JP2009194215A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof, setting more accurately the orientation of a capacitive insulating film such as a ferroelectric film even when forming the film by a sol-gel method or a sputtering method. <P>SOLUTION: An amorphous Ir oxide film 54 as a part of a lower electrode film is formed and then a Pt film 91 is formed on the film 54. The Ir oxide film 54 is not oriented in any azimuth and hence the Pt film 91 is oriented itself and the Miller index of its surface is (111). Then, a Pt film 92 is formed on the Pt film 91. Since the Pt film 92 takes over the orientation of the Pt film 91, the Miller index of the surface of the Pt film 92 also is (111). Then, the capacitive insulating film 55 is formed on the Pt film 92 by the sputtering method. RTA is performed in an oxygen-containing atmosphere to form the entire capacitive insulating film 55 into a columnar crystal. The columnar crystal constituting the capacitive insulating film 55 takes over the orientation of the Pt film 92 and hence the Miller index of its surface is also (111). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、強誘電体メモリに好適な半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device suitable for a ferroelectric memory and a manufacturing method thereof.

近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを高速に処理又は保存する傾向が高まっている。このため、電子機器に使用される半導体装置の高集積化及び高性能化が要求されている。   In recent years, with the progress of digital technology, there is an increasing tendency to process or store a large amount of data at high speed. For this reason, high integration and high performance of semiconductor devices used in electronic devices are required.

そこで、半導体記憶装置に関しては、例えばDRAMの高集積化を実現するため、DRAMを構成する容量素子の容量絶縁膜として、従来の珪素酸化物又は珪素窒化物に代えて、強誘電体材料又は高誘電率材料を用いる技術が広く研究開発され始めている。   Therefore, with respect to semiconductor memory devices, for example, in order to realize high integration of DRAM, as a capacitor insulating film of a capacitor element constituting the DRAM, a ferroelectric material or a high material is used instead of conventional silicon oxide or silicon nitride. Technologies using dielectric materials have been widely researched and developed.

また、より低電圧で且つ高速での書き込み動作及び読み出し動作が可能な不揮発性RAMを実現するため、容量絶縁膜として、自発分極特性を有する強誘電体膜を用いる技術も盛んに研究開発されている。このような半導体記憶装置は、強誘電体メモリ(FeRAM)とよばれる。   In addition, in order to realize a nonvolatile RAM that can perform a write operation and a read operation at a lower voltage and at a higher speed, a technique using a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics as a capacitor insulating film has been actively researched and developed. Yes. Such a semiconductor memory device is called a ferroelectric memory (FeRAM).

強誘電体メモリは、強誘電体のヒステリシス特性を利用して情報を記憶する。強誘電体メモリには強誘電体キャパシタが備えられており、強誘電体キャパシタは、強誘電体膜が1対の電極間に容量誘電体膜として挟み込まれて構成されている。強誘電体膜は電極間の印加電圧に応じて分極を生じ、印加電圧が取り去されても自発分極を有する。また、印加電圧の極性を反転すれば、自発分極の極性も反転する。従って、この自発分極を検出すれば、情報を読み出すことができる。強誘電体メモリは、フラッシュメモリに比べて低電圧で動作し、省電力で高速の書き込みが可能である。そして、強誘電体メモリを備えたロジック混載チップ(SoC:System on Chip)のICカード等への使用が検討されている。   A ferroelectric memory stores information using the hysteresis characteristics of a ferroelectric. A ferroelectric memory is provided with a ferroelectric capacitor, and the ferroelectric capacitor is configured such that a ferroelectric film is sandwiched between a pair of electrodes as a capacitive dielectric film. The ferroelectric film generates polarization according to the applied voltage between the electrodes, and has spontaneous polarization even when the applied voltage is removed. Further, if the polarity of the applied voltage is reversed, the polarity of the spontaneous polarization is also reversed. Therefore, information can be read by detecting this spontaneous polarization. A ferroelectric memory operates at a lower voltage than a flash memory, and can be written at high speed with low power consumption. Then, use of a logic embedded chip (SoC: System on Chip) having a ferroelectric memory for an IC card or the like is being studied.

なお、強誘電体膜としては、PZT系材料の膜及びBi層状構造化合物の膜等が用いられる。PZT系の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)そのもの、並びにPZT膜にLa、Ca、Sr及び/又はSiがドープされたもの等が挙げられる。Bi層状構造化合物としては、SrBi2Ta29(SBT、Y1)、及びSrBi2(Ta、Nb)29(SBTN、YZ)等が挙げられる。強誘電体膜は、下部電極膜上に、ゾルゲル法又はスパッタ法等によってアモルファス状態又は微細な等軸晶(微結晶)の状態で形成された後、熱処理によって柱状晶化されている。また、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により下部電極上に、柱状晶化した状態で形成されることもある。 As the ferroelectric film, a PZT-based material film, a Bi layered structure compound film, or the like is used. Examples of the PZT-based material include lead zirconate titanate (PZT) itself and those obtained by doping a PZT film with La, Ca, Sr and / or Si. Examples of the Bi layer structure compound include SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT, Y1), SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 (SBTN, YZ), and the like. The ferroelectric film is formed in an amorphous state or a fine equiaxed crystal (microcrystal) state on the lower electrode film by a sol-gel method or a sputtering method, and is then columnarized by heat treatment. Further, it may be formed in a columnar crystallized state on the lower electrode by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

また、電極の材料としては、酸化しにくい金属又は導電性酸化物が用いられる。例えば、白金、イリジウム、酸化イリジウム等が挙げられる。つまり、主に、白金族系金属又はその酸化物が用いられている。また、配線の材料としては、アルミニウムが主に用いられている。   In addition, as a material for the electrode, a metal that is difficult to oxidize or a conductive oxide is used. For example, platinum, iridium, iridium oxide, etc. are mentioned. That is, platinum group metals or oxides thereof are mainly used. In addition, aluminum is mainly used as a wiring material.

強誘電体キャパシタの構造は、プレーナ型構造及びスタック型構造に大別される。これらのうちスタック型構造が微細化に適している。スタック型構造では、下部電極が複数の導電膜から構成されている。このような導電膜としては、TiN膜、TiAlN膜、Ir膜、IrO2膜、Pt膜及びSrRuO3膜が挙げられる。なお、一部の導電膜は、下部電極の下に位置するコンタクトプラグの酸化を防止するバリアメタル膜としても機能する。 The structure of the ferroelectric capacitor is roughly divided into a planar type structure and a stack type structure. Of these, the stack type structure is suitable for miniaturization. In the stack structure, the lower electrode is composed of a plurality of conductive films. Examples of such a conductive film include a TiN film, a TiAlN film, an Ir film, an IrO 2 film, a Pt film, and a SrRuO 3 film. A part of the conductive film also functions as a barrier metal film that prevents oxidation of the contact plug located under the lower electrode.

強誘電体キャパシタの特性(特にスイッチング電荷量)及び歩留まりは、強誘電体膜を構成する柱状晶の配向に依存することが多い。そして、柱状晶の配向は、下部電極の表面の配向の影響を受けやすい。従って、特性及び歩留まりの向上のためには、下部電極を構成する結晶の配向を適切に制御する必要がある。   The characteristics (especially switching charge amount) and yield of a ferroelectric capacitor often depend on the orientation of columnar crystals constituting the ferroelectric film. The orientation of the columnar crystals is easily affected by the orientation of the surface of the lower electrode. Therefore, in order to improve the characteristics and the yield, it is necessary to appropriately control the orientation of the crystals constituting the lower electrode.

上述のように、強誘電体膜の形成方法として、主にMOCVD法、ゾルゲル法及びスパッタ法が挙げられるが、コストの点からは、ゾルゲル法又はスパッタ法を用いて強誘電体膜を形成することが好ましい。また、MOCVD法により強誘電体膜を形成した場合には、その表面に凹凸が生じやすく、十分なスイッチング電荷量が得られないこともある。   As described above, the ferroelectric film formation method mainly includes the MOCVD method, the sol-gel method, and the sputtering method. From the viewpoint of cost, the ferroelectric film is formed by using the sol-gel method or the sputtering method. It is preferable. In addition, when a ferroelectric film is formed by MOCVD, irregularities are likely to occur on the surface, and a sufficient amount of switching charge may not be obtained.

そして、ゾルゲル法又はスパッタ法に好適な下部電極の構造に関して種々の提案がなされている。しかしながら、これまでのところ、いずれの構造においても、強誘電体膜の配向を十分に揃えることができるとは言い難い。例えば、最表面にIr膜が位置した従来の下部電極上にゾルゲル法又はスパッタ法により強誘電体膜を形成した場合には、強誘電体膜の配向のばらつきが大きくなる。また、下部電極の最表面にPt膜を位置させた従来の下部電極では、Pt膜の配向のばらつきが大きく、その上に形成した強誘電体膜の配向のばらつきも大きくなる。   Various proposals have been made regarding the structure of the lower electrode suitable for the sol-gel method or the sputtering method. However, so far, it is difficult to say that the ferroelectric film can be sufficiently aligned in any structure. For example, when a ferroelectric film is formed by a sol-gel method or a sputtering method on a conventional lower electrode having an Ir film on the outermost surface, variations in the orientation of the ferroelectric film become large. Further, in the conventional lower electrode in which the Pt film is positioned on the outermost surface of the lower electrode, the variation in the orientation of the Pt film is large, and the variation in the orientation of the ferroelectric film formed thereon is also large.

特開平9−22829号公報JP-A-9-22829 特開2003−92391号公報JP 2003-92391 A 米国特許第6613808号公報US Pat. No. 6,613,808 米国特許第6933156号公報US Pat. No. 6,933,156 特開2004−153006号公報JP 2004-153006 A 特開2003−318371号公報JP 2003-318371 A 特開2003−209179号公報JP 2003-209179 A 特開2000−357777号公報JP 2000-357777 A 米国20002/0074581号公開公報US 20002/0074581 Publication 特開2001−91539号公報JP 2001-91539 A 特開2001−111007号公報JP 2001-111007 A 特開2005−159165号公報JP 2005-159165 A 特開2004−95638号公報JP 2004-95638 A 特開2000−164818号公報JP 2000-164818 A 特開2003−298136号公報JP 2003-298136 A 特開平11−145418号公報JP-A-11-145418 特許第3654352号公報Japanese Patent No. 3654352 特許第3412051号公報Japanese Patent No. 3412051 特許第3738229号公報Japanese Patent No. 3738229 特許第3641142号公報Japanese Patent No. 3641142

本発明の目的は、ゾルゲル法又はスパッタ法により強誘電体膜等の容量絶縁膜を形成する場合であっても、その配向をより一層揃えることができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can further align the orientation even when a capacitive insulating film such as a ferroelectric film is formed by a sol-gel method or a sputtering method. is there.

本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the following aspects of the invention.

半導体装置の製造方法の一態様では、基板の上方に下部電極膜を形成し、その後、前記下部電極膜上に容量絶縁膜を形成する。次に、前記容量絶縁膜上に上部電極膜を形成する。前記下部電極膜を形成する際には、アモルファス状又は微結晶状の金属酸化膜を形成し、その後、前記金属酸化膜上に第1の温度で第1の貴金属膜を形成する。そして、前記第1の貴金属膜上に、前記第1の温度よりも高い第2の温度で第2の貴金属膜を形成する。   In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device, a lower electrode film is formed above a substrate, and then a capacitive insulating film is formed on the lower electrode film. Next, an upper electrode film is formed on the capacitor insulating film. When forming the lower electrode film, an amorphous or microcrystalline metal oxide film is formed, and then a first noble metal film is formed on the metal oxide film at a first temperature. Then, a second noble metal film is formed on the first noble metal film at a second temperature higher than the first temperature.

