(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有し前記半導体基板の上面に形成された層間絶縁膜と、
前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に形成された拡散防止膜と、
該拡散防止膜の上面に形成された下部電極と、
該下部電極の上面に形成された誘電膜と、
該誘電膜の上面に形成された上部電極と、
前記誘電膜で圧縮応力を誘発させるように前記上部電極に隣接して形成された異種膜と、を備え、
前記異種膜は、熱処理を経て収縮する物質であって、複数種類を形成し、一の異種膜は、前記上部電極と反応してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、酸化ケイ素（SiO2）、ＴＥＯＳ、ガラス又は有機物質を含む絶縁膜からなる
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタ。
【請求項２】
前記誘電膜は、ジルコン酸チタン酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3）又はＢＳＴ（（Ba,Sr）TiO3）を含む強誘電体の物質からなり、
前記拡散防止膜は、窒化チタン（TiN）、窒化タンタル（TaN）を含む２元系の窒化物又はチタン-シリコン-窒素（Ti-Si-N）、チタン-アルミニウム-窒素（Ti-Al-N）を含む3元系以上の窒化物のうち何れか一つの物質からなり、
前記下部電極及び前記上部電極は、白金（Pt）、ルテニウム酸化物（RuOx）、ルテニウム(Ru)、イリジウム酸化物（IrOx）又はイリジウム(Ir)を含み、前記誘電膜との反応が弱く、仕事関数が大きい物質からなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のキャパシタ。
【請求項３】
前記異種膜は、前記上部電極の上面に接するように形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子のキャパシタ。
【請求項４】
半導体基板と、
内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有し前記半導体基板の上面に形成された層間絶縁膜と、
前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に形成された拡散防止膜と、
該拡散防止膜の上面に形成された下部電極と、
該下部電極の上面に形成された誘電膜と、
該誘電膜の上面に形成された上部電極と、
前記誘電膜で圧縮応力を誘発させるように、前記上部電極と前記誘電膜と前記下部電極と前記拡散防止膜とを含む構造の間に形成された異種膜と、を備え、
前記異種膜は、タングステン（Ｗ）を含み酸化反応により膨張する物質からなる
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタ。
【請求項５】
前記異種膜の上面には、キャッピング層が形成され、
該キャッピング層は、酸化ケイ素（SiO2）及び窒化ケイ素（Si3N4）を含み前記異種膜を前記キャッピング層の方向に膨張することを抑制する物質からなる
ことを特徴とする請求項4記載の半導体素子のキャパシタ。
【請求項６】
内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有する層間絶縁膜を半導体基板の上面に形成するステップと、
前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜の上面に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の上面に誘電膜を形成するステップと、
該誘電膜の上面に上部電極を形成するステップと、
前記誘電膜で圧縮応力が誘発されるように前記上部電極に隣接して異種膜を形成するステップと、
前記異種膜に対して熱処理を行うステップと、を順次行い、
前記異種膜は、熱処理を経て収縮される物質であって、複数種類を形成し、一の異種膜は、前記上部電極と反応してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、酸化ケイ素（SiO2）、ＴＥＯＳ、ガラス又は有機物質を含む絶縁膜からなり、また、前記一の異種膜は蒸着を施して形成し、前記他の異種膜は、ＰＥＣＶＤ法又はスピンコーティング法を施して形成する
