JPH11233734A - 半導体メモリ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体メモリ素子及びその製造方法Info
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- JPH11233734A JPH11233734A JP10035639A JP3563998A JPH11233734A JP H11233734 A JPH11233734 A JP H11233734A JP 10035639 A JP10035639 A JP 10035639A JP 3563998 A JP3563998 A JP 3563998A JP H11233734 A JPH11233734 A JP H11233734A
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐酸化性を高めるために高い結晶性を有する
Ｉｒ及びＩｒＯ2が必要となるが、Ｉｒ上に高温で直接
ＩｒＯ2を形成しようとした場合、膜むらが生じ、高温
で均質な膜を形成することができないという問題があっ
た。 【解決手段】 ＴａxＳｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮ
y（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなる拡散バリア
膜５上にＩｒ膜４を形成した後、３００℃以上４００℃
以下で、膜厚が３００Å以下の初期膜５を形成する。次
に、初期膜５上にＩｒＯ2膜６、誘電体膜７を順次形成
する。
Ｉｒ及びＩｒＯ2が必要となるが、Ｉｒ上に高温で直接
ＩｒＯ2を形成しようとした場合、膜むらが生じ、高温
で均質な膜を形成することができないという問題があっ
た。 【解決手段】 ＴａxＳｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮ
y（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなる拡散バリア
膜５上にＩｒ膜４を形成した後、３００℃以上４００℃
以下で、膜厚が３００Å以下の初期膜５を形成する。次
に、初期膜５上にＩｒＯ2膜６、誘電体膜７を順次形成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ素子
及びその製造方法に関し、更に詳しくは、選択トランジ
スタと導電性プラグ及び拡散バリア膜を介して電気的に
接続された、下部電極及び誘電体膜及び上部電極からな
るキャパシタを備えた半導体メモリ素子及びその製造方
法に関するものである。
及びその製造方法に関し、更に詳しくは、選択トランジ
スタと導電性プラグ及び拡散バリア膜を介して電気的に
接続された、下部電極及び誘電体膜及び上部電極からな
るキャパシタを備えた半導体メモリ素子及びその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体は、自発分極、高誘電率、電気
光学効果、圧電効果及び焦電効果等の多くの機能をもつ
ことから、広範なデバイス応用されている。例えば、そ
の焦電性を利用して赤外線リニアアレイセンサに、ま
た、その圧電性を利用して超音波センサに、その電気光
学効果を利用して導波路型光変調器に、その高誘電性を
利用してＤＲＡＭやＭＭＩＣ用キャパシタにと様々な方
面で用いられている。中でも、近年の薄膜形成技術の進
展に伴って、半導体メモリ技術との組み合わせにより高
密度でかつ高速に動作する強誘電体不揮発性メモリ（Ｆ
ＲＡＭ）の開発が盛んである。
光学効果、圧電効果及び焦電効果等の多くの機能をもつ
ことから、広範なデバイス応用されている。例えば、そ
の焦電性を利用して赤外線リニアアレイセンサに、ま
た、その圧電性を利用して超音波センサに、その電気光
学効果を利用して導波路型光変調器に、その高誘電性を
利用してＤＲＡＭやＭＭＩＣ用キャパシタにと様々な方
面で用いられている。中でも、近年の薄膜形成技術の進
展に伴って、半導体メモリ技術との組み合わせにより高
密度でかつ高速に動作する強誘電体不揮発性メモリ（Ｆ
ＲＡＭ）の開発が盛んである。
【０００３】強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリは、
その高速書き込み／読みだし、低電圧動作、及び書き込
み／読みだしの操作の繰り返しに対する高い耐性等の特
性から、従来の不揮発性メモリの置き換えだけでなく、
ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ分野の置き換えも可能なメモリとし
て、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
その高速書き込み／読みだし、低電圧動作、及び書き込
み／読みだしの操作の繰り返しに対する高い耐性等の特
性から、従来の不揮発性メモリの置き換えだけでなく、
ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ分野の置き換えも可能なメモリとし
て、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００４】従来、強誘電体キャパシタに用いる強誘電
体材料として、酸化物強誘電体（ＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）が
検討されており、その下部電極として、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔ
ａ、Ｐｔ／Ｔｉ等の貴金属材料或いは貴金属材料と密着
膜との複合電極が強誘電体薄膜の特性検討のため用いら
れてきた。
体材料として、酸化物強誘電体（ＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）が
検討されており、その下部電極として、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔ
ａ、Ｐｔ／Ｔｉ等の貴金属材料或いは貴金属材料と密着
膜との複合電極が強誘電体薄膜の特性検討のため用いら
れてきた。
【０００５】強誘電体膜の機能を利用するには結晶化し
た膜が要求される。そのため、結晶化のプロセスとし
て、酸素雰囲気中での、６００〜８００℃の高温熱処理
が必要とされている。
た膜が要求される。そのため、結晶化のプロセスとし
て、酸素雰囲気中での、６００〜８００℃の高温熱処理
が必要とされている。
【０００６】更に、これら強誘電体キャパシタ及びプロ
セスを用いて、４Ｍｂｉｔ以上の高集積化を実現するに
は、デバイス構造としてスタックト型構造が不可欠であ
ると言われている。すなわち、選択トランジスタと強誘
電体キャパシタとをポリシリコンなどの導電性プラグを
用いて電気的に接続する構造が必要となるが、Ｐｔ／ポ
リシリコン構造では、強誘電体の結晶化プロセスを行っ
た場合、Ｐｔ下部電極がシリサイド化反応を起こすた
め、ＴｉＮなどの拡散バリア膜が必要とされている。
セスを用いて、４Ｍｂｉｔ以上の高集積化を実現するに
は、デバイス構造としてスタックト型構造が不可欠であ
ると言われている。すなわち、選択トランジスタと強誘
電体キャパシタとをポリシリコンなどの導電性プラグを
用いて電気的に接続する構造が必要となるが、Ｐｔ／ポ
リシリコン構造では、強誘電体の結晶化プロセスを行っ
た場合、Ｐｔ下部電極がシリサイド化反応を起こすた
め、ＴｉＮなどの拡散バリア膜が必要とされている。
【０００７】しかしながら、Ｐｔ膜自体は耐酸化性は十
分であるが、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造においては、強誘
電体の結晶化プロセスにおいて、Ｐｔ膜粒界を透過して
きた酸素ガスによりＴｉＮが酸化されることが、「１９
９６年春季第４３回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集２８ｐ−Ｖ−６，（ｐｐ．５００）」で報告されてい
る。更に、「１９９６年春季第４３回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集２８ｐ−Ｖ−７，（ｐｐ．５０
０）」で報告されているように、ＴｉＮの酸化に伴う体
積膨張により発生するストレス変化を緩和するために、
Ｐｔ／ＴｉＮ界面で剥離あるいはＰｔヒロックが上方に
向かって生じるという非常に大きな問題があった。
分であるが、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造においては、強誘
電体の結晶化プロセスにおいて、Ｐｔ膜粒界を透過して
きた酸素ガスによりＴｉＮが酸化されることが、「１９
９６年春季第４３回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集２８ｐ−Ｖ−６，（ｐｐ．５００）」で報告されてい
る。更に、「１９９６年春季第４３回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集２８ｐ−Ｖ−７，（ｐｐ．５０
０）」で報告されているように、ＴｉＮの酸化に伴う体
積膨張により発生するストレス変化を緩和するために、
Ｐｔ／ＴｉＮ界面で剥離あるいはＰｔヒロックが上方に
向かって生じるという非常に大きな問題があった。
【０００８】また、Ｐｔ膜の酸素透過性という上述の理
由により、密着膜を用いた場合には、Ｐｔ／Ｔａ／Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの両構造で、Ｐｔ
直下のＴａ又はＴｉが酸化され、その結果絶縁体が形成
され、電気的な接続が断たれてしまうという別の問題が
発生する。尚、最下部のＴｉはポリシリコンとのコンタ
クトをとるために必要な膜である。
由により、密着膜を用いた場合には、Ｐｔ／Ｔａ／Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの両構造で、Ｐｔ
直下のＴａ又はＴｉが酸化され、その結果絶縁体が形成
され、電気的な接続が断たれてしまうという別の問題が
発生する。尚、最下部のＴｉはポリシリコンとのコンタ
クトをとるために必要な膜である。
【０００９】このように、Ｐｔ或いはＰｔと密着膜のみ
を電極に用いた場合、ＴｉＮなどの拡散バリア膜が酸化
され、ヒロックやコンタクト不良の問題が大きくなり、
スタックト型構造の実現は難しい状況であった。
を電極に用いた場合、ＴｉＮなどの拡散バリア膜が酸化
され、ヒロックやコンタクト不良の問題が大きくなり、
スタックト型構造の実現は難しい状況であった。
【００１０】一方、上記酸化物強誘電体膜の下部電極と
して、酸化物電極材料、例えばＩｒＯ2、ＲｕＯ2、Ｒｈ
Ｏ2、ＯｓＯ2、ＲｅＯ2などがその優れたバリア性や上
部に形成される酸化物誘電体との整合性などの点から検
討され始めている。
して、酸化物電極材料、例えばＩｒＯ2、ＲｕＯ2、Ｒｈ
Ｏ2、ＯｓＯ2、ＲｅＯ2などがその優れたバリア性や上
部に形成される酸化物誘電体との整合性などの点から検
討され始めている。
【００１１】中でも、ＩｒＯ2については、文献「Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．６５（１９９４）
ｐｐ．１５２２−１５２４」や「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．５２０
７−５２１０」において、Ｉｒ／ＩｒＯ2／ポリシリコ
ン或いは、Ｐｔ／ＩｒＯ2／ポリシリコン電極上に形成
したＰＺＴの疲労特性が著しく改善されると報告されて
いる。この理由は、ＩｒＯ2膜のＰｂなどの強誘電体膜
構成元素に対するバリヤ性によるものとしている。
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．６５（１９９４）
ｐｐ．１５２２−１５２４」や「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．５２０
７−５２１０」において、Ｉｒ／ＩｒＯ2／ポリシリコ
ン或いは、Ｐｔ／ＩｒＯ2／ポリシリコン電極上に形成
したＰＺＴの疲労特性が著しく改善されると報告されて
いる。この理由は、ＩｒＯ2膜のＰｂなどの強誘電体膜