半導体装置の一態様には、基板の上方に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、が設けられている。そして、前記下部電極には、金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に形成された第1の貴金属膜と、前記第1の貴金属膜上に形成され、前記第1の貴金属膜よりも結晶粒が大きい第2の貴金属膜と、が設けられている。   One embodiment of a semiconductor device includes a lower electrode formed above a substrate, a capacitive insulating film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the capacitive insulating film. . The lower electrode includes a metal oxide film, a first noble metal film formed on the metal oxide film, and a crystal grain formed on the first noble metal film than the first noble metal film. And a second noble metal film having a large thickness.

本発明によれば、下部電極において、金属酸化膜上に適切な2つの貴金属膜を形成しているため、下部電極の表面の配向を所望の方位に揃ったものとすることができる。このため、その上に形成する容量絶縁膜の配向も適切なものとすることができる。   According to the present invention, since two appropriate noble metal films are formed on the metal oxide film in the lower electrode, the orientation of the surface of the lower electrode can be aligned in a desired direction. For this reason, the orientation of the capacitive insulating film formed thereon can also be made appropriate.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、強誘電体メモリの各メモリセルの断面構造については、その製造方法と共に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. However, here, for convenience, the cross-sectional structure of each memory cell of the ferroelectric memory will be described together with its manufacturing method.

(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1A乃至図1Sは、本発明の第1の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1A to 1S are cross-sectional views showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

第1の実施形態では、先ず、図1Aに示すように、n型又はp型の半導体基板31の表面に、トランジスタの活性領域を画定するSTI(Shallow Trench Isolation)用の溝を形成し、その中に酸化シリコン等の絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離絶縁膜32を形成する。なお、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により素子分離絶縁膜を形成してもよい。   In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, an STI (Shallow Trench Isolation) groove for defining an active region of a transistor is formed on the surface of an n-type or p-type semiconductor substrate 31. An element isolation insulating film 32 is formed by embedding an insulating film such as silicon oxide therein. Note that an element isolation insulating film may be formed by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method.

次いで、活性領域にp型不純物を導入することにより、pウェル33を形成する。次に、活性領域の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜34を形成する。続いて、半導体基板31の上側全面に、非晶質又は多結晶のシリコン膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることにより、ゲート電極35を形成する。このとき、pウェル33上に、2つのゲート電極35を互いに平行に配置する。これらのゲート電極35は、メモリのワード線の一部として機能する。   Next, ap well 33 is formed by introducing a p-type impurity into the active region. Next, the gate insulating film 34 is formed by thermally oxidizing the surface of the active region. Subsequently, an amorphous or polycrystalline silicon film is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 31, and this is patterned by a photolithography technique to form the gate electrode 35. At this time, the two gate electrodes 35 are arranged in parallel with each other on the p-well 33. These gate electrodes 35 function as part of the word line of the memory.

次いで、ゲート電極35をマスクとして用いて、n型不純物の導入(イオン注入)を行うことにより、エクステンション層36をゲート電極35の両脇に形成する。その後、半導体基板31の上側全面に絶縁膜を形成し、これをエッチバックすることにより、ゲート電極35の横に絶縁性のサイドウォール38を形成する。絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜をCVD法により形成する。   Next, the extension layer 36 is formed on both sides of the gate electrode 35 by introducing n-type impurities (ion implantation) using the gate electrode 35 as a mask. Thereafter, an insulating film is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 31 and etched back to form an insulating sidewall 38 beside the gate electrode 35. As the insulating film, for example, a silicon oxide film is formed by a CVD method.

続いて、サイドウォール38及びゲート電極35をマスクとして用いて、n型不純物の導入(イオン注入)を行うことにより、不純物拡散層37をゲート電極35の両脇に形成する。2組のエクステンション層36及び不純物拡散層37から、MOSトランジスタのソース及びドレインが構成される。   Subsequently, impurity diffusion layers 37 are formed on both sides of the gate electrode 35 by introducing n-type impurities (ion implantation) using the sidewall 38 and the gate electrode 35 as a mask. The two sets of extension layer 36 and impurity diffusion layer 37 constitute the source and drain of the MOS transistor.

次に、半導体基板31の上側全面に、スパッタ法によりコバルト層等の高融点金属層を形成し、この高融点金属層を加熱してシリコンと反応させる。この結果、ゲート電極35上に高融点金属のシリサイド層39が形成され、不純物拡散層37上に高融点金属のシリサイド層40が形成される。そして、素子分離絶縁膜32上等にある未反応の高融点金属層をウェットエッチングにより除去する。   Next, a refractory metal layer such as a cobalt layer is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 31 by sputtering, and this refractory metal layer is heated to react with silicon. As a result, a refractory metal silicide layer 39 is formed on the gate electrode 35, and a refractory metal silicide layer 40 is formed on the impurity diffusion layer 37. Then, the unreacted refractory metal layer on the element isolation insulating film 32 and the like is removed by wet etching.

次に、例えば、プラズマCVD法により厚さが約200nmのシリコン酸窒化膜41を半導体基板31の上側全面に形成する。次いで、シリコン酸窒化膜41上に、例えば、原料ガスとしてTEOSガスを用いたプラズマCVD法により、厚さが約1000nmのシリコン酸化膜42を形成する。その後、シリコン酸化膜42の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨して平坦化する。この平坦化では、シリコン酸化膜42の厚さを、半導体基板31の上面上から約700nmとする。   Next, for example, a silicon oxynitride film 41 having a thickness of about 200 nm is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 31 by plasma CVD. Next, a silicon oxide film 42 having a thickness of about 1000 nm is formed on the silicon oxynitride film 41 by, for example, a plasma CVD method using TEOS gas as a source gas. Thereafter, the upper surface of the silicon oxide film 42 is polished and planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. In this planarization, the thickness of the silicon oxide film 42 is set to about 700 nm from the upper surface of the semiconductor substrate 31.

次に、フォトリソグラフィ技術によりシリコン酸化膜42及びシリコン酸窒化膜41をパターニングすることにより、シリサイド層40を露出するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの直径は、例えば0.25μmとする。次いで、コンタクトホールの底部及び側部に、厚さが約30nmのTi膜及び厚さが約20nmのTiN膜を順次形成することにより、グルー膜(密着膜)43を形成する。その後、コンタクトホール内及びシリコン酸化膜42上にタングステン膜(W膜)44を形成する。W膜44の厚さは、シリコン酸化膜42の上面から約300nmとする。続いて、CMPを行うことにより、コンタクトホール内のみにグルー膜43及びW膜44を残す。これらからコンタクトプラグが構成される。このCMPでは、オーバー研磨を行うことにより、シリコン酸化膜42上のグルー膜43及びW膜44を完全に除去する。   Next, a contact hole exposing the silicide layer 40 is formed by patterning the silicon oxide film 42 and the silicon oxynitride film 41 by photolithography. The diameter of the contact hole is, for example, 0.25 μm. Next, a glue film (adhesion film) 43 is formed by sequentially forming a Ti film having a thickness of about 30 nm and a TiN film having a thickness of about 20 nm on the bottom and sides of the contact hole. Thereafter, a tungsten film (W film) 44 is formed in the contact hole and on the silicon oxide film 42. The thickness of the W film 44 is about 300 nm from the upper surface of the silicon oxide film 42. Subsequently, by performing CMP, the glue film 43 and the W film 44 are left only in the contact holes. From these, a contact plug is formed. In this CMP, by performing over polishing, the glue film 43 and the W film 44 on the silicon oxide film 42 are completely removed.

次に、例えば、プラズマCVD法により厚さが約130nmのシリコン酸窒化膜45を酸化防止膜としてシリコン酸化膜42及びコンタクトプラグ上に形成する。更に、シリコン酸窒化膜45上に、例えば、原料ガスとしてTEOSガスを用いたたプラズマCVD法により、厚さが約300nmのシリコン酸化膜46を形成する。なお、酸化防止膜として、シリコン酸窒化膜45の代わりに、シリコン窒化膜又はアルミニウム酸化膜を形成してもよい。   Next, for example, a silicon oxynitride film 45 having a thickness of about 130 nm is formed as an antioxidant film on the silicon oxide film 42 and the contact plug by plasma CVD. Further, a silicon oxide film 46 having a thickness of about 300 nm is formed on the silicon oxynitride film 45 by, for example, a plasma CVD method using TEOS gas as a source gas. A silicon nitride film or an aluminum oxide film may be formed as the antioxidant film instead of the silicon oxynitride film 45.

次いで、図1Bに示すように、フォトリソグラフィ技術によりシリコン酸化膜46及びシリコン酸窒化膜45をパターニングすることにより、シリサイド層40を露出するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの直径は、例えば0.25μmとする。次いで、コンタクトホールの底部及び側部に、厚さが約30nmのTi膜及び厚さが約20nmのTiN膜を順次形成することにより、グルー膜(密着膜)47を形成する。その後、コンタクトホール内及びシリコン酸化膜46上にタングステン膜(W膜)48を形成する。W膜48の厚さは、シリコン酸化膜46の上面から約300nmとする。続いて、CMPを行うことにより、コンタクトホール内のみにグルー膜47及びW膜48を残す。これらからコンタクトプラグが構成される。なお、このCMPでは、オーバー研磨を行うことにより、シリコン酸化膜46上のグルー膜47及びW膜48を完全に除去する。また、スラリとしては、例えば、Cabot Microelectronics Corporation社製のSSW2000を使用する。   Next, as shown in FIG. 1B, a contact hole exposing the silicide layer 40 is formed by patterning the silicon oxide film 46 and the silicon oxynitride film 45 by photolithography. The diameter of the contact hole is, for example, 0.25 μm. Next, a glue film 47 is formed by sequentially forming a Ti film having a thickness of about 30 nm and a TiN film having a thickness of about 20 nm on the bottom and side portions of the contact hole. Thereafter, a tungsten film (W film) 48 is formed in the contact hole and on the silicon oxide film 46. The thickness of the W film 48 is about 300 nm from the upper surface of the silicon oxide film 46. Subsequently, by performing CMP, the glue film 47 and the W film 48 are left only in the contact holes. From these, a contact plug is formed. In this CMP, the glue film 47 and the W film 48 on the silicon oxide film 46 are completely removed by overpolishing. As the slurry, for example, SSW2000 manufactured by Cabot Microelectronics Corporation is used.

次に、シリコン酸化膜46の表面に対してNH3プラズマ処理を行うことにより、シリコン酸化膜46の表面の酸素原子にNH基を結合させる。このプラズマ処理では、例えば、半導体基板31から約9mm(350mils)離間した位置に対向電極が設けられた平行平板型のプラズマ処理装置を使用する。そして、半導体基板31の設定温度を400℃とし、チャンバ内圧力を266Pa(2Torr)とした状態で、チャンバ内にアンモニアガスを350sccmの流量で供給する。また、半導体基板31側に13.56MHzの高周波を100Wのパワで供給すると共に、対向電極に350kHzの高周波を55Wのパワで供給し、これらを60秒間継続する。 Next, NH 3 plasma treatment is performed on the surface of the silicon oxide film 46 to bond NH groups to oxygen atoms on the surface of the silicon oxide film 46. In this plasma processing, for example, a parallel plate type plasma processing apparatus in which a counter electrode is provided at a position separated from the semiconductor substrate 31 by about 9 mm (350 mils) is used. Then, ammonia gas is supplied into the chamber at a flow rate of 350 sccm while the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 400 ° C. and the pressure in the chamber is 266 Pa (2 Torr). Further, a high frequency of 13.56 MHz is supplied to the semiconductor substrate 31 side with 100 W power, and a high frequency of 350 kHz is supplied to the counter electrode with 55 W power, and these are continued for 60 seconds.