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記誘電膜は、ジルコン酸チタン酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3）又はＢＳＴ（（Ba,Sr）TiO3）を含む強誘電体の物質を用い、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ゾル-ゲル法又はレーザーアブレーション（laser ablation）法の何れか一つの方法を施して形成することを特徴とする請求項６記載の半導体素子のキャパシタの製造方法。
【請求項８】
前記異種膜は、前記上部電極の上面に接するように形成することを特徴とする請求項６記載の半導体素子のキャパシタの製造方法。
【請求項９】
内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有する層間絶縁膜を半導体基板の上面に形成するステップと、
前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜の上面に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の上面に誘電膜を形成するステップと、
該誘電膜の上面に上部電極を形成するステップと、
前記誘電膜で圧縮応力が誘発されるように、前記上部電極と前記誘電膜と前記下部電極と前記拡散防止膜とを含む構造の間に異種膜を形成するステップと、
酸化反応させる後処理を施して前記異種膜を膨張させるステップと、を順次行い、
前記異種膜は、タングステン（Ｗ）を含み酸化反応により膨張する物質からなる
ことを特徴とする半導体素子のキャパシタの製造方法。
【請求項１０】
前記異種膜の上面にキャッピング層を形成して前記異種膜が前記キャッピング層の方向に膨張することを抑制する
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体素子のキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体を用いた半導体素子のキャパシタ及びその製造方法に関し、詳しくは、強誘電体からなる薄膜内に圧縮応力を誘発させて誘電特性を向上することができる半導体素子のキャパシタ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体記憶素子を構成するキャパシタにおいては、記憶素子の高集積化に伴いキャパシタの単位面積当たりの貯蔵容量を増加させるため、誘電率が高い強誘電体からなる薄膜を利用するようになってきた。このような高い誘電率を有する物質のうち、特に、Pb(Zr,Ti)O3（以下、「ＰＺＴ」と略称する。)又は（Ba,Sr）T2O3（以下、「ＢＳＴ」と略称する。）のような強誘電体は、ＡＢＯ3状の化合物質であって、ペロブスカイト（perovskite）型構造（灰チタン石型構造：Ca[TiO3]）を有している。こうしたペロブスカイト型構造を有する強誘電体の格子内には、非対称的に存在する原子があり、外部電界により発生する分極が非常に大きくなるが、これは、ペロブスカイト型構造を有する強誘電体に外部電界をかけると、通常発生している電気分極の他に、格子変位（lattice  displacement）による分極が発生するためである。
【０００３】
従って、前記ペロブスカイト型構造を有する強誘電体物質は、酸化ケイ素（SiO2）
、窒化ケイ素（Si3N4）、酸化タンタル（Ta2O5）のような既存の誘電体と比べ、数十倍ほど高い誘電率を有するため、高集積記憶素子のキャパシタに多用されている。また、上記のＰＺＴ、ＢＳＴのような物質は、キュリー温度以下の温度では外部電界を除去した後にも、外部電界の方向に依存した状態の異なる二つの残留分極を有するため、非揮発性記憶素子に活用することができる。
【０００４】
一般に、強誘電体からなる薄膜内に圧縮応力を誘発させると、格子変位が容易になり、強誘電体の疲労特性及び誘電特性が向上するので、このような原理を利用してＦＲＡＭ(Ferroelectric  random  access  memory)素子特性又はＤＲＡＭ素子特性を向上することができる。
【０００５】
そして、従来の強誘電体からなる薄膜内に圧縮応力を誘発させる方法には、
