JP2005191358A - Method for heat treatment of ferroelectric film, capacity element and its manufacturing method - Google Patents

Method for heat treatment of ferroelectric film, capacity element and its manufacturing method Download PDF

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Toshitaka Tatsunari
利貴 立成
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for heat treatment of a ferroelectric film by which the generation of oxygen omission in the ferroelectric film is suppressed. <P>SOLUTION: The method for the heat treatment of the ferroelectric film comprises processes for performing: first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from being diffused to the outside of the ferroelectric film, and second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film after the process for performing the first heat treatment. In the process for performing the first heat treatment, it is preferable to perform the heat treatment under an atmosphere that ozone concentration is ≥0.7% and ≤2.0% and a condition that temperature is ≥450°C and ≤550°C. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、容量素子及びその製造方法に関し、特に、容量素子を構成する容量絶縁膜に用いる強誘電体膜の熱処理方法に関する。   The present invention relates to a capacitive element and a manufacturing method thereof, and more particularly to a heat treatment method for a ferroelectric film used for a capacitive insulating film constituting the capacitive element.

近年、強誘電体膜を用いた不揮発性メモリの開発においては、デバイスの微細化傾向に対応するために、強誘電体膜の分極特性の向上が求められている。特に、強誘電体膜を結晶化する熱処理の方法によって、強誘電体膜の分極特性は大きく変動する。   In recent years, in the development of a nonvolatile memory using a ferroelectric film, it is required to improve the polarization characteristics of the ferroelectric film in order to cope with the trend toward miniaturization of devices. In particular, the polarization characteristics of the ferroelectric film vary greatly depending on the heat treatment method for crystallizing the ferroelectric film.

ところで、強誘電体膜は、膜中に酸素が欠乏した膜、すなわち、膜中に酸素欠損(酸素空乏)が生じた膜が形成され易い。酸素欠損(酸素空孔)は、誘電率の低下、リーク電流の増加、残留分極の低下、又は抗電界の増加等を招くので、酸素欠損(酸素空乏)は所望の誘電特性又は強誘電特性を有する膜を得る上で大きな弊害となる。   By the way, in the ferroelectric film, a film in which oxygen is deficient in the film, that is, a film in which oxygen deficiency (oxygen depletion) occurs in the film is easily formed. Oxygen deficiency (oxygen vacancies) leads to a decrease in dielectric constant, an increase in leakage current, a decrease in remanent polarization, or an increase in coercive electric field. Therefore, oxygen deficiency (oxygen depletion) has a desired dielectric property or ferroelectric property. This is a great adverse effect in obtaining a film having the same.

このような酸素欠損はMOD法又はCVD法を用いた強誘電体膜の成膜過程において生じるが、酸素欠損(酸素空孔)が生じる理由として、以下の理由が考えられている。   Such oxygen vacancies occur in the process of forming a ferroelectric film using the MOD method or the CVD method. The following reasons are considered as the reason why oxygen vacancies (oxygen vacancies) occur.

すなわち、MOD法を用いる場合、金属−酸化物結合を持たない原料化合物から薄膜を堆積させた後に、酸素雰囲気下で熱処理を行なう。この熱処理による酸素の固相拡散に基づいて金属−酸素結合を形成し、酸化物である強誘電体膜を形成する。従って、強誘電体膜には酸素欠損(酸素空孔)が生じ易い。   That is, in the case of using the MOD method, after a thin film is deposited from a raw material compound having no metal-oxide bond, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. A metal-oxygen bond is formed based on the solid phase diffusion of oxygen by this heat treatment, and a ferroelectric film that is an oxide is formed. Accordingly, oxygen vacancies (oxygen vacancies) are likely to occur in the ferroelectric film.

一方、CVD法を用いる場合、原料化合物が金属−酸素結合を分子中に持つか否かで堆積する薄膜の酸化状態が大きく異なるが、現在入手可能なビスマス(Bi)原料はトリフェニルビスマス及びその類似化合物のみであり、これらの化合物は金属−酸素結合を持たない。このため、CVD法を用いてビスマス層状強誘電体膜を堆積させる場合、トリフェニルビスマスの分解と金属ビスマスの生成という段階と、雰囲気中の酸素による金属ビスマスの酸化という段階との2段階の反応が必要である。従って、酸素欠損(酸素空孔)を含む強誘電体膜が形成されることを避けることは困難である。   On the other hand, when using the CVD method, the oxidation state of the deposited thin film differs greatly depending on whether or not the raw material compound has a metal-oxygen bond in the molecule, but currently available bismuth (Bi) raw material is triphenylbismuth and its Only similar compounds, these compounds do not have metal-oxygen bonds. For this reason, when depositing a bismuth layered ferroelectric film using the CVD method, a two-stage reaction of a stage of decomposition of triphenylbismuth and generation of metal bismuth and a stage of oxidation of metal bismuth by oxygen in the atmosphere. is required. Therefore, it is difficult to avoid the formation of a ferroelectric film containing oxygen vacancies (oxygen vacancies).

このように、MOD法及びCVD法のいずれの場合であっても、酸素欠損(酸素空乏)が生じる問題を解決することができない。そこで、新たな原料化合物の開発、又は新な強誘電体膜の形成方法の開発が待たれるているところである。   Thus, the problem of oxygen deficiency (oxygen depletion) cannot be solved by either the MOD method or the CVD method. Thus, development of a new raw material compound or development of a new method for forming a ferroelectric film is awaited.