次いで、シリコン酸化膜46及びコンタクトプラグ上に厚さが約20nmのTi膜を形成する。このTi膜の形成では、例えば、半導体基板31から約60mm離間した位置にターゲットが設けられたスパッタリング装置を使用する。そして、半導体基板31の設定温度を20℃とし、チャンバ内圧力を0.15Paとし、チャンバ内の雰囲気をAr雰囲気とした状態で、2.6kWのスパッタDCパワを5秒間供給する。本実施形態では、Ti膜の形成前に、シリコン酸化膜46の表面にNH3プラズマ処理を行っているので、その上に堆積したTi原子は酸素原子に捕獲されることなく、シリコン酸化膜46の表面を自在に移動することができる。この結果、Ti膜は自己組織化され、その表面が(002)面に強く配向したものとなる。その後、窒素雰囲気中で650℃、60秒間のRTA(Rapid Thermal Annealing)を行うことにより、図1Cに示すように、Ti膜を、その表面が(111)面に強く配向したTiN膜51とする。なお、結晶性向上導電性密着膜として、TiN膜51の代わりに、TaN膜等を形成してもよい。 Next, a Ti film having a thickness of about 20 nm is formed on the silicon oxide film 46 and the contact plug. In the formation of the Ti film, for example, a sputtering apparatus in which a target is provided at a position separated from the semiconductor substrate 31 by about 60 mm is used. Then, 2.6 kW of sputtered DC power is supplied for 5 seconds in a state where the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 20 ° C., the pressure in the chamber is 0.15 Pa, and the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere. In the present embodiment, since the NH 3 plasma treatment is performed on the surface of the silicon oxide film 46 before the Ti film is formed, the Ti atoms deposited thereon are not captured by oxygen atoms, and the silicon oxide film 46 is captured. The surface of the can be moved freely. As a result, the Ti film is self-organized and its surface is strongly oriented in the (002) plane. Thereafter, by performing RTA (Rapid Thermal Annealing) at 650 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, the Ti film is changed to a TiN film 51 whose surface is strongly oriented to the (111) plane as shown in FIG. 1C. . Note that a TaN film or the like may be formed instead of the TiN film 51 as the crystallinity-improving conductive adhesion film.

続いて、TiN膜51上に、例えば反応性スパッタ法により厚さが約100nmのTiAlN膜52を酸素拡散バリア膜として形成する。このとき、例えば、Ti及びAlを合金化したターゲットを使用する。また、半導体基板31の設定温度を400℃とし、チャンバ内圧力を253.3Paとし、チャンバ内に、Arを40sccmの流量で供給すると共に、N2を10sccmの流量で供給する。また、スパッタパワは、例えば1.0kWとする。なお、TiAlN膜52の代わりに、TiAlON膜、TaAlN膜、TaAlON膜、Ir膜又はRu膜等の導電性酸素バリア膜を形成してもよい。 Subsequently, a TiAlN film 52 having a thickness of about 100 nm is formed on the TiN film 51 as an oxygen diffusion barrier film, for example, by reactive sputtering. At this time, for example, a target obtained by alloying Ti and Al is used. The set temperature of the semiconductor substrate 31 is 400 ° C., the pressure in the chamber is 253.3 Pa, Ar is supplied at a flow rate of 40 sccm, and N 2 is supplied at a flow rate of 10 sccm. The sputter power is, for example, 1.0 kW. Instead of the TiAlN film 52, a conductive oxygen barrier film such as a TiAlON film, a TaAlN film, a TaAlON film, an Ir film, or a Ru film may be formed.

次に、TiAlN膜52上に、例えばスパッタ法により厚さが50nm〜100nm(例えば50nm)のIr膜53を形成する。このとき、半導体基板31の設定温度を425℃とし、チャンバ内圧力を0.2Paとし、チャンバ内雰囲気をAr雰囲気とする。また、スパッタパワは、例えば0.3kWとする。なお、Ir膜53はTiN膜51の配向を引き継ぐため、(111)面に配向する。また、Ir膜53の代わりに、白金族に属する金属(Ru、Rh又はPd等)の膜を形成してもよい。なお、Ir膜53自体に生じるストレスを抑制するためには、半導体基板31の設定温度を400℃〜450℃とすることが好ましい。   Next, an Ir film 53 having a thickness of 50 nm to 100 nm (eg, 50 nm) is formed on the TiAlN film 52 by, eg, sputtering. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 425 ° C., the pressure in the chamber is 0.2 Pa, and the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere. The sputter power is, for example, 0.3 kW. The Ir film 53 is oriented in the (111) plane in order to take over the orientation of the TiN film 51. Further, instead of the Ir film 53, a film of a metal belonging to the platinum group (Ru, Rh, Pd or the like) may be formed. In order to suppress stress generated in the Ir film 53 itself, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is preferably set to 400 ° C. to 450 ° C.

その後、図1Dに示すように、Ir膜53上に、例えばスパッタ法により厚さが5〜50nm(例えば30nm)のIr酸化膜54(金属酸化膜)を形成する。Ir酸化膜54としては、アモルファス膜を形成するか、又は微細な等軸晶(微結晶)からなる膜を形成する。このようなIr酸化膜54の形成に当たっては、例えば、半導体基板31の設定温度を100℃以下(例えば50℃〜60℃)とし、チャンバ内に、Arを100sccmの流量で供給し、O2を100sccmの流量で供給する。なお、Ir酸化膜54の酸化度は高いことが好ましい。これは、その後の処理においてIr酸化膜54の更なる酸化が進むと、その上下で剥がれが生じる可能性があるからである。なお、Ir酸化膜54の代わりに、Pt酸化膜、Ru酸化膜、Pd酸化膜、Os酸化膜、Re酸化膜、Rh酸化膜、SrRuO3、La2-xSrxCuO4又はYBa2Cu37等の導電性金属酸化膜を形成してもよい。 Thereafter, as shown in FIG. 1D, an Ir oxide film 54 (metal oxide film) having a thickness of 5 to 50 nm (for example, 30 nm) is formed on the Ir film 53 by, eg, sputtering. As the Ir oxide film 54, an amorphous film is formed, or a film made of fine equiaxed crystals (microcrystals) is formed. In forming such an Ir oxide film 54, for example, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is set to 100 ° C. or lower (eg, 50 ° C. to 60 ° C.), Ar is supplied into the chamber at a flow rate of 100 sccm, and O 2 is supplied. Supply at a flow rate of 100 sccm. Note that the degree of oxidation of the Ir oxide film 54 is preferably high. This is because if further oxidation of the Ir oxide film 54 proceeds in the subsequent processing, peeling may occur at the top and bottom. In place of the Ir oxide film 54, a Pt oxide film, Ru oxide film, Pd oxide film, Os oxide film, Re oxide film, Rh oxide film, SrRuO 3 , La 2-x Sr x CuO 4 or YBa 2 Cu 3 A conductive metal oxide film such as O 7 may be formed.

続いて、図1Eに示すように、Ir酸化膜54上に、例えばスパッタ法により厚さが5nm〜20nmのPt膜91(第1の貴金属膜)を形成する。このとき、半導体基板31の設定温度を100℃とし、チャンバ内圧力を0.2Paとし、チャンバ内雰囲気をAr雰囲気とする。また、スパッタパワは、例えば0.3kWとする。このとき、Ir酸化膜54がどの方位にも配向していないため、Pt膜91は自己配向し、表面のミラー指数は(111)となる。従って、Pt膜91を形成する際の半導体基板31の温度は、Ir酸化膜54が結晶化する温度よりも低くしておく(例えば100℃以下)。また、他の金属酸化膜が形成されている場合であっても、その表面の荒れ等を考慮すると、200℃以下とすることが好ましい。その一方で、半導体基板31の温度を20℃未満とすると、成膜が困難となる場合がある。なお、Pt膜91の代わりに、Pd膜を形成してもよく、Pt又はPdを含む貴金属合金膜を形成してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 1E, a Pt film 91 (first noble metal film) having a thickness of 5 nm to 20 nm is formed on the Ir oxide film 54 by, eg, sputtering. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 100 ° C., the pressure in the chamber is 0.2 Pa, and the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere. The sputter power is, for example, 0.3 kW. At this time, since the Ir oxide film 54 is not oriented in any direction, the Pt film 91 is self-oriented and the mirror index of the surface becomes (111). Therefore, the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt film 91 is set lower than the temperature at which the Ir oxide film 54 is crystallized (for example, 100 ° C. or less). Even when another metal oxide film is formed, it is preferable to set the temperature to 200 ° C. or lower in consideration of the roughness of the surface. On the other hand, when the temperature of the semiconductor substrate 31 is less than 20 ° C., film formation may be difficult. Instead of the Pt film 91, a Pd film may be formed, or a noble metal alloy film containing Pt or Pd may be formed.

次いで、Arガス又はN2ガス等の不活性ガスの雰囲気中で650℃〜750℃、60秒間のRTAを行うことにより、Pt膜91の結晶性を向上させる。つまり、Pt膜91中の結晶の配向をより揃える。また、このRTAにより、TiN膜51、TiAlN膜52、Ir膜53、Ir酸化膜54及びPt膜91間の密着性が向上する。 Next, the crystallinity of the Pt film 91 is improved by performing RTA at 650 ° C. to 750 ° C. for 60 seconds in an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or N 2 gas. That is, the crystal orientation in the Pt film 91 is made more uniform. Further, the adhesion between the TiN film 51, the TiAlN film 52, the Ir film 53, the Ir oxide film 54, and the Pt film 91 is improved by this RTA.

その後、図1Eに示すように、Pt膜91上に、例えばスパッタ法により厚さが20nm以上のPt膜92(第2の貴金属膜)を形成する。このとき、半導体基板31の設定温度を200℃〜500℃(例えば350℃)とし、チャンバ内に、Arを199sccmの流量で供給する。また、スパッタパワは、例えば0.3kWとする。このとき、Pt膜92はPt膜91の配向を引き継ぐため、Pt膜92の表面のミラー指数も(111)となる。Pt膜91及びPt膜92の結晶構造は、例えば断面TEMを用いて確認することができる。なお、Pt膜92を形成する際の半導体基板31の温度は、Pt膜91を形成する際の温度よりも高くする。これは温度が高いほど、結晶粒が大きくなり、より一層配向が良好になるからである。従って、Pt膜92を構成する結晶粒はPt膜を構成する結晶粒よりも大きくなる。その一方で、Pt膜92を形成する際の半導体基板31の温度を500℃よりも高くすると、Pt膜92中の引張方向のストレスが強くなりすぎることがある。従って、Pt膜92を形成する際の半導体基板31の温度は200℃以上とすることが好ましく、500℃以下とすることがより好ましい。また、良好な配向を確保するために、Pt膜92における平均結晶粒径は20nm以上とすることが好ましく、Pt膜92の厚さは20nm以上とすることが好ましい。また、Pt膜92における平均結晶粒径はPt膜91における平均結晶粒径の2倍以上であることが好ましい。その一方で、Pt膜92の厚さが50nmを超えると、その後の加工に多大な時間がかかる可能性がある。従って、Pt膜92の厚さは、例えば20nm〜50nmとする。なお、Pt膜92の代わりに、Pd膜を形成してもよく、Pt又はPdを含む貴金属合金膜を形成してもよい。但し、第1の貴金属膜及び第2の貴金属膜は互いに同一の元素から構成されていることが好ましい。結晶格子の不整合が生じにくいからである。   Thereafter, as shown in FIG. 1E, a Pt film 92 (second noble metal film) having a thickness of 20 nm or more is formed on the Pt film 91 by sputtering, for example. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is set to 200 ° C. to 500 ° C. (for example, 350 ° C.), and Ar is supplied into the chamber at a flow rate of 199 sccm. The sputter power is, for example, 0.3 kW. At this time, since the Pt film 92 takes over the orientation of the Pt film 91, the mirror index of the surface of the Pt film 92 is also (111). The crystal structures of the Pt film 91 and the Pt film 92 can be confirmed using, for example, a cross-sectional TEM. Note that the temperature of the semiconductor substrate 31 when the Pt film 92 is formed is higher than the temperature when the Pt film 91 is formed. This is because the higher the temperature, the larger the crystal grains and the better the orientation. Accordingly, the crystal grains constituting the Pt film 92 are larger than the crystal grains constituting the Pt film. On the other hand, if the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt film 92 is higher than 500 ° C., the tensile stress in the Pt film 92 may become too strong. Accordingly, the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt film 92 is preferably 200 ° C. or higher, and more preferably 500 ° C. or lower. In order to ensure good orientation, the average crystal grain size in the Pt film 92 is preferably 20 nm or more, and the thickness of the Pt film 92 is preferably 20 nm or more. The average crystal grain size in the Pt film 92 is preferably at least twice the average crystal grain size in the Pt film 91. On the other hand, if the thickness of the Pt film 92 exceeds 50 nm, the subsequent processing may take a long time. Therefore, the thickness of the Pt film 92 is, for example, 20 nm to 50 nm. Instead of the Pt film 92, a Pd film may be formed, or a noble metal alloy film containing Pt or Pd may be formed. However, the first noble metal film and the second noble metal film are preferably composed of the same element. This is because crystal lattice mismatch is unlikely to occur.

