JP2009158539A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Masaki Kurasawa
正樹 倉澤
Hideki Yamawaki
秀樹 山脇
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a semiconductor device having a (111)-aligned ferroelectric film without a variation in alignment. <P>SOLUTION: Disclosed is the manufacturing method of the semiconductor device including the ferroelectric film, wherein the ferroelectric film is formed through (A) a stage of switching the atmosphere in a treatment container in which a substrate to be treated where the semiconductor device is formed is held from a first atmosphere to a second atmosphere and (B) a stage of forming the ferroelectric film on the substrate to be treated in the second atmosphere by an organic metal vapor-phase deposition method using as a raw material an organic metal compound supplied from a raw material gas supply line. The stage (B) is started by starting supplying the raw material gas to the treatment container after the lapse of a predetermined gas stabilization time after the stage (A), and the predetermined gas stabilization time is set longer than a time (V/L) obtained by dividing the total V of the capacity of an atmospheric gas line and the capacity of a mixing/discharging portion by the flow rate L of a mixed gas in the atmospheric gas line. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は一般に半導体装置に係り、特に強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention generally relates to semiconductor devices, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor.

強誘電体メモリは電圧駆動される不揮発性半導体メモリ素子であり、高速で動作し、消費電力が小さく、しかも電源を遮断しても保持している情報が消失しない好ましい特性を有している。強誘電体メモリは、すでにICカードや携帯電子機器に使われている。   A ferroelectric memory is a voltage-driven non-volatile semiconductor memory element, which operates at high speed, has low power consumption, and has preferable characteristics that do not lose stored information even when the power is turned off. Ferroelectric memories are already used in IC cards and portable electronic devices.

図1は、いわゆるスタック型とよばれる強誘電体メモリ装置10の構成を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a so-called stack type ferroelectric memory device 10.

図1を参照するに、強誘電体メモリ装置10はいわゆる1T1C型の装置であり、シリコン基板11上に素子分離領域11Iにより画成された素子領域中11Aに二つのメモリセルトランジスタが、ビット線を共有して形成されている。   Referring to FIG. 1, a ferroelectric memory device 10 is a so-called 1T1C type device, in which two memory cell transistors are provided in a bit line in an element region 11A defined by an element isolation region 11I on a silicon substrate 11. Is formed by sharing.

より具体的には、前記シリコン基板11中には前記素子領域11Aとしてn型ウェルが形成されており、前記素子領域11A上には、ポリシリコンゲート電極13Aを有する第1のMOSトランジスタとポリシリコンゲート電極13Bを有する第2のMOSトランジスタが、それぞれゲート絶縁膜12Aおよび12Bを介して形成されている。   More specifically, an n-type well is formed as the element region 11A in the silicon substrate 11, and a first MOS transistor having a polysilicon gate electrode 13A and polysilicon are formed on the element region 11A. A second MOS transistor having a gate electrode 13B is formed through gate insulating films 12A and 12B, respectively.

さらに前記シリコン基板11中には、前記ゲート電極13Aの両側壁面に対応してp型のLDD領域11a,11bが形成されており、また前記ゲート電極13Bの両側壁面に対応してp型のLDD領域11c,11dが形成されている。ここで前記第1および第2のMOSトランジスタは前記素子領域11A中に共通に形成されているため、同一のp型拡散領域が、LDD領域11bとLDD領域11cとして共用されている。 The further in the silicon substrate 11, the p in correspondence to respective sidewalls of the gate electrode 13A - -type LDD region 11a, and 11b are formed, also in correspondence to respective sidewalls of the gate electrode 13B p - -type LDD regions 11c and 11d are formed. Here, since the first and second MOS transistors are formed in common in the element region 11A, the same p type diffusion region is shared as the LDD region 11b and the LDD region 11c.

前記ポリシリコンゲート電極13A上には、シリサイド層14Aが、またポリシリコンゲート電極13B上にはシリサイド層14Bが、それぞれ形成されており、さらに前記ポリシリコンゲート電極13Aの両側壁面および前記ポリシリコンゲート電極13Bの両側壁面上には、それぞれの側壁絶縁膜が形成されている。   A silicide layer 14A is formed on the polysilicon gate electrode 13A, and a silicide layer 14B is formed on the polysilicon gate electrode 13B. Further, both side walls of the polysilicon gate electrode 13A and the polysilicon gate are formed. Each side wall insulating film is formed on both side wall surfaces of the electrode 13B.

さらに前記シリコン基板11中には、前記ゲート電極13Aのそれぞれの側壁絶縁膜の外側に、p型の拡散領域11eおよび11fが形成されており、また前記ゲート電極13Bのそれぞれの側壁絶縁膜の外側には、p型の拡散領域11gおよび11hが形成されている。ただし、前記拡散領域11fと11gは、同一のp型拡散領域より構成されている。 Further, in the silicon substrate 11, p + type diffusion regions 11e and 11f are formed outside the respective side wall insulating films of the gate electrode 13A, and each of the side wall insulating films of the gate electrode 13B is formed. On the outside, p + -type diffusion regions 11g and 11h are formed. However, the diffusion regions 11f and 11g are composed of the same p + -type diffusion region.

さらに前記シリコン基板11上には、前記シリサイド層14Aおよび側壁絶縁膜を含めて前記ゲート電極13Aを覆うように、また前記シリサイド層14Bおよび側壁絶縁膜を含めて前記ゲート電極13Bを覆うように、SiON膜15が形成されており、前記SiON膜15上にはSiOよりなる層間絶縁膜16が形成されている。さらに前記層間絶縁膜16中には、前記拡散領域11e,11f(従って拡散領域11g),11hをそれぞれ露出するようにコンタクトホール16A,16B,16Cが形成され、前記コンタクトホール16A,16B,16Cには、Ti膜とTiN膜を積層した密着層17a,17b,17cを介して、W(タングステン)よりなるビアプラグ17A,17B,17Cが形成される。 Further, on the silicon substrate 11, the gate electrode 13A including the silicide layer 14A and the sidewall insulating film is covered, and the gate electrode 13B including the silicide layer 14B and the sidewall insulating film is covered. A SiON film 15 is formed, and an interlayer insulating film 16 made of SiO 2 is formed on the SiON film 15. Further, contact holes 16A, 16B, and 16C are formed in the interlayer insulating film 16 so as to expose the diffusion regions 11e, 11f (and hence the diffusion regions 11g) and 11h, respectively, and are formed in the contact holes 16A, 16B, and 16C. The via plugs 17A, 17B, and 17C made of W (tungsten) are formed through the adhesion layers 17a, 17b, and 17c in which the Ti film and the TiN film are stacked.

さらに前記層間絶縁膜16上には、前記タングステンプラグ17Aにコンタクトして、下部電極18Aと多結晶強誘電体膜19Aと上部電極20Aを積層した第1の強誘電体キャパシタC1が、また前記タングステンプラグ17Cにコンタクトして、下部電極18Cと多結晶強誘電体膜19Cと上部電極20Cを積層した第2の強誘電体キャパシタC2が形成されている。   Further, on the interlayer insulating film 16, a first ferroelectric capacitor C1 in which a lower electrode 18A, a polycrystalline ferroelectric film 19A, and an upper electrode 20A are stacked in contact with the tungsten plug 17A is also provided. A second ferroelectric capacitor C2 in which a lower electrode 18C, a polycrystalline ferroelectric film 19C, and an upper electrode 20C are stacked is formed in contact with the plug 17C.

さらに前記層間絶縁膜16上には前記強誘電体キャパシタC1,C2を覆うようにAlよりなる水素バリア膜21が形成され、さらに前記水素バリア膜21上には次の層間絶縁膜22が形成されている。 Further, a hydrogen barrier film 21 made of Al 2 O 3 is formed on the interlayer insulating film 16 so as to cover the ferroelectric capacitors C 1 and C 2 , and the next interlayer insulating film 22 is further formed on the hydrogen barrier film 21. Is formed.

さらに前記層間絶縁膜22中には、前記強誘電体キャパシタC1の上部電極20Aを露出するコンタクトホール22Aと、前記ビアプラグ17Bを露出するコンタクトホール22Bと、前記強誘電体キャパシタC2の上部電極20Cを露出するコンタクトホール22Cが形成され、前記コンタクトホール22A〜22CにはTi膜とTiN膜を積層した密着層23a,23b,23cをそれぞれ介してタングステンプラグ23A,23B,23Cがそれぞれ形成される。   Further, in the interlayer insulating film 22, a contact hole 22A exposing the upper electrode 20A of the ferroelectric capacitor C1, a contact hole 22B exposing the via plug 17B, and an upper electrode 20C of the ferroelectric capacitor C2 are provided. An exposed contact hole 22C is formed, and tungsten plugs 23A, 23B, and 23C are formed in the contact holes 22A to 22C through adhesion layers 23a, 23b, and 23c in which a Ti film and a TiN film are laminated, respectively.

さらに前記層間絶縁膜22上には、前記タングステンプラグ23A,23B,23Cにそれぞれ対応して、Ti/TiN積層構造のバリアメタル膜を伴って、Al配線パターン24A,24B,24Cが形成されている。   Further, Al wiring patterns 24A, 24B, and 24C are formed on the interlayer insulating film 22 with a barrier metal film having a Ti / TiN laminated structure corresponding to the tungsten plugs 23A, 23B, and 23C, respectively. .

強誘電体メモリでは従来、前記多結晶強誘電体膜19A,19Cとして、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)や、SrBi2Ta29(SBT、Y1)若しくはSrBi2(Ta、Nb)29(SBTN、YZ)、Bi4Ti39,(Bi,La)4Ti312,BiFeO3などのビスマス層状構造化合物などが使われている。 Conventionally, in the ferroelectric memory, as the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C, lead zirconate titanate (PZT), SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT, Y1) or SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O is used. 9 (SBTN, YZ), Bi 4 Ti 3 O 9 , (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 , BiFeO 3 and the like are used.

ところで図1のような強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタ絶縁膜となる多結晶強誘電体膜19A,19Cの結晶配向が非常に重要である。PZTなどの強誘電体は正方晶系のペロブスカイト構造を有し、TiやZrなどの金属原子がペロブスカイト構造中でc軸方向に変位することで強誘電性が発現する。そこで、図1の強誘電体メモリ10のように、強誘電体膜を上下電極間に挟持した構成の強誘電体キャパシタでは、電界方向が強誘電体のc軸方向に平行になるように強誘電体膜は(001)配向を有するのが理想的で、前記強誘電体膜が(100)配向を有する場合には、強誘電性は発現しない。   By the way, in the ferroelectric memory as shown in FIG. 1, the crystal orientation of the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C to be the ferroelectric capacitor insulating film is very important. Ferroelectric materials such as PZT have a tetragonal perovskite structure, and ferroelectric properties are manifested when metal atoms such as Ti and Zr are displaced in the c-axis direction in the perovskite structure. Therefore, in a ferroelectric capacitor having a configuration in which a ferroelectric film is sandwiched between upper and lower electrodes, as in the ferroelectric memory 10 of FIG. 1, the electric field direction is strong so that it is parallel to the c-axis direction of the ferroelectric. Ideally, the dielectric film has a (001) orientation. When the ferroelectric film has a (100) orientation, ferroelectricity does not appear.

しかし、ペロブスカイト膜では、正方晶系とは言っても、c軸とa軸の差はそれほど大きくなく、このため通常の製法で形成したPZT膜では、(001)配向した結晶粒と(100)配向した結晶粒がほぼ同数発生し、その他の方位のものも発生することを考えると、実際に強誘電体キャパシタの動作に寄与する結晶の割合はわずかであった。このような事情から、従来、強誘電体メモリの技術分野では、強誘電体膜19A,19Cを、全体として(111)配向膜として形成し、配向方位を<111>方向にそろえることで、大きなスイッチング電荷量QSWを確保することが行われている。 However, in the perovskite film, the difference between the c-axis and the a-axis is not so large even though it is tetragonal. Therefore, in the PZT film formed by a normal manufacturing method, the (001) -oriented crystal grains and (100) Considering that almost the same number of oriented crystal grains are generated and those with other orientations are also generated, the proportion of crystals that actually contribute to the operation of the ferroelectric capacitor was small. Under such circumstances, conventionally, in the technical field of ferroelectric memory, the ferroelectric films 19A and 19C are formed as (111) orientation films as a whole, and the orientation direction is aligned in the <111> direction. The switching charge amount QSW is ensured.

このような事情で強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタの下部電極としてPt膜を自己配向Ti膜などの配向制御膜上に、TiAlN膜などの導電性酸素拡散バリア膜を介して(111)配向で形成し、その上にPZTなどの強誘電体膜を(111)配向で形成している。ここで自己配向Ti膜は、(002)配向を示す。また前記TiAlN酸素拡散バリア膜は、強誘電体膜中の酸素がWプラグ中に侵入するのを抑制する。   Under these circumstances, in a ferroelectric memory, a Pt film as a lower electrode of a ferroelectric capacitor is placed on an orientation control film such as a self-orientation Ti film via a conductive oxygen diffusion barrier film such as a TiAlN film (111). A ferroelectric film such as PZT is formed on the (111) orientation. Here, the self-oriented Ti film exhibits a (002) orientation. Further, the TiAlN oxygen diffusion barrier film suppresses oxygen in the ferroelectric film from entering the W plug.

従来、強誘電体メモリにおいてはこのような多結晶強誘電体膜19A,19Cがスパッタ法あるいはゾルゲル法で形成されていたが、このような強誘電体メモリにおいても微細化および集積密度を向上させる要請が課せられており、このため強誘電体膜をステップカバレッジに優れた有機金属気相堆積法(MOCVD法)により形成する試みがなされている。   Conventionally, in the ferroelectric memory, such polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C are formed by the sputtering method or the sol-gel method. However, in such a ferroelectric memory, the miniaturization and the integration density are improved. For this reason, attempts have been made to form a ferroelectric film by a metal organic vapor phase deposition method (MOCVD method) excellent in step coverage.

ところがMOCVD法では、強い(111)配向を示す白金(Pt)やイリジウム(Ir)を下部電極18A,18Cに用いて、その上に単純にPZT膜などの多結晶強誘電体膜を成膜しても、前記多結晶強誘電体膜19A,19Cにおいて所望の(111)配向を得ることが出来ない。   However, in MOCVD, platinum (Pt) or iridium (Ir) having a strong (111) orientation is used for the lower electrodes 18A and 18C, and a polycrystalline ferroelectric film such as a PZT film is simply formed thereon. However, the desired (111) orientation cannot be obtained in the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C.

MOCVD法でPZTなどの強誘電体膜を成膜する場合、少なくとも原料の分解温度以上の温度への加熱が必要であるため、一般的に高温で成膜がなされ、またこれに伴い、形成された強誘電体が成膜と同時に結晶化されるが、図1の構成においてPt膜を下部電極18A,18Cに用いた場合には、MOCVD工程での熱により、下部電極18A,18C中のPtと特にPZT膜19A,19C中のPbが反応し、下部電極18A,18C表面のモフォロジが悪化し、前記多結晶強誘電体膜19A,19Cの(111)配向が妨げられる。   When a ferroelectric film such as PZT is formed by the MOCVD method, it is necessary to heat to a temperature at least higher than the decomposition temperature of the raw material. Therefore, the film is generally formed at a high temperature and is formed accordingly. 1 is crystallized at the same time as the film is formed, but when the Pt film is used for the lower electrodes 18A and 18C in the configuration of FIG. 1, the Pt in the lower electrodes 18A and 18C is heated by the heat in the MOCVD process. In particular, Pb in the PZT films 19A and 19C reacts to deteriorate the morphology of the surfaces of the lower electrodes 18A and 18C, thereby preventing the (111) orientation of the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C.

また、前記図1の構成において、上記の問題を回避するためIr膜を下部電極18A,18Cとして用いた場合には、Pt膜を使った場合に比べ下部電極18Aあるいは18Cと多結晶強誘電体膜19Aあるいは19Cとの界面での反応は抑制されるが、酸化剤として酸素ガス等を成膜チャンバーに導入するため、下部電極18A,18Cを構成するIr膜の表面が酸化してしまい、多結晶強誘電体膜19A,19Cは、せっかくのIr膜19A,19C(111)配向を引き継ぐことが出来ない。そこで、特許文献1では、初期層(シード層)を用いて、Ir膜よりなる下部電極18A,18C上にMOCVD法でPZT膜を成膜する際に、低い酸素分圧ないし酸素濃度を使い、前記シード層を優先的に(111)配向させている。かかるシード層を形成した後、PZT膜19A,19Cの主要部が、前記シード層の(111)配向を引き継いで、高い酸素分圧下、大きな成膜速度で成膜される。
特開2003−324101号公報
In the configuration shown in FIG. 1, when the Ir film is used as the lower electrodes 18A and 18C in order to avoid the above-described problem, the lower electrode 18A or 18C and the polycrystalline ferroelectric substance are compared with the case where the Pt film is used. Although the reaction at the interface with the film 19A or 19C is suppressed, since oxygen gas or the like is introduced into the film forming chamber as an oxidant, the surface of the Ir film constituting the lower electrodes 18A and 18C is oxidized, resulting in many The crystal ferroelectric films 19A and 19C cannot inherit the preferential Ir films 19A and 19C (111) orientation. Therefore, in Patent Document 1, when the PZT film is formed by the MOCVD method on the lower electrodes 18A and 18C made of the Ir film using the initial layer (seed layer), a low oxygen partial pressure or oxygen concentration is used. The seed layer is preferentially (111) oriented. After the seed layer is formed, the main parts of the PZT films 19A and 19C take over the (111) orientation of the seed layer and are formed at a high film formation speed under a high oxygen partial pressure.
JP 2003-324101 A

ところで、このように(111)配向を示す多結晶強誘電体膜19A,19CをMOCVD法で形成する場合、本発明の発明者は、その(111)配向の度合い、すなわち配向率が、図2に示すように、ウェハ毎に大きくばらつく問題を発見した。   By the way, when the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C having the (111) orientation are formed by the MOCVD method as described above, the inventors of the present invention have the degree of the (111) orientation, that is, the orientation ratio, as shown in FIG. As shown in Fig. 2, we found a problem that the wafers vary greatly.