このような状況の下では、強誘電体膜を形成した後に、該強誘電体膜に対して酸素ガス中で熱処理を行なうポストアニール(熱処理)処理を施すことによって、酸素欠損(酸素空孔)が生じる問題を解決する方法が最善と考えられているが、また一方では、強誘電体膜を活性酸素雰囲気中で熱処理することによって、酸素欠損(酸素空孔)が生じる問題を解決する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−69615号公報(第3頁、段落0007)
Under such circumstances, after forming the ferroelectric film, the ferroelectric film is subjected to post-annealing (heat treatment) in which heat treatment is performed in oxygen gas, whereby oxygen vacancies (oxygen vacancies) are formed. It is thought that the best way to solve this problem is to solve the problem of oxygen deficiency (oxygen vacancies) by heat-treating the ferroelectric film in an active oxygen atmosphere. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-9-69615 (page 3, paragraph 0007)

しかしながら、これらの方法においても、強誘電体膜に酸素欠損(酸素空孔)が生じる問題を十分に解決できない場合がほとんどである。このため、強誘電体膜の表層にはビスマスが酸化されずに金属として存在したり、酸素ガス中で通常800℃程度の高温で行なう熱処理によって強誘電体膜に欠陥が発生する等といった問題も生じることになる。   However, even in these methods, in most cases, the problem of oxygen deficiency (oxygen vacancies) in the ferroelectric film cannot be sufficiently solved. For this reason, bismuth is present as a metal without being oxidized on the surface layer of the ferroelectric film, or defects are generated in the ferroelectric film due to heat treatment performed in an oxygen gas at a high temperature of usually about 800 ° C. Will occur.

前記に鑑み、本発明の目的は、強誘電体膜中に酸素欠損が生じることを防止して、強誘電体膜の分極特性を向上させることである。   In view of the above, an object of the present invention is to improve the polarization characteristics of a ferroelectric film by preventing oxygen deficiency from occurring in the ferroelectric film.

前記の目的を達成するために、本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法は、強誘電体膜に対して熱処理を行なう工程を有する強誘電体膜の熱処理方法であって、前記熱処理を行なう工程は、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第1の熱処理を行なう工程と、第1の熱処理を行なう工程の後に、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a ferroelectric film heat treatment method according to the present invention is a ferroelectric film heat treatment method including a step of performing a heat treatment on a ferroelectric film, wherein the heat treatment is performed. In the step, the first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing outside the ferroelectric film and the step of performing the first heat treatment are performed after the ferroelectric film is crystallized. And a second heat treatment step.

本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法によると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が外部に拡散することを防止する第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。   According to the heat treatment method for a ferroelectric film according to the present invention, oxygen in the ferroelectric film diffuses outside before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film as the heat treatment for the ferroelectric film. Since the first heat treatment for preventing this is performed, oxygen vacancies in the ferroelectric film can be suppressed. Thereby, a ferroelectric film having excellent polarization characteristics can be obtained.

本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法において、第1の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で行なうことが好ましい。   In the ferroelectric film heat treatment method according to the present invention, the first heat treatment is performed at a temperature of 450 ° C. or higher in an atmosphere having an ozone concentration of 0.7% or more and 2.0% or less. And it is preferably carried out under conditions of 550 ° C. or lower.

このようにすると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、450℃以上であって且つ550℃以下の範囲の温度でオゾンガスを用いて第1の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。また第1の熱処理はオゾンガスを用いるので、強誘電体膜から外部への酸素拡散をより一層抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。   In this case, the first heat treatment for the ferroelectric film is performed using ozone gas at a temperature in the range of 450 ° C. or more and 550 ° C. or less before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Therefore, oxygen deficiency in the ferroelectric film due to solid phase diffusion can be suppressed. Moreover, since ozone gas is used for the first heat treatment, oxygen diffusion from the ferroelectric film to the outside can be further suppressed. Thereby, a ferroelectric film having excellent polarization characteristics can be obtained.

また、前記の目的を達成するために、本発明に係る容量素子は、基板上に形成された容量下部電極と、容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている容量素子であって、容量下部電極と容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a capacitive element according to the present invention includes a capacitive lower electrode formed on a substrate, a capacitive insulating film made of a ferroelectric film formed on the capacitive lower electrode, A capacitive element including a capacitive upper electrode formed on a capacitive insulating film, wherein a conductive oxide film is formed between the capacitive lower electrode and the capacitive insulating film.

本発明に係る容量素子によると、容量下部電極と強誘電体膜との間に、導電性酸化膜が形成されているので、強誘電体膜を結晶化する熱処理の際に、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを得ることができる。   According to the capacitive element of the present invention, since the conductive oxide film is formed between the capacitor lower electrode and the ferroelectric film, the solid-phase diffusion is performed during the heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Oxygen vacancies in the ferroelectric film can be suppressed. Thereby, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be obtained.

本発明に係る容量素子において、容量下部電極は、Ir膜又はIrOx 膜よりなることが好ましい。 In the capacitor according to the present invention, the capacitor lower electrode is preferably made of an Ir film or an IrO x film.

このようにすると、強誘電体膜と容量下部電極との界面に、導線性酸化膜を容易に形成することができる。   In this way, a conductive oxide film can be easily formed at the interface between the ferroelectric film and the capacitor lower electrode.

また、前記の目的を達成するために、本発明に係る容量素子の製造方法は、基板上に容量下部電極を形成する工程と、容量下部電極の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜に対して熱処理を行なう工程と、容量絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを備える容量素子の製造方法であって、熱処理を行なう工程は、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極又は容量上部電極に拡散することを防止する第1の熱処理を行なう工程と、第1の熱処理を行なった後に、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a capacitive element according to the present invention includes a step of forming a capacitive lower electrode on a substrate, and a capacitive insulating film made of a ferroelectric film on the capacitive lower electrode. A method of manufacturing a capacitive element comprising: a step of forming; a step of performing a heat treatment on the capacitor insulating film; and a step of forming a capacitor upper electrode on the capacitor insulating film. A first heat treatment for preventing oxygen in the film from diffusing into the capacitor lower electrode or the capacitor upper electrode, and a second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film after the first heat treatment. And performing the process.