▲１▼半導体基板と強誘電体からなる薄膜との格子定数の差を利用する方法と、
▲２▼半導体基板自体を屈曲させた後、強誘電体からなる薄膜を蒸着する方法と、
の２つの方法があった。
【０００６】
これらの方法により、以下のように圧縮応力を誘発させていた。即ち、
▲１▼格子定数の差を利用する方法においては、まず、強誘電体からなる薄膜の格子定数が近似している酸化マグネシウム（MgO）、酸化ストロンチウムルテニウム（SrRuO3）などの物質を用いて、前記MgOの単結晶上にSrRuO3をエピタキシャル成長するように蒸着を施し、定向性（preferred  orientation）をもたせ、その後、前記SrRuO3の上面に強誘電体からなる薄膜を蒸着する。  こうして、前記SrRuO3と前記強誘電体からなる薄膜との格子定数の差により強誘電体からなる薄膜内に圧縮応力を誘発させていた。また、
▲２▼半導体基板自体を屈曲させた後、強誘電体からなる薄膜を蒸着する方法においては、屈曲された半導体基板自体の復元力により強誘電体からなる薄膜内に圧縮応力を誘発させていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の半導体素子のキャパシタにおいては、以下のような問題点があった。
【０００８】
▲１▼格子定数の差を利用する方法の場合、エピタキシャル成長するように蒸着を施す工程が難しく、また、MgO単結晶が必要であるので、一般の素子製造工程に適用させることが困難であるという問題点があった。また、
▲２▼半導体基板自体を屈曲させた後、強誘電体の薄膜を蒸着する方法の場合、屈曲させた半導体基板を蒸着用反応炉内に適正に装入した後、その屈曲した半導体基板全体を一定な蒸着温度に加熱することが難しいという問題点があった。
【０００９】
また、半導体基板を屈曲させるとき、半導体基板全体に均一な応力を誘発させることが不可能であるため、実際の素子製造工程に適用させることが難しいという問題点もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、実際の素子製造工程に容易に適用させることができ、強誘電体の薄膜内に圧縮残留応力を誘発させて誘電特性を向上することができる半導体素子のキャパシタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような上記目的を達成するため、本発明の一側面による半導体素子のキャパシタ構造は、半導体基板と、内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有し半導体基板の上面に形成された層間絶縁膜と、コンタクトプラグを覆うように層間絶縁膜の上面に形成された拡散防止膜と、該拡散防止膜の上面に形成された下部電極と、該下部電極の上面に形成された誘電膜と、該誘電膜の上面に形成された上部電極と、前記誘電膜で圧縮応力を誘発させるように上部電極に隣接して形成された異種膜と、を備え、前記異種膜は、熱処理を経て収縮する物質であって、複数種類を形成し、一の異種膜は、前記上部電極と反応してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、酸化ケイ素（SiO2）、ＴＥＯＳ、ガラス又は有機物質を含む絶縁膜からなることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記誘電膜は、ＰＺＴ又はＢＳＴを含む強誘電体の物質からなり、前記拡散防止膜は、窒化チタン（TiN）、窒化タンタル（TaN）を含む２元系の窒化物又はチタン-シリコン-窒素（Ti-Si-N）、チタン-アルミニウム-窒素（Ti-Al-N）を含む3元系以上の窒化物のうち何れか一つの物質からなり、下部電極及び上部電極は、白金（Pt）、ルテニウム酸化物（RuOx）、ルテニウム(Ru)、イリジウム酸化物（IrOx）又はイリジウム(Ir)を含み、前記誘電膜との反応が弱く、仕事関数が大きい物質からなるものとする。
【００１３】
また、前記異種膜は、前記上部電極の上面に接するように形成する。