図2を参照するに、縦軸はX線回折により求めた、前記多結晶強誘電体膜19A,19BのPZT(111)面からのX線回折積分強度を、横軸は、順次処理した被処理基板の番号を示しているが、前記PZT(111)のX線回折積分強度の値が、20%近くもばらつくことがわかる。このようなPZT(111)積分強度のばらつきは、前記多結晶強誘電体膜19A,19Cにおいて、(111)配向に大きなばらつきがあることを示している。   Referring to FIG. 2, the vertical axis represents the X-ray diffraction integrated intensity from the PZT (111) plane of the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19B obtained by X-ray diffraction, and the horizontal axis represents the sequentially processed target. Although the numbers of the processed substrates are shown, it can be seen that the value of the integrated intensity of X-ray diffraction of PZT (111) varies by nearly 20%. Such a variation in the PZT (111) integral intensity indicates that there is a large variation in the (111) orientation in the polycrystalline ferroelectric films 19A and 19C.

一の側面によれば本発明は、強誘電体膜を含む半導体装置の製造方法であって、排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含み、前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、前記強誘電体膜の成膜工程は、(A)前記半導体装置が形成される被処理基板を保持した前記処理容器中の雰囲気を、第1の雰囲気から第2の雰囲気に切り替える工程と、(B)前記処理容器中、前記第2の雰囲気中において前記被処理基板上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインより供給された有機金属化合物を原料として、有機金属気相堆積法により成膜する工程と、を含み、前記工程(B)は、前記工程(A)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。   According to one aspect, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device including a ferroelectric film, a processing container exhausted by an exhaust device, and a source gas supply line for supplying a source gas into the processing container; Ferroelectricity by metal organic vapor phase deposition performed using an organic metal deposition apparatus provided with an atmosphere gas line for supplying at least first and second atmosphere gases in the form of a mixed gas into the processing container A body film forming step, wherein the processing container is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and the source gas and the mixed gas are mixed to form a processing gas, and the processing gas is processed into the processing gas. A mixing / releasing part for discharging into the container, wherein the atmosphere gas line is supplied from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates; The ferroelectric film is formed by the step (A) of changing the atmosphere in the processing container holding the substrate to be processed on which the semiconductor device is formed from the first atmosphere to the second atmosphere. And (B) a ferroelectric film on the substrate to be processed in the second atmosphere in the processing container, using an organometallic compound supplied from the source gas supply line as a raw material, Forming a film by a metal organic vapor phase deposition method, and the step (B) includes a step of supplying the source gas to the processing container after a predetermined gas stabilization time after the step (A). The predetermined gas stabilization time is determined by calculating the total volume V of the atmosphere gas line and the volume of the mixing / releasing part by the flow rate L of the mixed gas in the atmosphere gas line. Less than the time obtained by dividing (V / L) It is set to provide a method of manufacturing a semiconductor device according to claim.

他の側面によれば本発明は、排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含む、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、(A)前記処理容器中に、下部電極を形成された被処理基板を導入する工程と、(B)前記工程(A)の後、前記被処理基板を、前記第1の雰囲気ガスの流量を第1の流量に、前記第2の雰囲気ガスの流量を、ゼロを含む第2の流量に設定した第1の雰囲気中において昇温する工程と、(C)前記工程(B)の後、前記第1の雰囲気ガスの流量を前記第1の流量から第3の流量に減少させ、前記第2の雰囲気ガスの流量を前記第2の流量から第4の流量に増加させることにより、前記第1の雰囲気を第2の雰囲気に切り替える工程と、(D)前記工程(C)の後、前記下部電極上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインから前記処理容器中に前記原料ガスを供給することにより成膜する工程と、を含み、前記工程(D)は、前記工程(C)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。   According to another aspect, the present invention provides a processing container exhausted by an exhaust device, a source gas supply line for supplying a source gas into the processing container, and at least first and second atmospheres in the processing container. A ferroelectric capacitor including a process for forming a ferroelectric film by a metal organic vapor deposition method performed using an organic metal deposition apparatus having an atmosphere gas line for supplying a gas in the form of a mixed gas; In the method of manufacturing a semiconductor device, the processing container is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and the source gas and the mixed gas are mixed to form a processing gas, and the processing gas is processed into the processing gas. A mixing / releasing unit for discharging into the container, wherein the atmosphere gas line is supplied from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates; / A process extending to the discharge part, and (A) introducing a substrate to be processed in which a lower electrode is formed in the processing container; and (B) after the step (A), the substrate to be processed Increasing the temperature in the first atmosphere in which the flow rate of the first atmospheric gas is set to the first flow rate and the flow rate of the second atmospheric gas is set to the second flow rate including zero; C) After the step (B), the flow rate of the first atmospheric gas is decreased from the first flow rate to the third flow rate, and the flow rate of the second atmospheric gas is changed from the second flow rate to the fourth flow rate. And (D) after the step (C), a ferroelectric film is formed on the lower electrode after the step of switching the first atmosphere to the second atmosphere. Forming a film by supplying the raw material gas into the processing container from The step (D) is started by starting the supply of the raw material gas to the processing container after the elapse of a predetermined gas stabilization time after the step (C), and the predetermined gas stabilization time is The volume V of the atmosphere gas line and the volume V of the mixing / discharge section are set to be equal to or longer than the time (V / L) obtained by dividing the sum V by the flow rate L of the mixture gas in the atmosphere gas line. A method of manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によれば、前記第1および第2の流量制御手段から前記処理容器に供給される第1および第2の雰囲気ガスの流量が変化し、強誘電体膜成膜時の雰囲気が第1の雰囲気から第2の雰囲気に切り替えられる場合に、所定のガス安定化時間経過後に前記強誘電体膜の成膜を開始することにより、前記第1および第2のガスの混合の不均一に起因する膜特性の不均一が効果的に抑制され、被処理基板として多数のウェハを使い、順次強誘電体膜の成膜を行う場合にも、ウェハ毎の強誘電体膜特性、特に結晶配向性がばらつく問題を解消することができる。   According to the present invention, the flow rates of the first and second atmospheric gases supplied from the first and second flow rate control means to the processing vessel change, and the atmosphere during the formation of the ferroelectric film is the first. When the atmosphere is switched from the first atmosphere to the second atmosphere, the film formation of the ferroelectric film is started after a predetermined gas stabilization time has elapsed, resulting in non-uniform mixing of the first and second gases. Even when a large number of wafers are used as the substrate to be processed and the ferroelectric films are sequentially formed, the ferroelectric film characteristics for each wafer, especially the crystal orientation, are effectively suppressed. The problem of variability can be solved.

また本発明によれば、一の被処理基板の成膜が終了し、当該被処理基板が取り出された後、次の被処理基板を処理容器に導入するまでの間に前記処理容器中をパージすることにより、前記処理容器側壁面などに堆積したPbなど、前記強誘電体膜の構成元素のうち高い蒸気圧を有する成分元素が被処理基板の周辺部に堆積し、その上に形成される強誘電体膜の膜質、特に結晶配向を所望の(111)配向からずらしてしまう問題が解消する。   Further, according to the present invention, after the deposition of one substrate to be processed is completed and the substrate to be processed is taken out, the inside of the processing container is purged before the next substrate to be processed is introduced into the processing container. As a result, component elements having a high vapor pressure among the constituent elements of the ferroelectric film, such as Pb deposited on the side wall surface of the processing container, are deposited on the peripheral portion of the substrate to be processed and formed thereon. The problem of shifting the film quality of the ferroelectric film, particularly the crystal orientation, from the desired (111) orientation is solved.

[第1の実施形態]
以下、図3(A)〜(E)を参照しながら、本発明の発明者が行ったMOCVD法による強誘電体キャパシタの作製実験を、本発明の第1の実施形態による強電体キャパシタの製造工程として、説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, referring to FIGS. 3A to 3E, an experiment of manufacturing a ferroelectric capacitor by the MOCVD method performed by the inventor of the present invention will be described, and the manufacturing of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention will be described. The process will be described.

図3(A)を参照するに、図示しないシリコン基板を覆うシリコン酸化膜41上には、(002)配向を有するTi膜42が配向制御膜としてスパッタ法により形成されており、前記配向制御膜42上には、TiAlN膜43が、導電性酸素拡散バリア膜として、反応性スパッタ法により形成されている。なお前記シリコン酸化膜41は、その表面にAl23膜を担持していてもよい。 Referring to FIG. 3A, a Ti film 42 having (002) orientation is formed by sputtering as an orientation control film on a silicon oxide film 41 covering a silicon substrate (not shown). On the surface 42, a TiAlN film 43 is formed as a conductive oxygen diffusion barrier film by a reactive sputtering method. The silicon oxide film 41 may carry an Al 2 O 3 film on its surface.

例えば前記Ti膜42は、DCスパッタ装置中において被処理基板とターゲット間の距離を60mmに設定し、圧力が0.15PaのAr雰囲気中、20℃の基板温度で2.6kWのスパッタパワーを5秒間供給することにより形成される。また前記TiAlN膜43は、同じDCスパッタ装置中、TiおよびAlの合金ターゲットを使い、圧力が253.3PaのAr/N2雰囲気中、Arガスを40sccm、窒素ガスを10sccmの流量で供給しながら400℃の基板温度で、1.0kWのスパッタパワーを供給することにより、100nmの膜厚に形成される。 For example, the Ti film 42 has a sputtering power of 2.6 kW at a substrate temperature of 20 ° C. in an Ar atmosphere having a pressure of 0.15 Pa in a DC sputtering apparatus with a distance between the substrate to be processed and the target set to 60 mm. It is formed by supplying for 2 seconds. The TiAlN film 43 uses Ti and Al alloy targets in the same DC sputtering apparatus and supplies Ar gas at a flow rate of 40 sccm and nitrogen gas at a flow rate of 10 sccm in an Ar / N 2 atmosphere at a pressure of 253.3 Pa. The film is formed to a thickness of 100 nm by supplying a sputtering power of 1.0 kW at a substrate temperature of 400 ° C.

前記Ti膜42は、成膜後、一度窒化させるのが好ましい。Ti膜42をこのように窒化させることにより、後で行われる強誘電体膜の回復熱処理の際に、膜側面からのTiの酸化を抑制することができる。例えばかかる窒化処理を窒素雰囲気中、温度が650℃の急速熱処理で60秒間行うことにより、前記(002)配向を有するTi膜42から(111)配向のTiN下地導電膜42Nが得られる。   The Ti film 42 is preferably nitrided once after film formation. By nitriding the Ti film 42 in this way, oxidation of Ti from the side surface of the film can be suppressed during the subsequent recovery heat treatment of the ferroelectric film. For example, the nitriding treatment is performed in a nitrogen atmosphere by a rapid heat treatment at a temperature of 650 ° C. for 60 seconds, whereby the (111) -oriented TiN base conductive film 42N is obtained from the (002) -oriented Ti film 42.

次に図3(B)の工程において、前記TiAlN膜43上に、厚さが約100nmのIr膜よりなる下部電極膜45が、例えば圧力が0.2PaのAr雰囲気中、550℃の基板温度で0.5kWのスパッタパワーを投入するスパッタ法により形成される。このようにして形成されたIr下部電極膜45は(111)配向を有する。   Next, in the step of FIG. 3B, a lower electrode film 45 made of an Ir film having a thickness of about 100 nm is formed on the TiAlN film 43 at a substrate temperature of 550 ° C. in an Ar atmosphere with a pressure of 0.2 Pa, for example. And formed by a sputtering method in which a sputtering power of 0.5 kW is applied. The Ir lower electrode film 45 thus formed has a (111) orientation.

さらに図3(B)の構造は、Ar雰囲気中、650℃の温度で60秒間の急速熱処理を行われ、前記Ir膜45の結晶性が改善され、さらに前記Ir膜45とその下のTiAlN膜との間の密着性が改善される。   Further, the structure of FIG. 3B is subjected to rapid heat treatment at a temperature of 650 ° C. for 60 seconds in an Ar atmosphere to improve the crystallinity of the Ir film 45. Further, the Ir film 45 and the TiAlN film below the Ir film 45 are improved. The adhesion between the two is improved.

次に図3(C)の工程において、前記下部電極45上に、MOCVD法により、第1のPZT膜46がシード層として、約1〜10nm、好ましくは5nm程度の膜厚に形成される。   Next, in the step of FIG. 3C, a first PZT film 46 is formed on the lower electrode 45 as a seed layer to a thickness of about 1 to 10 nm, preferably about 5 nm, by MOCVD.

図4は、図3(C)の工程で使われるダウンフロー型の有機金属堆積装置(MOCVD装置)1の概略的構成を示す。   FIG. 4 shows a schematic configuration of a downflow type metal organic deposition apparatus (MOCVD apparatus) 1 used in the process of FIG.

図4を参照するに、MOCVD装置1はAPC(自動圧力制御装置)2Aおよび真空ポンプ2Pを含む排気ライン2により排気される処理容器1Aを含み、前記処理容器1A中には前記図3(B)の状態の基板41を被処理基板Wとして保持するサセプタ1Bが設けられている。前記サセプタ1Bは、図示はしないがその上の被処理基板Wを加熱する加熱手段を含んでいる。   Referring to FIG. 4, the MOCVD apparatus 1 includes a processing container 1A exhausted by an exhaust line 2 including an APC (automatic pressure control apparatus) 2A and a vacuum pump 2P, and the processing container 1A includes the processing container 1A shown in FIG. The susceptor 1B is provided to hold the substrate 41 in the state of) as the substrate W to be processed. The susceptor 1B includes a heating unit (not shown) for heating the substrate W to be processed.

さらに前記処理容器1A中には前記サセプタ1B上の被処理基板Wに対面してシャワーヘッド1Cが設けられ、前記シャワーヘッド1Cには、酸素ガスとPZTの各構成元素を含む原料ガスがライン3より供給され、前記各種原料ガスを前記処理容器中に放出することにより、前記PZT膜46の成膜がなされる。   Further, a shower head 1C is provided in the processing vessel 1A so as to face the substrate W to be processed on the susceptor 1B, and a raw material gas containing oxygen gas and each constituent element of PZT is supplied to the shower head 1C through a line 3. The PZT film 46 is formed by discharging the various source gases into the processing container.

また前記図4のMOCVD装置1では、Pb,Zr,Tiの有機金属原料を有機溶媒中に溶解された液体状態で保持する原料容器3A〜3Cと溶媒のみを保持する容器3Dとが設けられ、それぞれの液体原料はライン3HからのHeガスにより加圧され、対応する質量流量制御装置3aおよびバルブ3v、対応する質量流量制御装置3bおよびバルブ3w、
対応する質量流量制御装置(MFC)3cおよびバルブ3x、および対応する質量流量制御装置(MFC)3dおよびバルブ3yを介して、ライン4Nより窒素キャリアガスを供給される気化器4に供給される。前記気化器4において前記液体原料が気化される結果、前記気化器4においてはPb,ZrおよびTiの気相原料が形成される。
Further, in the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4, there are provided raw material containers 3A to 3C for holding organometallic raw materials of Pb, Zr, Ti in a liquid state dissolved in an organic solvent and a container 3D for holding only the solvent, Each liquid raw material is pressurized by He gas from the line 3H, and the corresponding mass flow controller 3a and valve 3v, the corresponding mass flow controller 3b and valve 3w,
The nitrogen carrier gas is supplied from the line 4N to the vaporizer 4 via the corresponding mass flow controller (MFC) 3c and the valve 3x, and the corresponding mass flow controller (MFC) 3d and the valve 3y. As a result of vaporizing the liquid material in the vaporizer 4, vapor phase materials of Pb, Zr and Ti are formed in the vaporizer 4.

このようにして形成された気相原料は、前記窒素キャリアガスとともに前記シャワーヘッド1Cに、バルブ4Aおよびライン3を介して供給される。また前記気化器3での気相原料の発生を安定化するため、前記気化器4にはさらにバルブ4Bが設けられ、前記処理容器1Aに前記気相原料を供給しない場合には、前記気相原料は前記切換バルブ4Bからプリフローライン4Pおよび前記真空ポンプ2Pを介して、図示しない除害装置へと捨てられる。   The vapor phase raw material thus formed is supplied to the shower head 1C together with the nitrogen carrier gas via the valve 4A and the line 3. Further, in order to stabilize the generation of the vapor phase raw material in the vaporizer 3, the vaporizer 4 is further provided with a valve 4B, and when the vapor phase raw material is not supplied to the processing vessel 1A, the vapor phase raw material is generated. The raw material is discarded from the switching valve 4B to the abatement apparatus (not shown) through the preflow line 4P and the vacuum pump 2P.