続いて、Arガス等の不活性ガスの雰囲気中で650℃以上、60秒間のRTAを行うことにより、Pt膜92の結晶性を向上させる。つまり、Pt膜92中の結晶の配向をより揃える。また、このRTAにより、TiN膜51、TiAlN膜52、Ir膜53、Ir酸化膜54、Pt膜91及びPt膜92間の密着性がより向上する。TiN膜51、TiAlN膜52、Ir膜53、Ir酸化膜54、Pt膜91及びPt膜92から下部電極膜が構成される。   Subsequently, the crystallinity of the Pt film 92 is improved by performing RTA at 650 ° C. or more for 60 seconds in an atmosphere of an inert gas such as Ar gas. That is, the orientation of crystals in the Pt film 92 is made more uniform. Further, the RTA further improves the adhesion between the TiN film 51, the TiAlN film 52, the Ir film 53, the Ir oxide film 54, the Pt film 91, and the Pt film 92. The TiN film 51, TiAlN film 52, Ir film 53, Ir oxide film 54, Pt film 91 and Pt film 92 constitute a lower electrode film.

次いで、図1Fに示すように、Pt膜92上に、例えばスパッタ法により、厚さが50nm〜140nm(100nm)の容量絶縁膜55を形成する。容量絶縁膜55としては、例えば強誘電体膜を形成する。強誘電体膜の材料は特に限定されず、例えば、ABO3型ペロブスカイト構造(A=Bi、Pb、Ba、Sr、Ca、Na、K、及び希土類元素から選ばれた少なくとも1種、B=Ti、Zr、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Co、Crから選ばれた少なくとも1種)の強誘電体材料が用いられる。より具体的には、例えば、La、Ca、Sr、及び/又はSiがドープされたPZT、PLZT、BLT、SBT、並びにBi層状構造(例えば、(Bi1-xx)Ti312(Rは希土類元素:0<x<1)、SrBi2Ta29、SrBi4Ti415)の材料が用いられる。これらの材料の結晶構造は、1単位としてみればABO3型ペロブスカイト構造に該当する。なお、1単位のペロブスカイト構造には複数のA原子が存在しているが、それらは各単位で全て同一である必要はない。これは、B原子についても同様である。La、Ca、Sr又はNb等が添加されている場合、添加されていない場合と比較して、キャパシタの耐疲労特性が向上したり、インプリント特性が向上したり、リーク電流が低減されたり、低電圧動作が可能となったりする。但し、添加元素の量が多すぎるとスイッチング電荷量が低下することがある。このため、各元素の添加量は0.1mol%〜5mol%とすることが好ましい。例えば、Caが5mol%、Laが2mol%、Srが2mol%添加されたPZTが使用される。なお、強誘電体材料に代えて、酸化Zr、Pb系材料等の高誘電体材料を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 1F, a capacitive insulating film 55 having a thickness of 50 nm to 140 nm (100 nm) is formed on the Pt film 92 by, for example, sputtering. As the capacitor insulating film 55, for example, a ferroelectric film is formed. The material of the ferroelectric film is not particularly limited. For example, an ABO 3 type perovskite structure (A = Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K, and at least one selected from rare earth elements, B = Ti , Zr, Nb, Ta, W, Mn, Fe, Co, and Cr) ferroelectric material. More specifically, for example, PZT doped with La, Ca, Sr, and / or Si, PLZT, BLT, SBT, and Bi layered structure (for example, (Bi 1-x R x ) Ti 3 O 12 ( R is a rare earth element: 0 <x <1), SrBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 4 Ti 4 O 15 ). The crystal structure of these materials corresponds to an ABO 3 type perovskite structure as a unit. In addition, although a plurality of A atoms exist in one unit of perovskite structure, they do not have to be the same in each unit. The same applies to the B atom. When La, Ca, Sr, Nb, or the like is added, compared to the case where it is not added, the fatigue resistance of the capacitor is improved, the imprint characteristics are improved, the leakage current is reduced, Low voltage operation is possible. However, if the amount of the additive element is too large, the amount of switching charge may decrease. For this reason, it is preferable that the addition amount of each element shall be 0.1 mol%-5 mol%. For example, PZT added with 5 mol% of Ca, 2 mol% of La, and 2 mol% of Sr is used. In place of the ferroelectric material, a high dielectric material such as oxide Zr or Pb-based material may be used.

その後、酸素を含む雰囲気(不活性ガスと酸素ガスとの混合雰囲気)中でRTAを行うことにより、容量絶縁膜55の全体を柱状晶にする。容量絶縁膜55を構成する柱状晶は、Pt膜92の配向を引き継ぐため、その表面のミラー指数も(111)となる。このRTAでは、半導体基板31を550℃〜800℃(例えば、580℃)まで上昇させる。また、例えば、Arガスの流量を2000sccmとし、O2ガスの流量を15sccm〜50sccmとし、時間を60秒間〜120秒間(例えば90秒間)とする。なお、RTAの温度は材料により調節することが好ましい。例えば、PZT又は添加元素を含有するPZTを用いている場合は600℃以下とすることが好ましく、BLTを用いている場合は700℃以下とすることが好ましく、SBTを用いている場合は800℃以下とすることが好ましい。 Thereafter, RTA is performed in an atmosphere containing oxygen (mixed atmosphere of an inert gas and an oxygen gas), so that the entire capacitor insulating film 55 is formed into columnar crystals. Since the columnar crystals constituting the capacitive insulating film 55 take over the orientation of the Pt film 92, the mirror index of the surface thereof also becomes (111). In this RTA, the semiconductor substrate 31 is raised to 550 ° C. to 800 ° C. (for example, 580 ° C.). Further, for example, the flow rate of Ar gas is 2000 sccm, the flow rate of O 2 gas is 15 sccm to 50 sccm, and the time is 60 seconds to 120 seconds (for example, 90 seconds). The temperature of RTA is preferably adjusted depending on the material. For example, when PZT or PZT containing an additive element is used, the temperature is preferably 600 ° C. or lower. When BLT is used, the temperature is preferably 700 ° C. or lower. When SBT is used, 800 ° C. The following is preferable.

続いて、図1Gに示すように、容量絶縁膜55上に、例えばスパッタ法により厚さが50nmの成膜の時点で結晶化しているIr酸化膜56を形成する。このとき、半導体基板31の設定温度を300℃とし、チャンバ内に、Arガスを140sccmの流量で供給すると共に、O2ガスを60sccmの流量で供給する。また、スパッタパワは、例えば1kW〜2kW程度とする。なお、Ir酸化膜56の代わりに、Ru、Rh、Re、Os又はPdの酸化膜を形成してもよい。また、SrRuO3膜等の導電性酸化物膜を形成してもよい。また、これらを積層したものを用いてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 1G, an Ir oxide film 56 that is crystallized at the time of film formation having a thickness of 50 nm is formed on the capacitor insulating film 55 by, eg, sputtering. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is set to 300 ° C., Ar gas is supplied into the chamber at a flow rate of 140 sccm, and O 2 gas is supplied at a flow rate of 60 sccm. Further, the sputter power is, for example, about 1 kW to 2 kW. Instead of the Ir oxide film 56, an oxide film of Ru, Rh, Re, Os, or Pd may be formed. Further, a conductive oxide film such as a SrRuO 3 film may be formed. Moreover, you may use what laminated | stacked these.

次いで、チャンバ内に、O2を20sccmの流量で供給すると共に、Arを2000scmの流量で供給しながら、725℃、60秒間のRTAを行うことにより、容量絶縁膜55の全体を柱状晶にする。また、このRTAにより、Ir酸化膜56のプラズマダメージが回復され、容量絶縁膜55中の酸素欠損が補われる。 Next, R2 is performed at 725 ° C. for 60 seconds while O 2 is supplied into the chamber at a flow rate of 20 sccm and Ar is supplied at a flow rate of 2000 sccm, whereby the entire capacitor insulating film 55 is converted into columnar crystals. . In addition, the plasma damage of the Ir oxide film 56 is recovered by this RTA, and oxygen vacancies in the capacitor insulating film 55 are compensated.

その後、Ir酸化膜56上に、例えばスパッタ法により厚さが100nm〜300nmのIr酸化膜57を形成する。チャンバ内雰囲気をAr雰囲気とし、チャンバ内圧力を0.8Paとし、スパッタパワを1.0kWとした場合、79秒間程度で、Ir酸化膜57の厚さは200nm程度となる。なお、Ir酸化膜57の組成はIr酸化膜56の組成よりもIrO2の化学量論組成に近い組成とすることが好ましい。これは、このような組成とすることにより、水素に対する触媒作用が抑えられ、容量絶縁膜55が水素ラジカルにより還元されるという問題が抑制され、強誘電体キャパシタの水素耐性が向上するからである。また、Ir酸化膜57を形成する際の半導体基板31の温度は100℃以下とすることが好ましい。Ir酸化膜57の異常成長を抑制するためである。また、Ir酸化膜57の代わりに、Ru、Rh、Re、Os又はPdの酸化膜を形成してもよい。また、SrRuO3膜等の導電性酸化物膜を形成してもよい。また、これらを積層したものを用いてもよい。 Thereafter, an Ir oxide film 57 having a thickness of 100 nm to 300 nm is formed on the Ir oxide film 56 by, eg, sputtering. When the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere, the pressure in the chamber is 0.8 Pa, and the sputtering power is 1.0 kW, the Ir oxide film 57 has a thickness of about 200 nm in about 79 seconds. The composition of the Ir oxide film 57 is preferably closer to the stoichiometric composition of IrO 2 than the composition of the Ir oxide film 56. This is because such a composition suppresses the catalytic action against hydrogen, suppresses the problem that the capacitive insulating film 55 is reduced by hydrogen radicals, and improves the hydrogen resistance of the ferroelectric capacitor. . The temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Ir oxide film 57 is preferably 100 ° C. or lower. This is to suppress abnormal growth of the Ir oxide film 57. Further, instead of the Ir oxide film 57, an oxide film of Ru, Rh, Re, Os, or Pd may be formed. Further, a conductive oxide film such as a SrRuO 3 film may be formed. Moreover, you may use what laminated | stacked these.