また、このような上記目的を達成するため、本発明の別の側面による半導体素子のキャパシタ構造は、半導体基板と、内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有し前記半導体基板の上面に形成された層間絶縁膜と、前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に形成された拡散防止膜と、該拡散防止膜の上面に形成された下部電極と、該下部電極の上面に形成された誘電膜と、該誘電膜の上面に形成された上部電極と、前記誘電膜で圧縮応力を誘発させるように、前記上部電極と前記誘電膜と前記下部電極と前記拡散防止膜とを含む構造の間に形成された異種膜と、を備え、前記異種膜は、タングステン（Ｗ）を含み酸化反応により膨張する物質からなることを特徴とする。
【００１４】
そして、前記異種膜は、熱処理を経て収縮される物質であって、複数種類を形成し、一の異種膜は、上部電極と反応してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、酸化ケイ素（SiO2）、ＴＥＯＳ、ガラス又は有機物質を含む絶縁膜からなるものとする。
【００１５】
また、前記異種膜の上面には、キャッピング層が形成され、該キャッピング層は、シリコン酸化物（SiO2）及びシリコン窒化物（Si3N4）を含み異種膜をキャッピング層の方向に膨張することを抑制する物質からなる。
【００１６】
そして、本発明の一側面による半導体素子のキャパシタの製造方法は、内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有する層間絶縁膜を半導体基板の上面に形成するステップと、前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜の上面に下部電極を形成するステップと、前記下部電極の上面に誘電膜を形成するステップと、該誘電膜の上面に上部電極を形成するステップと、前記誘電膜で圧縮応力が誘発されるように前記上部電極に隣接して異種膜を形成するステップと、前記異種膜に対して熱処理を行うステップと、を順次行い、前記異種膜は、熱処理を経て収縮される物質であって、複数種類を形成し、一の異種膜は、前記上部電極と反応してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、酸化ケイ素（SiO2）、ＴＥＯＳ、ガラス又は有機物質を含む絶縁膜からなり、また、前記一の異種膜は蒸着を施して形成し、前記他の異種膜は、ＰＥＣＶＤ法又はスピンコーティング法を施して形成することを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記誘電膜は、ＰＺＴ又はＢＳＴを含む強誘電体の物質を用い、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ゾル-ゲル法又はレーザーアブレーション法の何れか一つの方法を施して形成するものとする。
【００１８】
また、前記異種膜は、上部電極の上面に接するように形成する。
【００１９】
また、本発明の別の側面による半導体素子のキャパシタの製造方法は、内部に導電性物質が充填されたコンタクトプラグを有する層間絶縁膜を半導体基板の上面に形成するステップと、前記コンタクトプラグを覆うように前記層間絶縁膜の上面に拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜の上面に下部電極を形成するステップと、前記下部電極の上面に誘電膜を形成するステップと、該誘電膜の上面に上部電極を形成するステップと、前記誘電膜で圧縮応力が誘発されるように、前記上部電極と前記誘電膜と前記下部電極と前記拡散防止膜とを含む構造の間に異種膜を形成するステップと、酸化反応させる後処理を施して前記異種膜を膨張させるステップと、を順次行い、前記異種膜は、タングステン（Ｗ）を含み酸化反応により膨張する物質からなることを特徴とする。
また、前記異種膜の上面にキャッピング層を形成し、酸化反応により異種膜を膨張させても異種膜がキャッピング層の方向に膨張することを抑制するものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図２は、本発明による半導体素子のキャパシタ構造が誘電膜に圧縮応力を誘発させる基本原理を説明する断面図である。上記基本原理は、集積工程時に誘電膜以外の異種膜を蒸着させ、その後、該異種膜を収縮又は膨張させて相対的に誘電膜に圧縮残留応力を誘発させることにより誘電特性を向上させるものである。
【００２１】