より具体的には、Pbの原料として式Pb(C111922
であらわされるPb(DPM)2を使い、Zrの原料として式Zr(C91524であらわされるZr(dmhd)4を使い、Tiの原料として式Ti(O−C372(C111922であらわされるTi(O−iPr)2(DPM)2やTi(O−iPr)2(DMHD)2を使い、これらの原料を酢酸ブチルやTHF(テトラヒドロフラン)などの溶媒により、いずれも0.1〜0.3mol/lの濃度に溶解し、Pb,Zr,Tiの液体原料を形成する。
More specifically, as a raw material for Pb, the formula Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2
Pb (DPM) 2 represented by the formula, Zr (dmhd) 4 represented by the formula Zr (C 9 H 15 O 2 ) 4 as the Zr raw material, and the formula Ti (O—C 3 H 7 as the Ti raw material. ) 2 (C 11 H 19 O 2 ) 2 represented by Ti (O—iPr) 2 (DPM) 2 or Ti (O—iPr) 2 (DMHD) 2 , and these raw materials are used as butyl acetate or THF (tetrahydrofuran). And the like are dissolved in a concentration of 0.1 to 0.3 mol / l to form liquid raw materials of Pb, Zr, and Ti.

さらに、このようにして形成した液体原料は、前記気化器4にて気化されてPb,Zr,Tiの気相原料が形成され、これらがそれぞれの質量流量制御装置5Aおよび5Bよりライン5を介して供給されるArガスおよび酸素ガスとともに前記シャワーヘッド1Cを介して前記処理容器1Aに供給され、前記Arガスおよび酸素ガスの比率により規定される雰囲気中において、前記PZT膜46の成膜がなされる。   Further, the liquid raw material thus formed is vaporized in the vaporizer 4 to form vapor phase raw materials of Pb, Zr and Ti, which are supplied from the respective mass flow controllers 5A and 5B via the line 5. The PZT film 46 is formed in an atmosphere defined by the ratio of the Ar gas and the oxygen gas, supplied to the processing vessel 1A through the shower head 1C together with the Ar gas and the oxygen gas supplied in this manner. The

その際、本実施形態では、最初に前記処理容器1A中に被処理基板W、すなわち図3(B)の状態のシリコン基板41を導入し、酸素ガスだけを533Paの圧力下、2000SCCMの流量で導入し、前記被処理基板Wの温度を所定の成膜温度、例えば約620℃の温度まで昇温させる。   At this time, in this embodiment, first, the substrate to be processed W, that is, the silicon substrate 41 in the state of FIG. 3B, is introduced into the processing container 1A, and only oxygen gas is flowed at a flow rate of 2000 SCCM under a pressure of 533 Pa. Then, the temperature of the substrate to be processed W is raised to a predetermined film forming temperature, for example, about 620 ° C.

この間は、前記各気相原料は前記バルブ4Bから前記プリフローライン4Pを介して排気ライン2へと捨てられているが、その後、前記バルブ4Bが閉じられると同時に前記バルブ4Aが開かれ、それまでプリフローライン4Pを介して捨てていた前記Pb,Zr,Tiの各気相原料を前記シャワーヘッド1Cへと供給し、前記処理容器1Aに導入する。これにより、前記処理容器1A中において前記被処理基板W上に、前記PZT膜46が、533Paの圧力下、620℃の温度で成膜される。   During this time, the respective vapor phase raw materials are discarded from the valve 4B to the exhaust line 2 via the preflow line 4P. Thereafter, the valve 4A is opened at the same time as the valve 4B is closed. The Pb, Zr, and Ti vapor phase raw materials discarded through the preflow line 4P are supplied to the shower head 1C and introduced into the processing vessel 1A. As a result, the PZT film 46 is formed at a temperature of 620 ° C. under a pressure of 533 Pa on the substrate W to be processed in the processing container 1A.

その際、図3(C)の工程では、前記処理容器1A中に前記ライン5より供給される酸素ガス流量を、成膜前の2000SCCMから625SCCMまで減少させ、同時に前記処理容器1A中に供給されるArガス流量を、成膜前の0SCCMから1375SCCMまで増加させ、前記PZT膜46の成膜を、低い酸素分圧において行う。   At that time, in the process of FIG. 3C, the flow rate of oxygen gas supplied from the line 5 into the processing container 1A is reduced from 2000 SCCM before film formation to 625 SCCM, and at the same time, supplied to the processing container 1A. The Ar gas flow rate is increased from 0 SCCM before film formation to 1375 SCCM, and the PZT film 46 is formed at a low oxygen partial pressure.

図4のMOCVD装置1の構成は公知であり、さらなる説明は省略する。   The configuration of the MOCVD apparatus 1 in FIG. 4 is well known, and further description is omitted.

次に、図3(D)の工程において、前記第1の強誘電体膜46上に第2の強誘電体膜47が、前記図4のMOCVD装置1を使ったMOCVD法により、533Paの圧力下、620℃の成膜温度で、ただし前記ライン5より供給される酸素ガス流量を2000SCCMに増加し、前記Arガス流量を0に減少させて形成される。前記PZT膜47は、その下のシード層、すなわち前記PZT膜46の配向を受け継ぎ、同じ配向で成長する。すなわち、PZT膜46が(111)配向していた場合、PZT膜47も(111)配向を有する。   Next, in the step of FIG. 3D, the second ferroelectric film 47 is formed on the first ferroelectric film 46 by the MOCVD method using the MOCVD apparatus 1 of FIG. The film is formed at a film forming temperature of 620 ° C., except that the flow rate of oxygen gas supplied from the line 5 is increased to 2000 SCCM and the flow rate of Ar gas is decreased to 0. The PZT film 47 inherits the orientation of the underlying seed layer, that is, the PZT film 46, and grows in the same orientation. That is, when the PZT film 46 has a (111) orientation, the PZT film 47 also has a (111) orientation.

次に図3(E)の工程において、前記PZT膜47上に、PZTとの間に良好な界面を形成するIrOxを使って、上部電極48が、スパッタ法により形成される。本実施形態では前記上部電極48として触媒作用にあるPtの使用を避けており、これにより活性化された水素によるPZT膜46,47の還元が抑制される。   Next, in the step of FIG. 3E, the upper electrode 48 is formed on the PZT film 47 by sputtering using IrOx that forms a good interface with the PZT. In the present embodiment, the use of Pt having catalytic action as the upper electrode 48 is avoided, whereby the reduction of the PZT films 46 and 47 by activated hydrogen is suppressed.

より具体的に説明すると、前記図3(D)の工程の後、前記PZT膜47上には、最初に厚さが50nmのIrOx膜がスパッタ法により、例えば300℃の基板温度でArガスおよび酸素ガスを、それぞれ120sccmおよび80sccmの流量で供給し、1〜2kWのスパッタパワーを投入することで、例えば50nmの膜厚に、また成膜時点ですでに結晶化した状態で、形成される。   More specifically, after the step of FIG. 3D, an IrOx film having a thickness of 50 nm is first sputtered on the PZT film 47 by sputtering, for example, at a substrate temperature of 300 ° C. Oxygen gas is supplied at a flow rate of 120 sccm and 80 sccm, respectively, and a sputtering power of 1 to 2 kW is applied to form, for example, a film thickness of 50 nm and in a state already crystallized at the time of film formation.

次にこのようにして形成されたIrOx膜は、酸素ガスを20sccm,Arガスを2000sccmの流量で供給しながら725℃の温度で60秒間急速熱処理され、完全に結晶化される。またこの急速熱処理により、前記PZT膜46,47中に上部電極48の形成に伴って生じた酸素欠損が補償される。   Next, the IrOx film thus formed is rapidly crystallized at a temperature of 725 ° C. for 60 seconds while supplying oxygen gas at a flow rate of 20 sccm and Ar gas at a flow rate of 2000 sccm, and is completely crystallized. In addition, this rapid heat treatment compensates oxygen vacancies caused by the formation of the upper electrode 48 in the PZT films 46 and 47.

次に、このようにして形成された第1の酸化イリジウム膜(前記IrOx膜)上に、第2の酸化イリジウム膜(IrOy膜)がスパッタ法により、0.8PaのAr雰囲気中、1.0kWのスパッタパワーで100〜300nm、例えば200nmの厚さに形成される。このようにして形成された前記第2の酸化イリジウム膜は、IrO2の化学量論組成に近い組成を有し(x<y≦2)、水素あるいは水に対してIrやPtのような触媒作用を生じることがなく、図3(E)の構造上に多層配線構造を形成した場合にも、PZT膜46,47が、水分を含む層間絶縁膜から放出される水素により還元されてしまう問題が抑制され、強誘電体キャパシタの水素耐性が向上する。 Next, a second iridium oxide film (IrOy film) is formed on the first iridium oxide film (the IrOx film) thus formed by sputtering in an Ar atmosphere of 0.8 Pa by 1.0 kW. With a sputtering power of 100 to 300 nm, for example, a thickness of 200 nm is formed. The second iridium oxide film thus formed has a composition close to the stoichiometric composition of IrO 2 (x <y ≦ 2), and a catalyst such as Ir or Pt with respect to hydrogen or water. Even when the multilayer wiring structure is formed on the structure shown in FIG. 3E without causing an effect, the PZT films 46 and 47 are reduced by hydrogen released from the interlayer insulating film containing moisture. Is suppressed, and the hydrogen resistance of the ferroelectric capacitor is improved.

前記上部電極48をこのように二層構造とすることにより、前記下層のIrOx膜とその下のPZT膜47との間に優れた密着性が確保され、前記上層のIrOy膜により、上に述べたように強誘電体キャパシタの水素耐性が向上する。   The upper electrode 48 having such a two-layer structure ensures excellent adhesion between the lower IrOx film and the underlying PZT film 47, and the upper IrOy film provides the above-mentioned description. As described above, the hydrogen resistance of the ferroelectric capacitor is improved.

なお本実施形態において前記上部電極48として、IrOxの代りにIr,Ru,Rh,Re,Os,Pd、あるいはこれらの酸化物、さらにSrRuO3などの導電性酸化物を使うことも可能である。また前記上部電極48を、これらの金属または導電性酸化物層の積層構造とすることも可能である。 In the present embodiment, Ir, Ru, Rh, Re, Os, Pd, or an oxide thereof, or a conductive oxide such as SrRuO 3 can be used as the upper electrode 48 instead of IrOx. Further, the upper electrode 48 may have a laminated structure of these metals or conductive oxide layers.

本実施例では、さらに前記上部電極48の表面部分に、図示は省略するがIr膜を形成してもよい。これにより、前記上部電極48を介したH2Oの強誘電体膜46,47への侵入が抑制され、また配線パターンとのコンタクト特性が向上する。 In this embodiment, an Ir film may be formed on the surface of the upper electrode 48 although not shown. As a result, penetration of H 2 O into the ferroelectric films 46 and 47 via the upper electrode 48 is suppressed, and contact characteristics with the wiring pattern are improved.

図5(A)〜5(C)は、前記図3(C)の工程を詳細に示す。   5 (A) to 5 (C) show the process of FIG. 3 (C) in detail.

図5(A)を参照するに、先に説明したように本実施形態では、最初に前記処理容器1A中に被処理基板W、すなわち図3(B)の状態のシリコン基板41を導入し、酸素ガスだけを533Paの圧力下、2000SCCMの流量で導入し、前記被処理基板Wの温度を所定の成膜温度、例えば約620℃の温度まで昇温させるが、その結果、前記被処理基板Wの表面の(111)配向したIr下部電極層45の表面には、組成がIrOxであらわされる非常に薄いIrの酸化膜45Oxが形成される。前記Ir酸化膜45Ox自体は非晶質であり、結晶配向はない。この状態では、前記図4のMOCVD装置1において前記バルブ4Aが閉じられ前記バルブ4Bが開かれており、前記気化器4で形成された気相原料は、前記プリフローライン4Pおよび前記ポンプを介して図示しない除害装置へと棄てられている。   Referring to FIG. 5A, as described above, in this embodiment, first, the substrate to be processed W, that is, the silicon substrate 41 in the state of FIG. Only oxygen gas is introduced at a flow rate of 2000 SCCM under a pressure of 533 Pa, and the temperature of the substrate to be processed W is raised to a predetermined film forming temperature, for example, a temperature of about 620 ° C. As a result, the substrate to be processed W is processed. On the surface of the (111) -oriented Ir lower electrode layer 45, a very thin Ir oxide film 45Ox having a composition expressed by IrOx is formed. The Ir oxide film 45Ox itself is amorphous and has no crystal orientation. In this state, the valve 4A is closed and the valve 4B is opened in the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4, and the vapor phase raw material formed by the vaporizer 4 passes through the preflow line 4P and the pump. It is thrown away to an abatement device not shown.

次に、図5(B)に示すように前記図5(A)のIr酸化膜45Ox上に前記PZT膜46の成膜を、先に図3(C)で説明したように、前記処理容器1A中に前記ライン5より供給される酸素ガスの流量を、前記MFC5Bを制御して成膜前の2000SCCMから625SCCMまで減少させ、同時に前記処理容器1A中に供給されるArガス流量を、前記MFC5Aを制御して成膜前の0SCCMから1375SCCMまで増加させることにより、低い酸素分圧のAr/O2混合ガス雰囲気中において行う。この場合、図5(C)に示すように前記IrOx膜45Ox中の酸素原子が、酸素欠損を多く含む前記PZT膜46に移動し、前記IrOx膜45Oxが、前記Ir下部電極層45と一体の(111)面を露出したIr膜に変化し、前記PZT膜46が前記Ir膜の(111)面に接する構造が生じる。その際、前記PZT膜46の配向が、前記Ir下部電極45の(111)配向に整合し、PZT膜46は所望の(111)配向を有するようになる。 Next, as shown in FIG. 5 (B), the PZT film 46 is formed on the Ir oxide film 45Ox in FIG. 5 (A). As described above with reference to FIG. The flow rate of oxygen gas supplied from the line 5 during 1A is reduced from 2000 SCCM before film formation to 625 SCCM by controlling the MFC 5B, and at the same time, the Ar gas flow rate supplied into the processing vessel 1A is reduced to the MFC 5A. Is controlled to increase from 0 SCCM before film formation to 1375 SCCM, in an Ar / O 2 mixed gas atmosphere having a low oxygen partial pressure. In this case, as shown in FIG. 5C, oxygen atoms in the IrOx film 45Ox move to the PZT film 46 containing many oxygen vacancies so that the IrOx film 45Ox is integrated with the Ir lower electrode layer 45. The (111) plane is changed to an exposed Ir film, and the PZT film 46 is in contact with the (111) plane of the Ir film. At this time, the orientation of the PZT film 46 matches the (111) orientation of the Ir lower electrode 45, and the PZT film 46 has a desired (111) orientation.

このように、図3(C)の工程では、最初に図5(A)に示すように高い酸素分圧でIr下部電極層45表面にIr酸化膜45Oxを形成する必要があり、次いで図5(B)に示すように低い酸素分圧で前記Ir酸化膜45Ox上にPZT膜46を形成する必要がある。   Thus, in the process of FIG. 3C, it is necessary to first form the Ir oxide film 45Ox on the surface of the Ir lower electrode layer 45 at a high oxygen partial pressure as shown in FIG. As shown in (B), it is necessary to form the PZT film 46 on the Ir oxide film 45Ox with a low oxygen partial pressure.

さらに図3(D)の工程では、このようにして形成された(111)配向のPZT膜46上に前記PZT膜47を、先にも説明したように前記ライン5より供給される酸素ガスの流量を、前記MFC5Bを制御して2000SCCMに増加させ、前記Arガスの流量を、前記MFC5Aを制御して0に減少させることにより、形成する。   Further, in the step of FIG. 3D, the PZT film 47 is formed on the (111) -oriented PZT film 46 formed in this manner, and the oxygen gas supplied from the line 5 as described above. The flow rate is formed by increasing the flow rate of Ar gas to 2000 SCCM by controlling the MFC 5B and decreasing the flow rate of the Ar gas to 0 by controlling the MFC 5A.

図6は、前記図5(A)〜(C)および図3(D)の工程に対応するプロセスレシピの例を示す。   FIG. 6 shows an example of a process recipe corresponding to the steps of FIGS. 5 (A) to 5 (C) and FIG. 3 (D).