本発明に係る容量素子の製造方法によると、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極に拡散することを防止する第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。   According to the method for manufacturing a capacitor element of the present invention, the first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing into the capacitor lower electrode before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Thus, oxygen vacancies in the ferroelectric film can be suppressed. Thereby, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be manufactured.

本発明に係る容量素子の製造方法において、第1の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で行なうことが好ましい。   In the method for manufacturing a capacitive element according to the present invention, the step of performing the first heat treatment includes a temperature of 450 ° C. or higher in an atmosphere having an ozone concentration of 0.7% or higher and 2.0% or lower. And it is preferable to carry out under the condition of 550 ° C. or lower.

このようにすると、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、450℃以上であって且つ550℃以下の範囲の温度でオゾンガスを用いて第1の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。また第1の熱処理はオゾンガスを用いるため、酸素を容量下部電極に供給するので、強誘電体膜から外部への酸素拡散をより一層抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。   In this case, the first heat treatment is performed using ozone gas at a temperature in the range of 450 ° C. or more and 550 ° C. or less before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Oxygen vacancies in the ferroelectric film due to diffusion can be suppressed. In addition, since ozone gas is used in the first heat treatment, oxygen is supplied to the capacitor lower electrode, so that oxygen diffusion from the ferroelectric film to the outside can be further suppressed. Thereby, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be manufactured.

本発明に係る容量素子の製造方法において、容量下部電極は、Ir膜又はIrOx 膜よりなることが好ましい。 In the capacitive element manufacturing method according to the present invention, the capacitive lower electrode is preferably made of an Ir film or an IrO x film.

このようにすると、強誘電体膜と容量下部電極との界面に、導線性酸化膜を容易に形成することができる。   In this way, a conductive oxide film can be easily formed at the interface between the ferroelectric film and the capacitor lower electrode.

本発明に係る強誘電体膜の熱処理方法によると、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が外部に拡散することを防止する第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができる。   According to the heat treatment method for a ferroelectric film according to the present invention, oxygen in the ferroelectric film diffuses outside before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film as the heat treatment for the ferroelectric film. Since the first heat treatment for preventing this is performed, oxygen vacancies in the ferroelectric film can be suppressed. Thereby, a ferroelectric film having excellent polarization characteristics can be obtained.

本発明に係る容量素子によると、容量下部電極と強誘電体膜との間に、導電性酸化膜が形成されているので、強誘電体膜を結晶化する熱処理の際に、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを得ることができる。   According to the capacitive element of the present invention, since the conductive oxide film is formed between the capacitor lower electrode and the ferroelectric film, the solid-phase diffusion is performed during the heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Oxygen vacancies in the ferroelectric film can be suppressed. Thereby, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be obtained.

本発明に係る容量素子の製造方法によると、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、強誘電体膜内の酸素が容量下部電極に拡散することを防止する第1の熱処理を行なうので、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することができる。これにより、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。   According to the method for manufacturing a capacitor element of the present invention, the first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing into the capacitor lower electrode before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film. Therefore, oxygen vacancies in the ferroelectric film due to solid phase diffusion can be suppressed. Thereby, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be manufactured.

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態では、強誘電体膜に対する熱処理方法について説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, a heat treatment method for a ferroelectric film will be described.

本発明の第1の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法は、強誘電体膜に対する熱処理として、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第1の熱処理を行ない、その後に、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう点に特徴を有している。   The method for heat treatment of a ferroelectric film according to the first embodiment of the present invention is a first heat treatment for a ferroelectric film that prevents oxygen in the ferroelectric film from diffusing outside the ferroelectric film. It is characterized in that the first heat treatment is performed, and then the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film is performed.

以下に、本発明の第1の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法について、図1及び図2を参照しながら具体的に説明する。   The ferroelectric film heat treatment method according to the first embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS.

第1の実施形態では、例えば、MOD法、MOCVD法又はスパッタ法等を用いて形成されたSBT(SrBi2 Ta2 9 )膜よりなる強誘電体膜に対して以下の熱処理を行なう。 In the first embodiment, for example, the following heat treatment is performed on a ferroelectric film made of an SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) film formed by using the MOD method, the MOCVD method, the sputtering method, or the like.

まず、強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第1の熱処理について説明する。   First, the first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing outside the ferroelectric film will be described.

第1の熱処理は、下記[表1]に示す熱処理条件を満足するように行なわれる。すなわち、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で、第1の熱処理を行なう。   The first heat treatment is performed so as to satisfy the heat treatment conditions shown in [Table 1] below. That is, the first heat treatment is performed in an atmosphere having an ozone concentration of 0.7% or more and 2.0% or less under a condition where the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less.

Figure 2005191358
Figure 2005191358

第1の実施形態において、より具体的には、一例として下記[表2]に示す熱処理条件を満足するように、第1の熱処理を行なう。すなわち、オゾン流量が3500cc/min、窒素流量が28cc/min、オゾン濃度が200g/m3 (但し、流量20l/min下)、アニール温度が500℃、アニール時間が10min、昇温レートが4℃/min、及び降温レートが8℃/minの条件下で、第1の熱処理を行なう。 In the first embodiment, more specifically, the first heat treatment is performed so as to satisfy the heat treatment conditions shown in [Table 2] below as an example. That is, the ozone flow rate is 3500 cc / min, the nitrogen flow rate is 28 cc / min, the ozone concentration is 200 g / m 3 (provided the flow rate is 20 l / min), the annealing temperature is 500 ° C., the annealing time is 10 min, and the temperature rising rate is 4 ° C. First heat treatment is performed under the conditions of / min and a temperature drop rate of 8 ° C./min.