まず、異種膜を収縮させて誘電膜内に圧縮応力を誘発させるには、図１に示したように、誘電膜６の上下両面に配設された下部電極５及び上部電極７にそれぞれ隣接するように前記誘電膜６に並行して異種膜８を形成させ、その後に熱処理を施すことで前記異種膜８を収縮させて圧縮応力がそのまま誘電膜６に伝達されるようにする。
【００２２】
また、異種膜を膨張させて誘電膜内に圧縮応力を誘発させるには、図２に示したように、下部電極５a、誘電膜６a及び上部電極７aから構成されるキャパシタ構造に対し垂直方向にある所定部位、即ち、誘電膜６aに対し垂直方向にある所定部位に異種膜８aを形成した後、該異種膜８aを膨張させて相対的に誘電６aに圧縮応力を加えられるようにする。
【００２３】
以下、このような基本原理を利用した本発明による半導体素子のキャパシタの製造方法について、添付図面を用いて説明する。
図３〜図４は、本発明の第1実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法を示す工程断面図である。第１実施形態による半導体素子のキャパシタ構造は、図４（Ｄ）に示したように、半導体基板１０上にコンタクトプラグ３０の内部に導電性物質が充填された層間絶縁膜２０が形成され、該層間絶縁膜２０の所定部に拡散防止膜４０及び下部電極５０が形成されている。上記の拡散防止膜４０及び下部電極５０を覆うように誘電膜６０が形成され、該誘電膜６０を覆うように上部電極７０が形成されている。さらに、該上部電極７０を覆うように第１の異種膜８０'及び第２の異種膜９０'が形成されている。このような構成により第１の異種膜８０'及び第２の異種膜９０'を収縮させ誘電膜６０に圧縮応力を誘発させることができる。
【００２４】
次に、上記第１実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法を以下に説明する。まず、図３（Ａ）に示したように、半導体基板１０上に形成した層間絶縁膜２０の内部にキャパシタ駆動用コンタクトプラグ３０を形成し、該コンタクトプラグ３０の内部に段階塗布性（step coverage）の優れた多結晶シリコンを充填させる。この場合、上記のコンタクトプラグ３０の内部充填物は、多結晶シリコンに限定されず、例えば、タングステン（Ｗ）のような電気電導度が高く、段階塗布性が優れた物質を充填することもできる。
【００２５】
次に、図３(Ｂ)に示したように、前記コンタクトプラグ３０を形成した前記層間絶縁膜２０の上面に窒化チタン（TiN）からなる拡散防止膜４０を形成した後、該拡散防止膜４０の上面に白金（Pt）からなる下部電極５０を形成する。この場合、前記拡散防止膜４０は、前記下部電極５０と前記コンタクトプラグ３０との反応を抑制する役割をしている。なお、前記拡散防止膜４０は、前記TiN以外にも窒化タンタル（TaN）のような2元系の窒化物からなる物質、又は、耐酸化性を向上させるような、チタン-シリコン-窒素（Ti-Si-N）、チタン-アルミニウム-窒素（Ti-Al-N）などのような３元系以上の窒化物からなる物質を用いて形成することができる。また、前記下部電極５０は、Ptに限定されず、後の工程で形成される誘電膜６０との反応が弱く、仕事関数（work  function）が大きい物質、例えばルテニウム酸化物（RuOx）、ルテニウム(Ru)、イリジウム酸化物（IrOx）及びイリジウム(Ir)などを用いて形成することができる。
【００２６】
次に、図３(Ｃ)に示したように、前記下部電極５０からキャパシタストリッジノードを形成するため、図示省略のマスクパターンを用いて、前記下部電極５０及び拡散防止膜４０をパターニングする。この場合、前記マスクパターンは、一般のフォトレジストを用いることもできるが、選択係数を高くして残留物を最小化するため、酸化ケイ素（SiO2）、TiN、Tiのようなハードマスクの形成物質を用いることもできる。
【００２７】
そして、図３(Ｄ)に示したように、パターニングされた下部電極５０の上面に化学気相蒸着法(ＣＶＤ法)を施してＰＺＴからなる誘電膜６０を形成する。なお、該誘電膜６０は、ＰＺＴ以外にもＢＳＴなどのような強誘電体の物質を用いて形成することもできる。また、前記誘電膜６０を形成する方法は、前記ＣＶＤ法に限定されず、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ゾル-ゲル法及びレーザーアブレーション（laser  ablation）法を施して形成することもできる。
【００２８】