図6を参照するに、前記図5(A)の昇温工程では、前記図4に示すMOCVD装置1のMFC5Bより供給される酸素ガスの流量が2000SCCMに設定され、また前記MFC5Aより供給されるArガスの流量が0SCCMに設定、すなわち遮断されており、その結果、前記Ir下部電極層45の表面に、先に図5Aで説明したようにIr酸化膜45Oxが形成される。先にも説明した通り、この状態では前記図4のMOCVD装置1において前記バルブ4Aが閉じられ前記バルブ4Bが開かれており、前記気化器4で形成された気相原料は、前記プリフローライン4Pおよび前記ポンプを介して図示しない除害装置へと棄てられている。   Referring to FIG. 6, in the temperature raising step of FIG. 5A, the flow rate of the oxygen gas supplied from the MFC 5B of the MOCVD apparatus 1 shown in FIG. 4 is set to 2000 SCCM and is supplied from the MFC 5A. The flow rate of Ar gas is set to 0 SCCM, that is, is blocked, and as a result, an Ir oxide film 45Ox is formed on the surface of the Ir lower electrode layer 45 as described above with reference to FIG. 5A. As described above, in this state, in the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4, the valve 4A is closed and the valve 4B is opened, and the vapor phase raw material formed in the vaporizer 4 is the preflow line. It is thrown away to the abatement apparatus (not shown) through 4P and the pump.

本実施形態では、さらに前記図5(B)の工程において前記PZT膜46の成膜を、前記MFC5Aより供給されるArのガス流量を、前記MFC5Bより供給される酸素ガスの流量よりも大きい、例えば1375SCCMの値に設定し、前記MFC5Bより供給される前記酸素ガスの流量を、例えば625SCCMの値に設定し、さらに前記気化器4で形成された原料ガスを、前記バルブ4Aを開き前記バルブ4Bを閉じて前記原料ライン3およびシャワーヘッド1Cを介して前記処理容器1Aに供給することにより行う。   In the present embodiment, the formation of the PZT film 46 in the step of FIG. 5 (B) is performed such that the Ar gas flow rate supplied from the MFC 5A is larger than the oxygen gas flow rate supplied from the MFC 5B. For example, the value is set to 1375 SCCM, the flow rate of the oxygen gas supplied from the MFC 5B is set to a value of 625 SCCM, for example, and the raw material gas formed in the vaporizer 4 is opened by opening the valve 4A and the valve 4B. And is supplied to the processing vessel 1A through the raw material line 3 and the shower head 1C.

本発明の発明者は、このような、前記Ir酸化膜45Ox中の酸素原子を前記PZT膜46に移動させることで前記Ir酸化膜45Oxを、その下のIr下部電極層45と一体の(111)配向Ir膜に変換し、さらにこのようにして形成された前記(111)配向Ir膜に接する前記PZT膜46の配向を所望の(111)配向に揃える一連のプロセスでは、前記Ar/O2混合ガス雰囲気の組成の安定が非常に重要であることを見出した。 The inventor of the present invention moves the oxygen atoms in the Ir oxide film 45Ox to the PZT film 46, thereby making the Ir oxide film 45Ox integral with the lower Ir electrode layer 45 (111). In a series of processes for converting to an oriented Ir film and further aligning the orientation of the PZT film 46 in contact with the (111) oriented Ir film thus formed to the desired (111) orientation, the Ar / O 2 It was found that the stability of the composition of the mixed gas atmosphere is very important.

そこで、前記図6のレシピでは、前記図5(A)の昇温工程(図6中「昇温工程」)と図5(B)のPZT膜46の堆積工程(図6中「第1の膜堆積工程」)の間に、ガス安定化工程(図6中「ガス安定工程1」)が所定時間にわたり設けられており、前記ガス安定化工程1において所定時間が経過するまでは、前記バルブ4Aを開いて前記気化器4から原料ガスを前記処理容器1Aに供給することをしない。   Therefore, in the recipe of FIG. 6, the temperature raising step in FIG. 5A (“temperature raising step” in FIG. 6) and the PZT film 46 deposition step in FIG. 5B (“first step in FIG. 6”). A gas stabilization process (“Gas stabilization process 1” in FIG. 6) is provided for a predetermined time during the “film deposition process”), and until the predetermined time elapses in the gas stabilization process 1, the valve The material gas is not supplied from the vaporizer 4 to the processing container 1A by opening 4A.

すなわち図6のレシピでは、前記所定時間が経過し、前記ガスライン5およびシャワーヘッド1C内において前記Ar/O2混合ガス雰囲気の組成が安定してから、前記図4のMOCVD装置1において前記バルブ4Bを閉じると同時に前記バルブ4Aを開き、前記原料ガスのライン3およびシャワーヘッド1Cへの供給を開始し、前記PZT膜46の堆積を開始する。後で図8を参照しながら説明するが、このようなガス安定化工程1を設けることにより、先に図2で説明したPZT膜46、およびその上のPZT膜47の(111)配向のばらつきの問題を解消することができる。 That is, in the recipe of FIG. 6, after the predetermined time has elapsed and the composition of the Ar / O 2 mixed gas atmosphere is stabilized in the gas line 5 and the shower head 1C, the valve in the MOCVD apparatus 1 of FIG. Simultaneously with closing 4B, the valve 4A is opened, the supply of the source gas to the line 3 and the shower head 1C is started, and the deposition of the PZT film 46 is started. As will be described later with reference to FIG. 8, by providing such a gas stabilization step 1, variation in the (111) orientation of the PZT film 46 described above with reference to FIG. 2 and the PZT film 47 thereon is provided. The problem can be solved.

さらに前記図5(C)の工程の後、図3(D)の工程が実行され、(111)配向を有する前記PZT膜46上に厚いPZT膜47が形成されるが、前記PZT膜47の成膜は、前記MFC5Bにおいて酸素ガス流量を2000SCCMに設定し、さらに前記MFC5AにおいてArガス流量を0SCCMに設定して、換言するとArガスを遮断して、行われるため、前記図6のレシピにおいては、前記「第1の堆積工程」と、前記PZT膜47を堆積する「第2の膜堆積工程」の間に、第2のガス安定化工程(「ガス安定工程2」)が所定時間設けられている。   Further, after the step of FIG. 5C, the step of FIG. 3D is executed to form a thick PZT film 47 on the PZT film 46 having the (111) orientation. Film formation is performed by setting the oxygen gas flow rate to 2000 SCCM in the MFC 5B, and further setting the Ar gas flow rate to 0 SCCM in the MFC 5A, in other words, shutting off the Ar gas. A second gas stabilization step (“gas stabilization step 2”) is provided for a predetermined time period between the “first deposition step” and the “second film deposition step” for depositing the PZT film 47. ing.

すなわち前記「ガス安定化工程2」では、まず前記「第1の膜堆積工程」の終了と同時に前記図4のMOCVD装置において前記バルブ4Aが閉じられバルブ4Bが開かれ、前記気化器4で形成された原料ガスが、再び前記プリフローラインおよび真空ポンプ2Pを介して棄てられる。さらに前記「ガス安定化工程2」では前記MFC5AのArガス流量の設定が0SCCMに変更され、また前記MFC5Bの酸素ガス流量の設定が2000SCCMに変更される。   That is, in the “gas stabilization process 2”, the valve 4A is closed and the valve 4B is opened in the MOCVD apparatus of FIG. 4 simultaneously with the end of the “first film deposition process”. The made source gas is again discarded through the preflow line and the vacuum pump 2P. Further, in the “gas stabilization step 2”, the Ar gas flow rate setting of the MFC 5A is changed to 0 SCCM, and the oxygen gas flow rate setting of the MFC 5B is changed to 2000 SCCM.

この状態で前記「ガス安定工程2」は所定時間継続され、前記所定時間が経過し、前記PZT膜47の成膜雰囲気が、前記Ar/O2混合ガス雰囲気から酸素雰囲気に変化したところで、前記図4のMOCVD装置1において前記バルブ4Bを閉じると同時に前記バルブ4Aを開き、前記原料ガスのライン3およびシャワーヘッド1Cへの供給を開始し、前記図3(D)の工程に対応する前記PZT膜47の堆積が開始される。 In this state, the “gas stabilization step 2” is continued for a predetermined time, and when the predetermined time has elapsed and the deposition atmosphere of the PZT film 47 has changed from the Ar / O 2 mixed gas atmosphere to the oxygen atmosphere, In the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4, the valve 4B is closed simultaneously with the opening of the valve 4A, and the supply of the source gas to the line 3 and the shower head 1C is started, and the PZT corresponding to the step of FIG. The deposition of the film 47 is started.

図7は、前記図6の「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」において、雰囲気の安定化に要する、「所定時間」の見積もりを示す図である。なお図7は、前記図4のMOCVD装置1の構成を簡略化して示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing an estimate of “predetermined time” required for the stabilization of the atmosphere in “gas stabilization step 1” and “gas stabilization step 2” of FIG. FIG. 7 is a diagram showing a simplified configuration of the MOCVD apparatus 1 of FIG.

図7を参照するに、前記MFC5AおよびMFC5Bから前記シャワーヘッド1Cに至るライン5の容積をVとし、さらに前記シャワーヘッド1Cの容積をVとした場合、前記雰囲気の安定化には、前記ライン5およびシャワーヘッド1C中のガスが入れ替わる必要があることから、前記「所定時間」Tは、
T=(V+V)/L
と決定される。ただしLは、前記ライン5中を流れるAr/O2混合ガスあるいは酸素ガスの流量である。
Referring to FIG. 7, when the volume of the line 5 from the MFC 5A and the MFC 5B to the shower head 1C is V 1, and further the volume of the shower head 1C is V 2 , the stabilization of the atmosphere Since the gas in the line 5 and the shower head 1C needs to be exchanged, the “predetermined time” T is:
T = (V 1 + V 2 ) / L
Is determined. Here, L is the flow rate of the Ar / O 2 mixed gas or oxygen gas flowing through the line 5.

そこで、前記「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」を、それぞれ前記時間T以上の期間にわたり行うことにより、前記PZT膜46の成膜あるいはPZT膜47の成膜を、制御された雰囲気中において行うことが可能となる。その結果、前記PZT膜46の配向が(111)配向に揃い、従ってその上に形成されるPZT膜47の配向も、所望の(111)配向に揃えることが可能となる。   Therefore, by performing the “gas stabilization process 1” and the “gas stabilization process 2” over a period of time T or more, respectively, the PZT film 46 or the PZT film 47 can be formed in a controlled atmosphere. It can be done in the middle. As a result, the orientation of the PZT film 46 is aligned with the (111) orientation. Therefore, the orientation of the PZT film 47 formed thereon can be aligned with the desired (111) orientation.

例えば、前記容積V1と容積V2の総和が830cm3で、前記ライン5を流れるガス、すなわち前記Ar/O2混合ガスあるいは酸素ガス、の総流量が2000SCCMである場合には、前記時間Tとして、約25秒(=830/2000×60sec)の値が得られ、前記「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」の各々を、25秒間以上の時間行うことにより、前記「第1の膜堆積工程」、「第2の膜堆積工程」の際の雰囲気を安定化することが可能となる。 For example, when the sum of the volume V 1 and the volume V 2 is 830 cm 3 and the total flow rate of the gas flowing through the line 5, that is, the Ar / O 2 mixed gas or oxygen gas is 2000 SCCM, the time T As a result, a value of about 25 seconds (= 830/2000 × 60 sec) is obtained, and each of the “gas stabilization step 1” and the “gas stabilization step 2” is performed for a time of 25 seconds or more. It is possible to stabilize the atmosphere in the “film deposition step” and “second film deposition step”.

図8は、前記図6のレシピにおいて、前記「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」の期間を、以下の表1に示すプロセスシーケンス1〜3に示すように様々に変化させた場合における、前記PZT膜47からの(111)回折強度のウェハ毎の変化を、前記図2の結果と比較して示す図である。ただし図8中、実験「A」は前記図2の実験に対応し、前記表1のシーケンス1に示すように、前記「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」を、いずれも5秒間だけ行った場合を示す。一方、前記図8中、実験「B」および「C」は、それぞれ上記シーケンス2および3に対応し、シーケンス2では前記「ガス安定工程1」を30秒間、また前記「ガス安定工程2」を5秒間行っており、シーケンス3では前記「ガス安定工程1」を30秒間、また前記「ガス安定工程2」も30秒間行っている。前記シーケンス1〜3のいずれにおいても、前記PZT膜46および47の成膜を、前記「ガス安定工程1」および「ガス安定工程2」を除けば、先に図6のレシピに関連して説明したのと同じ条件で行っている。なお、先に説明した図2は、実際には、このように前記PZT膜46,47を、個々の強誘電体キャパシタC1,C2にパターニングする前の状態の膜について求めた結果である。   FIG. 8 shows a case where, in the recipe of FIG. 6, the periods of the “gas stabilization step 1” and “gas stabilization step 2” are changed variously as shown in process sequences 1 to 3 shown in Table 1 below. FIG. 3 is a diagram showing a change in (111) diffraction intensity from the PZT film 47 for each wafer in comparison with the result of FIG. 2. However, in FIG. 8, the experiment “A” corresponds to the experiment of FIG. 2, and as shown in the sequence 1 of Table 1, the “gas stabilization process 1” and the “gas stabilization process 2” are both performed for 5 seconds. The case where only it went is shown. On the other hand, in FIG. 8, the experiments “B” and “C” correspond to the above sequences 2 and 3, respectively. In sequence 2, the “gas stabilization step 1” is performed for 30 seconds, and the “gas stabilization step 2” is performed. The sequence is performed for 5 seconds, and in the sequence 3, the “gas stabilization step 1” is performed for 30 seconds, and the “gas stabilization step 2” is also performed for 30 seconds. In any of the above-described sequences 1 to 3, the formation of the PZT films 46 and 47 is described in relation to the recipe of FIG. 6 except for the “gas stabilization step 1” and “gas stabilization step 2”. The same conditions are used. Note that FIG. 2 described above is a result obtained by actually obtaining the PZT films 46 and 47 in a state before patterning them into the individual ferroelectric capacitors C1 and C2.

Figure 2009158539
図8を参照するに、前記「A」の実験では、先にも説明したようにPZT膜47からの(111)回折ピークの積分強度がウェハ毎に20%近くもばらつくのに対し、前記「B」および「C」の実験では、ばらつきはほとんどなくなり、しかも図2の実験におけるもっとも高い配向率が、再現性よく実現されているのがわかる。また図8の結果から、前記PZT膜46,47の配向にもっとも影響があるのは、前記「ガス安定工程1」であることがわかる。
Figure 2009158539
Referring to FIG. 8, in the experiment “A”, as described above, the integrated intensity of the (111) diffraction peak from the PZT film 47 varies by nearly 20% from wafer to wafer. In the experiments of “B” and “C”, there is almost no variation, and the highest orientation ratio in the experiment of FIG. 2 is realized with good reproducibility. Further, from the result of FIG. 8, it is understood that the “gas stabilizing process 1” has the most influence on the orientation of the PZT films 46 and 47.

すなわち、本実施形態によれば、図6のように雰囲気を一の雰囲気から次の雰囲気に切り替えながらPZT膜の成膜を行う場合、前記一の雰囲気と前記次の雰囲気との間に、それぞれの雰囲気ガスをMOCVD装置のシャワーヘッドに供給するガスラインおよびシャワーヘッドの混合室中のガスが入れ替わるに十分な時間だけ、ガス安定化工程を設けることにより、前記次の工程におけるPZT膜の成膜を安定に行うことが可能となり、高い配向率を実現することが可能となる。ここで配向率は、X線回折のθ−2θ法で前記PZT膜47の(001)/(100),(101)/(110)、および(222)面に対応するX線回折ピーク強度を測定し、(222)強度/{(001)/(100)強度+(101)/(110)強度+(222)強度}×100%、に従って計算した値であり、値が大きいほど、強い(111)配向が生じていることを意味する。   That is, according to the present embodiment, when the PZT film is formed while switching the atmosphere from one atmosphere to the next atmosphere as shown in FIG. 6, between the one atmosphere and the next atmosphere, respectively. Of the PZT film in the next step by providing a gas stabilization step for a time sufficient for the gas in the mixing chamber of the shower line and the gas line for supplying the atmospheric gas to the MOCVD apparatus to be replaced Can be stably performed, and a high orientation ratio can be realized. Here, the orientation ratio is the X-ray diffraction peak intensity corresponding to the (001) / (100), (101) / (110), and (222) planes of the PZT film 47 by the θ-2θ method of X-ray diffraction. Measured and calculated according to (222) strength / {(001) / (100) strength + (101) / (110) strength + (222) strength} × 100%, and the larger the value, the stronger ( 111) It means that orientation has occurred.

なお、以上の説明は、前記強誘電体膜46,47がPZT膜である場合に限定されるものではなく、ABO3型ペロブスカイト構造を有する強誘電体膜より構成されていればよく、例えば前記A席を占有する金属元素として、Bi,Pb,Ba,Sr,Ca,Na,K、および希土類元素などを含み、前記B席を占有する金属元素として、Ti,Zr,Nb,Ta,W,Mn,Fe,Co,Crなどを含むものであってもよい。 Note that the above description is not limited to the case where the ferroelectric films 46 and 47 are PZT films, and the ferroelectric films 46 and 47 may be formed of a ferroelectric film having an ABO 3 type perovskite structure. The metal elements that occupy the A seat include Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K, and rare earth elements, and the metal elements that occupy the B seat include Ti, Zr, Nb, Ta, W, It may contain Mn, Fe, Co, Cr or the like.