次に、図1Hに示すように、Ir酸化膜57上に、例えばスパッタ法により厚さが20nm〜100nmのIr膜58を、水素の拡散の抑制及び工程劣化の抑制を目的として形成する。このとき、チャンバ内雰囲気をAr雰囲気とし、チャンバ内圧力を1Paとし、スパッタパワを1.0kWとする。なお、Ir膜58の代わりに、Pt膜、Ru膜、Rh膜又はPd膜等の貴金属膜を形成してもよい。また、酸化度が低いIr酸化膜又はRu酸化膜を形成してもよい。Ir酸化膜56、Ir酸化膜57及びIr膜58から上部電極膜が構成される。   Next, as shown in FIG. 1H, an Ir film 58 having a thickness of 20 nm to 100 nm is formed on the Ir oxide film 57 by sputtering, for example, for the purpose of suppressing hydrogen diffusion and process deterioration. At this time, the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere, the pressure in the chamber is 1 Pa, and the sputtering power is 1.0 kW. In place of the Ir film 58, a noble metal film such as a Pt film, Ru film, Rh film, or Pd film may be formed. Further, an Ir oxide film or Ru oxide film having a low degree of oxidation may be formed. The upper electrode film is composed of the Ir oxide film 56, the Ir oxide film 57 and the Ir film 58.

その後、半導体基板31の背面に付着したPZT膜の材料等を除去するために背面洗浄を行う。続いて、図1Iに示すように、Ir膜58上に窒化チタン膜(TiN膜)61及びシリコン酸化膜62を順次形成する。TiN膜61は、例えばスパッタ法により形成する。シリコン酸化膜62は、例えばTEOSガスを用いたCVD法により形成する。TiN膜61に代えて、TiAlN膜を形成してもよい。   Thereafter, backside cleaning is performed in order to remove the material of the PZT film attached to the backside of the semiconductor substrate 31. Subsequently, as shown in FIG. 1I, a titanium nitride film (TiN film) 61 and a silicon oxide film 62 are sequentially formed on the Ir film 58. The TiN film 61 is formed by sputtering, for example. The silicon oxide film 62 is formed by, for example, a CVD method using TEOS gas. Instead of the TiN film 61, a TiAlN film may be formed.

次いで、図1Jに示すように、シリコン酸化膜62を島状にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 1J, the silicon oxide film 62 is patterned into an island shape.

次に、図1Kに示すように、シリコン酸化膜62をマスクとして用いて、TiN膜61をエッチングする。この結果、島状のTiN膜61及びシリコン酸化膜62からなるハードマスクが形成される。   Next, as shown in FIG. 1K, the TiN film 61 is etched using the silicon oxide film 62 as a mask. As a result, a hard mask composed of the island-like TiN film 61 and the silicon oxide film 62 is formed.

次に、TiN膜61及びシリコン酸化膜62をマスクとして用いて、HBr、O2、Ar、及びC48の混合ガスをエッチングガスとするプラズマエッチングを、Ir膜58、Ir酸化膜57、Ir酸化膜56、容量絶縁膜55、Pt膜92、Pt膜91、Ir酸化膜54及びIr膜53に対して行う。この結果、上部電極63が形成される。 Next, using the TiN film 61 and the silicon oxide film 62 as a mask, plasma etching using a mixed gas of HBr, O 2 , Ar, and C 4 F 8 as an etching gas is performed using an Ir film 58, an Ir oxide film 57, The process is performed on the Ir oxide film 56, the capacitor insulating film 55, the Pt film 92, the Pt film 91, the Ir oxide film 54, and the Ir film 53. As a result, the upper electrode 63 is formed.

続いて、図1Lに示すように、ドライエッチング又はウェットエッチによりシリコン酸化膜62を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 1L, the silicon oxide film 62 is removed by dry etching or wet etching.

次に、図1Mに示すように、Ir膜58等をマスクとして用いて、ドライエッチングを行うことにより、TiAlN膜52及びTiN膜51をパターニングする。本実施形態では、Pt膜92、Pt膜91、Ir酸化膜54、Ir膜53、TiAlN膜52及びTiN膜51から下部電極60が構成される。なお、TiAlN膜52及びTiN膜51をバリアメタル膜とみなすことも可能である。   Next, as shown in FIG. 1M, the TiAlN film 52 and the TiN film 51 are patterned by performing dry etching using the Ir film 58 or the like as a mask. In the present embodiment, the lower electrode 60 is composed of the Pt film 92, the Pt film 91, the Ir oxide film 54, the Ir film 53, the TiAlN film 52, and the TiN film 51. Note that the TiAlN film 52 and the TiN film 51 can be regarded as barrier metal films.

次いで、図1Nに示すように、強誘電体キャパシタを覆う保護膜65をシリコン酸化膜46上に形成する。保護膜65としては、例えばスパッタ法により厚さが約20nmのアルミニウム酸化膜を形成する。保護膜65として、MOCVD法により厚さ2nm〜5nmのアルミニウム酸化膜を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 1N, a protective film 65 covering the ferroelectric capacitor is formed on the silicon oxide film 46. As the protective film 65, an aluminum oxide film having a thickness of about 20 nm is formed by sputtering, for example. As the protective film 65, an aluminum oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm may be formed by MOCVD.

その後、図1Oに示すように、強誘電体膜のダメージを回復させるために、酸素含有雰囲気中で回復アニールを行う。この回復アニールの条件は特に限定されないが、例えば半導体基板31の設定温度を550℃〜700℃とする。特に、本実施形態のような容量絶縁膜55が形成されている場合には、酸素雰囲気中で650℃、60分間の回復アニールを行う。   Thereafter, as shown in FIG. 1O, recovery annealing is performed in an oxygen-containing atmosphere in order to recover the damage of the ferroelectric film. The conditions for this recovery annealing are not particularly limited. For example, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is set to 550 ° C. to 700 ° C. In particular, when the capacitive insulating film 55 as in this embodiment is formed, recovery annealing is performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 60 minutes.

その後、図1Pに示すように、保護膜65上に新たな保護膜66を形成する。保護膜66としては、例えばCVD法により厚さが約20nmのアルミニウム酸化膜を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 1P, a new protective film 66 is formed on the protective film 65. As the protective film 66, an aluminum oxide film having a thickness of about 20 nm is formed by, for example, a CVD method.

次に、図1Qに示すように、保護膜66上に、例えばプラズマTEOSCVD法により厚さが約1500nmのシリコン酸化膜67を層間絶縁膜として形成する。このとき、原料ガスとして、例えば、TEOSガス、酸素ガス及びヘリウムガスからなる混合ガスを用いる。その後、シリコン酸化膜67の表面を、例えばCMP法により平坦化する。なお、層間絶縁膜として、例えば、絶縁性を有する無機膜等を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 1Q, a silicon oxide film 67 having a thickness of about 1500 nm is formed as an interlayer insulating film on the protective film 66 by, for example, plasma TEOSCVD. At this time, for example, a mixed gas composed of TEOS gas, oxygen gas, and helium gas is used as the source gas. Thereafter, the surface of the silicon oxide film 67 is planarized by, eg, CMP. Note that as the interlayer insulating film, for example, an insulating inorganic film or the like may be formed.

続いて、N2Oガス又はN2ガス等を用いて発生させたプラズマ雰囲気中で、熱処理を行う。この結果、シリコン酸化膜67中の水分が除去されると共に、シリコン酸化膜67の膜質が変化し、シリコン酸化膜67中に水分が入りにくくなる。 Subsequently, heat treatment is performed in a plasma atmosphere generated using N 2 O gas or N 2 gas. As a result, moisture in the silicon oxide film 67 is removed, and the film quality of the silicon oxide film 67 changes, so that it is difficult for moisture to enter the silicon oxide film 67.

その後、シリコン酸化膜67上に、例えばスパッタ法又はCVD法により、保護膜(バリア膜)68を形成する。保護膜68としては、例えば厚さが20nm〜100nmのアルミニウム酸化膜を形成する。平坦化されたシリコン酸化膜67上に保護膜68が形成されるため、保護膜68も平坦となる。   Thereafter, a protective film (barrier film) 68 is formed on the silicon oxide film 67 by, for example, sputtering or CVD. As the protective film 68, for example, an aluminum oxide film having a thickness of 20 nm to 100 nm is formed. Since the protective film 68 is formed on the planarized silicon oxide film 67, the protective film 68 also becomes flat.

次に、保護膜68上に、例えばプラズマTEOSCVD法により厚さが300nm〜500nmのシリコン酸化膜69を層間絶縁膜として形成する。その後、シリコン酸化膜69の表面を、例えばCMP法により平坦化する。なお、層間絶縁膜として、シリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜等を形成してもよい。   Next, a silicon oxide film 69 having a thickness of 300 nm to 500 nm is formed as an interlayer insulating film on the protective film 68 by, for example, plasma TEOSCVD. Thereafter, the surface of the silicon oxide film 69 is planarized by, eg, CMP. Note that a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like may be formed as the interlayer insulating film.

次いで、図1Rに示すように、フォトリソグラフィ技術により、シリコン酸化膜69、保護膜68及びシリコン酸化膜67をパターニングすることにより、上部電極63を露出するコンタクトホールを形成する。その後、550℃の酸素雰囲気中で熱処理を行うことにより、コンタクトホールの形成の際に容量絶縁膜55に生じた酸素欠損を回復させる。続いて、このコンタクトホール内に埋込材を形成し、フォトリソグラフィ技術により、シリコン酸化膜69、保護膜68、シリコン酸化膜67、保護膜66、保護膜65、シリコン酸化膜46及びシリコン酸窒化膜45をパターニングすることにより、グルー膜43及びW膜44からなるコンタクトプラグを露出するコンタクトホールを形成する。   Next, as shown in FIG. 1R, the silicon oxide film 69, the protective film 68, and the silicon oxide film 67 are patterned by photolithography to form a contact hole that exposes the upper electrode 63. Thereafter, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at 550 ° C. to recover oxygen vacancies generated in the capacitor insulating film 55 when the contact holes are formed. Subsequently, a filling material is formed in the contact hole, and a silicon oxide film 69, a protective film 68, a silicon oxide film 67, a protective film 66, a protective film 65, a silicon oxide film 46, and silicon oxynitride are formed by photolithography. By patterning the film 45, a contact hole exposing the contact plug made of the glue film 43 and the W film 44 is formed.

次いで、埋込材を除去し、各コンタクトホールの底部及び側部に、Ti膜及びTiN膜を順次形成することにより、グルー膜(密着膜)70を形成する。このとき、例えば、Ti膜をスパッタ法により形成し、その上にTiN膜をMOCVD法により形成する。但し、TiN膜をMOCVD法により形成する場合には、TiN膜から炭素を除去するために、窒素及び水素の混合ガスのプラズマ中での処理が必要とされる。本実施形態では、上部電極63の最表面がIr膜58となっているため、このプラズマ処理が行われても、上部電極63は還元されない。また、グルー膜70として、TiN膜のみを形成してもよい。   Next, the embedding material is removed, and a glue film (adhesion film) 70 is formed by sequentially forming a Ti film and a TiN film on the bottom and sides of each contact hole. At this time, for example, a Ti film is formed by sputtering, and a TiN film is formed thereon by MOCVD. However, when the TiN film is formed by the MOCVD method, a treatment in a plasma of a mixed gas of nitrogen and hydrogen is required to remove carbon from the TiN film. In the present embodiment, since the outermost surface of the upper electrode 63 is the Ir film 58, the upper electrode 63 is not reduced even if this plasma treatment is performed. Further, only the TiN film may be formed as the glue film 70.