ここで、前記誘電膜６０が非晶質状態であって熱処理を施して前記誘電膜６０を結晶化する必要がある場合、後の工程である異種膜を圧縮するための熱処理工程より前に、誘電膜を結晶化するための熱処理を施すこととする。
【００２９】
次に、図３(Ｅ)に示したように、前記誘電膜６０の上面に上部電極７０を形成する。この場合、該上部電極７０は、前記下部電極５０の材質と同様にPt、RuOx、Ru、IrOx、Irなどを用いて形成することができる。
【００３０】
次に、図４（Ａ）に示したように、前記上部電極７０の上面に第１の異種膜８０を形成した後、熱処理を施す。この場合、前記第１の異種膜８０を形成する材料は、前記上部電極７０の形成物質に応じて以下のように選択すると前記誘電膜６０に圧縮応力を誘発することができる。即ち、Pt、Ruのような金属を用いて前記上部電極７０を形成する場合は、多結晶シリコンを用いて第１の異種膜８０を蒸着する。その後、熱処理を施すと、前記上部電極７０を形成するPt、Ru などと第１の異種膜８０に用いた多結晶シリコンとが反応してケイ化物を形成し、図４（Ｂ）に示したように、第１の異種膜８０'の体積が収縮する。こうして、前記第１の異種膜８０'の収縮による圧縮応力がそのまま、その下方の誘電膜６０に伝達され、誘電膜６０に圧縮応力を誘発させることができる。
【００３１】
又、RuOx、IrOxのような非金属を用いて前記上部電極７０を形成した場合は、コバルト(Co)、Ti、Pt、Ruのようなケイ化物を形成し得る物質及び多結晶シリコンを用いて第1の異種膜８０を蒸着する。その後、熱処理を施すと、第1の異種膜８０'はケイ化物を形成しながら体積が収縮するので、結果的に、その下方の誘電膜６０に圧縮応力を加えることができる。
【００３２】
このようにして、第1実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法における工程を終了する。
このとき、図４(Ｃ)に示したように、第1の異種膜８０'の上面に第２の異種膜９０を形成することで前記誘電膜６０に圧縮応力を一層強く加えることもできる。即ち、収縮された第1の異種膜８０'の上面にSiO2のような絶縁体となる第２の異種膜９０を形成する。この場合、ＰＥＣＶＤ(Plasma  enhanced  chemical  vapor  deposition)法を施してＴＥＯＳ(Tetra  ethyl  ortho  silicate)からなる第２の異種膜９０'を形成することもでき、また、スピンコーティング法を施してガラス又は有機物質からなる第２の異種膜９０'を形成することもできる。
【００３３】
その後、熱処理を施すと、図４(Ｄ)に示したように、前記第２の異種膜９０'が収縮して下方の誘電膜６０に圧縮応力を加えるため、前記誘電膜６０の誘電特性を一層効率的に向上させることができる。ここで、前記スピンコーティング法を施して形成されたガラスの第2の異種膜９０'は、熱処理を施すと、通常体積が１０〜３０％ほど縮小されるため、最も効率的に前記誘電膜６０に圧縮応力を誘発させることができる。
【００３４】
このように、第1実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法においては、上部電極７０の上面に誘電膜６０と並行する第１の異種膜８０'及び第２の異種膜９０'を形成した後、該異種膜８０'、９０'を収縮させて圧縮応力をそのまま該誘電膜６０まで伝達して誘電膜６０圧縮応力を誘発させるようにする。
【００３５】
図５〜図６は、本発明の第2実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法に示す工程断面図である。第２実施形態による半導体素子のキャパシタ構造は、図６（Ｂ）に示したように、半導体基板100上にコンタクトプラグ300の内部に導電性物質が充填された層間絶縁膜200が形成され、該層間絶縁膜200上にパターニングされた上部電極700、誘電膜600、下部電極500及び拡散防止膜400から構成されるキャパシタ550が形成されている。パターニングされたキャパシタ550のホールを異種膜800で充填され、該異種膜800及び前記キャパシタの上面にキャッピング層950が形成されている。このような構成により、該異種膜800を膨張させて相対的に前記誘電膜600に圧縮応力を加えることができる。
【００３６】