また前記導電性酸素バリア膜71はTiAlN膜に限定されるものではなく、Ir膜あるいはRu膜を使うことも可能である。   The conductive oxygen barrier film 71 is not limited to a TiAlN film, and an Ir film or a Ru film can also be used.

さらに前記配向制御膜70はTi膜あるいはTiN膜に限定されるものではなく、Pt膜、Ir膜、Re膜、Ru膜、Pd膜、Os膜、あるいはこれらの膜を構成する元素の合金より構成することも可能である。また前記配向制御膜70としては、Ti,Al,Ir,Pt,Ru,Pd,Os,Rh,PtOx,IrOx,RuOx,PdOxのいずれかよりなる単層膜または積層膜を使うことが可能である。   Further, the orientation control film 70 is not limited to a Ti film or a TiN film, but is composed of a Pt film, an Ir film, a Re film, a Ru film, a Pd film, an Os film, or an alloy of elements constituting these films. It is also possible to do. As the orientation control film 70, a single layer film or a multilayer film made of any of Ti, Al, Ir, Pt, Ru, Pd, Os, Rh, PtOx, IrOx, RuOx, and PdOx can be used. .

さらに前記下部電極層45はIrに限定されるものではなく、RuやPtなどより構成することも可能である。

[第2の実施形態]
ところで、前記図8の結果は、20cm径のシリコンウェハ上に前記PZT膜46,47を含む強誘電体キャパシタ構造を、図3(A)〜3(E)の工程により形成した場合の、ウェハ中央部について得られた結果であったが、本発明の発明者は、本発明の基礎となる研究において、前記PZT(111)面からのX線回折ピーク積分強度について、ウェハ面内分布を調査したところ、図9に示すように、ウェハ周辺部において(111)回折ピークの強度が低下する面内分布が生じていることを見出した。図9の結果は、前記図3(A)〜3(E)に示す工程において、前記図6の最適化されたレシピを使っても、ウェハ周辺部からとられる半導体チップでは、前記PZT膜46,47の配向性が、上記図8で説明したように最適化されているとは必ずしも限らないことを意味している。
Further, the lower electrode layer 45 is not limited to Ir, and may be composed of Ru, Pt, or the like.

[Second Embodiment]
Incidentally, the result of FIG. 8 shows that the ferroelectric capacitor structure including the PZT films 46 and 47 is formed on the silicon wafer having a diameter of 20 cm by the steps of FIGS. 3 (A) to 3 (E). Although the result was obtained for the central portion, the inventor of the present invention investigated the in-plane distribution of the X-ray diffraction peak integrated intensity from the PZT (111) plane in the research that is the basis of the present invention. As a result, as shown in FIG. 9, it has been found that an in-plane distribution in which the intensity of the (111) diffraction peak is reduced occurs in the peripheral portion of the wafer. The results of FIG. 9 show that the PZT film 46 in the semiconductor chip taken from the peripheral portion of the wafer even when the optimized recipe of FIG. 6 is used in the steps shown in FIGS. 3 (A) to 3 (E). , 47 is not necessarily optimized as described in FIG. 8 above.

本発明の発明者は、そこで上記図9のようなPZT膜の結晶配向に生じる面内分布の原因を鋭意調査したところ、図10に示すように、ウェハの周辺部20〜30cm程度の範囲にPb(鉛)よりなる不純物の堆積が生じており、かつ堆積しているPb不純物の量が、ウェハ外周縁に向かって増大する傾向があることを見出した。なお図10は、前記図4のMOCVD装置1においてPZT膜の成膜を、図8のレシピに従って繰り返し行った後、前記処理容器1Aから被処理基板Wを取り出し、新たな試験用ウェハWを導入し、前記図8の「昇温工程」だけを行った場合に、前記試験用ウェハ上に堆積したPb不純物の分布を示している。   The inventor of the present invention conducted an intensive investigation on the cause of the in-plane distribution generated in the crystal orientation of the PZT film as shown in FIG. 9 above, and as shown in FIG. It has been found that the deposition of impurities made of Pb (lead) occurs, and the amount of deposited Pb impurities tends to increase toward the outer periphery of the wafer. In FIG. 10, after the PZT film is formed repeatedly according to the recipe of FIG. 8 in the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4, the substrate W to be processed is taken out from the processing container 1A and a new test wafer W is introduced. 8 shows the distribution of Pb impurities deposited on the test wafer when only the “temperature raising step” in FIG. 8 is performed.

図10の関係は、図4のMOCVD装置1において被処理基板W上にPZT膜など、蒸気圧の高いPbを含む強誘電体膜を堆積する際に、前記処理容器1Aの内壁面や、サセプタ1Bの上面のうち、被処理基板Wの周囲の露出部分にPbの堆積が生じ、このような部分に堆積したPbが被処理基板Wとなるウェハの周辺部を前記不純物として汚染していること、また前記PZT膜46や47がこのような不純物上に堆積する結果、その配向性が所望の(111)配向からずれることを示している。なおPbは、PZT膜の成膜につかわれる550℃の温度では、10-4Torr台の蒸気圧を有することに注意すべきである。 The relationship of FIG. 10 is that when depositing a ferroelectric film containing Pb having a high vapor pressure, such as a PZT film, on the substrate W to be processed in the MOCVD apparatus 1 of FIG. In the upper surface of 1B, deposition of Pb occurs in the exposed portion around the substrate to be processed W, and the Pb deposited in such a portion contaminates the peripheral portion of the wafer serving as the substrate to be processed W as the impurity. In addition, as a result of the PZT films 46 and 47 being deposited on such impurities, the orientation is shifted from the desired (111) orientation. It should be noted that Pb has a vapor pressure on the order of 10 −4 Torr at a temperature of 550 ° C. used for forming the PZT film.

そこで本実施形態は、一のウェハの処理が終了し、ウェハが取り出された後で、かつ次のウェハ処理の開始前に、前記処理容器1Aの内部をパージにより清浄化する工程を設け、このようなパージ工程の後、次のウェハを前記処理容器1A中に導入する半導体装置の製造方法を提供する。   Therefore, in the present embodiment, after the processing of one wafer is completed and the wafer is taken out, and before the start of the next wafer processing, a process of purging the inside of the processing container 1A by purging is provided. A semiconductor device manufacturing method is provided in which the next wafer is introduced into the processing container 1A after such a purging step.

図11は、このようなパージ工程を含む本実施形態によるPZT膜46,47の成膜工程で使われる圧力レシピの例を、図12は、図11のレシピが適用される前記図4のMOCVD装置1を、基板搬送系まで含めて示す。図12中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 11 shows an example of a pressure recipe used in the film forming process of the PZT films 46 and 47 according to the present embodiment including such a purge process, and FIG. 12 shows the MOCVD of FIG. 4 to which the recipe of FIG. 11 is applied. The apparatus 1 is shown including the substrate transfer system. In FIG. 12, the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

最初に図12を参照するに、本実施形態では前記MOCVD装置1の処理容器1Aは枚葉式基板処理装置の一部を構成し、ゲートバルブ6Gを介して真空搬送室6に結合されており、前記真空搬送室6にはロードロック室7に、ゲートバルブ7Gを介して結合されている。   First, referring to FIG. 12, in the present embodiment, the processing vessel 1A of the MOCVD apparatus 1 constitutes a part of a single-wafer substrate processing apparatus and is coupled to the vacuum transfer chamber 6 through a gate valve 6G. The vacuum transfer chamber 6 is coupled to a load lock chamber 7 through a gate valve 7G.

図11のレシピを参照するに、最初に「ウェハ導入、O2ガス導入」工程において前記処理装置1の処理容器1Aに被処理基板Wが真空搬送室6より導入され、圧力が533Paまで昇圧され、前記図6の「昇温工程」が実行される。さらに図6の雰囲気切り替えおよび「ガス安定化工程1」に対応する「Ar/O2ガス切り替え+安定化」の工程の後、前記図6のレシピにおける「第1の膜堆積工程」、「ガス安定化工程2」および「」第2の膜堆積工程」に対応する「堆積工程第1、第2」が実行され、その後、前記図4あるいは図12のMOCVD装置1において前記バルブ4Aを閉じバルブ4Bを開くことにより原料ガスの処理容器1Aへの供給が遮断される。さらに「O2+Arガス停止、ウェハ取出し」の工程において、前記MFC5AおよびMFC5BからのArガスおよび酸素ガスの供給が遮断され、前記ゲートバルブ6Gを開き、前記処理容器1A中の被処理基板Wが前記真空搬送室6へと取り出される。取り出された被処理基板Wはさらにゲートバルブ7Gを開くことにより、前記真空搬送室6からロードロック室7に戻され、一方前記ロードロック室7で待機していた次の被処理基板W’が、前記ゲートバルブ7Gを通って真空搬送室6に導入され、待機する。 Referring to the recipe of FIG. 11, first, in the “wafer introduction, O 2 gas introduction” step, the substrate W to be processed is introduced into the processing container 1A of the processing apparatus 1 from the vacuum transfer chamber 6, and the pressure is increased to 533 Pa. Then, the “temperature raising step” in FIG. 6 is executed. Further, after the “Ar / O 2 gas switching + stabilization” step corresponding to the atmosphere switching and “gas stabilization step 1” in FIG. 6, the “first film deposition step”, “gas” in the recipe of FIG. "Deposition process first and second" corresponding to "stabilization process 2" and "" second film deposition process "are executed, and then the valve 4A is closed and closed in the MOCVD apparatus 1 of FIG. 4 or FIG. By opening 4B, the supply of the raw material gas to the processing container 1A is shut off. Further, in the “O 2 + Ar gas stop, wafer removal” process, the supply of Ar gas and oxygen gas from the MFC 5A and MFC 5B is shut off, the gate valve 6G is opened, and the substrate W to be processed in the processing container 1A is opened. It is taken out into the vacuum transfer chamber 6. The substrate W thus taken out is returned to the load lock chamber 7 from the vacuum transfer chamber 6 by further opening the gate valve 7G, while the next substrate W ′ to be processed waiting in the load lock chamber 7 is transferred. Then, it is introduced into the vacuum transfer chamber 6 through the gate valve 7G and waits.

さらに、前記「ウェハ導入、O2ガス導入」工程から「O2+Arガス停止、ウェハ取出し」までの工程を、前記待機中の次の被処理基板W’に対して実行することにより、前記PZT膜46,47が、前記被処理基板W’の表面に形成される。 Furthermore, by performing the steps from the “wafer introduction, O 2 gas introduction” step to “O 2 + Ar gas stop, wafer removal” with respect to the next substrate to be processed W ′ on standby, the PZT Films 46 and 47 are formed on the surface of the substrate to be processed W ′.

さて、図11のレシピでは、前記「O2+Arガス停止、ウェハ取出し」工程において、このように被処理基板Wが取り出された後、前記ゲートバルブ6Gが閉じられ、前記処理容器1Aの内部が、前記真空ポンプ2Pにより、前記PZT膜46,47の堆積に使われた圧力(533Pa)よりも低い、例えば10-1Pa程度の圧力まで減圧され、前記処理容器1Aの内部を例えば60秒間以上排気することにより、前記処理容器1Aの真空パージ(「処理容器パージ工程」)が行われる。 In the recipe of FIG. 11, in the “O 2 + Ar gas stop, wafer removal” step, after the substrate W is taken out in this way, the gate valve 6G is closed, and the inside of the processing container 1A is closed. The vacuum pump 2P reduces the pressure to a pressure of, for example, about 10 −1 Pa, which is lower than the pressure (533 Pa) used for the deposition of the PZT films 46 and 47, and the inside of the processing vessel 1A is, for example, 60 seconds or more. By evacuating, a vacuum purge of the processing container 1A (“processing container purging process”) is performed.

図13は、このような真空パージを30秒間、60秒間および120秒間行った後、次の被処理基板W’を前記処理容器1Aに導入し、前記次の被処理基板W’上に前記PZT膜46および47の成膜を同様に行った場合の、PZT(111)面からのX線回折ピークの積分強度の面内分布を求めた結果を示す。なお、図中「30secパージ」とあるのは、前記図9に示した面内分布である。   In FIG. 13, after performing such vacuum purging for 30 seconds, 60 seconds and 120 seconds, the next substrate to be processed W ′ is introduced into the processing container 1A, and the PZT is placed on the next substrate to be processed W ′. The result of having calculated | required the in-plane distribution of the integrated intensity | strength of the X-ray-diffraction peak from a PZT (111) surface at the time of forming film | membrane 46 and 47 similarly is shown. In the figure, “30 sec purge” is the in-plane distribution shown in FIG.

図13を参照するに、図11のレシピにおける「処理容器パージ工程」が30秒間では、ウェハ周辺部の幅が30mm程度の領域においてPZT膜46,47の(111)配向率が大きく低下しており、この領域においては前記図14で示したようなPbの堆積が生じているものと考えられるが、前記「処理容器パージ工程」を60秒間行うだけで、前記面内不均一は大きく改善され、前記「処理容器パージ工程」を120秒間行うと、前記面内不均一は、実質的に完全に除去できることがわかる。   Referring to FIG. 13, when the “processing vessel purge process” in the recipe of FIG. 11 is performed for 30 seconds, the (111) orientation ratio of the PZT films 46 and 47 greatly decreases in the region where the width of the peripheral portion of the wafer is about 30 mm. In this region, it is considered that Pb deposition as shown in FIG. 14 occurs. However, the in-plane non-uniformity is greatly improved only by performing the “processing vessel purge step” for 60 seconds. It is understood that the in-plane non-uniformity can be substantially completely removed by performing the “processing vessel purge step” for 120 seconds.

図14は、前記図11のレシピにおいて、前記「処理容器パージ工程」を120秒間行い、その後で前記次の被処理基板W’を前記処理容器1Aに導入し、「昇温工程」までを行った場合の、前記被処理基板W’表面におけるPbの分布を、先に図10で説明した分布と比較して示す図である。図10と同様に、図14はPbの分布を、幅が30mmの外周部について示している。   FIG. 14 shows the recipe of FIG. 11 in which the “processing container purging process” is performed for 120 seconds, and then the next substrate to be processed W ′ is introduced into the processing container 1A, and the process up to the “temperature raising process” is performed. FIG. 11 is a diagram showing the distribution of Pb on the surface of the substrate W ′ to be processed in comparison with the distribution described above with reference to FIG. 10. Similar to FIG. 10, FIG. 14 shows the distribution of Pb for the outer peripheral portion having a width of 30 mm.

図14を参照するに、「対照標準」とあるのは、前記図10に示した分布であり、前記「処理容器パージ工程」を行わない場合を、「本発明」とあるのは、前記「処理容器パージ工程」を120秒間、先に説明したように10-1Paの圧力で行った場合を示す。 Referring to FIG. 14, the “control standard” is the distribution shown in FIG. 10, and the “invention” is the case where the “processing vessel purge step” is not performed. The case where the “processing vessel purge step” is performed for 120 seconds at a pressure of 10 −1 Pa as described above is shown.

図14を参照するに、このようなパージ工程を行うことにより、被処理基板上に、PZT膜の成膜に先立って堆積してしまうPb粒子の割合を著しく低減させることが可能となることがわかる。   Referring to FIG. 14, by performing such a purging step, it is possible to significantly reduce the proportion of Pb particles that are deposited on the substrate to be processed prior to the formation of the PZT film. Recognize.

なお、図11のレシピにおいて、前記「処理容器パージ工程」は、単純に前記処理容器11を真空パージするものから、図15に示すように、最初に処理容器内の圧力を、PZT膜46,47cの成膜時の圧力よりも一時的に増大させ、その後で前記図11のレシピのように減圧するように変形することも可能である。図11のレシピでは、前記「処理容器パージ工程」中において一時的に圧力が増大するため、真空ポンプ2Pによる排気効率が向上する。   In the recipe of FIG. 11, the “processing vessel purge step” starts from vacuum purging the processing vessel 11, and as shown in FIG. 15, first, the pressure in the processing vessel is changed to the PZT film 46, It is also possible to temporarily increase the pressure at the time of film formation of 47c and then to reduce the pressure as in the recipe of FIG. In the recipe of FIG. 11, since the pressure temporarily increases during the “processing vessel purge step”, the exhaust efficiency by the vacuum pump 2P is improved.

あるいは図11のレシピにおいて、図16に示すように、前記「処理容器パージ工程」の間、前記サセプタ1Bの温度を、前記PZT膜46,47の成膜時の温度、例えば620℃から、より高い、例えば650℃に昇温することも可能である。このように「処理容器パージ工程」の際にサセプタ温度を昇温させることにより、前記サセプタ上に堆積し、被処理基板を汚染するPb不純物の気化が促進され、パージ効率が向上する。   Alternatively, in the recipe of FIG. 11, as shown in FIG. 16, the temperature of the susceptor 1 </ b> B is changed from the temperature at which the PZT films 46 and 47 are formed, for example, 620 ° C. It is also possible to raise the temperature to a high value, for example, 650 ° C. In this way, by raising the susceptor temperature during the “processing vessel purge step”, vaporization of Pb impurities that accumulate on the susceptor and contaminate the substrate to be processed is promoted, and the purge efficiency is improved.