構成元素に対するバリヤ性によるものとしている。
【００１２】しかしながら、この構造では、ＩｒＯ2と
ポリシリコンとの界面でのポリシリコンの酸化によるコ
ンタクト不良問題、また、ポリシリコン直上に形成した
ＩｒＯ2のシリサイド化の問題がＩｒＯ2膜形成及び強誘
電体膜形成時のプロセスにおいて発生する。
ポリシリコンとの界面でのポリシリコンの酸化によるコ
ンタクト不良問題、また、ポリシリコン直上に形成した
ＩｒＯ2のシリサイド化の問題がＩｒＯ2膜形成及び強誘
電体膜形成時のプロセスにおいて発生する。
【００１３】上記のＩｒ、ＩｒＯ2とポリシリコンの反
応の問題を解決するものとして、酸化物電極ＩｒＯ2に
バリヤメタルとしてＴｉＮを適用したＩｒＯ2（１００
０Å）／Ｉｒ（５００Å）／ＴｉＮ／Ｔｉ下部電極が
「１９９６年春季第４３回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集２８ｐ−Ｖ−４，（ｐｐ．４９９）」で報告さ
れている。
応の問題を解決するものとして、酸化物電極ＩｒＯ2に
バリヤメタルとしてＴｉＮを適用したＩｒＯ2（１００
０Å）／Ｉｒ（５００Å）／ＴｉＮ／Ｔｉ下部電極が
「１９９６年春季第４３回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集２８ｐ−Ｖ−４，（ｐｐ．４９９）」で報告さ
れている。
【００１４】高誘電体であるＳｒＴｉＯ3膜を形成、イ
オン注入を行って低抵抗化したシリコン基板とのコンタ
クトを調べた結果、オーミックコンタクトが取られてい
ることが確認され、リーク電流密度〜１０-7Ａ／ｃ
ｍ2、比誘電率〜２１６とＰｔ電極上の特性と遜色無い
程度の値が得られるとしている。このようなＩｒＯ2／
Ｉｒ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造は、高誘電体材料であるＳｒＴ
ｉＯ3膜に用いられる２００〜４５０℃と比較的低温の
プロセスにおいては、ヒロックや平坦性の劣化に伴うキ
ャパシタの電気的特性劣化がないため、高誘電体キャパ
シタを用いたスタックト型構造に有望であることが確認
されている。
オン注入を行って低抵抗化したシリコン基板とのコンタ
クトを調べた結果、オーミックコンタクトが取られてい
ることが確認され、リーク電流密度〜１０-7Ａ／ｃ
ｍ2、比誘電率〜２１６とＰｔ電極上の特性と遜色無い
程度の値が得られるとしている。このようなＩｒＯ2／
Ｉｒ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造は、高誘電体材料であるＳｒＴ
ｉＯ3膜に用いられる２００〜４５０℃と比較的低温の
プロセスにおいては、ヒロックや平坦性の劣化に伴うキ
ャパシタの電気的特性劣化がないため、高誘電体キャパ
シタを用いたスタックト型構造に有望であることが確認
されている。
【００１５】しかし、強誘電体結晶化プロセスにおいて
はＰＺＴ膜を形成する場合でも６００℃以上の酸素雰囲
気が必要であり、また、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9においては
８００℃以上の酸素雰囲気が一般的によく用いられてい
る。この温度ではＰｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造では密着膜で
あるＴｉの酸化により導通がとれなくなるという問題が
発生するほか、ＴｉＮの酸化に起因する膜応力の為にヒ
ロックが発生する。また、ＩｒＯ2／Ｉｒ／ＴｉＮ／Ｔ
ｉ構造においても高温（＞６００℃）での結晶化プロセ
スに起因する膜応力のためにヒロックが発生する。
はＰＺＴ膜を形成する場合でも６００℃以上の酸素雰囲
気が必要であり、また、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9においては
８００℃以上の酸素雰囲気が一般的によく用いられてい
る。この温度ではＰｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造では密着膜で
あるＴｉの酸化により導通がとれなくなるという問題が
発生するほか、ＴｉＮの酸化に起因する膜応力の為にヒ
ロックが発生する。また、ＩｒＯ2／Ｉｒ／ＴｉＮ／Ｔ
ｉ構造においても高温（＞６００℃）での結晶化プロセ
スに起因する膜応力のためにヒロックが発生する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐酸化
性を高めるために高い結晶性を有するＩｒ及びＩｒＯ2
が必要となるが、Ｉｒ上に高温で直接ＩｒＯ2を形成し
ようとした場合、膜むらが生じ、高温で均質な膜を形成
することができないという問題があった。また、拡散バ
リア膜の耐熱性が低く、高温雰囲気においてヒロックな
どが発生する等の問題があった。
性を高めるために高い結晶性を有するＩｒ及びＩｒＯ2
が必要となるが、Ｉｒ上に高温で直接ＩｒＯ2を形成し
ようとした場合、膜むらが生じ、高温で均質な膜を形成
することができないという問題があった。また、拡散バ
リア膜の耐熱性が低く、高温雰囲気においてヒロックな
どが発生する等の問題があった。
【００１７】このように、スタックト型構造で強誘電体
膜又は高誘電体膜を用いたメモリの実用化には６００℃
以上の酸化雰囲気中熱処理工程でのプロセス耐性及び上
部に積膜する強誘電体との反応がなく、平坦で緻密な形
状をもち、従来のＰｔ電極と同等上の抵抗率をもつこと
が望まれていた。
膜又は高誘電体膜を用いたメモリの実用化には６００℃
以上の酸化雰囲気中熱処理工程でのプロセス耐性及び上
部に積膜する強誘電体との反応がなく、平坦で緻密な形
状をもち、従来のＰｔ電極と同等上の抵抗率をもつこと
が望まれていた。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
の半導体メモリ素子は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して、選択トランジスタと電気的に接続された、下
部電極及び誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを
備えた半導体メモリ素子において、上記拡散バリア膜が
ＴａxＳｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）から成り、該拡散バリア膜上に下部電
極としてＩｒ膜とＩｒＯ2膜とが順次形成されて成るこ
とを特徴とするものである。
の半導体メモリ素子は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して、選択トランジスタと電気的に接続された、下
部電極及び誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを
備えた半導体メモリ素子において、上記拡散バリア膜が
ＴａxＳｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）から成り、該拡散バリア膜上に下部電
極としてＩｒ膜とＩｒＯ2膜とが順次形成されて成るこ
とを特徴とするものである。
【００１９】また、請求項２に記載の本発明の半導体メ
モリ素子は、上記下部電極として、上記Ｉｒ膜と上記Ｉ
ｒＯ2膜とＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅから
なる群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを
含有する導電膜とが順次形成されて成ることを特徴とす
る、請求項１に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
モリ素子は、上記下部電極として、上記Ｉｒ膜と上記Ｉ
ｒＯ2膜とＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅから
なる群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを
含有する導電膜とが順次形成されて成ることを特徴とす
る、請求項１に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
【００２０】また、請求項３に記載の本発明の半導体メ
モリ素子は、上記拡散バリア膜がＴａxＳｉ1-xＮy又は
ＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９５、０．３＜
ｙ＜０．５）から成ることを特徴とする、請求項１又は
請求項２に記載の半導体メモリ素子である。
モリ素子は、上記拡散バリア膜がＴａxＳｉ1-xＮy又は
ＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９５、０．３＜
ｙ＜０．５）から成ることを特徴とする、請求項１又は
請求項２に記載の半導体メモリ素子である。
【００２１】また、請求項４に記載の本発明の半導体メ
モリ素子は、上記ＩｒＯ2膜の膜厚と上記Ｉｒ膜の膜厚
との比が、１≦（ＩｒＯ2膜の膜厚／Ｉｒ膜の膜厚）≦
３となることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のい
ずれかに記載の半導体メモリ素子である。
モリ素子は、上記ＩｒＯ2膜の膜厚と上記Ｉｒ膜の膜厚
との比が、１≦（ＩｒＯ2膜の膜厚／Ｉｒ膜の膜厚）≦
３となることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のい
ずれかに記載の半導体メモリ素子である。
【００２２】また、請求項５に記載の本発明の半導体メ
モリ素子の製造方法は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して選択トランジスタと電気的に接続された、下部
電極、誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備え
た半導体メモリ素子の製造方法において、上記拡散バリ
ア膜上にＩｒ膜を形成した後、３００℃以上、且つ、４
００℃以下で、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅからな
る群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを含
有する、膜厚が５０Å以上、且つ、３００Å以下の初期
膜を形成する工程と、上記初期膜上にＩｒＯ2膜、上記
誘電体膜及び上部電極を順次形成する工程とを有するこ
とを特徴とするものである。
モリ素子の製造方法は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して選択トランジスタと電気的に接続された、下部
電極、誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備え
た半導体メモリ素子の製造方法において、上記拡散バリ
ア膜上にＩｒ膜を形成した後、３００℃以上、且つ、４
００℃以下で、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅからな
る群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを含
有する、膜厚が５０Å以上、且つ、３００Å以下の初期
膜を形成する工程と、上記初期膜上にＩｒＯ2膜、上記
誘電体膜及び上部電極を順次形成する工程とを有するこ
とを特徴とするものである。
【００２３】また、請求項６に記載の本発明の半導体メ
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2膜と上記誘電体膜
との間に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅから
なる群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを
含有する導電膜を形成する工程を有することを特徴とす
る、請求項５に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2膜と上記誘電体膜
との間に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅから
なる群から選択される金属元素のうち少なくとも一つを
含有する導電膜を形成する工程を有することを特徴とす
る、請求項５に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
【００２４】また、請求項７に記載の本発明の半導体メ
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2膜を４５０℃以
上、且つ、７００℃以下で形成することを特徴とする、
請求項５又は請求項６に記載の半導体メモリ素子の製造
方法である。
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2膜を４５０℃以
上、且つ、７００℃以下で形成することを特徴とする、
請求項５又は請求項６に記載の半導体メモリ素子の製造
方法である。
【００２５】また、請求項８に記載の本発明の半導体メ
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2の膜厚とＩｒの膜
厚との比が、１≦（ＩｒＯ2の膜厚／Ｉｒの膜厚）≦３
となることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいず
れかに記載の半導体メモリ素子の製造方法である。
モリ素子の製造方法は、上記ＩｒＯ2の膜厚とＩｒの膜
厚との比が、１≦（ＩｒＯ2の膜厚／Ｉｒの膜厚）≦３
となることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいず
れかに記載の半導体メモリ素子の製造方法である。
【００２６】また、請求項９に記載の本発明の半導体メ
モリ素子の製造方法は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して選択トランジスタと電気的に接続された、下部
電極、誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備え
た半導体メモリ素子の製造方法において、上記拡散バリ
ア膜上にＩｒ膜を形成した後、酸素を含む原料を用いて
上記誘電体膜を形成する工程と、上記誘電体膜上に上部
電極を形成する工程とを有することを特徴とするもので
ある。
モリ素子の製造方法は、導電性プラグ及び拡散バリア膜
を介して選択トランジスタと電気的に接続された、下部
電極、誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備え
た半導体メモリ素子の製造方法において、上記拡散バリ
ア膜上にＩｒ膜を形成した後、酸素を含む原料を用いて
上記誘電体膜を形成する工程と、上記誘電体膜上に上部
電極を形成する工程とを有することを特徴とするもので
ある。
【００２７】また、請求項１０に記載の本発明の半導体
メモリ素子の製造方法は、上記拡散バリア膜にＴａxＳ
ｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）を用いることを特徴とする、請求項５乃至請求
項９のいずれかに記載の半導体メモリ素子の製造方法で
ある。
メモリ素子の製造方法は、上記拡散バリア膜にＴａxＳ
ｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）を用いることを特徴とする、請求項５乃至請求
項９のいずれかに記載の半導体メモリ素子の製造方法で
ある。
【００２８】また、請求項１１に記載の本発明の半導体
メモリ素子の製造方法は、上記拡散バリア膜にＴａxＳ
ｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９
５、０．３＜ｙ＜０．５）を用いることを特徴とする、
請求項１０に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
メモリ素子の製造方法は、上記拡散バリア膜にＴａxＳ
ｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９
５、０．３＜ｙ＜０．５）を用いることを特徴とする、
請求項１０に記載の半導体メモリ素子の製造方法であ
る。
【００２９】更に、請求項１２に記載の本発明の半導体
メモリ素子の製造方法は、上記初期膜がＩｒＯ2膜から
なることを特徴とする、請求項５乃至請求項８、請求項
１０及び請求項１１のいずれかに記載の半導体メモリ素
子の製造方法である。
メモリ素子の製造方法は、上記初期膜がＩｒＯ2膜から
なることを特徴とする、請求項５乃至請求項８、請求項
１０及び請求項１１のいずれかに記載の半導体メモリ素
子の製造方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
明について詳細に説明する。
【００３１】図１は本発明の一実施の形態の下部電極上
に強誘電体膜を形成した状態の断面構造を示す図、図２
はＴａxＳｉ(1-x)Ｎy膜中のＴａ組成ｘを変化させたと
きの抵抗率の変化を示す図、図３は成膜温度の変化によ
るＸＲＤチャート特性を示す図、図４は成膜温度を変化
させたときの抵抗率のＩｒＯ2膜の抵抗率の変化を示す
図、図５は本発明の一実施の形態の半導体メモリ素子の
構造断面図、図６は図５に示す半導体メモリ素子により
得られたヒステリシスループを示す図である。また、図
１及び図５において、１はシリコン基板、２は熱酸化
膜、３はＴａＳｉＮ膜、４はＩｒ膜、５は初期膜、６は
ＩｒＯ2膜、７は強誘電体膜、８は下部電極、９はロコ
ス酸化膜、１０はゲート電極、１１はソース／ドレイン
領域、１２は第１のシリコン酸化膜、１３はポリシリコ
ンプラグ、１４はＴａＳｉＮ膜、１５はＩｒ膜、１６は
ＩｒＯ2／初期膜、１７は強誘電体膜、１８は上部電
極、１９は第２のシリコン酸化膜、２０は第１のアルミ
ニウム引き出し電極、２１は第２のアルミニウム引き出
し電極である。
に強誘電体膜を形成した状態の断面構造を示す図、図２
はＴａxＳｉ(1-x)Ｎy膜中のＴａ組成ｘを変化させたと
きの抵抗率の変化を示す図、図３は成膜温度の変化によ
るＸＲＤチャート特性を示す図、図４は成膜温度を変化
させたときの抵抗率のＩｒＯ2膜の抵抗率の変化を示す
図、図５は本発明の一実施の形態の半導体メモリ素子の
構造断面図、図６は図５に示す半導体メモリ素子により
得られたヒステリシスループを示す図である。また、図
１及び図５において、１はシリコン基板、２は熱酸化
膜、３はＴａＳｉＮ膜、４はＩｒ膜、５は初期膜、６は
ＩｒＯ2膜、７は強誘電体膜、８は下部電極、９はロコ
ス酸化膜、１０はゲート電極、１１はソース／ドレイン
領域、１２は第１のシリコン酸化膜、１３はポリシリコ
ンプラグ、１４はＴａＳｉＮ膜、１５はＩｒ膜、１６は
ＩｒＯ2／初期膜、１７は強誘電体膜、１８は上部電
極、１９は第２のシリコン酸化膜、２０は第１のアルミ
ニウム引き出し電極、２１は第２のアルミニウム引き出
し電極である。
【００３２】本発明における強誘電体キャパシタを有す
る半導体メモリ素子に用いる基板は通常の半導体装置や
集積回路等の基板として使用することができる基板であ
れば特に限定されるものではなく、シリコン等の半導体
基板、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板、ＭｇＯ等の酸化
物結晶基板、硝子基板など、形成しようとする素子の種
類、用途等により選択することができるが、シリコン基
板が望ましい。
る半導体メモリ素子に用いる基板は通常の半導体装置や
集積回路等の基板として使用することができる基板であ
れば特に限定されるものではなく、シリコン等の半導体
基板、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板、ＭｇＯ等の酸化
物結晶基板、硝子基板など、形成しようとする素子の種
類、用途等により選択することができるが、シリコン基
板が望ましい。
【００３３】この基板上には、下部電極が形成されてい
る。この下部電極は、本発明において、形成される半導
体メモリ素子の一部、つまり、キャパシタの容量材料と
して使用する場合に利用される電極を意味する。この下
部電極は、基板上に形成されるものであり、絶縁膜、下
膜配線、所望の素子、層間絶縁膜等又はこれらの複数を
備えた基板上に形成されてもよい。
る。この下部電極は、本発明において、形成される半導
体メモリ素子の一部、つまり、キャパシタの容量材料と
して使用する場合に利用される電極を意味する。この下
部電極は、基板上に形成されるものであり、絶縁膜、下
膜配線、所望の素子、層間絶縁膜等又はこれらの複数を
備えた基板上に形成されてもよい。
【００３４】本実施の形態として、成膜方法はスパッタ
法を用い、ＩｒＯ2／Ｉｒ間にＩｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ｒｅのうち少なくとも１つを含む薄膜膜を挿入する
ことで、ＩｒＯ2の高温成膜時に発生するむらを無く
し、高温成膜が可能となり、電極材料の結晶性が向上
し、その結果、高耐酸化性、高耐熱性を併せ持つ電極構
造を提供するものである。更に、ＴａＳｉＮの組成を最
適化し、下部電極と組み合わせることにより、耐高温酸
素雰囲気特性が向上した電極構造を実現することができ
る。
法を用い、ＩｒＯ2／Ｉｒ間にＩｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ｒｅのうち少なくとも１つを含む薄膜膜を挿入する
ことで、ＩｒＯ2の高温成膜時に発生するむらを無く
し、高温成膜が可能となり、電極材料の結晶性が向上
し、その結果、高耐酸化性、高耐熱性を併せ持つ電極構
造を提供するものである。更に、ＴａＳｉＮの組成を最
適化し、下部電極と組み合わせることにより、耐高温酸
素雰囲気特性が向上した電極構造を実現することができ
る。
【００３５】従来の方法では、Ｉｒ／ＩｒＯ2／Ｉｒ／
Ｔｉ構造の電極において、拡散炉で６００℃、６０ｍｉ
ｎの熱処理で、Ｔｉの酸化により下部のシリコンとの導
通が取れなくなってしまっている。しかし、本発明の成
膜では拡散炉で７００℃、６０ｍｉｎの熱処理でも、そ
の下の拡散バリア膜であるＴａＳｉＮを酸化することが
無かった。これにより、従来法と比較して、１００℃以
上の温度での耐熱・耐酸化性をもつ酸化物電極を作成す
ることができるとしている。
Ｔｉ構造の電極において、拡散炉で６００℃、６０ｍｉ
ｎの熱処理で、Ｔｉの酸化により下部のシリコンとの導
通が取れなくなってしまっている。しかし、本発明の成
膜では拡散炉で７００℃、６０ｍｉｎの熱処理でも、そ
の下の拡散バリア膜であるＴａＳｉＮを酸化することが
無かった。これにより、従来法と比較して、１００℃以
上の温度での耐熱・耐酸化性をもつ酸化物電極を作成す
ることができるとしている。
【００３６】また、本発明における電極構造上に強誘電
体膜を成膜し、強誘電体素子を形成するが、強誘電体薄
膜は、酸化物強誘電体（ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）等を使用
することが可能となる。この場合、層状ペロブスカイト
構造を有するＢｉ系強誘電体であれば、特に限定される
ものではないが、強誘電体膜が、Ｂｉ2Ａm-1ＢmＯ3m+3
（ＡはＮａ、Ｋ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ又はＢｉ；Ｂ
はＦｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ又はＭｏ）が示される強
誘電体材料が好ましく、また、ｍが自然数である化合物
がより好ましい。具体的には、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＰｂＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ
15、ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｂａ2
Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｎａ0.5Ｂｉ
4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｋ0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2Ｂｉ4Ｔ