次に、上記第２実施形態による半導体素子のキャパシタの製造方法を以下に説明する。まず、図５(Ａ)に示したように、半導体基板100の上面に形成された層間絶縁膜200の内部にキャパシタ駆動用コンタクトプラグ300を形成し、該コンタクトプラグ300の内部に段階塗布性が優れた多結晶シリコンを充填させる。この場合、前記コンタクトプラグ300の内部充填物は、多結晶シリコンに限定されず、タングステン（Ｗ）のような電気電導度が高く、段階塗布性が優れた物質を充填することもできる。
【００３７】
次に、図５(Ｂ)に示したように、前記コンタクトプラグ300を形成した前記層間絶縁膜200の上面に窒化チタン(TiN)からなる拡散防止膜400を形成し、該拡散防止膜400の上面に白金(Pt)からなる下部電極500を形成する。次いで、前記下部電極500の上面にＣＶＤ法を施してＰＺＴからなる誘電膜600を形成し、該誘電膜600の上面に上部電極700を形成する。このとき、前記拡散防止膜400は、前記下部電極500と前記コンタクトプラグ300との反応を抑制する役割をしている。なお、該拡散防止膜400は、TiN以外にもTaNのような2元系窒化物、又は耐酸化性を向上させることのできるTi-Si-N、Ti-Al-Nのような3元系以上の窒化物を用いて形成することもできる。なお、前記誘電膜600は、ＰＺＴ以外にもＢＳＴなどのような強誘電体の物質を用いて形成することができる。また、該誘電膜600を形成する方法は、ＣＶＤ法に限定されず、ＰＶＤ法、ゾル-ゲル法及びレーザーアブレーション法を施して形成することもできる。
【００３８】
ここで、前記誘電膜600が非晶質状態であって熱処理を施して結晶化する必要がある場合、後の工程である異種膜800（図６(Ａ)参照）を膨張させるための酸化反応を施す工程より前に誘電膜を結晶化するための熱処理を施すこととする。
【００３９】
なお、前記下部電極500及び前記上部電極700は、Ptに限定されず、誘電膜600との反応が弱く、仕事関数が大きい物質、例えばルテニウム酸化物（RuOx）、ルテニウム(Ru)、イリジウム酸化物（IrO2）及びイリジウム(Ir)などを用いて形成することができる。
【００４０】
そして、図示省略のマスクパターンを用いて、前記上部電極700、誘電膜600、下部電極500及び拡散防止膜400を順次エッチングして、図５(Ｃ)に示したようにパターニングされた上部電極700、誘電膜600、下部電極500及び拡散防止膜400から構成されるキャパシタ550を形成する。この場合、前記マスクパターンは、一般のフォトレジストを用いることもできるが、選択係数を高くして残留物を最小化するため、酸化ケイ素（SiO2）、TiN又は、Tiのようなハードマスク形成用物質を用いることもできる。
【００４１】
次に、前記キャパシタ550の上面と層間絶縁膜200の上面と前記キャパシタ550の側面上とを覆うように絶縁膜を形成した後、図５(Ｄ)に示したように、エッチバック（etch-back）を施して前記キャパシタ550の側面にのみ絶縁膜からなる側壁650を形成する。
【００４２】
次に、前記キャパシタ550の上面及び側面と露出している層間絶縁膜200の上面とを覆うようにタングステンからなる異種膜800を形成する。その後、図６(Ａ)に示したように、該異種膜800の上面と前記上部電極700の上面とが同じ高さになるまで、前記異種膜800に対して化学機械研磨を施し、前記キャパシタ550の上面を露出させる。こうして、前記異種膜800を隣接したセルから分離させ、前記誘電膜600に対して垂直方向に位置する異種膜800を形成する。この場合、前記異種膜800は、タングステンに限定されず、後の工程で行われる酸化反応の際に体積が膨張される材料であれば何れの材料を用いても形成することができる。
【００４３】
その後、図６(Ｂ)に示したように、前記異種膜800の上面及び前記キャパシタ550の上面にSiO2からなるキャッピング層950を形成し、第2実施形態による製造方法を終了する。該キャッピング層950は、後の工程で行われる酸化反応の際に、反応ガスの透過性に優れた物質であり、誘電膜600に対して垂直方向、即ち、異種膜800の前記キャッピング層950方向への膨張を抑制できる物質であれば何れの物質を用いても形成することができる。例えば、前記SiO2の他にケイ化窒化膜などを材料として用いることができる。
【００４４】