あるいは図11のレシピにおいて、図17に示すように、前記「処理容器パージ工程」の間、前記処理容器1Aの圧力を、前記図11のレシピと同様に、PZT膜46,47の成膜時の533Pa以下の、例えば10-1Pa以下の圧力まで減圧すると同時に、前記MFC5AよりArガスを、例えば1000SCCMの流量で供給し、前記処理容器1A内部をArガスによりパージしてもよい。かかる構成によれば、前記処理容器1A内部のパージ効率を向上させることが可能となる。

[第3の実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を、図18A〜18Vを参照しながら説明する。
Alternatively, in the recipe of FIG. 11, as shown in FIG. 17, during the “processing container purge step”, the pressure of the processing container 1 </ b> A is changed during the deposition of the PZT films 46 and 47, as in the recipe of FIG. 11. The pressure may be reduced to 533 Pa or less, for example, 10 −1 Pa or less, and at the same time, Ar gas may be supplied from the MFC 5A at a flow rate of 1000 SCCM, for example, and the inside of the processing vessel 1A may be purged with Ar gas. According to this configuration, the purge efficiency inside the processing container 1A can be improved.

[Third Embodiment]
Hereinafter, a manufacturing process of the ferroelectric memory according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図18Aを参照するに、シリコン基板61中には素子領域61Aとしてn型ウェルが形成されており、前記素子領域61A上には、ポリシリコンゲート電極63Aを有する第1のMOSトランジスタとポリシリコンゲート電極63Bを有する第2のMOSトランジスタが、それぞれゲート絶縁膜62Aおよび62Bを介して形成されている。   Referring to FIG. 18A, an n-type well is formed as an element region 61A in a silicon substrate 61. On the element region 61A, a first MOS transistor having a polysilicon gate electrode 63A and a polysilicon gate are formed. A second MOS transistor having an electrode 63B is formed through gate insulating films 62A and 62B, respectively.

さらに前記シリコン基板61中には、前記ゲート電極63Aの両側壁面に対応してp型のLDD領域61a,61bが形成されており、また前記ゲート電極13Bの両側壁面に対応してp型のLDD領域61c,61dが形成されている。ここで前記第1および第2のMOSトランジスタは前記素子領域61A中に共通に形成されているため、同一のp型拡散領域が、前記LDD領域61bとLDD領域61cとして共用されている。 The further in the silicon substrate 61, the p in correspondence to respective sidewalls of the gate electrode 63A - -type LDD region 61a, and 61b are formed, also in correspondence to respective sidewalls of the gate electrode 13B p - -type LDD regions 61c and 61d are formed. Here, since the first and second MOS transistors are formed in common in the element region 61A, the same p type diffusion region is shared as the LDD region 61b and the LDD region 61c.

前記ポリシリコンゲート電極63A上には、シリサイド層64Aが、またポリシリコンゲート電極63B上にはシリサイド層64Bが、それぞれ形成されており、さらに前記ポリシリコンゲート電極63Aの両側壁面および前記ポリシリコンゲート電極63Bの両側壁面上には、それぞれの側壁絶縁膜が形成されている。   A silicide layer 64A is formed on the polysilicon gate electrode 63A, and a silicide layer 64B is formed on the polysilicon gate electrode 63B. Further, both side walls of the polysilicon gate electrode 63A and the polysilicon gate are formed. Each side wall insulating film is formed on both side wall surfaces of the electrode 63B.

さらに前記シリコン基板61中には、前記ゲート電極63Aのそれぞれの側壁絶縁膜の外側に、p型の拡散領域61eおよび61fが形成されており、また前記ゲート電極63Bのそれぞれの側壁絶縁膜の外側には、p型の拡散領域61gおよび61hが形成されている。ただし、前記拡散領域61fと61gは、同一のp型拡散領域より構成されている。 Further, in the silicon substrate 61, p + type diffusion regions 61e and 61f are formed outside the respective side wall insulating films of the gate electrode 63A, and each of the side wall insulating films of the gate electrode 63B is formed. On the outside, p + -type diffusion regions 61g and 61h are formed. However, the diffusion regions 61f and 61g are composed of the same p + -type diffusion region.

さらに前記シリコン基板61上には、前記シリサイド層64Aおよび側壁絶縁膜を含めて前記ゲート電極63Aを覆うように、また前記シリサイド層64Bおよび側壁絶縁膜を含めて前記ゲート電極63Bを覆うように、SiON膜65が例えば200nmの厚さに形成されており、前記SiON膜65上にはSiOよりなる層間絶縁膜66が、TEOSを原料としたプラズマCVD法により、例えば1000nmの厚さに形成されている。さらに前記層間絶縁膜66はCMP法により平坦化され、さらに前記層間絶縁膜66中に、前記拡散領域61e,61f(従って拡散領域61g),61hをそれぞれ露出するようにコンタクトホール66A,66B,66Cが形成される。前記コンタクトホール66A,66B,66Cには、厚さが30nmのTi膜と厚さが20nmのTiN膜を積層した密着層67a,67b,67cを介して、W(タングステン)よりなるビアプラグ67A,67B,67Cが形成される。 Further, on the silicon substrate 61, the gate electrode 63A is covered including the silicide layer 64A and the sidewall insulating film, and the gate electrode 63B is covered including the silicide layer 64B and the sidewall insulating film. The SiON film 65 is formed to a thickness of 200 nm, for example, and an interlayer insulating film 66 made of SiO 2 is formed on the SiON film 65 by a plasma CVD method using TEOS as a material to a thickness of 1000 nm, for example. ing. Further, the interlayer insulating film 66 is planarized by CMP, and contact holes 66A, 66B, 66C are exposed in the interlayer insulating film 66 so as to expose the diffusion regions 61e, 61f (and hence the diffusion regions 61g), 61h, respectively. Is formed. Via plugs 67A, 67B made of W (tungsten) are formed in the contact holes 66A, 66B, 66C via adhesion layers 67a, 67b, 67c in which a Ti film having a thickness of 30 nm and a TiN film having a thickness of 20 nm are laminated. , 67C are formed.

さらに図18Aの構造では前記層間絶縁膜66上に、厚さが例えば130nmの別のSiON膜67を介してシリコン酸化膜よりなる次の層間絶縁膜68が、前記層間絶縁膜66と同様にしてTEOSを原料とするプラズマCVD法により、例えば300nmの厚さに形成されている。ここで前記SiON膜67に代わりにSiN膜あるいはAl23膜を使うことも可能である。 Further, in the structure of FIG. 18A, the next interlayer insulating film 68 made of a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film 66 through another SiON film 67 having a thickness of, for example, 130 nm in the same manner as the interlayer insulating film 66. The film is formed to a thickness of, for example, 300 nm by a plasma CVD method using TEOS as a raw material. Here, instead of the SiON film 67, an SiN film or an Al 2 O 3 film can be used.

次に図18Bの工程において前記層間絶縁膜68中に、前記ビアプラグ67A,67Cを露出するビアホール68A,68Cがそれぞれ形成され、前記ビアホール68Aにはタングステンよりなり前記ビアプラグ67Aとコンタクトするように、ビアプラグ69Aが、前記密着層67aと同様なTi膜とTiN膜を積層した密着層69aを介して形成される。また前記ビアホール68Cにはタングステンよりなり前記ビアプラグ67Cとコンタクトするようにビアプラグ69Cが、前記密着層67cと同様なTi膜とTiN膜を積層した密着層69cを介して形成される。   Next, in the step of FIG. 18B, via holes 68A and 68C that expose the via plugs 67A and 67C are formed in the interlayer insulating film 68, respectively, and the via holes 68A are made of tungsten so as to be in contact with the via plug 67A. 69A is formed through an adhesion layer 69a in which the same Ti film and TiN film as the adhesion layer 67a are laminated. A via plug 69C is formed in the via hole 68C to be in contact with the via plug 67C through a contact layer 69c formed by laminating a Ti film and a TiN film similar to the contact layer 67c.

次に図18Cの工程において、前記層間絶縁膜68の表面をNH3プラズマで処理し、NH基を前記層間絶縁膜68表面の酸素原子に結合させ、次いでTi膜70がスパッタ法により、前記層間絶縁膜68上に前記ビアプラグ69A,69Bを覆うように、例えば先の図3(A)のTi膜42と同様な条件で、例えば20nmの厚さに形成される。前記層間絶縁膜68の表面をこのようにNH3プラズマで処理しておくことにより、前記層間絶縁膜68表面の酸素原子はNH基により終端され、Ti原子と優先的に結合してその配向を規制することがないため、前記Ti膜70は理想的な(002)配向を有する。 Next, in the step of FIG. 18C, the surface of the interlayer insulating film 68 is treated with NH 3 plasma, NH groups are bonded to oxygen atoms on the surface of the interlayer insulating film 68, and then the Ti film 70 is sputtered to form the interlayer insulating film 68. For example, a thickness of 20 nm is formed on the insulating film 68 so as to cover the via plugs 69A and 69B under the same conditions as those of the Ti film 42 shown in FIG. By treating the surface of the interlayer insulating film 68 with NH 3 plasma in this way, the oxygen atoms on the surface of the interlayer insulating film 68 are terminated by NH groups, and are preferentially bonded to Ti atoms to have their orientation. Since there is no restriction, the Ti film 70 has an ideal (002) orientation.

さらに図18Cでは、前記Ti膜70を窒素雰囲気中、650℃の温度で急速熱処理し、(111)配向のTiN膜70に変換する。   Further, in FIG. 18C, the Ti film 70 is rapidly heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 650 ° C. to convert it into a (111) -oriented TiN film 70.

次に図18Dの工程において、前記TiN膜70上にTiAlN膜71を、酸素拡散バリアとして、前記図3(A)のTiAlN膜43と同様な条件で形成し、さらに図14Eの工程で、前記TiAlN膜71上に前記図3(B)の下部電極45と同様に、厚さが約100nmのIr膜がスパッタ法により積層され、下部電極層73が形成される。   Next, in the process of FIG. 18D, a TiAlN film 71 is formed on the TiN film 70 as an oxygen diffusion barrier under the same conditions as the TiAlN film 43 of FIG. 3A, and in the process of FIG. 14E, Similar to the lower electrode 45 of FIG. 3B, an Ir film having a thickness of about 100 nm is laminated on the TiAlN film 71 by sputtering to form a lower electrode layer 73.

次に前記図18Fの工程において、前記図14EのIr下部電極73上に、前記図3(C)、および図5(A)〜(C)の工程と同様にして第1のPZT膜74AがMOCVD法により、533Paの圧力下、620℃の成膜温度で、前記図6のレシピに従って、1〜50nmの膜厚に堆積される。   Next, in the step of FIG. 18F, the first PZT film 74A is formed on the Ir lower electrode 73 of FIG. 14E in the same manner as in the steps of FIGS. 3C and 5A to 5C. According to the MOCVD method, the film is deposited to a thickness of 1 to 50 nm according to the recipe of FIG. 6 at a film forming temperature of 620 ° C. under a pressure of 533 Pa.

さらに図18Gの工程において、前記第1のPZT膜74A上に第2のPZT膜74Bが、前記図3(D)のPZT膜47と同様にMOCVD法により、533Paの圧力下、620℃の成膜温度で、前記図6のレシピに従って、例えば80nmの膜厚に形成される。   Further, in the step of FIG. 18G, the second PZT film 74B is formed on the first PZT film 74A by the MOCVD method at 620 ° C. under the pressure of 533 Pa, similarly to the PZT film 47 of FIG. At a film temperature, the film is formed to a thickness of, for example, 80 nm according to the recipe of FIG.

先にも説明したように、このようにして形成されたPZT膜74Aは強い(111)配向を示し、そのため、その上に形成されたPZT膜74Bも前記PZT膜74Aの強い(111)配向を継承する。   As described above, the PZT film 74A formed in this way exhibits a strong (111) orientation. Therefore, the PZT film 74B formed thereon also has a strong (111) orientation of the PZT film 74A. Inherit.

なお、先にも説明したように、前記下部電極層73はIr以外に、Pt,Ru,Rh,Re,Osなどの貴金属より形成されてもよく、その場合には、前記第1のPZT膜74A中には、前記下部電極膜73を構成する金属元素が含まれる。   As described above, the lower electrode layer 73 may be formed of a noble metal such as Pt, Ru, Rh, Re, Os other than Ir. In this case, the first PZT film 74A contains a metal element constituting the lower electrode film 73.

次に図18Hの工程において、前記PZT膜74B上に、酸化イリジウムよりなる上部電極76を形成する。   Next, in the step of FIG. 18H, an upper electrode 76 made of iridium oxide is formed on the PZT film 74B.

より具体的には、最初に前記PZT膜74B上に厚さが50nmで非化学量論組成IrOx膜を有する第1の酸化イリジウム膜を、成膜の時点で結晶化するように、スパッタ法により形成する。たとえば、前記第1の酸化イリジウム膜の成膜は、300℃の成膜温度でArガスおよび酸素ガスをそれぞれ100SCCMの流量で供給しながら、Irターゲットを1〜2kWのパワーでスパッタすることにより実行される。前記第1の酸化イリジウム膜を非化学量論組成に形成することにより、その下のPZT膜74B中の過剰なPbが前記第1の酸化イリジウム膜中に吸収され、PZT膜74Bと上部電極76との界面での剥離の問題が解消される。   More specifically, first, a first iridium oxide film having a non-stoichiometric composition IrOx film on the PZT film 74B having a thickness of 50 nm is crystallized at the time of film formation by a sputtering method. Form. For example, the first iridium oxide film is formed by sputtering an Ir target at a power of 1 to 2 kW while supplying Ar gas and oxygen gas at a flow rate of 100 SCCM at a film forming temperature of 300 ° C. Is done. By forming the first iridium oxide film in a non-stoichiometric composition, excess Pb in the PZT film 74B under the first iridium oxide film is absorbed in the first iridium oxide film, and the PZT film 74B and the upper electrode 76 are absorbed. The problem of peeling at the interface is eliminated.

さらに図18Hの工程では、このようにして得られた第1の酸化イリジウム膜を、酸素ガスを20SCCMの流量で供給し、Arガスを2000SCCMの流量で供給した雰囲気中において、725℃の温度で60秒間急速熱処理し、前記第1の酸化イリジウム膜のプラズマダメージを回復させる。また同時に、前記PZT膜74A,74Bの酸素欠損が補償され、同時にPZT膜74A,74Bが完全に結晶化する。   Further, in the process of FIG. 18H, the first iridium oxide film thus obtained is supplied at a temperature of 725 ° C. in an atmosphere in which oxygen gas is supplied at a flow rate of 20 SCCM and Ar gas is supplied at a flow rate of 2000 SCCM. Rapid heat treatment is performed for 60 seconds to recover the plasma damage of the first iridium oxide film. At the same time, oxygen vacancies in the PZT films 74A and 74B are compensated, and at the same time, the PZT films 74A and 74B are completely crystallized.

さらに前記図18Hの工程では、このようにして形成された非化学量論組成の第1の酸化イリジウム膜上に第2の酸化イリジウム膜を、0.8Paの圧力下、1.0kWのパワーでスパッタすることにより、100〜300nmの膜厚を有するように、また前記第1の酸化イリジウム膜よりも化学量論組成に近い組成を有するように形成される。これにより、前記PZT膜74A,74BがIrの触媒作用により発生する水素ラジカルにより還元される問題が軽減され、形成される強誘電体キャパシタの水素耐性が向上する。なお、前記上部電極76としては、酸化イリジウムの代わりに、Ir,Ru,Rh,Re,Os,Pd、あるいはこれらの導電性酸化物、あるいはSrRuO3などの導電性酸化物、あるいはこれらの積層体を使うことが可能である。 Further, in the step of FIG. 18H, the second iridium oxide film is formed on the first iridium oxide film having the non-stoichiometric composition thus formed at a power of 1.0 kW under a pressure of 0.8 Pa. By sputtering, it is formed to have a film thickness of 100 to 300 nm and to have a composition closer to the stoichiometric composition than the first iridium oxide film. As a result, the problem that the PZT films 74A and 74B are reduced by hydrogen radicals generated by the catalytic action of Ir is reduced, and the hydrogen resistance of the formed ferroelectric capacitor is improved. The upper electrode 76 may be Ir, Ru, Rh, Re, Os, Pd, or a conductive oxide thereof, or a conductive oxide such as SrRuO 3 , or a laminate thereof, instead of iridium oxide. Can be used.

さらに図18Hの上部電極76では、図示はしないが前記第2の酸化イリジウム膜上に、水素バリア膜および導電性向上膜として、Ir膜が、スパッタ法により、Ar雰囲気中、1Paの圧力下、1.0kWのパワーで50〜100nmの膜厚に堆積されている。前記水素バリア膜としては、Ir膜の他にRu膜、Rh膜、Pd膜などを使うことも可能である。   Further, in the upper electrode 76 of FIG. 18H, although not shown, an Ir film as a hydrogen barrier film and a conductivity improving film is formed on the second iridium oxide film by sputtering in an Ar atmosphere under a pressure of 1 Pa. The film is deposited to a thickness of 50 to 100 nm with a power of 1.0 kW. As the hydrogen barrier film, it is possible to use a Ru film, a Rh film, a Pd film, or the like in addition to the Ir film.