ｉ4Ｏ18、Ｂａ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18
等が挙げられるが、中でもＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9が好まし
い。
体膜を成膜し、強誘電体素子を形成するが、強誘電体薄
膜は、酸化物強誘電体（ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）等を使用
することが可能となる。この場合、層状ペロブスカイト
構造を有するＢｉ系強誘電体であれば、特に限定される
ものではないが、強誘電体膜が、Ｂｉ2Ａm-1ＢmＯ3m+3
（ＡはＮａ、Ｋ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ又はＢｉ；Ｂ
はＦｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ又はＭｏ）が示される強
誘電体材料が好ましく、また、ｍが自然数である化合物
がより好ましい。具体的には、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＰｂＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ
15、ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｂａ2
Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｎａ0.5Ｂｉ
4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｋ0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2Ｂｉ4Ｔ
ｉ4Ｏ18、Ｂａ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18
等が挙げられるが、中でもＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9が好まし
い。
【００３７】これらの強誘電体膜は、公知の方法、例え
ば、スピンオン法、反応性蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッ
タ法、レーザーアブレーション法等の方法を選択して行
うことができる。例えば、スピンオン法においては、一
般的には上記薄膜を構成する一部、又はすべての元素を
溶媒に分散させ、それをスピンコートにより基板上に塗
布、乾燥を行い、その後膜中に存在している炭素成分を
焼結により燃焼させ（仮焼結）、その後、ペロブスカイ
ト構造を有する結晶にするための酸素若しくは酸素化合
物を含むガス成分中で焼成を行い、基板上に強誘電体膜
を形成する。
ば、スピンオン法、反応性蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッ
タ法、レーザーアブレーション法等の方法を選択して行
うことができる。例えば、スピンオン法においては、一
般的には上記薄膜を構成する一部、又はすべての元素を
溶媒に分散させ、それをスピンコートにより基板上に塗
布、乾燥を行い、その後膜中に存在している炭素成分を
焼結により燃焼させ（仮焼結）、その後、ペロブスカイ
ト構造を有する結晶にするための酸素若しくは酸素化合
物を含むガス成分中で焼成を行い、基板上に強誘電体膜
を形成する。
【００３８】強誘電体膜上には、上部電極膜が形成され
ている。この上部電極膜はＰｔ膜等の一層構造にする
他、下部電極膜と同様の材料で同様の方法により形成す
ることもできる。この上部電極膜の上には、所望の配線
工程、絶縁膜形成工程などを行うことにより、強誘電体
キャパシタを形成することができる。
ている。この上部電極膜はＰｔ膜等の一層構造にする
他、下部電極膜と同様の材料で同様の方法により形成す
ることもできる。この上部電極膜の上には、所望の配線
工程、絶縁膜形成工程などを行うことにより、強誘電体
キャパシタを形成することができる。
【００３９】強誘電体膜を用いた場合の本発明の半導体
メモリ素子は、強誘電体素子自体を強誘電体キャパシタ
として、また、強誘電体素子を強誘電体デバイス又は半
導体装置の構成の一部として、集積回路用のウエハに搭
載して、集積回路を構成することができる。例えば、強
誘電体素子を不揮発性メモリの容量部として、または、
ＦＥＴのゲート電極に適用し、ゲート絶縁膜、ソース／
ドレイン領域等を組み合わせて形成することにより、Ｍ
ＦＭＩＳ−ＦＥＴ、ＭＦＳ−ＦＥＴ等として利用するこ
ともできる。
メモリ素子は、強誘電体素子自体を強誘電体キャパシタ
として、また、強誘電体素子を強誘電体デバイス又は半
導体装置の構成の一部として、集積回路用のウエハに搭
載して、集積回路を構成することができる。例えば、強
誘電体素子を不揮発性メモリの容量部として、または、
ＦＥＴのゲート電極に適用し、ゲート絶縁膜、ソース／
ドレイン領域等を組み合わせて形成することにより、Ｍ
ＦＭＩＳ−ＦＥＴ、ＭＦＳ−ＦＥＴ等として利用するこ
ともできる。
【００４０】実施例１ 以下、本発明の半導体メモリ素子の特に、キャパシタの
拡散バリア膜、下部電極及び強誘電体膜の製造工程につ
いて説明する。
拡散バリア膜、下部電極及び強誘電体膜の製造工程につ
いて説明する。
【００４１】まず、シリコン基板１の表面に膜厚が約６
０００Åの熱酸化膜２を形成する。次にＤＣマグネトロ
ンスパッタ法で、拡散バリア膜となる膜厚１０００Åの
アモルファス状のＴａＳｉＮ膜３を成膜した後、窒素雰
囲気中で熱処理を行い、ＴａＳｉＮ膜３の安定化を行
う。この熱処理は成膜条件によっては、特に必要がない
場合もある。
０００Åの熱酸化膜２を形成する。次にＤＣマグネトロ
ンスパッタ法で、拡散バリア膜となる膜厚１０００Åの
アモルファス状のＴａＳｉＮ膜３を成膜した後、窒素雰
囲気中で熱処理を行い、ＴａＳｉＮ膜３の安定化を行
う。この熱処理は成膜条件によっては、特に必要がない
場合もある。
【００４２】形成されたＴａＳｉＮ膜３の組成は、Ｔａ
xＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるこ
とが望ましく、さらに、０．７５＜ｘ＜０．９５、０．
３＜ｙ＜０．５であることがより望ましい。
xＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるこ
とが望ましく、さらに、０．７５＜ｘ＜０．９５、０．
３＜ｙ＜０．５であることがより望ましい。
【００４３】図２で示すように、窒素の組成ｙを０．
５、０．４１、０．３及びそれぞれの場合のＴａの組成
ｘを０．７５〜０．９５にすることで、１０００〜２０
００μΩｃｍ前後の抵抗率に抑えることができ、下地の
ポリシリコンとＴａＳｉＮ上部に形成した薄膜の成分と
の反応も十分に抑えられていた。このことは、オージェ
電子分光法により、解析を行い、反応がなかったことで
確認した。しかし、０．５＜ｙ、ｙ＜０．３のそれぞれ
の場合において、０．７５＜ｘ＜０．９５の場合におい
ても、バリア性が弱く、下地のポリシリコンと上部に形
成した薄膜との反応が６００℃以下の焼結温度で容易に
起こってしまうため、適切な条件ではない。
５、０．４１、０．３及びそれぞれの場合のＴａの組成
ｘを０．７５〜０．９５にすることで、１０００〜２０
００μΩｃｍ前後の抵抗率に抑えることができ、下地の
ポリシリコンとＴａＳｉＮ上部に形成した薄膜の成分と
の反応も十分に抑えられていた。このことは、オージェ
電子分光法により、解析を行い、反応がなかったことで
確認した。しかし、０．５＜ｙ、ｙ＜０．３のそれぞれ
の場合において、０．７５＜ｘ＜０．９５の場合におい
ても、バリア性が弱く、下地のポリシリコンと上部に形
成した薄膜との反応が６００℃以下の焼結温度で容易に
起こってしまうため、適切な条件ではない。
【００４４】尚、アモルファス状のＴａＳｉＮ膜３の本
実施例に用いた成膜条件は、Ｔａ／Ｓｉ＝１０／３の合
金ターゲットを用い、基板温度を５００℃、スパッタパ
ワーを２０００Ｗ、スパッタガス圧を０．７Ｐａ、Ａｒ
流量／Ｎ2流量は３／２とし、また、熱処理条件は純窒
素雰囲気中で昇温速度を５℃／ｍｉｎ、保持温度を６０
０℃、保持時間を１時間とした。上記条件の下で形成さ
れたタンタルシリコン窒化物３はＸ線回折分光によりア
モルファス構造であることが確認され、さらに、オージ
ェ分光分析により、組成比がＴａ0.85Ｓｉ0.15Ｎ0.41で
あることが確認された。
実施例に用いた成膜条件は、Ｔａ／Ｓｉ＝１０／３の合
金ターゲットを用い、基板温度を５００℃、スパッタパ
ワーを２０００Ｗ、スパッタガス圧を０．７Ｐａ、Ａｒ
流量／Ｎ2流量は３／２とし、また、熱処理条件は純窒
素雰囲気中で昇温速度を５℃／ｍｉｎ、保持温度を６０
０℃、保持時間を１時間とした。上記条件の下で形成さ
れたタンタルシリコン窒化物３はＸ線回折分光によりア
モルファス構造であることが確認され、さらに、オージ
ェ分光分析により、組成比がＴａ0.85Ｓｉ0.15Ｎ0.41で
あることが確認された。
【００４５】続いて、この上にＤＣマグネトロンスパッ
タ法で下部電極８を形成した。ＩｒＯ2／Ｉｒの積膜構
造はまずＩｒ膜４を成膜し、引き続きＩｒＯ2膜６を形
成したものである。
タ法で下部電極８を形成した。ＩｒＯ2／Ｉｒの積膜構
造はまずＩｒ膜４を成膜し、引き続きＩｒＯ2膜６を形
成したものである。
【００４６】まず、Ｉｒ膜４をＤＣパワー０．５ｋＷ、
基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１００
０Å作成した。スパッタガスはＡｒガスのみとした。成
膜段階では５００℃の高温成膜にも関わらず、緻密で平
坦な表面性を示していた。これは、スパッタパワーを落
とし、スパッタレートを落とすことで急速な粒成長が抑
制され、膜荒れを防ぐことができたからである。尚、電
極構造の表面性はＳＥＭにより観察している。さらに、
Ｉｒ膜４上にＩｒＯ2膜６を５００℃で成膜するための
初期膜５を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基
板温度３５０℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００
Å作成した。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／
９とした。すなわち、Ｉｒターゲットを用いて、反応性
スパッタを行い、基板にＩｒＯ2膜５を形成する。
基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１００
０Å作成した。スパッタガスはＡｒガスのみとした。成
膜段階では５００℃の高温成膜にも関わらず、緻密で平
坦な表面性を示していた。これは、スパッタパワーを落
とし、スパッタレートを落とすことで急速な粒成長が抑
制され、膜荒れを防ぐことができたからである。尚、電
極構造の表面性はＳＥＭにより観察している。さらに、
Ｉｒ膜４上にＩｒＯ2膜６を５００℃で成膜するための
初期膜５を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基
板温度３５０℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００
Å作成した。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／
９とした。すなわち、Ｉｒターゲットを用いて、反応性
スパッタを行い、基板にＩｒＯ2膜５を形成する。
【００４７】ここで、成膜温度を３００℃としたのは、
成膜時の温度が４００℃より大きい場合であると、Ｉｒ
膜４のようなメタル上に成膜むらが生じてしまうためで
あり、また、３００℃未満であるとその後の高温での成
膜で、膜の結晶性にばらつきが生じるためである。
成膜時の温度が４００℃より大きい場合であると、Ｉｒ
膜４のようなメタル上に成膜むらが生じてしまうためで
あり、また、３００℃未満であるとその後の高温での成
膜で、膜の結晶性にばらつきが生じるためである。
【００４８】また、膜厚に関しては、今回２００Åとし
たが、３００Å以下であれば任意の膜厚で、均質な膜が