Figure 2005191358
Figure 2005191358

次に、強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう。ここでは、一例として下記[表3]に示す熱処理条件を満足するように、第2の熱処理を行なう。すなわち、例えば、酸素流量が10000cc/min、窒素流量が0cc/min、アニール温度が750℃〜850℃、アニール時間が1min〜30min、昇温レートが60℃/min、及び降温レートは設定なしの条件下で、第2の熱処理を行なう。   Next, a second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film is performed. Here, as an example, the second heat treatment is performed so as to satisfy the heat treatment conditions shown in [Table 3] below. That is, for example, the oxygen flow rate is 10,000 cc / min, the nitrogen flow rate is 0 cc / min, the annealing temperature is 750 ° C. to 850 ° C., the annealing time is 1 min to 30 min, the heating rate is 60 ° C./min, and the cooling rate is not set. Under the conditions, a second heat treatment is performed.

Figure 2005191358
Figure 2005191358

このようにして、第1の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法として、第1の熱処理と第2の熱処理とを行なう。   In this manner, the first heat treatment and the second heat treatment are performed as the heat treatment method for the ferroelectric film according to the first embodiment.

ここで、第1の熱処理の条件と強誘電体膜の分極特性との関係について、図1を参照しながら説明する。   Here, the relationship between the conditions of the first heat treatment and the polarization characteristics of the ferroelectric film will be described with reference to FIG.

図1は、第1の熱処理のオゾン濃度(%)と第1及び第2の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量(μC/cm2)との関係を示している。但し、第1の熱処理の温度条件が500℃であった場合の関係図である。 FIG. 1 shows the relationship between the ozone concentration (%) of the first heat treatment and the polarization amount (μC / cm 2 ) of the ferroelectric capacitor having the ferroelectric film after the first and second heat treatments are performed. Is shown. However, it is a relationship diagram when the temperature condition of the first heat treatment is 500 ° C.

図1から明らかなように、温度を500℃に設定し、オゾン濃度を変化させながら第1の熱処理を行い、さらに、第2の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量は、オゾン濃度に比例するという結果が得られた。   As is apparent from FIG. 1, the first heat treatment is performed while changing the ozone concentration while the temperature is set to 500 ° C., and the ferroelectric film having the ferroelectric film after the second heat treatment is performed. As a result, the polarization amount of the capacitor was proportional to the ozone concentration.

さらに、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で第1の熱処理を行なえば、第2の熱処理後の強誘電体キャパシタの分極量として13.5(μC/cm2)以上の値を実現できるという結果が得られた。強誘電体キャパシタの分極量が13.5(μC/cm2)以上の値であれば、半導体装置の記憶容量としては十分な分極量である。 Furthermore, if the first heat treatment is performed under an atmosphere where the ozone concentration is 0.7% or more and 2.0% or less and the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less, As a result, it was possible to realize a value of 13.5 (μC / cm 2 ) or more as the polarization amount of the ferroelectric capacitor after the heat treatment. If the polarization amount of the ferroelectric capacitor is 13.5 (μC / cm 2 ) or more, the polarization amount is sufficient for the storage capacity of the semiconductor device.

また、第2の熱処理の条件が一定の条件(例えば前記[表3]に示す条件等)である場合に、第1の熱処理の温度条件が前記[表1]に示した範囲内のいずれの温度条件下であっても、強誘電体キャパシタの分極量が向上することが見出された。   In addition, when the condition of the second heat treatment is a constant condition (for example, the condition shown in the above [Table 3]), the temperature condition of the first heat treatment is any one within the range shown in the above [Table 1]. It has been found that the polarization amount of the ferroelectric capacitor is improved even under temperature conditions.

次に、第1の熱処理の条件として前記[表1]に示した条件が満足されなければならない理由について説明する。   Next, the reason why the conditions shown in the above [Table 1] must be satisfied as the conditions for the first heat treatment will be described.

第1の熱処理の温度条件としての下限温度は、強誘電体膜を構成するSBT膜の核形成に必要な温度で決定される。これは、核形成温度が低い場合には十分な核形成がされないので、第2の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量は低くなるからである。   The lower limit temperature as the temperature condition of the first heat treatment is determined by a temperature necessary for nucleation of the SBT film constituting the ferroelectric film. This is because sufficient nucleation is not performed when the nucleation temperature is low, and the polarization amount of the ferroelectric capacitor having the ferroelectric film after the second heat treatment is reduced.

図2は、強誘電体膜に対する第1の熱処理の温度[℃]と第1及び第2の熱処理が施された後の強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極量(μC/cm2)との関係を示している。 FIG. 2 shows the temperature [° C.] of the first heat treatment for the ferroelectric film and the polarization amount (μC / cm 2) of the ferroelectric capacitor having the ferroelectric film after the first and second heat treatments are performed. ).

図2から明らかなように、第1の熱処理の温度が450℃を下回った場合には、強誘電体キャパシタの分極量は低下する。したがって、第1の熱処理の下限温度は450℃であることが好ましい。一方、第1の熱処理の温度を高くしていくと、第2の熱処理後の強誘電体膜のC軸配向性が強くなるので、強誘電体キャパシタの分極量は低下する。従って、第1の熱処理の上限温度は550℃であることが好ましい。   As is apparent from FIG. 2, when the temperature of the first heat treatment is lower than 450 ° C., the amount of polarization of the ferroelectric capacitor decreases. Therefore, the lower limit temperature of the first heat treatment is preferably 450 ° C. On the other hand, when the temperature of the first heat treatment is increased, the C-axis orientation of the ferroelectric film after the second heat treatment becomes stronger, so that the polarization amount of the ferroelectric capacitor decreases. Therefore, the upper limit temperature of the first heat treatment is preferably 550 ° C.