その後、コンタクトホール内及びシリコン酸化膜69上にタングステン膜(W膜)71を形成する。W膜71の厚さは、シリコン酸化膜69の上面から約300nmとする。続いて、CMPを行うことにより、コンタクトホール内のみにグルー膜70及びW膜71を残す。これらからコンタクトプラグが構成される。なお、このCMPでは、オーバー研磨を行うことにより、シリコン酸化膜69上のグルー膜70及びW膜71を完全に除去する。   Thereafter, a tungsten film (W film) 71 is formed in the contact hole and on the silicon oxide film 69. The thickness of the W film 71 is about 300 nm from the upper surface of the silicon oxide film 69. Subsequently, by performing CMP, the glue film 70 and the W film 71 are left only in the contact holes. From these, a contact plug is formed. In this CMP, the glue film 70 and the W film 71 on the silicon oxide film 69 are completely removed by overpolishing.

続いて、図1Sに示すように、シリコン酸化膜69及びコンタクトプラグ上に、Ti膜72、TiN膜73、AlCu膜74、TiN膜75及びTi膜76からなる配線を形成する。配線の形成に当たっては、例えばスパッタ法により、厚さが60nmのTi膜、厚さが30nmのTiN膜、厚さが360nmのAlCu膜、厚さが5nmのTi膜、及び厚さが70nmのTiN膜を順次形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、これらをパターニングする。   Subsequently, as shown in FIG. 1S, a wiring composed of a Ti film 72, a TiN film 73, an AlCu film 74, a TiN film 75, and a Ti film 76 is formed on the silicon oxide film 69 and the contact plug. In forming the wiring, for example, by sputtering, a Ti film having a thickness of 60 nm, a TiN film having a thickness of 30 nm, an AlCu film having a thickness of 360 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 70 nm are used. Films are sequentially formed, and these are patterned using a photolithography technique.

その後、更に、層間絶縁膜の形成、コンタクトプラグの形成及び下から第2層目以降の配線の形成等を行う。そして、例えばTEOS酸化膜及びSiN膜からなるカバー膜を形成して強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリを完成させる。   Thereafter, further formation of an interlayer insulating film, formation of contact plugs, formation of wiring from the second layer onward, and the like are performed. Then, for example, a cover film made of a TEOS oxide film and a SiN film is formed to complete a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor.

第1の実施形態によれば、アモルファス状又は微結晶状のIr酸化膜54の上にPt膜91を形成しているため、Pt膜91が自己配向し、その配向が(111)に揃いやすい。このため、その上に形成されるPt膜92の配向も(111)に揃いやすい。また、Pt膜92は比較的高温で形成されているため、結晶粒が大きくなり、Pt膜91よりも良好な配向が得られる。従って、容量絶縁膜55の配向を極めて良好なものとすることができる。   According to the first embodiment, since the Pt film 91 is formed on the amorphous or microcrystalline Ir oxide film 54, the Pt film 91 is self-aligned, and the orientation is easily aligned with (111). . For this reason, the orientation of the Pt film 92 formed thereon is also easily aligned to (111). Further, since the Pt film 92 is formed at a relatively high temperature, the crystal grains become large, and a better orientation than that of the Pt film 91 can be obtained. Therefore, the orientation of the capacitor insulating film 55 can be made extremely good.

なお、TiAlN膜52上にPt膜91を直接形成した場合、容量絶縁膜55を形成した後の熱処理の際にPb等の容量絶縁膜55に含まれる元素の拡散によって剥がれが生じることがある。これに対し、本実施形態では、TiAlN膜52上にIr膜53が存在するため、このような剥がれが生じにくい。   When the Pt film 91 is directly formed on the TiAlN film 52, peeling may occur due to diffusion of elements contained in the capacitor insulating film 55 such as Pb during the heat treatment after the capacitor insulating film 55 is formed. On the other hand, in this embodiment, since the Ir film 53 exists on the TiAlN film 52, such peeling does not easily occur.

また、Ir膜53上にPt膜91を直接形成すると、Pt膜91の配向がIr膜53の配向の影響を受けるため、好ましい結晶性が得られない。また、容量絶縁膜55を形成した後の熱処理の際にPt膜91とIr膜53との間に剥がれが生じることもある。これに対し、本実施形態では、Ir膜53上にIr酸化膜54が存在するため、このような結晶性の低下及び剥がれが生じにくい。   In addition, when the Pt film 91 is directly formed on the Ir film 53, the orientation of the Pt film 91 is affected by the orientation of the Ir film 53, so that preferable crystallinity cannot be obtained. Further, peeling may occur between the Pt film 91 and the Ir film 53 during the heat treatment after the capacitor insulating film 55 is formed. On the other hand, in this embodiment, since the Ir oxide film 54 exists on the Ir film 53, such crystallinity deterioration and peeling are unlikely to occur.

なお、Ir酸化膜54は最終的には結晶化していてもよい。このような場合であっても、リーク電流が抑制され、また、容量絶縁膜55において良好な配向が得られる。上述のような処理が行われた場合、結晶化したIr酸化膜54の表面は(110)及び(200)に配向しやすい。また、成膜の時点で結晶化しているIr酸化膜と比較すると、結晶が微細である。   Note that the Ir oxide film 54 may finally be crystallized. Even in such a case, leakage current is suppressed, and good orientation can be obtained in the capacitor insulating film 55. When the processing as described above is performed, the surface of the crystallized Ir oxide film 54 is easily oriented to (110) and (200). In addition, the crystal is finer than the Ir oxide film crystallized at the time of film formation.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、わずかながらIr酸化膜54又はIr膜53中のIrが容量絶縁膜55まで拡散することがある。そこで、第2の実施形態では、Ir酸化膜54を形成した後に、厚さが約30nmのPt酸化膜(拡散抑制膜)を形成し、このPt酸化膜上にPt膜91を形成する。このようにPt酸化膜をIr酸化膜54と容量絶縁膜55との間に介在させることにより、Irの拡散をより確実に妨げることができる。この結果、Irの拡散に伴うリーク電流を抑制することができる。このPt酸化膜は、例えばスパッタ法により形成する。このとき、半導体基板31の設定温度は350℃とし、チャンバ内に、Arガスを40sccmの流量で供給し、O2ガスを160sccmの流量で供給する。つまり、酸素濃度を80%とする。また、チャンバ内の圧力を0.3Paとし、スパッタパワを1kWとする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, a small amount of Ir in the Ir oxide film 54 or Ir film 53 may diffuse to the capacitive insulating film 55. Therefore, in the second embodiment, after the Ir oxide film 54 is formed, a Pt oxide film (diffusion suppression film) having a thickness of about 30 nm is formed, and the Pt film 91 is formed on the Pt oxide film. By thus interposing the Pt oxide film between the Ir oxide film 54 and the capacitive insulating film 55, the diffusion of Ir can be prevented more reliably. As a result, it is possible to suppress a leakage current accompanying the diffusion of Ir. This Pt oxide film is formed by sputtering, for example. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 350 ° C., Ar gas is supplied into the chamber at a flow rate of 40 sccm, and O 2 gas is supplied at a flow rate of 160 sccm. That is, the oxygen concentration is 80%. The pressure in the chamber is 0.3 Pa and the sputter power is 1 kW.

なお、Ir酸化膜54と接するようにPt酸化膜を形成すると、容量絶縁膜55の結晶化のための熱処理の際にこれらの間で剥がれが生じる可能性がある。そこで、第2の実施形態では、Ir酸化膜54を形成した後に、Ir酸化膜54上に厚さが約10nmのPt膜(第3の貴金属膜)を形成し、このPt膜の上に上記のPt酸化膜を形成する。つまり、第1の実施形態と比較すると、Ir酸化膜54とPt膜91との間に、下から順にPt膜及びPt酸化膜が存在することになる。なお、このPt膜は、例えばスパッタ法により形成する。このとき、半導体基板31の設定温度は350℃とし、チャンバ内にArガスを199sccmの流量で供給し、スパッタパワを0.3kWとする。   Note that when a Pt oxide film is formed so as to be in contact with the Ir oxide film 54, there is a possibility that peeling occurs between these during the heat treatment for crystallization of the capacitor insulating film 55. Therefore, in the second embodiment, after forming the Ir oxide film 54, a Pt film (third noble metal film) having a thickness of about 10 nm is formed on the Ir oxide film 54, and the above-described Pt film is formed on the Pt film. The Pt oxide film is formed. That is, as compared with the first embodiment, a Pt film and a Pt oxide film are present in order from the bottom between the Ir oxide film 54 and the Pt film 91. This Pt film is formed by sputtering, for example. At this time, the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 350 ° C., Ar gas is supplied into the chamber at a flow rate of 199 sccm, and the sputter power is 0.3 kW.

なお、Pt酸化膜を形成する際の半導体基板31の温度が低いほど、その絶縁性が高くなり、150℃未満となると、その後のアニール等によっても高い導電性を得にくくなる。このため、Pt酸化膜を形成する際の半導体基板31の温度は150℃以上とすることが好ましい。その一方で、この温度を400℃より高くすると、酸素が解離してPt膜が形成されてしまう。このため、Pt酸化膜を形成する際の半導体基板31の温度は400℃以下とすることが好ましい。   Note that the lower the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt oxide film, the higher the insulating property. When the temperature is lower than 150 ° C., it becomes difficult to obtain high conductivity even by subsequent annealing or the like. Therefore, the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt oxide film is preferably 150 ° C. or higher. On the other hand, when this temperature is higher than 400 ° C., oxygen is dissociated and a Pt film is formed. Therefore, the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt oxide film is preferably 400 ° C. or lower.

また、Pt酸化膜の厚さが20nm未満の場合、その後の熱処理等の際にPt酸化膜の全体が還元されてPt膜になってしまい、Irの拡散を十分に抑えることができない可能性がある。このため、Pt酸化膜の厚さは20nm以上とすることが好ましい。その一方で、Pt酸化膜の厚さが50nmを超えると、下部電極60全体の電気抵抗が高くなる可能性がある。このため、Pt酸化膜の厚さは50nm以下とすることが好ましい。   Further, when the thickness of the Pt oxide film is less than 20 nm, the entire Pt oxide film is reduced to a Pt film during the subsequent heat treatment or the like, and there is a possibility that the diffusion of Ir cannot be sufficiently suppressed. is there. For this reason, the thickness of the Pt oxide film is preferably 20 nm or more. On the other hand, if the thickness of the Pt oxide film exceeds 50 nm, the electrical resistance of the entire lower electrode 60 may increase. For this reason, the thickness of the Pt oxide film is preferably 50 nm or less.

このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と比較してリーク電流を1桁以上低減することができる。また、熱処理によってPt酸化膜の一部が還元された場合でも、その元素の拡散を抑制する性質はほとんど影響を受けない。   According to the second embodiment as described above, the leakage current can be reduced by one digit or more as compared with the first embodiment. Even when a part of the Pt oxide film is reduced by the heat treatment, the property of suppressing the diffusion of the element is hardly affected.

なお、Pt酸化膜に代えてPt合金の酸化膜を用いてもよく、Pt膜に代えてPt合金膜を用いてもよい。   A Pt alloy oxide film may be used instead of the Pt oxide film, and a Pt alloy film may be used instead of the Pt film.

ここで、第1及び第2の実施形態における強誘電体キャパシタの下部電極の構造の概要を夫々図2A、図2Bに示す。このような第1及び第2の実施形態に対し、図3A及び図3Bに示すように、TiN膜51を省略してもよい。更に、図4A及び図4Bに示すように、TiAlN膜52を省略してもよい。   Here, the outline of the structure of the lower electrode of the ferroelectric capacitor in the first and second embodiments is shown in FIGS. 2A and 2B, respectively. In contrast to the first and second embodiments, the TiN film 51 may be omitted as shown in FIGS. 3A and 3B. Furthermore, as shown in FIGS. 4A and 4B, the TiAlN film 52 may be omitted.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5A乃至図5Cは、本発明の第3の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. 5A to 5C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.