得られれば使用可能である。しかしながら、少なくと
も、５０Å以上の膜厚は必要である。また、３００Åよ
り厚くなってしまうと、高温プロセス中での薄膜の結晶
性のばらつきのために、薄膜の耐酸化性が不均一にな
り、場所によっては、ヒロックが生じる。また、スパッ
タで成膜する場合には、１００Å以下では島状になって
しまうが、それ以下の膜厚で形成する場合には、酸素プ
ラズマにさらしたり、オゾンを基板表面に照射すること
で、Ｉｒ膜４の表面上を均質にＩｒＯ2膜６を任意の厚
さで形成することができ、それを初期膜５として使うこ
とができる。
たが、３００Å以下であれば任意の膜厚で、均質な膜が
得られれば使用可能である。しかしながら、少なくと
も、５０Å以上の膜厚は必要である。また、３００Åよ
り厚くなってしまうと、高温プロセス中での薄膜の結晶
性のばらつきのために、薄膜の耐酸化性が不均一にな
り、場所によっては、ヒロックが生じる。また、スパッ
タで成膜する場合には、１００Å以下では島状になって
しまうが、それ以下の膜厚で形成する場合には、酸素プ
ラズマにさらしたり、オゾンを基板表面に照射すること
で、Ｉｒ膜４の表面上を均質にＩｒＯ2膜６を任意の厚
さで形成することができ、それを初期膜５として使うこ
とができる。
【００４９】尚、実施例１において、初期膜５はＩｒＯ
2膜となるが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅからな
る群から選択された金属元素のうち少なくとも１つを含
有すること膜であればよい。しかしながら、後のＩｒＯ
2膜６形成の際と同じ原料ターゲットを用いるＩｒＯ2を
初期膜５に用いることが、膜特性の向上や工程簡略化の
点からも望ましい。
2膜となるが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅからな
る群から選択された金属元素のうち少なくとも１つを含
有すること膜であればよい。しかしながら、後のＩｒＯ
2膜６形成の際と同じ原料ターゲットを用いるＩｒＯ2を
初期膜５に用いることが、膜特性の向上や工程簡略化の
点からも望ましい。
【００５０】次に、この初期膜５上に５００℃で、Ｉｒ
Ｏ2膜６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガ
ス圧０．７１Ｐａとし、膜厚１３００Å作成した。スパ
ッタガス流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。本実施例
では、成膜温度を５００℃とした。図３のＸＲＤの結果
から、４００℃と４５０℃以上で成膜した場合のＸＲＤ
チャートを比較すると、明らかにＩｒＯ2を４５０℃以
上で成膜した場合のＩｒＯ2（２００）のピーク強度が
４００℃で成膜した場合と比較して４倍以上大きくなっ
ていることが分かる。また、４５０℃での成膜と５００
℃での成膜とを比較するとほとんど変わらないことが分
かる。そのため、４００℃から４５０℃の間で結晶性が
変化し、ＩｒＯ2（２００）が優先的に配向しそれ以降
は結晶性が変化していないことが分かる。また、図４に
示すように、ＩｒＯ2膜の抵抗率ρは４５０℃付近まで
次第に下がり、それ以降は低い値を保っている。よっ
て、ＩｒＯ2膜６の成膜温度は４５０℃以上であればよ
い。
Ｏ2膜６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガ
ス圧０．７１Ｐａとし、膜厚１３００Å作成した。スパ
ッタガス流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。本実施例
では、成膜温度を５００℃とした。図３のＸＲＤの結果
から、４００℃と４５０℃以上で成膜した場合のＸＲＤ
チャートを比較すると、明らかにＩｒＯ2を４５０℃以
上で成膜した場合のＩｒＯ2（２００）のピーク強度が
４００℃で成膜した場合と比較して４倍以上大きくなっ
ていることが分かる。また、４５０℃での成膜と５００
℃での成膜とを比較するとほとんど変わらないことが分
かる。そのため、４００℃から４５０℃の間で結晶性が
変化し、ＩｒＯ2（２００）が優先的に配向しそれ以降
は結晶性が変化していないことが分かる。また、図４に
示すように、ＩｒＯ2膜の抵抗率ρは４５０℃付近まで
次第に下がり、それ以降は低い値を保っている。よっ
て、ＩｒＯ2膜６の成膜温度は４５０℃以上であればよ
い。
【００５１】また、Ｉｒは雰囲気温度が７００℃以上に
なるとＩｒＯ2膜６の成膜時にチャンバー内に導入され
た酸素と基板加熱によりＩｒが酸化され、細かいＩｒＯ
2の凝集体が基板にできてしまうという結果が実験的に
分かっており、そのため、ＩｒＯ2膜６の成膜温度は７
００℃以下でなければならない。また、耐酸化性を検討
するために、それぞれの温度で酸素中で電極のみをアニ
ールした場合のヒロックの有無の検討したところ、４０
０℃以下で成膜した場合には酸素中６００℃以上の耐熱
・耐酸化性はないのに対し、４５０℃以上で成膜した場
合では、酸素中８００℃までヒロックが生じなかった。
これらの結果から、４５０℃以上の成膜温度での優位性
が示された。
なるとＩｒＯ2膜６の成膜時にチャンバー内に導入され
た酸素と基板加熱によりＩｒが酸化され、細かいＩｒＯ
2の凝集体が基板にできてしまうという結果が実験的に
分かっており、そのため、ＩｒＯ2膜６の成膜温度は７
００℃以下でなければならない。また、耐酸化性を検討
するために、それぞれの温度で酸素中で電極のみをアニ
ールした場合のヒロックの有無の検討したところ、４０
０℃以下で成膜した場合には酸素中６００℃以上の耐熱
・耐酸化性はないのに対し、４５０℃以上で成膜した場
合では、酸素中８００℃までヒロックが生じなかった。
これらの結果から、４５０℃以上の成膜温度での優位性
が示された。
【００５２】次に、基板上にスピンオン法を用いてＳＢ
Ｔ膜７の成膜を行った。ＳＢＴ膜の成膜方法は、まず構
成元素を溶媒に分散させた前駆体溶液を形成し、その前
駆体溶液をスピナーを用いて回転数を３０００ｒｐｍと
して塗布し、大気中で１５０℃、１０分間の乾燥を行っ
た後、大気中で４００℃で３０分間の仮焼成を行い、そ
の後、７００℃で１時間の結晶化を行い形成する。これ
らの工程を３回繰り返し、ＳＢＴ膜７を２０００Å形成
した（図１）。ＳＢＴ膜７形成後にヒロック等は認めら
れず、断面ＳＥＭ及びオージェ分光分析より下部電極８
とＳＢＴ膜７との反応も見られなかった。
Ｔ膜７の成膜を行った。ＳＢＴ膜の成膜方法は、まず構
成元素を溶媒に分散させた前駆体溶液を形成し、その前
駆体溶液をスピナーを用いて回転数を３０００ｒｐｍと
して塗布し、大気中で１５０℃、１０分間の乾燥を行っ
た後、大気中で４００℃で３０分間の仮焼成を行い、そ
の後、７００℃で１時間の結晶化を行い形成する。これ
らの工程を３回繰り返し、ＳＢＴ膜７を２０００Å形成
した（図１）。ＳＢＴ膜７形成後にヒロック等は認めら
れず、断面ＳＥＭ及びオージェ分光分析より下部電極８
とＳＢＴ膜７との反応も見られなかった。
【００５３】また、同様に、ＴａＳｉＮの代わりにＨｆ
ＳｉＮを使用した際も同様の結果が得られた。
ＳｉＮを使用した際も同様の結果が得られた。
【００５４】また、上記下部電極上にＰｔ膜を５００Å
積膜した電極上にＳＢＴ膜を上記と同様に成膜した場合
にも、ヒロック等は認められず、反応も見られなかっ
た。更に、この構造の場合にはリーク電流値が１桁程度
小さくなった。すなわち、ＳＢＴ／ＩｒＯ2（初期膜と
なるＩｒＯ2を含む）／Ｉｒ／ＴａＳｉＮ構造ではリー
ク電流値は１．２×１０-6（Ａ／ｃｍ2）であったのに
対して、ＳＢＴ／Ｐｔ／ＩｒＯ2（初期膜となるＩｒＯ2
を含む）／Ｉｒ／ＴａＳｉＮ構造ではリーク電流値は
９．８×１０-8（Ａ／ｃｍ2）であった。今回はＰｔを
使用したが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ及びその合
金からなる例えばＰｔ−Ｒｈ薄膜でも同様な効果を示し
た。
積膜した電極上にＳＢＴ膜を上記と同様に成膜した場合
にも、ヒロック等は認められず、反応も見られなかっ
た。更に、この構造の場合にはリーク電流値が１桁程度
小さくなった。すなわち、ＳＢＴ／ＩｒＯ2（初期膜と
なるＩｒＯ2を含む）／Ｉｒ／ＴａＳｉＮ構造ではリー
ク電流値は１．２×１０-6（Ａ／ｃｍ2）であったのに
対して、ＳＢＴ／Ｐｔ／ＩｒＯ2（初期膜となるＩｒＯ2
を含む）／Ｉｒ／ＴａＳｉＮ構造ではリーク電流値は
９．８×１０-8（Ａ／ｃｍ2）であった。今回はＰｔを
使用したが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ及びその合
金からなる例えばＰｔ−Ｒｈ薄膜でも同様な効果を示し
た。
【００５５】以上の結果より、実施例１に示した酸化物
導電性膜８を用いて形成した下部電極においては、Ｉｒ
膜上に初期膜５を用いることで、４５０℃以上での成膜
を可能にし、そのために、結晶性が向上し、高温酸素雰
囲気中での窒化タンタルシリコン膜３が酸化されること
がなくなった。そのため、高温・酸素雰囲気中での強誘
電体膜を形成することができ、高密度ＦＲＡＭを実現す
るために必要十分な酸素バリア性をもった電極を形成す
ることが可能となった。
導電性膜８を用いて形成した下部電極においては、Ｉｒ
膜上に初期膜５を用いることで、４５０℃以上での成膜
を可能にし、そのために、結晶性が向上し、高温酸素雰
囲気中での窒化タンタルシリコン膜３が酸化されること
がなくなった。そのため、高温・酸素雰囲気中での強誘
電体膜を形成することができ、高密度ＦＲＡＭを実現す
るために必要十分な酸素バリア性をもった電極を形成す
ることが可能となった。
【００５６】実施例２ 次に、本発明の下部電極８を構成するＩｒ膜及びＩｒＯ
2膜の膜厚についての実施例を示す。
2膜の膜厚についての実施例を示す。
【００５７】実施例１と同様にシリコン基板１上に熱酸
化膜２を６０００Å形成し、その上に窒化タンタルシリ
コン膜３を形成する。
化膜２を６０００Å形成し、その上に窒化タンタルシリ
コン膜３を形成する。
【００５８】続いて、この上にＤＣマグネトロンスパッ
タ法で下部電極８を形成した。ＩｒＯ2／Ｉｒの積膜構
造はまずＩｒ膜４を成膜し、引き続きＩｒＯ2膜６を形
成したものである。
タ法で下部電極８を形成した。ＩｒＯ2／Ｉｒの積膜構
造はまずＩｒ膜４を成膜し、引き続きＩｒＯ2膜６を形
成したものである。
【００５９】まず、Ｉｒ膜４をＤＣパワー０．５ｋＷ、
基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１００
０Å作成した。スパッタガスはＡｒガスのみとした。
基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１００
０Å作成した。スパッタガスはＡｒガスのみとした。
【００６０】さらに、Ｉｒ膜４上にＩｒＯ2膜６を５０
０℃で成膜するためのＩｒＯ2からなる初期膜５を形成
する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基板温度３５０
℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００Å作成した。
スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。
０℃で成膜するためのＩｒＯ2からなる初期膜５を形成
する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基板温度３５０
℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００Å作成した。
スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。
【００６１】次に、この初期膜５の上に５００℃でＩｒ
Ｏ2膜６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガ
ス圧０．７１Ｐａとし、膜厚５００〜１８００Åの膜厚
で作製した。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／
９とした。
Ｏ2膜６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガ
ス圧０．７１Ｐａとし、膜厚５００〜１８００Åの膜厚