また、第1の熱処理の温度が450℃以上であって且つ550℃以下の範囲内である場合に、オゾン濃度の下限濃度として少なくとも0.7%の値を有していれば、強誘電体キャパシタの分極特性の向上に効果があることが判明した。したがって、オゾン濃度の下限濃度は0.7%であることが好ましい。一方、オゾン濃度の上限濃度は、実験に用いた拡散炉の性能に律速され、2.0%であったが、通常、半導体装置に用いる拡散炉で発生可能なオゾン濃度の上限(装置仕様)は2〜3%であり、第1の熱処理のオゾン濃度の上限はこの範囲内に収まる実験結果を得られている。   Further, if the temperature of the first heat treatment is 450 ° C. or higher and within the range of 550 ° C. or lower, if the lower limit concentration of ozone concentration is at least 0.7%, the ferroelectric material It has been found that it is effective in improving the polarization characteristics of the capacitor. Therefore, the lower limit concentration of the ozone concentration is preferably 0.7%. On the other hand, the upper limit of the ozone concentration was controlled by the performance of the diffusion furnace used in the experiment and was 2.0%, but the upper limit of the ozone concentration that can normally be generated in the diffusion furnace used for semiconductor devices (apparatus specifications) Is 2 to 3%, and the upper limit of the ozone concentration of the first heat treatment is obtained within the range.

次に、本実施形態に係る強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタの分極特性が向上するメカニズムについて説明する。   Next, a mechanism for improving the polarization characteristics of the ferroelectric capacitor having the ferroelectric film according to the present embodiment will be described.

第1の熱処理は、強誘電体膜中の酸素が電極(図示せず)へ固相拡散しない温度領域で熱処理を行なうと共に、この熱処理をオゾン雰囲気下で行なうものである。これにより、強誘電体膜と電極との界面に、酸素濃度が高い導電性酸化膜を形成することができるので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理時おいて、固層拡散による強誘電体膜から電極への酸素拡散を抑制することができる。また、低温下での第1の熱処理によって強誘電体膜に核形成がなされた後に、高温下で核成長させるための第2の処理を行なうことにより、分極特性に優れた強誘電体キャパシタを実現することができる。また、第2の熱処理は750℃から850℃の温度範囲で熱処理を行なうため、第2の熱処理の温度範囲では強誘電体膜中の酸素が電極へ固相拡散する温度領域であるが、第2の熱処理は短時間で行なわれることに加え、強誘電体膜と電極との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜が存在しているため、固層拡散による強誘電体膜から電極への酸素拡散は抑制されるので、強誘電体膜中の酸素が電極に拡散することがない。   The first heat treatment is performed in a temperature region in which oxygen in the ferroelectric film does not solid-phase diffuse into an electrode (not shown), and this heat treatment is performed in an ozone atmosphere. As a result, a conductive oxide film having a high oxygen concentration can be formed at the interface between the ferroelectric film and the electrode. Therefore, during the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature, a solid oxide film is formed. Oxygen diffusion from the ferroelectric film to the electrode due to layer diffusion can be suppressed. In addition, after the nucleation of the ferroelectric film is performed by the first heat treatment at a low temperature, the ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics is obtained by performing the second treatment for nucleation at a high temperature. Can be realized. In addition, since the second heat treatment is performed in a temperature range of 750 ° C. to 850 ° C., the temperature range of the second heat treatment is a temperature region in which oxygen in the ferroelectric film is solid-phase diffused to the electrode. In addition to performing the heat treatment of 2 in a short time, a conductive oxide film having a high oxygen concentration is present at the interface between the ferroelectric film and the electrode. Since oxygen diffusion is suppressed, oxygen in the ferroelectric film does not diffuse into the electrode.

以上のように、本発明の第1の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜の表面に酸素濃度が高い導電性酸化膜が形成されるため、固層拡散による強誘電体膜からその外部への酸素拡散を抑制することができる。これにより、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを実現できる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, as the heat treatment for the ferroelectric film, ozone gas is used at a low temperature before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature. Since the first heat treatment is performed, oxygen vacancies in the ferroelectric film are suppressed and a conductive oxide film having a high oxygen concentration is formed on the surface of the ferroelectric film. Oxygen diffusion to the outside can be suppressed. Thereby, it is possible to realize a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics by eliminating oxygen deficiency in the ferroelectric film due to heat treatment.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態では、前述の第1の実施形態における強誘電体膜の熱処理方法が施された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する容量素子の構造について、図3を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, refer to FIG. 3 for the structure of a capacitive element having a capacitive insulating film made of a ferroelectric film that has been subjected to the heat treatment method of the ferroelectric film in the first embodiment described above. While explaining.

本発明の第2の実施形態に係る容量素子は、基板上に形成された容量下部電極と、容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、容量下部電極の上に形成された容量上部電極とを備えており、容量下部電極と容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする。   A capacitive element according to the second embodiment of the present invention includes a capacitive lower electrode formed on a substrate, a capacitive insulating film made of a ferroelectric film formed on the capacitive lower electrode, and an upper surface of the capacitive lower electrode. And a conductive oxide film is formed between the capacitor lower electrode and the capacitor insulating film.

図3に示すように、基板(図示せず)上に形成されたIr膜又はIrOx 膜よりなる容量下部電極1の上には、酸素濃度が高い導電性酸化膜2が形成されている。該導電性酸化膜2の上には、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜3が形成されている。該容量絶縁膜3の上には、容量下部電極4が形成されている。 As shown in FIG. 3, a conductive oxide film 2 having a high oxygen concentration is formed on a capacitor lower electrode 1 made of an Ir film or an IrO x film formed on a substrate (not shown). A capacitive insulating film 3 made of a ferroelectric film is formed on the conductive oxide film 2. A capacitor lower electrode 4 is formed on the capacitor insulating film 3.