次に、図18Hの工程の後、基板背面洗浄を行い、さらに図18Iの工程において、前記上部電極76上に、TiAlN膜77とシリコン酸化膜78が、それぞれ反応性スパッタ法およびTEOS原料を使ったプラズマCVD法により、ハードマスク層として形成される。   Next, after the step of FIG. 18H, the substrate back surface is cleaned, and in the step of FIG. 18I, the TiAlN film 77 and the silicon oxide film 78 are respectively formed on the upper electrode 76 using the reactive sputtering method and the TEOS raw material. A hard mask layer is formed by plasma CVD.

さらに図18Jの工程で前記シリコン酸化膜78がパターニングされ、所望の強誘電体キャパシタC1,C2に対応したハードマスクパターン78A,78Cが形成される。   Further, in the step of FIG. 18J, the silicon oxide film 78 is patterned to form hard mask patterns 78A and 78C corresponding to desired ferroelectric capacitors C1 and C2.

さらに次の図18Kの工程において、前記ハードマスクパターン78A,78Bをマスクに、その下のTiAlN膜77,上部電極層76,PZT膜74,75、下部電極層73、およびAl23膜が、前記TiAlN膜71が露出するまで、HBr,O2,ArおよびC48を使ったドライエッチングによりパターニングされ、前記ハードマスクパターン78Aの下に前記強誘電体キャパシタC1に対応して、下部電極層73,PZT膜74A,74B,上部電極層76およびTiAlNマスクパターン77Aを積層した構造が、また前記ハードマスクパターン76Cの下に前記強誘電体キャパシタC2に対応して、下部電極パターン層73,PZT膜74A,74B,上部電極層76およびTiAlNマスクパターン77Cを積層した構造が得られる。 In the next step of FIG. 18K, the TiAlN film 77, the upper electrode layer 76, the PZT films 74 and 75, the lower electrode layer 73, and the Al 2 O 3 film are formed using the hard mask patterns 78A and 78B as a mask. Until the TiAlN film 71 is exposed, patterning is performed by dry etching using HBr, O 2 , Ar, and C 4 F 8 , and a lower portion corresponding to the ferroelectric capacitor C 1 is formed under the hard mask pattern 78 A. The structure in which the electrode layer 73, the PZT films 74A and 74B, the upper electrode layer 76, and the TiAlN mask pattern 77A are stacked corresponds to the ferroelectric capacitor C2 below the hard mask pattern 76C. , PZT films 74A and 74B, an upper electrode layer 76, and a TiAlN mask pattern 77C are stacked. A structure is obtained.

次に図18Lの工程で、前記ハードマスクパターン78A,78Cがドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去され、図18Mの工程において前記強誘電体キャパシタC1,C2をマスクに、前記層間絶縁膜68上のTiN膜70およびその上のTiAlN膜71がドライエッチングにより除去され、前記キャパシタC1、C2の各々において、前記下部電極層73の下に、TiNパターン70AおよびTiAlNパターン71Aを積層した構造が形成される。   Next, in the step of FIG. 18L, the hard mask patterns 78A and 78C are removed by dry etching or wet etching, and in the step of FIG. 18M, the TiN on the interlayer insulating film 68 is formed using the ferroelectric capacitors C1 and C2 as a mask. The film 70 and the TiAlN film 71 thereon are removed by dry etching, and a structure in which a TiN pattern 70A and a TiAlN pattern 71A are stacked under the lower electrode layer 73 is formed in each of the capacitors C1 and C2.

さらに図18Nの工程で、前記図18Mの工程で露出した前記層間絶縁膜68上に、前記強誘電体キャパシタC1およびC2の側壁面および上面を連続して覆うように非常に薄い、膜厚が20nm以下のAl23膜79が、水素バリア膜としてスパッタ法あるいはALD法により形成され、次いで図18Oの工程で、酸素雰囲気中、550〜750℃、例えば650℃で熱処理を行うことにより、前記強誘電体キャパシタC1,C2中のPZT膜74A,74Bにおいて、図18Mのドライエッチング工程などで生じたダメージを回復させる。 Further, in the step of FIG. 18N, the interlayer insulating film 68 exposed in the step of FIG. 18M is very thin and has a film thickness so as to continuously cover the side wall surface and the upper surface of the ferroelectric capacitors C1 and C2. An Al 2 O 3 film 79 of 20 nm or less is formed as a hydrogen barrier film by sputtering or ALD, and then heat treatment is performed at 550 to 750 ° C., for example, 650 ° C. in an oxygen atmosphere in the step of FIG. In the PZT films 74A and 74B in the ferroelectric capacitors C1 and C2, damage caused by the dry etching process of FIG. 18M is recovered.

さらに図18Pの工程において前記図18OのAl23膜79上に次のAl23膜80がMOCVD法により例えば20nmの膜厚に、やはり水素バリア膜として形成され、さらに図18Qの工程において、このようにして形成されたAl23水素バリア膜79,80を覆うように、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜81が、TEOSと酸素とヘリウムの混合ガスを原料としたプラズマCVD法により1500nmの膜厚に形成される。図18Qの工程では、このようにして形成された層間絶縁膜81の表面をCMP法により平坦化した後、N2Oまたは窒素ガスを用いたプラズマ中で熱処理し、前記層間絶縁膜81中の水分を除去する。さらに図18Qの工程では、前記層間絶縁膜81上にAl23膜82が水素バリア膜として、スパッタまたはMOCVD法により20〜100nmの厚さに形成される。図18Qの工程では前記層間絶縁膜81は、CMP法による平坦化工程の結果、例えば700nmの膜厚を有する。 Further, in the step of FIG. 18P, the next Al 2 O 3 film 80 is formed on the Al 2 O 3 film 79 of FIG. 18O to a film thickness of, for example, 20 nm by the MOCVD method. In the plasma CVD method, an interlayer insulating film 81 made of a silicon oxide film is formed by using a mixed gas of TEOS, oxygen and helium so as to cover the Al 2 O 3 hydrogen barrier films 79 and 80 formed in this way. Thus, a film thickness of 1500 nm is formed. In the step of FIG. 18Q, the surface of the interlayer insulating film 81 formed in this way is flattened by the CMP method, and then heat-treated in plasma using N 2 O or nitrogen gas. Remove moisture. Further, in the step of FIG. 18Q, an Al 2 O 3 film 82 is formed as a hydrogen barrier film on the interlayer insulating film 81 to a thickness of 20 to 100 nm by sputtering or MOCVD. In the process of FIG. 18Q, the interlayer insulating film 81 has a film thickness of, for example, 700 nm as a result of the planarization process by the CMP method.

次に図18Rの工程において前記水素バリア膜82上には、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜83が、TEOS原料のプラズマCVD法により300〜500nmの膜厚に形成され、図18Sの工程において、前記層間絶縁膜83中に前記強誘電体キャパシタC1の上部電極76Aを露出するビアホール83Aおよび前記強誘電体キャパシタC2の上部電極76Cを露出するビアホール83Cが形成される。   Next, in the step of FIG. 18R, an interlayer insulating film 83 made of a silicon oxide film is formed on the hydrogen barrier film 82 to a thickness of 300 to 500 nm by the plasma CVD method using a TEOS material. In the step of FIG. A via hole 83A exposing the upper electrode 76A of the ferroelectric capacitor C1 and a via hole 83C exposing the upper electrode 76C of the ferroelectric capacitor C2 are formed in the interlayer insulating film 83.

さらに図18Sの工程では、このようにして形成されたビアホール83Aおよび83Cを介して酸化雰囲気中で熱処理を行い、前記PZT膜74A,75A,および74C,75Cに、かかるビアホール形成工程に伴って生じた酸素欠損を補償する。   Further, in the step of FIG. 18S, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere through the via holes 83A and 83C formed in this way, and the PZT films 74A, 75A, 74C, and 75C are generated along with the via hole forming step. Compensate for oxygen deficiency.

次いで前記ビアホール83A,83Cの底面および内壁面を、TiNの単層膜よりなるバリアメタル膜84a,84cによりそれぞれ覆い、さらに前記ビアホール83Aをタングステンプラグ84Aにより、また前記ビアホール83Cをタングステンプラグ84Cにより充填する。   Next, the bottom and inner wall surfaces of the via holes 83A and 83C are respectively covered with barrier metal films 84a and 84c made of a single layer film of TiN, the via hole 83A is filled with a tungsten plug 84A, and the via hole 83C is filled with a tungsten plug 84C. To do.

さらに前記タングステンプラグ84A,84Cの形成の後、前記層間絶縁膜83中に前記ビアプラグ67Bを露出するビアホール83Bを形成し、これをタングステンビアプラグ84Bで充填する。なお前記タングステンビアプラグ84Bは通常のように、Ti/TiN積層構造の密着膜84bを伴っている。   Further, after the formation of the tungsten plugs 84A and 84C, a via hole 83B exposing the via plug 67B is formed in the interlayer insulating film 83, and this is filled with the tungsten via plug 84B. Note that the tungsten via plug 84B is accompanied by an adhesion film 84b having a Ti / TiN laminated structure as usual.

さらに図18Tの工程において、前記層間絶縁膜83上に、前記ビアプラグ84Aに対応してAlCu合金よりなる配線パターン85Aが、Ti/TiN積層構造の密着膜85a,85dに挟持された形で、前記ビアプラグ84Bに対応してAlCu合金よりなる配線パターン85Bが、Ti/TiN積層構造の密着膜85b,85eに挟持された形で、さらに前記ビアプラグ85Cに対応してAlCu合金よりなる配線パターン85Cが、Ti/TiN積層構造の密着膜85c,85fに挟持された形で、形成される。   Further, in the step of FIG. 18T, a wiring pattern 85A made of an AlCu alloy corresponding to the via plug 84A is sandwiched between the adhesion films 85a and 85d of the Ti / TiN laminated structure on the interlayer insulating film 83, A wiring pattern 85B made of an AlCu alloy corresponding to the via plug 84B is sandwiched between the adhesion films 85b and 85e of the Ti / TiN laminated structure, and a wiring pattern 85C made of an AlCu alloy corresponding to the via plug 85C is It is formed so as to be sandwiched between adhesion films 85c and 85f having a Ti / TiN laminated structure.

また前記図18Tの構造上に、必要に応じてさらなる配線層が形成される。   Further, a further wiring layer is formed on the structure of FIG. 18T as necessary.

先にも述べたように、前記第1のPZT膜74Aに含まれる金属元素はIrに限定されることはなく、ペロブスカイト構造のB席に入り正方晶系のPZT単位格子をより立方晶系に近づけるようなイオン半径を有するRu、Rh,Re,Os,Pdなどを使うことも可能である。   As described above, the metal element contained in the first PZT film 74A is not limited to Ir, and enters the B-seat of the perovskite structure to make the tetragonal PZT unit cell more cubic. It is also possible to use Ru, Rh, Re, Os, Pd or the like having an ionic radius that approaches.

またその際、前記PZT膜74Aへのこれら金属元素の導入は、下部電極からの拡散に限定されるものではなく、例えばイオン注入や、前記第1の実施形態の変形例で説明したように、成膜時にIr原料を同時に供給することで導入することも可能である。   At this time, the introduction of these metal elements into the PZT film 74A is not limited to diffusion from the lower electrode. For example, as described in the ion implantation and the modification of the first embodiment, It is also possible to introduce it by simultaneously supplying an Ir raw material during film formation.

なお本実施形態において強誘電体膜74A,74BはPZT膜としたが、Laを含むPLZT膜であってもよい。   In this embodiment, the ferroelectric films 74A and 74B are PZT films, but may be PLZT films containing La.

さらに前記強誘電体膜74A,74BはPZT膜に限定されることはなく、Pbを含むABO3型ペロブスカイト構造を有する強誘電体膜より構成されていればよく、例えば前記A席を占有する金属元素として、Bi,Pb,Ba,Sr,Ca,Na,K、および希土類元素などを含み、前記B席を占有する金属元素として、Ti,Zr,Nb,Ta,W,Mn,Fe,Co,Crなどを含むものであってもよい。 Further, the ferroelectric films 74A and 74B are not limited to PZT films, and may be formed of a ferroelectric film having an ABO 3 type perovskite structure containing Pb, for example, a metal that occupies the A seat. The elements include Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K, and rare earth elements, and the metal elements that occupy the B seat include Ti, Zr, Nb, Ta, W, Mn, Fe, Co, It may contain Cr or the like.

また前記導電性酸素バリア膜71はTiAlN膜に限定されるものではなく、Ir膜あるいはRu膜を使うことも可能である。   The conductive oxygen barrier film 71 is not limited to a TiAlN film, and an Ir film or a Ru film can also be used.

さらに前記配向制御膜70はTi膜あるいはTiN膜に限定されるものではなく、Pt膜、Ir膜、Re膜、Ru膜、Pd膜、Os膜、あるいはこれらの膜を構成する元素の合金より構成することも可能である。また前記配向制御膜70としては、Ti,Al,Ir,Pt,Ru,Pd,Os,Rh,PtOx,IrOx,RuOx,PdOxのいずれかよりなる単層膜または積層膜を使うことが可能である。   Further, the orientation control film 70 is not limited to a Ti film or a TiN film, but is composed of a Pt film, an Ir film, a Re film, a Ru film, a Pd film, an Os film, or an alloy of elements constituting these films. It is also possible to do. As the orientation control film 70, a single layer film or a multilayer film made of any of Ti, Al, Ir, Pt, Ru, Pd, Os, Rh, PtOx, IrOx, RuOx, and PdOx can be used. .

さらに、このような強誘電体メモリの製造を、前記図4および図12で説明したMOCVD装置1を使って多数のシリコンウェハ上に次々と実施する場合、一のシリコンウェハの処理が終了し、前記シリコンウェハが取り出された時点で、前記MOCVD装置1の処理容器を、前記図11あるいは図15〜17のレシピに従ってパージすることにより、次に処理されるシリコンウェハ上におけるPZT膜46,47において、(111)配向の面内分布を向上させることが可能となる。   Further, when such a ferroelectric memory is manufactured one after another on a large number of silicon wafers using the MOCVD apparatus 1 described with reference to FIGS. 4 and 12, the processing of one silicon wafer is completed. At the time when the silicon wafer is taken out, the processing container of the MOCVD apparatus 1 is purged according to the recipe of FIG. 11 or FIGS. 15 to 17 so that the PZT films 46 and 47 on the silicon wafer to be processed next are , (111) orientation in-plane distribution can be improved.