で作製した。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／
９とした。
【００６２】この膜厚と耐熱性との関係を示すために、
実施例１と同様に酸素中でのアニールによるヒロックの
有無により評価を行った。評価結果より、１≦（ＩｒＯ
2膜の膜厚（ＩｒＯ2膜からなる初期膜５が存在する場合
は初期膜の膜厚を含む。以下同様。）／（Ｉｒ膜の膜
厚）≦３の範囲でヒロックが無かった。１＞（ＩｒＯ2
膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2の
酸素バリア性が無く、酸素を透過してしまい、ＩｒＯ2
膜上にＩｒが析出し、ＩｒＯ2の単結晶体を形成し、膜
荒れが生じてしまう。
実施例１と同様に酸素中でのアニールによるヒロックの
有無により評価を行った。評価結果より、１≦（ＩｒＯ
2膜の膜厚（ＩｒＯ2膜からなる初期膜５が存在する場合
は初期膜の膜厚を含む。以下同様。）／（Ｉｒ膜の膜
厚）≦３の範囲でヒロックが無かった。１＞（ＩｒＯ2
膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2の
酸素バリア性が無く、酸素を透過してしまい、ＩｒＯ2
膜上にＩｒが析出し、ＩｒＯ2の単結晶体を形成し、膜
荒れが生じてしまう。
【００６３】また、３＜（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ
膜の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2膜が厚いため、横方向
の高温処理中に強い応力が発生し、細かいクラックが生
じる。そこから酸素が進入し、更に、進入した酸素はＩ
ｒ膜４上に到達するが、この条件の場合にはＩｒ膜４の
膜厚が透過してきた酸素に対して十分な耐性をもたず、
その結果酸素がＴａＳｉＮ膜３上に到達し、酸化膨張を
起こし、結果的には剥離が生じる。
膜の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2膜が厚いため、横方向
の高温処理中に強い応力が発生し、細かいクラックが生
じる。そこから酸素が進入し、更に、進入した酸素はＩ
ｒ膜４上に到達するが、この条件の場合にはＩｒ膜４の
膜厚が透過してきた酸素に対して十分な耐性をもたず、
その結果酸素がＴａＳｉＮ膜３上に到達し、酸化膨張を
起こし、結果的には剥離が生じる。
【００６４】尚、１≦（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ膜
の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2膜が酸素に対して十分な
耐性をもち酸素を遮断するため、このような剥離は見ら
れない。また、（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜
厚）≦３であれば、応力が緩和され、ヒロックが生じな
くなることがわかった。
の膜厚）の場合には、ＩｒＯ2膜が酸素に対して十分な
耐性をもち酸素を遮断するため、このような剥離は見ら
れない。また、（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜
厚）≦３であれば、応力が緩和され、ヒロックが生じな
くなることがわかった。
【００６５】実施例１では、Ｉｒ膜の膜厚が１０００Å
であり、初期膜５とＩｒＯ2膜６との合計の膜厚が１５
００Åであり、（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜
厚）＝１．５である。
であり、初期膜５とＩｒＯ2膜６との合計の膜厚が１５
００Åであり、（ＩｒＯ2膜の膜厚）／（Ｉｒ膜の膜
厚）＝１．５である。
【００６６】以上の結果より、膜厚の制御によりヒロッ
クの抑制は可能であり、高密度ＦＲＡＭを実現するため
の高耐熱電極の形成が可能となった。
クの抑制は可能であり、高密度ＦＲＡＭを実現するため
の高耐熱電極の形成が可能となった。
【００６７】実施例３ 次に拡散バリア膜であるＴａＳｉＮ膜の組成による耐熱
性、耐酸化性についての実施例を示す。
性、耐酸化性についての実施例を示す。
【００６８】実施例１と同様にシリコン基板１上に膜厚
が約６０００Åの熱酸化膜２を形成し、その上にＴａＳ
ｉＮ膜３を成膜する。成膜を行ったＴａＳｉＮ膜３の組
成は実施例１で示したものを用いた。
が約６０００Åの熱酸化膜２を形成し、その上にＴａＳ
ｉＮ膜３を成膜する。成膜を行ったＴａＳｉＮ膜３の組
成は実施例１で示したものを用いた。
【００６９】その上に、Ｉｒ膜４をＤＣパワー０．５ｋ
Ｗ、基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし膜厚１０
００Å作製した。スパッタガスはＡｒのみとした。
Ｗ、基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし膜厚１０
００Å作製した。スパッタガスはＡｒのみとした。
【００７０】次に、この上にスピンオン法を用いて、Ｓ
ＢＴ膜７の成膜を実施例１と同様に形成した。この際、
結晶化のための焼成を各１時間、合計７００℃で３時間
の焼成を行った。
ＢＴ膜７の成膜を実施例１と同様に形成した。この際、
結晶化のための焼成を各１時間、合計７００℃で３時間
の焼成を行った。
【００７１】ＳＢＴ膜形成後はヒロック等は認められ
ず、断面ＳＥＭ観察より、ＳＢＴ膜７と他の膜との反応
は見られなかった。また、オージェ分析の結果、ＳＢＴ
膜とＩｒ電極界面に各構成元素が相互拡散している領域
が１００Å程度観察され、また、Ｉｒ電極中に酸素が３
００Å程度拡散している様子が観察された。
ず、断面ＳＥＭ観察より、ＳＢＴ膜７と他の膜との反応
は見られなかった。また、オージェ分析の結果、ＳＢＴ
膜とＩｒ電極界面に各構成元素が相互拡散している領域
が１００Å程度観察され、また、Ｉｒ電極中に酸素が３
００Å程度拡散している様子が観察された。
【００７２】実施例３では実施例１のようにＩｒＯ2膜
を用いていないが、酸素を透過させない原理は同様であ
る。つまり、ＳＢＴ膜成膜時にＩｒ膜表面が例えばスピ
ンオン法では溶液中に含有される酸素によって酸化さ
れ、１００〜３００Å程度の膜厚のＩｒＯ2膜が形成さ
れ、同時にＳＢＴ等の酸化物が上部に形成される。それ
らの膜がＩｒＯ2膜を直接形成したときと同様の効果を
示し、同様の酸素バリア性を示すようになる。本実施例
を用いることにより、別途ＩｒＯ2膜を形成する工程を
行わなくても、酸素バリア性を有する下部電極を形成す
ることができる。
を用いていないが、酸素を透過させない原理は同様であ
る。つまり、ＳＢＴ膜成膜時にＩｒ膜表面が例えばスピ
ンオン法では溶液中に含有される酸素によって酸化さ
れ、１００〜３００Å程度の膜厚のＩｒＯ2膜が形成さ
れ、同時にＳＢＴ等の酸化物が上部に形成される。それ
らの膜がＩｒＯ2膜を直接形成したときと同様の効果を
示し、同様の酸素バリア性を示すようになる。本実施例
を用いることにより、別途ＩｒＯ2膜を形成する工程を
行わなくても、酸素バリア性を有する下部電極を形成す
ることができる。
【００７３】ここで、ＴａxＳｉ1-xＮyの組成を、０．
７５＜ｘ＜０．９５、０．３＜ｙ＜０．５とすること
で、６００℃以上の高温でのバリア性の高い膜を形成す
ることができる。
７５＜ｘ＜０．９５、０．３＜ｙ＜０．５とすること
で、６００℃以上の高温でのバリア性の高い膜を形成す
ることができる。
【００７４】強誘電体膜の形成には、スピンオン法の他
に、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法でも同様な効果が得られ
る。また、Ｉｒ、ＴａＳｉＮの膜厚は実施例３で用いた
膜厚に限らず、所望の温度で反応が起こらない膜厚であ
ればよい。また、拡散バリア膜は、ＴａＳｉＮ膜を用い
たが、ＨｆＳｉＮでも同様の効果が得られた。また、バ
リアメタル膜であるＴａＳｉＮやＨｆＳｉＮ上に成膜す
る電極はＩｒの他にＰｔ、Ｒｕ又はＯｓでも同様の結果
が得られた。
に、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法でも同様な効果が得られ
る。また、Ｉｒ、ＴａＳｉＮの膜厚は実施例３で用いた
膜厚に限らず、所望の温度で反応が起こらない膜厚であ
ればよい。また、拡散バリア膜は、ＴａＳｉＮ膜を用い
たが、ＨｆＳｉＮでも同様の効果が得られた。また、バ
リアメタル膜であるＴａＳｉＮやＨｆＳｉＮ上に成膜す
る電極はＩｒの他にＰｔ、Ｒｕ又はＯｓでも同様の結果
が得られた。
【００７５】以上の結果より、実施例３に示した電極構
造により、耐熱性、耐酸化性が向上し、高温酸素雰囲気
中でのＴａＳｉＮ膜３が酸化されることが無くなった。
このため、高温・酸素雰囲気中の強誘電体膜を形成する
ことができ、高密度ＦＲＡＭを実現するために必要十分
な酸素バリア性をもった電極を形成することが可能とな
った。
造により、耐熱性、耐酸化性が向上し、高温酸素雰囲気
中でのＴａＳｉＮ膜３が酸化されることが無くなった。
このため、高温・酸素雰囲気中の強誘電体膜を形成する
ことができ、高密度ＦＲＡＭを実現するために必要十分
な酸素バリア性をもった電極を形成することが可能とな
った。
【００７６】実施例４ 次に、実施例１〜３に示した酸化物導電体を用いた下部
電極８を用いた強誘電体を用いた半導体メモリ素子の形
成について実施例に示す。
電極８を用いた強誘電体を用いた半導体メモリ素子の形
成について実施例に示す。
【００７７】まず、シリコン基板１の表面に膜厚が約５
０００Åのロコス酸化膜９を形成して、素子分離領域を
形成する。次に、ゲート電極１０、ソース／ドレイン領
域１１等からなる選択トランジスタを形成した後、層間
絶縁膜としてＣＶＤ法で第１のシリコン酸化膜１２を、
５０００Å程度成膜し、続いて、直径０．５μｍのコン
タクトホールを形成する。次にＣＶＤ法でポリシリコン
を埋め込んだ後、ＣＭＰ法で表面を平坦化し、ポリシリ
コンプラグ１３を形成する。
０００Åのロコス酸化膜９を形成して、素子分離領域を
形成する。次に、ゲート電極１０、ソース／ドレイン領
域１１等からなる選択トランジスタを形成した後、層間
絶縁膜としてＣＶＤ法で第１のシリコン酸化膜１２を、
５０００Å程度成膜し、続いて、直径０．５μｍのコン
タクトホールを形成する。次にＣＶＤ法でポリシリコン
を埋め込んだ後、ＣＭＰ法で表面を平坦化し、ポリシリ
コンプラグ１３を形成する。
【００７８】次に、このポリシリコンプラグ１３上に、
実施例１及び２で示したように、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ法で膜厚１０００Åのアモルファス状のＴａＳｉＮ
膜１４の安定化を行う。この熱処理は成膜条件によって
は特に必要がない場合もある。
実施例１及び２で示したように、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ法で膜厚１０００Åのアモルファス状のＴａＳｉＮ
膜１４の安定化を行う。この熱処理は成膜条件によって
は特に必要がない場合もある。
【００７９】アモルファス状のＴａＳｉＮ膜１４の成膜
条件は、Ｔａ／Ｓｉ＝１０／３の合金ターゲットを用
い、基板温度を５００℃、スパッタパワーを２０００
Ｗ、スパッタガス圧を０．７Ｐａ、スパッタガスの流量
比はＡｒ／Ｎ2＝３／２とし、また、熱処理条件は純窒
素雰囲気中で昇温速度を５℃／ｍｉｎ、保持温度を６０
０℃、保持時間を１時間とした。
条件は、Ｔａ／Ｓｉ＝１０／３の合金ターゲットを用
い、基板温度を５００℃、スパッタパワーを２０００
Ｗ、スパッタガス圧を０．７Ｐａ、スパッタガスの流量
比はＡｒ／Ｎ2＝３／２とし、また、熱処理条件は純窒
素雰囲気中で昇温速度を５℃／ｍｉｎ、保持温度を６０
０℃、保持時間を１時間とした。
【００８０】続いて、この上に、実施例１及び２で示し
たＤＣマグネトロンスパッタ法で酸化物誘電体を用いた
多膜電極構造を形成した。
たＤＣマグネトロンスパッタ法で酸化物誘電体を用いた
多膜電極構造を形成した。
【００８１】まず、Ｉｒ膜１５をＤＣパワー０．５ｋ
Ｗ、基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１
０００Å作製した。スパッタガスはＡｒガスのみとし
た。