このように、図3に示した容量素子は、容量下部電極1と容量絶縁膜3との間に、酸素濃度が高い導電性酸化膜2が形成されている。導電性酸化膜2は、容量下部電極1の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜3を堆積した後に、該容量絶縁膜3に対して前述の第1の実施形態で説明した第1の熱処理を行なうことにより、容量下部電極1と容量絶縁膜3との間に形成されるものである。   As described above, in the capacitive element shown in FIG. 3, the conductive oxide film 2 having a high oxygen concentration is formed between the capacitive lower electrode 1 and the capacitive insulating film 3. The conductive oxide film 2 is formed by depositing a capacitor insulating film 3 made of a ferroelectric film on the capacitor lower electrode 1 and then forming the capacitor insulating film 3 with respect to the first described in the first embodiment. It is formed between the capacitor lower electrode 1 and the capacitor insulating film 3 by performing heat treatment.

ここで、本実施形態に係る容量素子の構造によれば、強誘電体キャパシタの分極特性が向上するメカニズムについて説明する。   Here, according to the structure of the capacitive element according to the present embodiment, a mechanism for improving the polarization characteristics of the ferroelectric capacitor will be described.

容量下部電極1の上に堆積された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜3に対して前記[表1]に示した第1の熱処理を行なうと、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下で、温度が450℃以上であって且つ550℃以下であるので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜3と容量下部電極1との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜2を形成することができる。強誘電体膜よりなる容量絶縁膜3と容量下部電極1との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜2が存在しているので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理時に固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極1への酸素拡散を抑制することができる。   When the first heat treatment shown in [Table 1] is performed on the capacitor insulating film 3 made of a ferroelectric film deposited on the capacitor lower electrode 1, the ozone concentration is 0.7% or more. In addition, since the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in an atmosphere of 2.0% or less, the oxygen deficiency of the ferroelectric film is suppressed, and the capacitive insulating film 3 made of the ferroelectric film and A conductive oxide film 2 having a high oxygen concentration can be formed at the interface with the capacitor lower electrode 1. Since the conductive oxide film 2 having a high oxygen concentration exists at the interface between the capacitive insulating film 3 made of a ferroelectric film and the capacitive lower electrode 1, the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature. Sometimes, oxygen diffusion from the ferroelectric film to the capacitor lower electrode 1 due to solid layer diffusion can be suppressed.

以上のように、第2の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜と容量下部電極との間に形成された酸素濃度が高い導電性酸化膜の存在により、固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極への酸素拡散を抑制することができる。このように、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを実現できる。   As described above, according to the second embodiment, the first heat treatment for the ferroelectric film is performed using ozone gas at a low temperature before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature. Since the heat treatment is performed, the oxygen deficiency of the ferroelectric film is suppressed, and the presence of the conductive oxide film having a high oxygen concentration formed between the ferroelectric film and the capacitor lower electrode allows ferroelectrics due to solid layer diffusion. Oxygen diffusion from the body film to the capacitor lower electrode can be suppressed. In this manner, a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics can be realized by eliminating oxygen deficiency in the ferroelectric film due to heat treatment.

(第3の実施形態)
第3の実施形態では、前述の第1の実施形態に係る強誘電体膜の熱処理方法を適用した容量素子の製造方法について説明する。すなわち、前述の第3の実施形態に係る容量素子の具体的な製造方法について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a description will be given of a method for manufacturing a capacitive element to which the ferroelectric film heat treatment method according to the first embodiment described above is applied. That is, a specific method for manufacturing the capacitive element according to the third embodiment will be described.

まず、図4(a) に示すように、半導体基板1上におけるシャロートレンチ分離膜(STI膜)2によって区画された素子形成領域にスイッチングトランジスタ3及びソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散領域4を形成する。次に、半導体基板1及び分離絶縁膜2の上に、スイッチングトランジスタ3を覆うように、保護絶縁膜5を形成する。次に、保護絶縁膜5に、ストレージノード毎に容量素子形成口となる開口部を形成する。この開口部は、保護絶縁膜5を貫通すると共に下端が不純物拡散領域4を露出させるように形成されている。次に、保護絶縁膜5に形成された開口部に、タングステン膜又はポリシリコン膜を充填してストレージノードコンタクト6を形成する。   First, as shown in FIG. 4A, a switching transistor 3 and an impurity diffusion region 4 serving as a source region or a drain region are formed in an element formation region partitioned by a shallow trench isolation film (STI film) 2 on a semiconductor substrate 1. Form. Next, a protective insulating film 5 is formed on the semiconductor substrate 1 and the isolation insulating film 2 so as to cover the switching transistor 3. Next, an opening serving as a capacitor element formation opening is formed in the protective insulating film 5 for each storage node. The opening is formed so as to penetrate the protective insulating film 5 and to expose the impurity diffusion region 4 at the lower end. Next, the storage node contact 6 is formed by filling the opening formed in the protective insulating film 5 with a tungsten film or a polysilicon film.

