及び第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３を備えていない場合とにおける、放置日数と残留分極量との関係を示している。図１５から分かるように、第１及び第２のプラズマシリコン絶縁膜１１２、１１３を備えていると、１０日間放置した後であっても、残留分極量は殆ど変化していない。
【０１８３】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図９（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１８４】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１８５】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１８６】
次に、図９（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜１１１を形成した後、該シリコン酸化膜１１１の上にヘキサメチルジシラザンを供給して、シリコン酸化膜１１１の上に約２〜５ｎｍの厚さを持つ疎水性のプライマ層１１４を形成する。
【０１８７】
次に、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により、プライマ層１１４の上に膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａを成長させ、その後、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの上に膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂを成長させる。その後、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂに対して、酸素雰囲気下における５００℃〜６５０℃の温度下で１時間程度の熱処理を行なって、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂが有するストレスを大きくし且つ上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの膜質を緻密にすると共に、容量絶縁膜１０５に十分な量の酸素を補給する。
【０１８８】
次に、図９（ｃ）に示すように、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ、プライマ層１１４、シリコン酸化膜１１１及び絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ及びプライマ層１１４及びシリコン酸化膜１１１に容量素子のコンタクトホールを形成した後、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂの上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。
【０１８９】
次に、図９（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１９０】
第７の実施形態によると、第５の実施形態と同様、オゾンＴＥＯＳ膜を、オゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ法により形成された下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａと、オゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ法により形成された上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂとの積層膜により構成したため、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａは、空孔等の欠陥を有さず良好な膜質になると共に、膜中の水分が多いので、絶縁膜１０３との密着性が向上すると共に、上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂは、膜中の水分が少なくなるので、容量素子の容量絶縁膜１０５に与えるストレスが多くなる。このため、容量絶縁膜１０５の自発分極特性が向上するので、容量素子の特性が向上する。
【０１９１】
また、第７の実施形態によると、絶縁膜１０３上に、下地依存性がないと共にオゾンＴＥＯＳ膜とのなじみ性に優れたシリコン酸化膜１１１を容量素子を覆うように形成し、該シリコン酸化膜１１１の上に疎水性のプライマ層１１４を形成し、その後、該プライマ層１１４の上に、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積したため、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂのステップカバレッジが向上して該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの絶縁性及び平坦性が向上すると共に、シリコン酸化膜１１１、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを合わせた絶縁膜の膜厚が均一になるので、容量素子は安定性及び長寿命性に優れる。
【０１９２】
図１６（ａ）、（ｂ）は、下層の金属配線１０８と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示しており、図１６（ａ）は、絶縁膜１０３の上にシリコン酸化膜１１１を介して、６００ｎｍの厚さを有する下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合であり、図１６（ｂ）は、絶縁膜１０３の上に、シリコン酸化膜１１１及び疎水性のプライマ層１１４を介して、６００ｎｍの厚さを有する下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合（第７の実施形態）である。第７の実施形態によると、リーク電流値が０．０１ｎＡである良品の頻度は１００％である。
【０１９３】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１９４】
まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板１００上に、素子分離領域１０１及びＦＥＴのゲート電極１０２を形成した後、半導体基板１００の表面部にＦＥＴの不純物拡散層（図示は省略している）等を形成し、その後、素子分離領域１０１及びゲート電極１０２の上に全面に亘って絶縁膜１０３を堆積する。
【０１９５】
次に、絶縁膜１０３の上における素子分離領域１０２の上方に、容量下部電極１０４、高誘電体膜又は高誘電体膜からなる容量絶縁膜１０５及び容量上部電極１０６からなる容量素子を形成する。