Ｗ、基板温度５００℃、ガス圧０．６Ｐａとし、膜厚１
０００Å作製した。スパッタガスはＡｒガスのみとし
た。
【００８２】さらに、Ｉｒ膜１５上にＩｒＯ2膜１６を
５００℃で成膜するためのＩｒＯ2膜からなる初期膜を
形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基板温度３５
０℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００Å作製し
た。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とし
た。
５００℃で成膜するためのＩｒＯ2膜からなる初期膜を
形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、基板温度３５
０℃、ガス圧０．７１Ｐａとし、膜厚２００Å作製し
た。スパッタガスの流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とし
た。
【００８３】次に、この膜の上に５００℃でＩｒＯ2膜
１６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガス圧
０．７１Ｐａとし、膜厚１３００Å作製した。スパッタ
ガス流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。尚、ＩｒＯ2膜
１６上に更にＰｔ膜を５００Å形成した下部電極にした
場合、実施例１に示した場合と同様にリーク電流を更に
低減することができる。
１６を形成する。成膜条件はＤＣパワー１ｋＷ、ガス圧
０．７１Ｐａとし、膜厚１３００Å作製した。スパッタ
ガス流量比はＡｒ／Ｏ2＝１／９とした。尚、ＩｒＯ2膜
１６上に更にＰｔ膜を５００Å形成した下部電極にした
場合、実施例１に示した場合と同様にリーク電流を更に
低減することができる。
【００８４】次に、この積膜された電極上に実施例１で
示したように強誘電体膜１７を形成した。次に、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法で膜厚５００Åの電極を形成した
後、強誘電体膜１７はアルゴン、Ｃ2Ｆ6を用いたドライ
エッチング法で、また、上部電極１８はＣｌ2を用いた
ドライエッチング法で例えば２．６μｍ角の大きさに加
工した。
示したように強誘電体膜１７を形成した。次に、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法で膜厚５００Åの電極を形成した
後、強誘電体膜１７はアルゴン、Ｃ2Ｆ6を用いたドライ
エッチング法で、また、上部電極１８はＣｌ2を用いた
ドライエッチング法で例えば２．６μｍ角の大きさに加
工した。
【００８５】続いて、これらの積膜構造の電極を例え
ば、Ｃｌ2及びＣ2Ｆ6を用いたドライエッチング法、及
びＴａＳｉＮ膜１４をＣ2Ｆ6を用いたドライエッチング
法で加工した。
ば、Ｃｌ2及びＣ2Ｆ6を用いたドライエッチング法、及
びＴａＳｉＮ膜１４をＣ2Ｆ6を用いたドライエッチング
法で加工した。
【００８６】その後、層間絶縁膜として、ＣＶＤ法を用
いて、第２のシリコン酸化膜１９を成膜した後、コンタ
クトホールを形成し、強誘電体キャパシタの上部電極１
８からのアルミニウム引き出し電極２０をＤＣマグネト
ロンスパッタ法にて形成し、図５に示すような半導体メ
モリ素子が形成される。
いて、第２のシリコン酸化膜１９を成膜した後、コンタ
クトホールを形成し、強誘電体キャパシタの上部電極１
８からのアルミニウム引き出し電極２０をＤＣマグネト
ロンスパッタ法にて形成し、図５に示すような半導体メ
モリ素子が形成される。
【００８７】上述の工程により作製された強誘電体膜を
有するキャパシタの上部電極１８からのアルミニウム引
き出し電極２０とシリコン基板１からのアルミニウム引
き出し電極２０との間に三角波の電圧を印加することに
より、図６に示すヒステリシスループが得られた。尚、
この印加した三角波は強度が１５０ｋＶ／ｃｍで周波数
は７５Ｈｚとした。図６に示すように、強誘電体キャパ
シタとして用いるのに十分な大きさの強誘電体特性が得
られており、ヒステリシスループの対称性が崩れていな
いことから、シリコン基板１とＩｒ／ＩｒＯ2下部電極
とのコンタクトは十分に取れていることが示されてい
る。このことは、Ｉｒとポリシリコンプラグとの反応が
ないことを示し、更に、拡散バリア膜とＩｒ／ＩｒＯ2
下部電極との反応もないということを示している。
有するキャパシタの上部電極１８からのアルミニウム引
き出し電極２０とシリコン基板１からのアルミニウム引
き出し電極２０との間に三角波の電圧を印加することに
より、図６に示すヒステリシスループが得られた。尚、
この印加した三角波は強度が１５０ｋＶ／ｃｍで周波数
は７５Ｈｚとした。図６に示すように、強誘電体キャパ
シタとして用いるのに十分な大きさの強誘電体特性が得
られており、ヒステリシスループの対称性が崩れていな
いことから、シリコン基板１とＩｒ／ＩｒＯ2下部電極
とのコンタクトは十分に取れていることが示されてい
る。このことは、Ｉｒとポリシリコンプラグとの反応が
ないことを示し、更に、拡散バリア膜とＩｒ／ＩｒＯ2
下部電極との反応もないということを示している。
【００８８】更に、断面構造を電子顕微鏡で観察した結
果、各膜で反応している様子はなく、オージェ分光分析
によっても反応している様子は観察されなかった。
果、各膜で反応している様子はなく、オージェ分光分析
によっても反応している様子は観察されなかった。
【００８９】上記の実施例において、誘電体膜の成膜方
法としてＭＯＤ法を用いているが、真空蒸着法、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などの方法を用い
てもよい。また、本実施例において、強誘電体膜として
ＳＢＴを用いているが、ほかの誘電体膜として、ＳｒＢ
ｉ2Ｎｂ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＢａＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、Ｂ
ａＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4
Ｏ15、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＰｂＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、Ｎａ
0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｋ0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2
Ｂｉ4Ｔｉ4Ｏ18、Ｂａ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔ
ｉ5Ｏ18等においても、また、高誘電体膜としても（Ｂ
ａxＳｒ1-x）ＴａＯ3、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15等において
も、同様に十分な耐酸化性が得られる。
法としてＭＯＤ法を用いているが、真空蒸着法、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などの方法を用い
てもよい。また、本実施例において、強誘電体膜として
ＳＢＴを用いているが、ほかの誘電体膜として、ＳｒＢ
ｉ2Ｎｂ2Ｏ9、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＢａＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、Ｂ
ａＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4
Ｏ15、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＰｂＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、Ｎａ
0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｋ0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ4Ｏ15、Ｓｒ2
Ｂｉ4Ｔｉ4Ｏ18、Ｂａ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔ
ｉ5Ｏ18等においても、また、高誘電体膜としても（Ｂ
ａxＳｒ1-x）ＴａＯ3、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15等において
も、同様に十分な耐酸化性が得られる。
【００９０】コンタクトプラグ材料として、ポリシリシ
コン以外にもタングステン等を用いた場合でも同様の効
果が得られた。
コン以外にもタングステン等を用いた場合でも同様の効
果が得られた。
【００９１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、拡散バリア膜はアモルファス構造で
あるために、粒界を有さず、酸素、白金、ビスマス等に
対して顕著なバリア性を有している。更に、初期膜を用
いた高温で処理したＩｒＯ2膜を含む下部電極により、
高温酸素雰囲気中での焼結でも酸素を透過せず、この結
果ポリシリコンやタングステン等からなるプラグ上面が
酸化されず、良好なコンタクトを保つことができる。
用いることにより、拡散バリア膜はアモルファス構造で
あるために、粒界を有さず、酸素、白金、ビスマス等に
対して顕著なバリア性を有している。更に、初期膜を用
いた高温で処理したＩｒＯ2膜を含む下部電極により、
高温酸素雰囲気中での焼結でも酸素を透過せず、この結
果ポリシリコンやタングステン等からなるプラグ上面が
酸化されず、良好なコンタクトを保つことができる。
【００９２】したがって、高温でのアニールにも耐え得
る電極構造とすることにより、特性の良い半導体メモリ
素子を得ることができる。
る電極構造とすることにより、特性の良い半導体メモリ
素子を得ることができる。
【００９３】また、請求項２及び請求項６に記載の本発
明を用いることにより、リーク電流の低減を図ることが
できる。
明を用いることにより、リーク電流の低減を図ることが
できる。
【００９４】また、請求項３及び請求項１１に記載の本
発明を用いることにより、更に酸素バリア性を向上させ
ることができる。
発明を用いることにより、更に酸素バリア性を向上させ
ることができる。
【００９５】また、請求項４及び請求項８に記載の本発
明を用いることにより、ヒロックの発生を抑制すること
ができる。
明を用いることにより、ヒロックの発生を抑制すること
ができる。
【００９６】また、請求項７に記載の本発明を用いるこ
とにより、ＩｒＯ2膜の抵抗率を下げ、且つ、ＩｒＯ2膜
の成膜時に下地のＩｒ膜が酸化され細かいＩｒＯ2の凝
集体が生じるのを抑制することができる。
とにより、ＩｒＯ2膜の抵抗率を下げ、且つ、ＩｒＯ2膜
の成膜時に下地のＩｒ膜が酸化され細かいＩｒＯ2の凝
集体が生じるのを抑制することができる。
【００９７】また、請求項９に記載の本発明を用いるこ
とにより、別途ＩｒＯ2膜を形成する工程を行わずに、
酸素バリア性を有する下部電極を得ることができるの
で、工程数を低減することができる。
とにより、別途ＩｒＯ2膜を形成する工程を行わずに、
酸素バリア性を有する下部電極を得ることができるの
で、工程数を低減することができる。
【００９８】更に、請求項１２に記載の本発明を用い、
ＩｒＯ2膜形成の際と同じ原料ターゲットを用いるＩｒ
Ｏ2を初期膜に用いることで、膜特性の向上や工程簡略
化することができる。
ＩｒＯ2膜形成の際と同じ原料ターゲットを用いるＩｒ
Ｏ2を初期膜に用いることで、膜特性の向上や工程簡略
化することができる。
【図１】本発明の一実施の形態の断面構造を示す図であ
る。
る。
【図２】ＴａxＳｉ1-xＮy膜中のＴａ組成ｘを変化させ
たときの抵抗率の変化を示す図である。
たときの抵抗率の変化を示す図である。
【図３】成膜温度の変化によるＸＲＤチャート特性を示
す図である。
す図である。
【図４】成膜温度を変化させたときの抵抗率のＩｒＯ2