第3の実施形態では、先ず、第1の実施形態と同様に、シリコン酸化膜46の表面に対するNH3プラズマ処理までの処理を行う。但し、グルー膜47及びW膜48からなるコンタクトプラグの形成に当たっては、図5Aに示すように、コンタクトプラグの表面にリセス80が形成されることがある。リセス80の深さは、例えば20nm〜50nm程度である。 In the third embodiment, first, similarly to the first embodiment, the process up to the NH 3 plasma process is performed on the surface of the silicon oxide film 46. However, in forming a contact plug composed of the glue film 47 and the W film 48, a recess 80 may be formed on the surface of the contact plug as shown in FIG. 5A. The depth of the recess 80 is, for example, about 20 nm to 50 nm.

このようなリセス80が存在したままで第1の実施形態と同様の処理を行うと、TiN膜51等の表面に、リセス80を反映した凹部が形成され、容量絶縁膜55の配向が低下することがある。そこで、第3の実施形態では、図5Bに示すように、シリコン酸化膜46及びコンタクトプラグ上に厚さが約100nmのTi膜81を形成する。このTi膜81の形成では、例えば、半導体基板31から約60mm離間した位置にターゲットが設けられたスパッタリング装置を使用する。そして、半導体基板31の設定温度を20℃とし、チャンバ内圧力を0.15Paとし、チャンバ内の雰囲気をAr雰囲気とした状態で、2.6kWのスパッタDCパワを35秒間供給する。本実施形態でも、Ti膜81の形成前に、シリコン酸化膜46の表面にNH3プラズマ処理を行っているので、その上に堆積したTi原子は酸素原子に捕獲されることなく、シリコン酸化膜46の表面を自在に移動することができる。この結果、Ti膜81は自己組織化され、その表面が(002)面に強く配向したものとなる。 When processing similar to that of the first embodiment is performed with such a recess 80 present, a recess reflecting the recess 80 is formed on the surface of the TiN film 51 and the like, and the orientation of the capacitive insulating film 55 is lowered. Sometimes. Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 5B, a Ti film 81 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 46 and the contact plug. In forming the Ti film 81, for example, a sputtering apparatus in which a target is provided at a position separated from the semiconductor substrate 31 by about 60 mm is used. Then, 2.6 kW of sputtered DC power is supplied for 35 seconds in a state where the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 20 ° C., the pressure in the chamber is 0.15 Pa, and the atmosphere in the chamber is an Ar atmosphere. Also in this embodiment, since the NH 3 plasma treatment is performed on the surface of the silicon oxide film 46 before the Ti film 81 is formed, the Ti atoms deposited thereon are not captured by oxygen atoms, and the silicon oxide film The surface of 46 can be moved freely. As a result, the Ti film 81 is self-organized and its surface is strongly oriented in the (002) plane.

その後、例えばCMP法によりTi膜81の表面を平坦化する。平坦化後のTi膜81の厚さは、例えばシリコン酸化膜46の表面から50nm〜100nmとする。この厚さの制御は、例えば時間制御により行う。   Thereafter, the surface of the Ti film 81 is planarized by, eg, CMP. The thickness of the planarized Ti film 81 is, for example, 50 nm to 100 nm from the surface of the silicon oxide film 46. This thickness control is performed by time control, for example.

続いて、Ti膜81の表面をNH3プラズマにさらす。Ti膜81の表面の結晶には、平坦化処理によって歪が生じているが、このプラズマ処理により、歪が緩和される。このため、その上に形成される膜の結晶性の低下を未然に回避することができる。 Subsequently, the surface of the Ti film 81 is exposed to NH 3 plasma. The crystal on the surface of the Ti film 81 is distorted by the planarization process, but the distortion is alleviated by this plasma process. For this reason, it is possible to avoid a decrease in crystallinity of the film formed thereon.

次に、Ti膜81上に、厚さが約20nmのTi膜を形成する。次いで、第1の実施形態と同様に、窒素雰囲気中で650℃、60秒間のRTAを行うことにより、図5Cに示すように、Ti膜を、その表面が(111)面に強く配向したTiN膜51とする。   Next, a Ti film having a thickness of about 20 nm is formed on the Ti film 81. Next, as in the first embodiment, by performing RTA at 650 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, as shown in FIG. 5C, the Ti film has a TiN whose surface is strongly oriented in the (111) plane. The film 51 is used.

その後、第1又は第2の実施形態と同様に、TiAlN膜52の形成以降の処理を行う。   Thereafter, similarly to the first or second embodiment, the processes after the formation of the TiAlN film 52 are performed.

このような第3の実施形態によれば、リセス80が形成された場合であっても、良好な特性の強誘電体キャパシタを得ることができる。   According to the third embodiment, a ferroelectric capacitor having good characteristics can be obtained even when the recess 80 is formed.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図6A及び図6Bは、本発明の第4の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. 6A and 6B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

第4の実施形態では、先ず、第3の実施形態と同様に、Ti膜81の形成までの処理を行う。その後、図6Aに示すように、例えばCMP法により、シリコン酸化膜46の表面が露出するまでTi膜81の表面を平坦化する。つまり、第3の実施形態とは異なり、シリコン酸化膜46上のTi膜81を完全に除去する。   In the fourth embodiment, first, similarly to the third embodiment, processing up to the formation of the Ti film 81 is performed. Thereafter, as shown in FIG. 6A, the surface of the Ti film 81 is flattened by, for example, a CMP method until the surface of the silicon oxide film 46 is exposed. That is, unlike the third embodiment, the Ti film 81 on the silicon oxide film 46 is completely removed.

続いて、第3の実施形態と同様に、Ti膜81の表面をNH3プラズマにさらす。Ti膜81の表面の結晶には、平坦化処理によって歪が生じているが、このプラズマ処理により、歪が緩和される。このため、その上に形成される膜の結晶性の低下を未然に回避することができる。 Subsequently, similarly to the third embodiment, the surface of the Ti film 81 is exposed to NH 3 plasma. The crystal on the surface of the Ti film 81 is distorted by the planarization process, but the distortion is alleviated by this plasma process. For this reason, it is possible to avoid a decrease in crystallinity of the film formed thereon.

次に、Ti膜81上に、厚さが約20nmのTi膜を形成する。次いで、第1の実施形態と同様に、窒素雰囲気中で650℃、60秒間のRTAを行うことにより、図6Bに示すように、Ti膜を、その表面が(111)面に強く配向したTiN膜51とする。   Next, a Ti film having a thickness of about 20 nm is formed on the Ti film 81. Next, as in the first embodiment, by performing RTA at 650 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, as shown in FIG. 6B, the Ti film is TiN whose surface is strongly oriented to the (111) plane. The film 51 is used.

その後、第1又は第2の実施形態と同様に、TiAlN膜52の形成以降の処理を行う。   Thereafter, similarly to the first or second embodiment, the processes after the formation of the TiAlN film 52 are performed.

このような第4の実施形態によっても、第3の実施形態と同様の効果が得られる。   According to the fourth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図7A乃至図7Cは、本発明の第5の実施形態に係る強誘電体メモリ(半導体装置)の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. 7A to 7C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the fifth embodiment of the present invention in the order of steps.

第5の実施形態では、先ず、図7Aに示すように、第1の実施形態と同様に、グルー膜43及びW膜44からなるコンタクトプラグの形成までの処理を行う。但し、グルー膜43及びW膜44からなるコンタクトプラグは、2つのMOSトランジスタに共有されているシリサイド層40上には形成しない。   In the fifth embodiment, first, as shown in FIG. 7A, similarly to the first embodiment, the processes up to the formation of the contact plug composed of the glue film 43 and the W film 44 are performed. However, the contact plug composed of the glue film 43 and the W film 44 is not formed on the silicide layer 40 shared by the two MOS transistors.

次に、シリコン酸化膜42の表面に対してNH3プラズマ処理を行うことにより、シリコン酸化膜42の表面の酸素原子にNH基を結合させる。このプラズマ処理では、例えば、半導体基板31から約9mm(350mils)離間した位置に対向電極が設けられた平行平板型のプラズマ処理装置を使用する。そして、半導体基板31の設定温度を400℃とし、チャンバ内圧力を266Pa(2Torr)とした状態で、チャンバ内にアンモニアガスを350sccmの流量で供給する。また、半導体基板31側に13.56MHzの高周波を100Wのパワで供給すると共に、対向電極に350kHzの高周波を55Wのパワで供給し、これらを60秒間継続する。 Next, NH 3 plasma treatment is performed on the surface of the silicon oxide film 42 to bond NH groups to oxygen atoms on the surface of the silicon oxide film 42. In this plasma processing, for example, a parallel plate type plasma processing apparatus in which a counter electrode is provided at a position separated from the semiconductor substrate 31 by about 9 mm (350 mils) is used. Then, ammonia gas is supplied into the chamber at a flow rate of 350 sccm while the set temperature of the semiconductor substrate 31 is 400 ° C. and the pressure in the chamber is 266 Pa (2 Torr). Further, a high frequency of 13.56 MHz is supplied to the semiconductor substrate 31 side with 100 W power, and a high frequency of 350 kHz is supplied to the counter electrode with 55 W power, and these are continued for 60 seconds.

次いで、図7Bに示すように、TiN膜51をシリコン酸化膜42及びコンタクトプラグ上に形成する。TiN膜51の形成方法は、第1の実施形態と同様である。その後、第1又は第2の実施形態と同様に、TiAlN膜52の形成から保護膜66の形成までの処理を行う。   Next, as shown in FIG. 7B, a TiN film 51 is formed on the silicon oxide film 42 and the contact plug. The method for forming the TiN film 51 is the same as in the first embodiment. Thereafter, similarly to the first or second embodiment, the processes from the formation of the TiAlN film 52 to the formation of the protective film 66 are performed.

その後、図7Cに示すように、第1の実施形態と同様にして、シリコン酸化膜67の形成及び平坦化を行う。次に、2つのMOSトランジスタに共有されているシリサイド層40まで到達するコンタクトホールを、シリコン酸化膜67、保護膜66、保護膜65、シリコン酸化膜42及びシリコン酸窒化膜41に形成する。そして、このコンタクトホール内に、グルー膜70及びW膜71からなるコンタクトプラグを形成する。更に、コンタクトプラグを酸化防止膜(図示せず)等により覆った状態で、上部電極63を露出する孔を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7C, the silicon oxide film 67 is formed and planarized in the same manner as in the first embodiment. Next, contact holes reaching the silicide layer 40 shared by the two MOS transistors are formed in the silicon oxide film 67, the protective film 66, the protective film 65, the silicon oxide film 42, and the silicon oxynitride film 41. Then, a contact plug composed of the glue film 70 and the W film 71 is formed in the contact hole. Further, a hole exposing the upper electrode 63 is formed in a state where the contact plug is covered with an antioxidant film (not shown) or the like.

続いて、シリコン酸化膜67上、コンタクトプラグ上及び孔内に、Ti膜72、TiN膜73、AlCu膜74、TiN膜75及びTi膜76からなる配線及びパッドを形成する。配線及びパッドの形成に当たっては、例えばスパッタ法により、厚さが60nmのTi膜、厚さが30nmのTiN膜、厚さが360nmのAlCu膜、厚さが5nmのTi膜、及び厚さが70nmのTiN膜を順次形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、これらをパターニングする。   Subsequently, wirings and pads made of a Ti film 72, a TiN film 73, an AlCu film 74, a TiN film 75, and a Ti film 76 are formed on the silicon oxide film 67, on the contact plug, and in the hole. In forming the wiring and pads, for example, a sputtering method is used to form a Ti film having a thickness of 60 nm, a TiN film having a thickness of 30 nm, an AlCu film having a thickness of 360 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a thickness of 70 nm. TiN films are sequentially formed, and these are patterned using a photolithography technique.