次に、保護絶縁膜5の上に、下面がストレージノードコンタクト6の上端と接続するように、後に形成される強誘電体膜の結晶化の際に該強誘電体膜が酸化されることを防止する酸素バリア膜7を形成する。次に、保護絶縁膜5の上に、酸素バリア膜7を覆うように、層間絶縁膜8を形成する。次に、層間絶縁膜8に凹状の開口部を形成した後、該凹状の開口部を含む層間絶縁膜8の上に、下面が酸素バリア膜7の上面と電気的に接続する容量下部電極9となる第1の導電膜を堆積し、その後、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて第1の導電膜をパターニングすることにより、第1の導電膜よりなる容量下部電極9を形成する。また、容量下部電極9を構成する第1の導電膜は、Ir膜又はIrOx 膜よりなり、膜厚は50〜200nmの範囲である。 Next, the ferroelectric film is oxidized when the ferroelectric film formed later is crystallized so that the lower surface is connected to the upper end of the storage node contact 6 on the protective insulating film 5. An oxygen barrier film 7 to be prevented is formed. Next, an interlayer insulating film 8 is formed on the protective insulating film 5 so as to cover the oxygen barrier film 7. Next, after forming a concave opening in the interlayer insulating film 8, the capacitor lower electrode 9 whose lower surface is electrically connected to the upper surface of the oxygen barrier film 7 on the interlayer insulating film 8 including the concave opening. And then patterning the first conductive film using a desired mask so as to electrically isolate at least the storage node contacts from each other, thereby forming the first conductive film. A lower capacitor electrode 9 is formed. The first conductive film constituting the capacitor lower electrode 9 is made of an Ir film or an IrO x film and has a thickness in the range of 50 to 200 nm.

次に、図4(b) に示すように、MOCVD法、MOD法又はスパッタ法等により、容量下部電極9を覆うように強誘電体膜を堆積した後に、所望のマスクを用いて、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて強誘電体膜をパターニングすることにより、膜厚が50〜200nmである強誘電体膜よりなる容量絶縁膜10を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, after a ferroelectric film is deposited so as to cover the capacitor lower electrode 9 by MOCVD, MOD, sputtering, or the like, at least each of them is formed using a desired mask. By patterning the ferroelectric film using a desired mask so as to electrically isolate the storage node contacts, a capacitive insulating film 10 made of a ferroelectric film having a thickness of 50 to 200 nm is formed. .

次に、図4(c) に示すように、容量絶縁膜10に対して、前記[表1]に示した条件を満足するように、温度が450℃以上であって且つ550℃以下の範囲で、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の範囲で、10分間、第1の熱処理を行なう。これにより、図4(c) の右側の部分拡大図に示すように、容量下部電極9と容量絶縁膜10との界面に、酸素濃度が高い導電性酸化膜9aを形成する。その後、容量絶縁膜10に対して、温度が850℃であり、酸素雰囲気下で、1分間、第2の熱処理を行なって、容量絶縁膜1を構成する強誘電体膜を結晶化する。   Next, as shown in FIG. 4 (c), the temperature of the capacitive insulating film 10 is in the range of 450 ° C. or higher and 550 ° C. or lower so as to satisfy the conditions shown in [Table 1]. Then, the first heat treatment is performed for 10 minutes when the ozone concentration is 0.7% or more and 2.0% or less. Thereby, as shown in the partial enlarged view on the right side of FIG. 4C, a conductive oxide film 9a having a high oxygen concentration is formed at the interface between the capacitor lower electrode 9 and the capacitor insulating film 10. Thereafter, a second heat treatment is performed on the capacitor insulating film 10 at a temperature of 850 ° C. for 1 minute in an oxygen atmosphere to crystallize the ferroelectric film constituting the capacitor insulating film 1.

このように、容量下部電極9の上に堆積された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜10に対して前記[表1]に示した第1の熱処理を行なうと、強誘電体膜の酸素欠損を抑制するとと共に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜10と容量下部電極9との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜9aを形成することができる。強誘電体膜よりなる容量絶縁膜10と容量下部電極9との界面に酸素濃度が高い導電性酸化膜9aが存在しているので、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理時に固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極9への酸素拡散を抑制することができる。   As described above, when the first heat treatment shown in the above [Table 1] is performed on the capacitor insulating film 10 made of the ferroelectric film deposited on the capacitor lower electrode 9, oxygen vacancies in the ferroelectric film are obtained. In addition, the conductive oxide film 9a having a high oxygen concentration can be formed at the interface between the capacitive insulating film 10 made of a ferroelectric film and the capacitive lower electrode 9. Since the conductive oxide film 9a having a high oxygen concentration exists at the interface between the capacitive insulating film 10 made of a ferroelectric film and the capacitive lower electrode 9, the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature. Sometimes, oxygen diffusion from the ferroelectric film to the capacitor lower electrode 9 due to solid layer diffusion can be suppressed.

次に、図4(d) に示すように、容量絶縁膜10を覆うように、Pt膜、Ir膜又はIrOx よりなり膜厚が5〜200nmの範囲である第2の導電膜を堆積した後に、少なくとも各ストレージノードコンタクト同士を電気的に分離するように、所望のマスクを用いて第2の導電膜をパターニングすることにより、第2の導電膜よりなる容量上部電極11を形成する。 Next, as shown in FIG. 4D, a second conductive film made of a Pt film, an Ir film, or IrO x and having a thickness of 5 to 200 nm is deposited so as to cover the capacitive insulating film 10. Thereafter, the capacitor upper electrode 11 made of the second conductive film is formed by patterning the second conductive film using a desired mask so that at least the storage node contacts are electrically isolated from each other.

以上のように、第3の実施形態によると、強誘電体膜に対する熱処理として、高温下で強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理の前に、低温下でオゾンガスを用いて第1の熱処理を行なうので、強誘電体膜の酸素欠損を抑制すると共に、強誘電体膜と容量下部電極との間に形成された酸素濃度が高い導電性酸化膜の存在により、固層拡散による強誘電体膜から容量下部電極への酸素拡散を抑制することができる。このように、熱処理による強誘電体膜中の酸素欠損をなくして、優れた分極特性を有する強誘電体キャパシタを製造することができる。   As described above, according to the third embodiment, as the heat treatment for the ferroelectric film, the first heat treatment using ozone gas at a low temperature is performed before the second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film at a high temperature. Since the heat treatment is performed, the oxygen deficiency of the ferroelectric film is suppressed, and the presence of the conductive oxide film having a high oxygen concentration formed between the ferroelectric film and the capacitor lower electrode allows ferroelectrics due to solid layer diffusion. Oxygen diffusion from the body film to the capacitor lower electrode can be suppressed. Thus, it is possible to manufacture a ferroelectric capacitor having excellent polarization characteristics by eliminating oxygen vacancies in the ferroelectric film due to heat treatment.