膜の抵抗率の変化を示す図である。
膜の抵抗率の変化を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態の半導体メモリ素子の構
造断面図である。
造断面図である。
【図６】図５に示す半導体メモリ素子により得られたヒ
ステリシスループを示す図である。
ステリシスループを示す図である。
１ シリコン基板 ２ 熱酸化膜 ３ ＴｉＳｉＮ膜 ４ Ｉｒ膜 ５ 初期膜 ６ ＩｒＯ2膜 ７ 強誘電体膜 ８ 下部電極 ９ ロコス酸化膜 １０ ゲート電極 １１ ソース／ドレイン領域 １２ 第１のシリコン酸化膜 １３ ポリシリコンプラグ １４ ＴａＳｉＮ膜 １５ Ｉｒ膜 １６ ＩｒＯ2／初期膜 １７ 強誘電体膜 １８ 上部電極 １９ 第２のシリコン酸化膜 ２０ 第１のアルミニウム引き出し電極 ２１ 第２のアルミニウム引き出し電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/792 (72)発明者 工藤 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 導電性プラグ及び拡散バリア膜を介し
て、選択トランジスタと電気的に接続された、下部電極
及び誘電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備えた
半導体メモリ素子において、 上記拡散バリア膜がＴａxＳｉ1-xＮy又はＨｆxＳｉ1-x
Ｎy（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から成り、該拡散
バリア膜上に下部電極としてＩｒ膜とＩｒＯ2膜とが順
次形成されて成ることを特徴とする半導体メモリ素子。 - 【請求項２】 上記下部電極として、上記Ｉｒ膜と上記
ＩｒＯ2膜とＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅか
らなる群から選択される金属元素のうち少なくとも一つ
を含有する導電膜とが順次形成されて成ることを特徴と
する、請求項１に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項３】 上記拡散バリア膜がＴａxＳｉ1-xＮy又
はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９５、０．３
＜ｙ＜０．５）から成ることを特徴とする、請求項１又
は請求項２に記載の半導体メモリ素子。 - 【請求項４】 上記ＩｒＯ2膜の膜厚と上記Ｉｒ膜の膜
厚との比が、１≦（ＩｒＯ2膜の膜厚／Ｉｒ膜の膜厚）
≦３となることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の
いずれかに記載の半導体メモリ素子。 - 【請求項５】 導電性プラグ及び拡散バリア膜を介して
選択トランジスタと電気的に接続された、下部電極、誘
電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備えた半導体
メモリ素子の製造方法において、 上記拡散バリア膜上にＩｒ膜を形成した後、３００℃以
上、且つ、４００℃以下で、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及
びＲｅからなる群から選択される金属元素のうち少なく
とも一つを含有する、膜厚が５０Å以上、且つ、３００
Å以下の初期膜を形成する工程と、 上記初期膜上にＩｒＯ2膜、上記誘電体膜及び上部電極
を順次形成する工程とを有することを特徴とする、半導
体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項６】 上記ＩｒＯ2膜と上記誘電体膜との間
に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＲｅからなる群
から選択される金属元素のうち少なくとも一つを含有す
る導電膜を形成する工程を有することを特徴とする、請
求項５に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項７】 上記ＩｒＯ2膜を４５０℃以上、且つ、
７００℃以下で形成することを特徴とする、請求項５又
は請求項６に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項８】 上記ＩｒＯ2の膜厚とＩｒの膜厚との比
が、 １≦（ＩｒＯ2の膜厚／Ｉｒの膜厚）≦３ となることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいず
れかに記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項９】 導電性プラグ及び拡散バリア膜を介して
選択トランジスタと電気的に接続された、下部電極、誘
電体膜及び上部電極からなるキャパシタを備えた半導体
メモリ素子の製造方法において、 上記拡散バリア膜上にＩｒ膜を形成した後、酸素を含む
原料を用いて上記誘電体膜を形成する工程と、 上記誘電体膜上に上部電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする、半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項１０】 上記拡散バリア膜にＴａxＳｉ1-xＮy
又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．２＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）
を用いることを特徴とする、請求項５乃至請求項９のい
ずれかに記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項１１】 上記拡散バリア膜にＴａxＳｉ1-xＮy
又はＨｆxＳｉ1-xＮy（０．７５＜ｘ＜０．９５、０．
３＜ｙ＜０．５）を用いることを特徴とする、請求項１
０に記載の半導体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項１２】 上記初期膜がＩｒＯ2膜からなること
を特徴とする、請求項５乃至請求項８、請求項１０及び
請求項１１のいずれかに記載の半導体メモリ素子の製造
方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035639A JPH11233734A (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 半導体メモリ素子及びその製造方法 |
| US09/219,310 US6313539B1 (en) | 1997-12-24 | 1998-12-23 | Semiconductor memory device and production method of the same |
| US09/950,804 US6608383B2 (en) | 1997-12-24 | 2001-09-13 | Semiconductor device including capacitor with lower electrode including iridium and iridium oxide layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035639A JPH11233734A (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 半導体メモリ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233734A true JPH11233734A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12447459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10035639A Pending JPH11233734A (ja) | 1997-12-24 | 1998-02-18 | 半導体メモリ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233734A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002064186A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2002151656A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-24 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2002041339A3 (de) * | 2000-11-14 | 2002-08-22 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer kondensatoren und integrierte ferroelektrische halbleiterspeicheranordnung |
| JP2007324167A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US7465628B2 (en) | 2005-04-15 | 2008-12-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| JP2011233935A (ja) * | 2011-08-17 | 2011-11-17 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2014162056A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-09-08 | Canon Inc | 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッド用基板の製造方法 |
-
1998
- 1998-02-18 JP JP10035639A patent/JPH11233734A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002064186A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2002151656A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-24 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2002041339A3 (de) * | 2000-11-14 | 2002-08-22 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer kondensatoren und integrierte ferroelektrische halbleiterspeicheranordnung |
| US7465628B2 (en) | 2005-04-15 | 2008-12-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| JP2007324167A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2011233935A (ja) * | 2011-08-17 | 2011-11-17 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2014162056A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-09-08 | Canon Inc | 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッド用基板の製造方法 |
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