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記1)
強誘電体膜を含む半導体装置の製造方法であって、
排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含み、
前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、
前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、
前記強誘電体膜の成膜工程は、
(A)前記半導体装置が形成される被処理基板を保持した前記処理容器中の雰囲気を、第1の雰囲気から第2の雰囲気に切り替える工程と、
(B)前記処理容器中、前記第2の雰囲気中において前記被処理基板上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインより供給された有機金属化合物を原料として、有機金属気相堆積法により成膜する工程と、を含み、
前記工程(B)は、前記工程(A)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、
前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含む、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、
前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、
(A)前記処理容器中に、下部電極を形成された被処理基板を導入する工程と、
(B)前記工程(A)の後、前記被処理基板を、前記第1の雰囲気ガスの流量を第1の流量に、前記第2の雰囲気ガスの流量を、ゼロを含む第2の流量に設定した第1の雰囲気中において昇温する工程と、
(C)前記工程(B)の後、前記第1の雰囲気ガスの流量を前記第1の流量から第3の流量に減少させ、前記第2の雰囲気ガスの流量を前記第2の流量から第4の流量に増加させることにより、前記第1の雰囲気を第2の雰囲気に切り替える工程と、
(D)前記工程(C)の後、前記下部電極上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインから前記処理容器中に前記原料ガスを供給することにより成膜する工程と、を含み、
前記工程(D)は、前記工程(C)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、
前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3)
さらに前記工程(D)の後、(E)前記第1の雰囲気ガスの流量を前記第3の流量から第5の流量に増加させ、前記第2の雰囲気ガスの流量を前記第4の流量からゼロを含む第6の流量に減少させることにより、前記第2の雰囲気を第3の雰囲気に切り替える工程と、(F)前記工程(E)の後、前記強誘電体膜上に別の強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインから前記処理容器中に前記原料ガスを供給することにより成膜する工程と、を含み、前記工程(F)は、前記工程(E)の後、前記所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始されることを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記第1の雰囲気ガスは酸素ガスであり、前記第2の雰囲気ガスはArガスであることを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記工程(D)および工程(F)においては、前記原料ガスの供給経路を、前記排気装置に接続されたプリフローラインから前記原料ガスラインに切り替えることを特徴とする付記2〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記混合/放出部はシャワーヘッドであることを特徴とする付記2〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記原料ガスはPb(鉛)を含み、さらに前記工程(F)の後、(G)前記処理容器から前記被処理基板を取り出す工程と、(H)前記工程(G)の後、前記処理容器を排気する工程と、前記工程(H)の後、前記工程(A)〜(F)を繰り返すことを特徴とする付記3記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記工程(H)は、前記処理容器中の圧力を、前記工程(F)におけるよりも低く設定して実行されることを特徴とする付記7記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記工程(H)では、前記処理容器中の圧力を、最初に前記工程(F)におけるよりも高く、次いで前記工程(F)におけるよりも低く設定して実行されることを特徴とする付記7記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記工程(H)は、前記処理容器中に不活性ガスをパージガスとして導入して実行されることを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記工程(H)では、前記処理容器中において前記被処理基板を保持するサセプタの温度を、前記工程(F)におけるよりも高く設定して実行されることを特徴とする付記7記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記処理容器は真空搬送室に結合されており、前項工程(A)では前記被処理基板は前記処理容器に前記真空搬送室から導入され、前記工程(G)では前記被処理基板は前記処理容器から前記真空搬送室に戻されることを特徴とする付記3記載の半導体装置の製造方法。
As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(Appendix 1)
A method of manufacturing a semiconductor device including a ferroelectric film,
A processing container exhausted by an exhaust device, a raw material gas supply line for supplying a raw material gas into the processing container, and an atmosphere for supplying at least first and second atmospheric gases into the processing container in the form of a mixed gas A process for forming a ferroelectric film by a metal organic vapor phase deposition method performed using a metal metal deposition apparatus equipped with a gas line,
The processing vessel is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and mixes the source gas and the mixed gas to form a processing gas, and releases the processing gas into the processing vessel. With
The atmosphere gas line extends from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates to the mixing / releasing unit,
The film formation process of the ferroelectric film includes:
(A) switching the atmosphere in the processing container holding the substrate to be processed on which the semiconductor device is formed from a first atmosphere to a second atmosphere;
(B) In the processing container, in the second atmosphere, a ferroelectric film is formed on the substrate to be processed by using an organic metal compound supplied from the source gas supply line as a raw material by a metal organic vapor deposition method. Forming a film, and
The step (B) is started by starting the supply of the source gas to the processing container after a predetermined gas stabilization time after the step (A),
The predetermined gas stabilization time is obtained by dividing the total volume V of the volume of the atmospheric gas line and the volume of the mixing / releasing portion by the flow rate L of the mixed gas in the atmospheric gas line (V / L) A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being set to the above.
(Appendix 2)
A processing container exhausted by an exhaust device, a raw material gas supply line for supplying a raw material gas into the processing container, and an atmosphere for supplying at least first and second atmospheric gases into the processing container in the form of a mixed gas A method of manufacturing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor, including a film formation process of a ferroelectric film by a metal organic vapor phase deposition method performed using an organic metal deposition apparatus including a gas line,
The processing vessel is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and mixes the source gas and the mixed gas to form a processing gas, and releases the processing gas into the processing vessel. With
The atmosphere gas line extends from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates to the mixing / releasing unit,
(A) introducing a substrate to be processed in which a lower electrode is formed into the processing container;
(B) After the step (A), the flow rate of the first atmosphere gas is set to the first flow rate and the flow rate of the second atmosphere gas is set to the second flow rate including zero after the step (A). A step of raising the temperature in the set first atmosphere;
(C) After the step (B), the flow rate of the first atmospheric gas is decreased from the first flow rate to the third flow rate, and the flow rate of the second atmospheric gas is changed from the second flow rate to the second flow rate. Changing the first atmosphere to a second atmosphere by increasing the flow rate to 4;
(D) after the step (C), forming a ferroelectric film on the lower electrode by supplying the source gas into the processing vessel from the source gas supply line,
The step (D) is started by starting the supply of the source gas to the processing container after a predetermined gas stabilization time after the step (C),
The predetermined gas stabilization time is obtained by dividing the total volume V of the volume of the atmospheric gas line and the volume of the mixing / releasing portion by the flow rate L of the mixed gas in the atmospheric gas line (V / L) A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being set to the above.
(Appendix 3)
Further, after the step (D), (E) the flow rate of the first atmospheric gas is increased from the third flow rate to the fifth flow rate, and the flow rate of the second atmospheric gas is increased from the fourth flow rate. A step of switching the second atmosphere to a third atmosphere by reducing the flow rate to a sixth flow rate including zero; (F) after the step (E), another ferroelectric on the ferroelectric film; Forming a body film by supplying the source gas into the processing vessel from the source gas supply line, and the step (F) includes the predetermined step after the step (E). 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein the method is started by starting the supply of the source gas to the processing container after the gas stabilization time has elapsed.
(Appendix 4)
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first atmosphere gas is an oxygen gas, and the second atmosphere gas is an Ar gas.
(Appendix 5)
Of the supplementary notes 2 to 4, wherein in the step (D) and the step (F), the source gas supply path is switched from the preflow line connected to the exhaust device to the source gas line. A manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph.
(Appendix 6)
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 2 to 5, wherein the mixing / discharging unit is a shower head.
(Appendix 7)
The source gas contains Pb (lead), and after the step (F), (G) a step of taking out the substrate to be processed from the processing vessel, and (H) after the step (G), the processing vessel The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, wherein the steps (A) to (F) are repeated after the step of exhausting air and the step (H).
(Appendix 8)
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 7, wherein the step (H) is performed with a pressure in the processing container set lower than that in the step (F).
(Appendix 9)
The process (H) is performed by setting the pressure in the processing container to be higher than that in the process (F) first and then lower than that in the process (F). The manufacturing method of the semiconductor device of description.
(Appendix 10)
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the step (H) is performed by introducing an inert gas as a purge gas into the processing container.
(Appendix 11)
8. The semiconductor device according to appendix 7, wherein in the step (H), the temperature of a susceptor that holds the substrate to be processed in the processing container is set higher than in the step (F). Manufacturing method.
(Appendix 12)
The processing container is coupled to a vacuum transfer chamber. In the step (A), the substrate to be processed is introduced from the vacuum transfer chamber into the processing container. In the step (G), the substrate to be processed is the processing container. Returning to the said vacuum conveyance chamber, The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 3 characterized by the above-mentioned.

本発明の関連技術による強誘電体メモリの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ferroelectric memory by the related technique of this invention. 本発明の課題を示す図である。It is a figure which shows the subject of this invention. 本発明の第1の実施形態による強誘電体メモリの形成工程を示す図である。It is a figure which shows the formation process of the ferroelectric memory by the 1st Embodiment of this invention. 図3の工程で使われるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus used at the process of FIG. 図3(C)の工程を詳細に説明する図である。It is a figure explaining the process of FIG.3 (C) in detail. 第1の実施形態で使われるレシピの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the recipe used by 1st Embodiment. 図4のMOCVD装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the MOCVD apparatus of FIG. 第1の実施形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of a 1st embodiment. 本発明の第2の実施形態の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の課題を説明する別の図である。It is another figure explaining the subject of 2nd Embodiment. 第2の実施形態で使われるレシピの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the recipe used by 2nd Embodiment. 図4のMOCVD装置を、基板搬送系まで含めて示す図である。It is a figure which shows the MOCVD apparatus of FIG. 4 including a board | substrate conveyance system. 第2の実施形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の効果を説明するさらに別の図である。It is another figure explaining the effect of 2nd Embodiment. 第2の実施形態で使われるレシピの変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the recipe used by 2nd Embodiment. 第2の実施形態で使われるレシピの別の変形例を説明する図である。It is a figure explaining another modification of the recipe used by 2nd Embodiment. 第2の実施形態で使われるレシピのさらに別の変形例を説明する図である。It is a figure explaining another modification of the recipe used by a 2nd embodiment. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その2)である。It is FIG. (2) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その3)である。It is FIG. (3) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その4)である。It is FIG. (4) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その5)である。It is FIG. (5) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その6)である。It is FIG. (6) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その7)である。It is FIG. (7) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その8)である。It is FIG. (8) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その9)である。It is FIG. (9) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その10)である。It is FIG. (10) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その11)である。It is FIG. (11) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その12)である。It is FIG. (12) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その13)である。It is FIG. (13) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その14)である。It is FIG. (14) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その15)である。It is FIG. (15) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その16)である。It is FIG. (16) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その17)である。It is FIG. (17) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その18)である。It is FIG. (18) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その19)である。It is FIG. (19) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態による強誘電体メモリの製造工程を説明する図(その20)である。It is FIG. (20) explaining the manufacturing process of the ferroelectric memory by the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

41 絶縁層
42,70 Ti膜
43,71 TiAlN膜
45,73 下部電極
46,74A 第1のPZT膜
47,74B 第2のPZT膜
48,76 上部電極
61 基板
61A 素子領域
61I 素子分離構造
61a〜61f 拡散領域
62A,62B ゲート絶縁膜
63A,63B ゲート電極
64A,64B ゲートシリサイド層
65,67 SiON膜
66,68,81,83 層間絶縁膜
66A,66B,66C,68A,68C,83A,83B,83C ビアホール
67A〜67C,69A,69C,84A〜84C ビアプラグ
67a,67b,67c,69a,69c,84a,84b,84c 密着膜
78 ハードマスク膜
78A,78B ハードマスクパターン
79,80 Al23水素バリア膜
85A,85B,85C 配線パタ―ン
41 Insulating layer 42, 70 Ti film 43, 71 TiAlN film 45, 73 Lower electrode 46, 74A First PZT film 47, 74B Second PZT film 48, 76 Upper electrode 61 Substrate 61A Element region 61I Element isolation structure 61a to 61f Diffusion region 62A, 62B Gate insulating film 63A, 63B Gate electrode 64A, 64B Gate silicide layer 65, 67 SiON film 66, 68, 81, 83 Interlayer insulating film 66A, 66B, 66C, 68A, 68C, 83A, 83B, 83C Via hole 67A to 67C, 69A, 69C, 84A to 84C Via plug 67a, 67b, 67c, 69a, 69c, 84a, 84b, 84c Adhesion film 78 Hard mask film 78A, 78B Hard mask pattern 79, 80 Al 2 O 3 hydrogen barrier film 85A, 85B, 85C Pattern - down

Claims (6)

強誘電体膜を含む半導体装置の製造方法であって、
排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含み、
前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、
前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、
前記強誘電体膜の成膜工程は、
(A)前記半導体装置が形成される被処理基板を保持した前記処理容器中の雰囲気を、第1の雰囲気から第2の雰囲気に切り替える工程と、
(B)前記処理容器中、前記第2の雰囲気中において前記被処理基板上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインより供給された有機金属化合物を原料として、有機金属気相堆積法により成膜する工程と、を含み、
前記工程(B)は、前記工程(A)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、
前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a ferroelectric film,
A processing container exhausted by an exhaust device, a raw material gas supply line for supplying a raw material gas into the processing container, and an atmosphere for supplying at least first and second atmospheric gases into the processing container in the form of a mixed gas A process for forming a ferroelectric film by a metal organic vapor phase deposition method performed using an organic metal deposition apparatus equipped with a gas line,
The processing vessel is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and mixes the source gas and the mixed gas to form a processing gas, and releases the processing gas into the processing vessel. With
The atmosphere gas line extends from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates to the mixing / releasing unit,
The film formation process of the ferroelectric film includes:
(A) switching the atmosphere in the processing container holding the substrate to be processed on which the semiconductor device is formed from a first atmosphere to a second atmosphere;
(B) In the processing container, in the second atmosphere, a ferroelectric film is formed on the substrate to be processed by using an organic metal compound supplied from the source gas supply line as a raw material by a metal organic vapor deposition method. Forming a film, and
The step (B) is started by starting the supply of the source gas to the processing container after a predetermined gas stabilization time after the step (A),
The predetermined gas stabilization time is obtained by dividing the total volume V of the volume of the atmospheric gas line and the volume of the mixing / releasing portion by the flow rate L of the mixed gas in the atmospheric gas line (V / L) A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being set to the above.
排気装置により排気される処理容器と、前記処理容器中に原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、前記処理容器中に、少なくとも第1および第2の雰囲気ガスを混合ガスの形で供給する雰囲気ガスラインと、を備えた有機金属堆積装置を使って行われる有機金属気相堆積法による強誘電体膜の成膜工程を含む、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記処理容器は、前記原料ガスラインおよび前記雰囲気ガスラインを接続され、前記原料ガスと前記混合ガスを混合して処理ガスを形成し、前記処理ガスを前記処理容器中に放出する混合/放出部を備え、
前記雰囲気ガスラインは、前記第1および第2の雰囲気ガスをそれぞれの流量で供給する第1および第2の流量制御手段から前記混合/放出部までの間を延在し、
(A)前記処理容器中に、下部電極を形成された被処理基板を導入する工程と、
(B)前記工程(A)の後、前記被処理基板を、前記第1の雰囲気ガスの流量を第1の流量に、前記第2の雰囲気ガスの流量を、ゼロを含む第2の流量に設定した第1の雰囲気中において昇温する工程と、
(C)前記工程(B)の後、前記第1の雰囲気ガスの流量を前記第1の流量から第3の流量に減少させ、前記第2の雰囲気ガスの流量を前記第2の流量から第4の流量に増加させることにより、前記第1の雰囲気を第2の雰囲気に切り替える工程と、
(D)前記工程(C)の後、前記下部電極上に強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインから前記処理容器中に前記原料ガスを供給することにより成膜する工程と、を含み、
前記工程(D)は、前記工程(C)の後、所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始され、
前記所定のガス安定化時間は、前記雰囲気ガスラインの容積と前記混合/放出部の容積の総和Vを、前記雰囲気ガスライン中における前記混合ガスの流量Lで除して得られる時間(V/L)以上に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A processing container exhausted by an exhaust device, a raw material gas supply line for supplying a raw material gas into the processing container, and an atmosphere for supplying at least first and second atmospheric gases into the processing container in the form of a mixed gas A method of manufacturing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor, including a film formation process of a ferroelectric film by a metal organic vapor phase deposition method performed using an organic metal deposition apparatus including a gas line,
The processing vessel is connected to the source gas line and the atmosphere gas line, and mixes the source gas and the mixed gas to form a processing gas, and releases the processing gas into the processing vessel. With
The atmosphere gas line extends from the first and second flow rate control means for supplying the first and second atmosphere gases at respective flow rates to the mixing / releasing unit,
(A) introducing a substrate to be processed in which a lower electrode is formed into the processing container;
(B) After the step (A), the flow rate of the first atmosphere gas is set to the first flow rate and the flow rate of the second atmosphere gas is set to the second flow rate including zero after the step (A). A step of raising the temperature in the set first atmosphere;
(C) After the step (B), the flow rate of the first atmospheric gas is decreased from the first flow rate to the third flow rate, and the flow rate of the second atmospheric gas is changed from the second flow rate to the second flow rate. Changing the first atmosphere to a second atmosphere by increasing the flow rate to 4;
(D) after the step (C), forming a ferroelectric film on the lower electrode by supplying the source gas into the processing vessel from the source gas supply line,
The step (D) is started by starting the supply of the source gas to the processing container after a predetermined gas stabilization time after the step (C),
The predetermined gas stabilization time is obtained by dividing the total volume V of the volume of the atmospheric gas line and the volume of the mixing / releasing portion by the flow rate L of the mixed gas in the atmospheric gas line (V / L) A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being set to the above.
さらに前記工程(D)の後、(E)前記第1の雰囲気ガスの流量を前記第3の流量から第5の流量に増加させ、前記第2の雰囲気ガスの流量を前記第4の流量からゼロを含む第6の流量に減少させることにより、前記第2の雰囲気を第3の雰囲気に切り替える工程と、(F)前記工程(E)の後、前記強誘電体膜上に別の強誘電体膜を、前記原料ガス供給ラインから前記処理容器中に前記原料ガスを供給することにより成膜する工程と、を含み、前記工程(F)は、前記工程(E)の後、前記所定のガス安定化時間の経過後に、前記原料ガスの前記処理容器への供給を開始することで開始されることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   Further, after the step (D), (E) the flow rate of the first atmospheric gas is increased from the third flow rate to the fifth flow rate, and the flow rate of the second atmospheric gas is increased from the fourth flow rate. A step of switching the second atmosphere to a third atmosphere by reducing to a sixth flow rate including zero; (F) after the step (E), another ferroelectric on the ferroelectric film; Forming a body film by supplying the source gas into the processing vessel from the source gas supply line, and the step (F) includes the predetermined step after the step (E). The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the method is started by starting supply of the source gas to the processing container after a gas stabilization time has elapsed. 前記第1の雰囲気ガスは酸素ガスであり、前記第2の雰囲気ガスはArガスであることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first atmospheric gas is an oxygen gas, and the second atmospheric gas is an Ar gas. 前記工程(D)および工程(F)においては、前記原料ガスの供給経路を、前記排気装置に接続されたプリフローラインから前記原料ガスラインに切り替えることを特徴とする請求項2〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。   In the step (D) and the step (F), the source gas supply path is switched from a preflow line connected to the exhaust device to the source gas line. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記原料ガスはPb(鉛)を含み、さらに前記工程(F)の後、(G)前記処理容器から前記被処理基板を取り出す工程と、(H)前記工程(G)の後、前記処理容器を排気する工程と、前記工程(H)の後、前記工程(A)〜(F)を繰り返すことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。   The source gas contains Pb (lead), and after the step (F), (G) a step of taking out the substrate to be processed from the processing vessel, and (H) after the step (G), the processing vessel 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the steps (A) to (F) are repeated after the step of exhausting air and the step (H).
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