この場合、構造物の酸化反応により、前記異種膜800が膨張するが、このように異種膜800が膨張すると、相対的に誘電膜600に圧縮応力が加えられ、前記誘電膜600に対して垂直方向に形成されたキャッピング層950は、該キャッピング層950により異種膜800の膨張を抑制できる。そのため、前記異種膜800を、キャパシタ550側のみに膨張させることになり、前記誘電膜600に対し一層大きい圧縮応力を誘発させることができる。例えば、前記異種膜800がタングステンからなる場合、該タングステンが酸化されてタングステン酸化物WOxになると、体積が急激に膨張するが、上面に形成されたキャッピング層950により、前記タングステンの体積が該キャッピング層950の方向に膨張することを抑制できるので、前記誘電膜600に一層大きい圧縮応力を誘発させることができる。従って、誘電膜600の誘電特性を一層効率的に向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によると、異種膜を収縮又は膨張させて相対的に誘電膜に圧縮応力を誘発させることができるので誘電特性を向上するという効果がある。
【００４６】
請求項２に係る発明によると、誘電膜がＰＺＴ、ＢＳＴなどのような強誘電体の物質からなるため、誘電膜に圧縮応力が誘発されたとき、誘電特性が向上するという効果がある。
【００４７】
請求項３及び９に係る発明によると、異種膜が誘電膜の上面に接するように形成されるため、異種膜を収縮させると、その圧縮応力はそのまま誘電膜に伝達されるので、誘電膜に圧縮応力を誘発できるという効果がある。
【００４８】
請求項４及び請求項１０に係る発明によると、異種膜が誘電膜の側面に隣接して形成されるため、異種膜を膨張させると、相対的に誘電膜には圧縮応力が加えられるので、誘電膜に圧縮応力を誘発できるという効果がある。
【００４９】
請求項５及び請求項１１に係る発明によると、複数種類の異種膜を形成し、一の異種膜は、蒸着を施してケイ化物を形成する物質からなり、他の異種膜は、ＰＥＣＶＤ法又はスピンコート法を施して酸化ケイ素、ＴＥＯＳ，ガラス又は有機物質のような絶縁膜からなるので、熱処理を行った後に体積が縮小し、下部の誘電膜に圧縮応力を加えることができるという効果がある。
【００５０】
請求項６及び請求項１２に係る発明によると、異種膜の上面にキャッピング層が形成され、このキャッピング層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素のような物質からなり、また上記異種膜は、タングステンのような酸化反応により膨張する物質からなるので、前記異種膜がキャッピング層に膨張されることを抑制でき、異種膜は誘電膜側のみに膨張することになり誘電膜内には一層大きい圧縮応力を加えることができるという効果がある。
【００５１】
請求項7及び請求項8に係る発明によると、実際の素子の製造工程に容易に適用して本発明の半導体素子のキャパシタを容易に製造することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、異種膜を収縮させて誘電膜に圧縮応力を誘発させる基本原理を示した断面図である。
【図２】本発明における、異種膜を膨張させて誘電膜に圧縮応力を誘発させる基本原理を示した断面図である。
【図３】本発明による半導体素子のキャパシタの製造方法における第１実施形態を示す工程縦断面図であり、半導体基板上に形成された層間絶縁膜上に下部電極をパターニングし、その上に誘電膜及び上部電極を順次形成する工程を示す図である。
【図４】上記の工程断面図において、上部電極上に第１の異種膜及び第２の異種膜を形成する工程を示す図である。
【図５】本発明による半導体素子のキャパシタの製造方法における第２実施形態を示す工程縦断面図であり、半導体基板上に形成された層間絶縁膜上にキャパシタをパターニングし、その側面に絶縁膜からなる側壁を形成する工程を示す図である。
【図６】上記の工程断面図において、パターニングされたキャパシタ上に異種膜及びキャッピング層を形成する工程を示す図である。
【符号の説明】
10、100…半導体基板
20、200…層間絶縁膜
30、300…コンタクトプラグ
40、400…拡散防止膜
５、50、500…下部電極
550…キャパシタ
６、60、600…誘電膜
650…側壁
７、70、700…上部電極
８、800…異種膜
80、80'…第１の異種膜
90、90'…第２の異種膜
950…キャッピング層
【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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