【０１９６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上に容量素子を覆うように、不純物を含まないか又はボロン及びリンのうちの少なくとも１つを含み１５０ｎｍ以下の厚さを持つシリコン酸化膜１１１を形成する。次に、シリコン酸化膜１１１の上に、５重量％のプライマ液を含有しオゾン濃度が相対的に低い第１のオゾンＴＥＯＳ液体ソースを供給して、シリコン酸化膜１１１の上に膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａを形成した後、５重量％のプライマ液を含有しオゾン濃度が相対的に高い第２のオゾンＴＥＯＳ液体ソースを供給して、下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａの上に膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂを形成する。
【０１９７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ、シリコン酸化膜１１１並びに絶縁膜１０３にＦＥＴのコンタクトホールを形成すると共に、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂ並びにシリコン酸化膜１１１に容量素子のコンタクトホールを形成した後、下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に全面に亘って、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜からなる金属膜を堆積し、その後、該金属膜をパターニングすることにより、下層の金属配線１０８を形成する。尚、下層の金属配線１０８に対して、窒素雰囲気下における４００℃の温度下で３０分間の熱処理を行なって、金属配線１０８の緻密化及び低ストレス化を行なう。
【０１９８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下層の金属配線１０８の上に、例えばシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜１０９を堆積した後、図示は省略しているが、層間絶縁膜１０９の上に上層の金属配線を形成する。
【０１９９】
第８の実施形態によると、プライマ液を含有し、オゾン濃度が異なる２種類のオゾンＴＥＯＳ液体ソースを供給して、膜中の水分が相対的に多い下層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａと膜中の水分が相対的に少ない上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ｂとを形成するため、それぞれが疎水性を有する下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂをプロセスの増加を招くことなく形成できる。
【０２００】
図１７（ａ）、（ｂ）は、下層の金属配線１０８と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示しており、図１７（ａ）は、絶縁膜１０３の上にシリコン酸化膜１１１を介して、６００ｎｍの厚さを有する下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合であり、図１７（ｂ）は、絶縁膜１０３の上に、シリコン酸化膜１１１及び疎水性のプライマ層１１４を介して、６００ｎｍの厚さを有する下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂを堆積し、該下層及び上層のオゾンＴＥＯＳ膜１０７ａ、１０７ｂの上に下層の金属配線１０８を形成した場合（第８の実施形態）である。第８の実施形態によると、リーク電流値が０．０１ｎＡである良品の頻度は１００％である。
【０２０１】
尚、第１〜第８の実施形態においては、下層の金属配線１０８を、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層膜により形成したが、これに代えて、チタン膜及びアルミニウム膜の積層膜、又はチタン膜、アルミニウム膜及びチタンタングステン膜の積層膜により形成してもよい。
【０２０２】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、容量素子はテンサイルストレスを有するオゾンＴＥＯＳ膜からなる保護膜により覆われるため、容量素子を構成する高誘電体膜又は強誘電体膜からなる容量絶縁膜に自発分極が十分に現われるので、容量素子の特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】保護膜が有するストレスと、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量との関係を示す特性図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は下層の金属配線と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示す比較特性図である。
【図１３】従来例及び第５の実施形態における、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量及び該容量絶縁膜を有する容量素子の絶縁耐圧を示す特性図である。
【図１４】従来例及び第６の実施形態における、容量絶縁膜を構成する強誘電体膜の残留分極量及び該容量絶縁膜を有する容量素子の絶縁耐圧を示す特性図である。
【図１５】第６の実施形態において、第１及び第２のプラズマシリコン絶縁膜を備えている場合と備えていない場合とにおける、放置日数と残留分極量との関係を示す特性図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は下層の金属配線と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示す比較特性図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は下層の金属配線と容量素子との間のリーク電流の大きさと発生頻度との関係を示す比較特性図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１００  半導体基板
１０１  素子分離領域
１０２  ゲート電極
１０３  絶縁膜
１０４  容量下部電極
１０５  容量絶縁膜
１０６  容量上部電極
１０７  オゾンＴＥＯＳ膜
１０７ａ  下層のオゾンＴＥＯＳ膜
１０７ｂ  上層のオゾンＴＥＯＳ膜
１０８  下層の金属配線
１０９  層間絶縁膜
１１１  シリコン酸化膜
１１２  第１のプラズマシリコン絶縁膜
１１２ａ  第１の表面処理層
１１３  第２のプラズマシリコン絶縁膜
１１３ａ  第２の表面処理層
１１４  プライマ層
１１５  シリコン窒化層
【図１】
0003916383.tif 000002
【図２】
0003916383.tif 000003
【図３】
0003916383.tif 000004
【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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