本発明によると、固相拡散による強誘電体膜の酸素欠損を抑制することにより、優れた分極特性を有する強誘電体膜を得ることができるので、容量絶縁膜に用いる強誘電体膜の熱処理方法、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する容量素子及びその製造方法等に有用である。   According to the present invention, a ferroelectric film having excellent polarization characteristics can be obtained by suppressing oxygen vacancies in the ferroelectric film due to solid phase diffusion, so that the heat treatment of the ferroelectric film used for the capacitive insulating film This method is useful for a method, a capacitive element having a capacitive insulating film made of a ferroelectric film, and a method for manufacturing the same.

本発明の第1の実施形態に係る強誘電体キャパシタの分極量とオゾン濃度との関係図である。FIG. 3 is a relationship diagram between a polarization amount and an ozone concentration of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る強誘電体キャパシタの分極量と熱処理温度との関係図である。FIG. 3 is a relationship diagram between the polarization amount of the ferroelectric capacitor and the heat treatment temperature according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る容量素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the capacitive element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る容量素子の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the capacitive element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、9 容量下部電極
2、9a 導電性酸化膜
3、10 強誘電体膜よりなる容量絶縁膜
4、11 容量上部電極
1 基板
2 シャロートレンチ分離膜
3 スイッチングトランジスタ
4 不純物拡散層
5 保護絶縁膜
6 ストレージノードコンタクト
7 酸素バリア膜
8 層間絶縁膜
9 容量下部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 9 Capacitor lower electrode 2, 9a Conductive oxide film 3, 10 Capacitor insulating film 4 made of a ferroelectric film, 11 Capacitor upper electrode 1 Substrate 2 Shallow trench isolation film 3 Switching transistor 4 Impurity diffusion layer 5 Protective insulating film 6 Storage node contact 7 Oxygen barrier film 8 Interlayer insulating film 9 Capacitor lower electrode

Claims (7)

強誘電体膜に対して熱処理を行なう工程を有する強誘電体膜の熱処理方法であって、
前記熱処理を行なう工程は、
前記強誘電体膜内の酸素が該強誘電体膜の外部に拡散することを防止する第1の熱処理を行なう工程と、
前記第1の熱処理を行なう工程の後に、前記強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする強誘電体膜の熱処理方法。
A method for heat-treating a ferroelectric film having a step of heat-treating the ferroelectric film,
The step of performing the heat treatment includes
Performing a first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing outside the ferroelectric film;
And a step of performing a second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film after the step of performing the first heat treatment.
前記第1の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で行なうことを特徴とする請求項1に記載の強誘電体膜の熱処理方法。   The step of performing the first heat treatment is performed under a condition where the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in an atmosphere having an ozone concentration of 0.7% or more and 2.0% or less. The method for heat-treating a ferroelectric film according to claim 1. 基板上に形成された容量下部電極と、
前記容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている容量素子であって、
前記容量下部電極と前記容量絶縁膜との間に、導電性酸化膜が形成されていることを特徴とする容量素子。
A capacitor lower electrode formed on the substrate;
A capacitive insulating film made of a ferroelectric film formed on the capacitive lower electrode;
A capacitive element comprising a capacitive upper electrode formed on the capacitive insulating film,
A capacitor element, wherein a conductive oxide film is formed between the capacitor lower electrode and the capacitor insulating film.
前記容量下部電極は、Ir膜又はIrOx 膜よりなることを特徴とする請求項3に記載の容量素子。 The capacitive element according to claim 3, wherein the capacitive lower electrode is made of an Ir film or an IrO x film. 基板上に容量下部電極を形成する工程と、
前記容量下部電極の上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜に対して熱処理を行なう工程と、
前記容量絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを備える容量素子の製造方法であって、
前記熱処理を行なう工程は、
前記強誘電体膜内の酸素が前記容量下部電極又は前記容量上部電極に拡散することを防止する第1の熱処理を行なう工程と、
前記第1の熱処理を行なった後に、前記強誘電体膜を結晶化する第2の熱処理を行なう工程とを含むことを特徴とする容量素子の製造方法。
Forming a capacitor lower electrode on the substrate;
Forming a capacitor insulating film made of a ferroelectric film on the capacitor lower electrode;
Performing a heat treatment on the capacitive insulating film;
Forming a capacitor upper electrode on the capacitor insulating film, comprising:
The step of performing the heat treatment includes
Performing a first heat treatment for preventing oxygen in the ferroelectric film from diffusing into the capacitor lower electrode or the capacitor upper electrode;
And a step of performing a second heat treatment for crystallizing the ferroelectric film after performing the first heat treatment.
前記第1の熱処理を行なう工程は、オゾン濃度が0.7%以上であって且つ2.0%以下の雰囲気下において、温度が450℃以上であって且つ550℃以下である条件下で行なうことを特徴とする請求項5に記載の容量素子の製造方法。   The step of performing the first heat treatment is performed under a condition where the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in an atmosphere having an ozone concentration of 0.7% or more and 2.0% or less. The method for manufacturing a capacitive element according to claim 5. 前記容量下部電極は、Ir膜又はIrOx 膜よりなることを特徴とする請求項5又は6に記載の容量素子の製造方法。 The capacitor lower electrode, the manufacturing method of the capacitor according to claim 5 or 6, characterized in that consisting of Ir film or IrO x film.
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