その後、更に、層間絶縁膜の形成、コンタクトプラグの形成及び下から第2層目以降の配線の形成等を行う。そして、例えばTEOS酸化膜及びSiN膜からなるカバー膜を形成して強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリを完成させる。   Thereafter, further formation of an interlayer insulating film, formation of contact plugs, formation of wiring from the second layer onward, and the like are performed. Then, for example, a cover film made of a TEOS oxide film and a SiN film is formed to complete a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor.

このような第5の実施形態によれば、第1の実施形態よりも少ない工程で強誘電体キャパシタを完成させることができる。   According to the fifth embodiment, the ferroelectric capacitor can be completed with fewer steps than the first embodiment.

なお、いずれの実施形態においても、容量絶縁膜55をゾルゲル法により形成してもよい。また、容量絶縁膜55の最下部をスパッタ法又はゾルゲル法により形成すれば、MOCVD法を組み合わせてもよい。また、容量絶縁膜55の構造を多層構造としてもよい。例えば、スパッタ法により厚さが90nmの強誘電体膜を形成し、結晶化アニールを行い、更に厚さが10nm〜30nmのアモルファス強誘電体膜を形成してもよい。また、スパッタ法により厚さが20nm〜30nmの強誘電体膜を形成し、結晶化アニールを行い、MOCVD法により厚さが40nm〜80nmの結晶化している強誘電体膜を形成してもよい。更に、その上に厚さが10nm〜30nmのアモルファス強誘電体膜を形成してもよい。   In any of the embodiments, the capacitive insulating film 55 may be formed by a sol-gel method. Further, if the lowermost portion of the capacitor insulating film 55 is formed by a sputtering method or a sol-gel method, the MOCVD method may be combined. The structure of the capacitive insulating film 55 may be a multilayer structure. For example, a ferroelectric film having a thickness of 90 nm may be formed by sputtering, crystallization annealing may be performed, and an amorphous ferroelectric film having a thickness of 10 nm to 30 nm may be further formed. Alternatively, a ferroelectric film having a thickness of 20 nm to 30 nm may be formed by sputtering and crystallization annealing may be performed, and a crystallized ferroelectric film having a thickness of 40 nm to 80 nm may be formed by MOCVD. . Further, an amorphous ferroelectric film having a thickness of 10 nm to 30 nm may be formed thereon.

また、キャパシタの構造をスタック型ではなくプレーナ型としてもよい。この場合、Ir酸化膜54等の導電性金属酸化膜に代えて、Al酸化膜、Ti酸化膜、Ta酸化膜、Zn酸化膜等の絶縁性金属酸化膜を用いてもよい。   Further, the capacitor structure may be a planar type instead of a stack type. In this case, an insulating metal oxide film such as an Al oxide film, a Ti oxide film, a Ta oxide film, or a Zn oxide film may be used instead of the conductive metal oxide film such as the Ir oxide film 54.

次に、本願発明者が実際に行った実験の結果について説明する。この実験では、Ir酸化膜54を形成する際の雰囲気中のO2ガスの濃度を異ならせた複数の試料(実施例)を第1の実施形態に倣って作製した。なお、Pt膜91の厚さを20nmとし、Pt膜92の厚さを30nmとした。また、Pt膜91を形成する際の半導体基板31の温度を100℃とし、Pt膜92を形成する際の半導体基板31の温度を350℃とした。また、比較例として、Pt膜91及びPt膜92を形成せずに、これらに代えて、半導体基板の温度を100℃として厚さが50nmのPt膜を形成した試料も作製した。 Next, the results of experiments actually performed by the present inventors will be described. In this experiment, a plurality of samples (Examples) with different concentrations of O 2 gas in the atmosphere when forming the Ir oxide film 54 were manufactured according to the first embodiment. Note that the thickness of the Pt film 91 was 20 nm, and the thickness of the Pt film 92 was 30 nm. Further, the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt film 91 was 100 ° C., and the temperature of the semiconductor substrate 31 when forming the Pt film 92 was 350 ° C. In addition, as a comparative example, a sample in which the Pt film 91 and the Pt film 92 were not formed, but instead a Pt film having a thickness of 50 nm with a temperature of the semiconductor substrate of 100 ° C. was produced.

そして、実施例ではPt膜92を形成した後にその結晶構造をX線回折法により分析し、比較例では、Pt膜91及びPt膜92の代わりのPt膜を形成した後にその結晶構造をX線回折法により分析した。この分析は、半導体基板31のオリエンテーションフラットを下端に位置させたときの中央部、上端部及び右端部の3箇所について行った。この結果を図8A及び図8Bに示す。図8Aは、(111)面への配向の積分強度を示し、図8Bは、(111)面への配向を示すピークの半値幅を示している。なお、O2の割合は、チャンバ内に供給するO2ガスの流量の、O2ガスの流量及びArガスの流量の和に対する割合である。 In the embodiment, after the Pt film 92 is formed, the crystal structure is analyzed by an X-ray diffraction method. In the comparative example, the Pt film 91 and the Pt film instead of the Pt film 92 are formed, and then the crystal structure is converted into an X-ray. Analyzed by diffraction method. This analysis was performed at three locations, a central portion, an upper end portion, and a right end portion when the orientation flat of the semiconductor substrate 31 was positioned at the lower end. The results are shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A shows the integrated intensity of the orientation to the (111) plane, and FIG. 8B shows the half width of the peak indicating the orientation to the (111) plane. The ratio of O 2 is the ratio of the flow rate of O 2 gas supplied into the chamber to the sum of the flow rate of O 2 gas and the flow rate of Ar gas.

図8Aに示すように、O2の割合がどのような値であっても、実施例において比較例よりも高い積分強度が得られた。また、図8Bに示すように、O2の割合がどのような値であっても、実施例において比較例よりも低い半値幅が得られた。これらの結果は、実施例における配向が比較例よりも良好であることを示している。 As shown in FIG. 8A, the integrated intensity higher than that of the comparative example was obtained in the example regardless of the value of the O 2 ratio. Further, as shown in FIG. 8B, a half value width lower than that of the comparative example was obtained in the example regardless of the value of the O 2 ratio. These results indicate that the orientation in the example is better than that of the comparative example.

更に、上述の実施例及び比較例の各試料に対し、Pt膜92上、又はPt膜91及びPt膜92の代わりのPt膜の上に、Ca、Sr及びLaが添加されたPZT膜(CSPLZT膜)をスパッタ法により形成し、その結晶化アニールを行った。そして、各試料におけるCSPLZT膜の結晶構造をX線回折法により分析した。この結果を図9A〜図9Eに示す。図9Aは、(100)面への配向の積分強度を示し、図9Bは、(101)面への配向の積分強度を示し、図9Cは、(111)面への配向の積分強度を示している。また、図9Dは、(222)面の配向率を示し、図9Eは、(111)面への配向を示すピークの半値幅を示している。   Further, for each sample of the above-described examples and comparative examples, a PZT film (CSPLZT) in which Ca, Sr and La are added on the Pt film 92 or on the Pt film instead of the Pt film 91 and the Pt film 92. Film) was formed by sputtering, and crystallization annealing was performed. Then, the crystal structure of the CSPLZT film in each sample was analyzed by an X-ray diffraction method. The results are shown in FIGS. 9A to 9E. 9A shows the integrated intensity of orientation to the (100) plane, FIG. 9B shows the integrated intensity of orientation to the (101) plane, and FIG. 9C shows the integrated intensity of orientation to the (111) plane. ing. 9D shows the orientation ratio of the (222) plane, and FIG. 9E shows the half width of the peak indicating the orientation to the (111) plane.

図9A〜図9Eに示すように、O2の割合がどのような値であっても、実施例において比較例よりも、(100)及び(101)への配向が低く、(111)への配向が強かった。特に、図9Eに示すように、実施例の半値幅が0.2°程度低くなっており、CSPLZT膜の配向が良好なものとなっていることが顕著に表れている。 As shown in FIGS. 9A to 9E, the orientation in (100) and (101) is lower in the example than in the comparative example in any example of the ratio of O 2 . The orientation was strong. In particular, as shown in FIG. 9E, the full width at half maximum of the example is about 0.2 ° lower, and the CSPLZT film is well oriented.

なお、特許文献2〜5に記載の技術では、下部電極を構成する2つのPt膜の間にPt酸化膜が存在している。つまり、Pt酸化膜上のPt膜は一つだけである。また、このPt膜は100℃で形成されている。このため、結晶粒の大きさが比較的小さく、容量絶縁膜の配向を本願発明ほど揃えることはできない。仮にPt酸化膜上のPt膜を高温で十分な厚さに形成すると、その形成途中でPt酸化膜が結晶化するため、Pt膜の配向が揃いにくい。このため、その上の容量絶縁膜の配向を揃えることが困難である。   In the techniques described in Patent Documents 2 to 5, a Pt oxide film exists between two Pt films constituting the lower electrode. That is, there is only one Pt film on the Pt oxide film. The Pt film is formed at 100 ° C. For this reason, the size of the crystal grains is relatively small, and the orientation of the capacitive insulating film cannot be as uniform as in the present invention. If the Pt film on the Pt oxide film is formed to a sufficient thickness at a high temperature, the Pt oxide film is crystallized during the formation, so that the orientation of the Pt film is difficult to align. For this reason, it is difficult to align the orientation of the capacitive insulating film thereon.

また、特許文献16には、2つのPt膜を重ねることが記載されている。しかしながら、下方のPt膜がTiN膜上に形成されているため、その配向は揃いにくい。更に、特許文献16の技術では、上方のPt膜を下方のPt膜から極力独立させようとする記載があり、上方のPt膜の配向はより乱れたものとなる。従って、容量絶縁膜の配向を揃えることは困難である。   Patent Document 16 describes that two Pt films are stacked. However, since the lower Pt film is formed on the TiN film, its orientation is difficult to align. Further, in the technique of Patent Document 16, there is a description that the upper Pt film is made as independent as possible from the lower Pt film, and the orientation of the upper Pt film becomes more disturbed. Therefore, it is difficult to align the capacitance insulating film.

本発明の第1の実施形態に係る強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the ferroelectric memory which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1Aに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1A. 図1Bに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1B. 図1Cに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1C. 図1Dに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1D. 図1Eに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2E is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1E. 図1Fに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1F. 図1Gに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1G. 図1Hに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。1H is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 1H. 図1Iに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 1I; 図1Jに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1J. 図1Kに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1K. 図1Lに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1L. 図1Mに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1M. 図1Nに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。1N is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 1N; 図1Oに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 10. 図1Pに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1P. 図1Qに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 1Q. 図1Rに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 1R; 本発明の第1の実施形態における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の他の変形例における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the other modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の他の変形例における下部電極の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the lower electrode in the other modification of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the ferroelectric memory based on the 3rd Embodiment of this invention. 図5Aに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 5A. 図5Bに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 5B. 本発明の第4の実施形態に係る強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the ferroelectric memory based on the 4th Embodiment of this invention. 図6Aに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 6B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 6A. 本発明の第5の実施形態に係る強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the ferroelectric memory based on the 5th Embodiment of this invention. 図7Aに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the ferroelectric memory, following FIG. 7A. 図7Bに引き続き、強誘電体メモリの製造方法を示す断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric memory, following FIG. 7B. Pt膜の(111)面への配向の積分強度を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated intensity | strength of the orientation to the (111) plane of a Pt film | membrane. Pt膜の(111)面への配向を示すピークの半値幅を示すグラフである。It is a graph which shows the half value width of the peak which shows the orientation to the (111) plane of a Pt film. CSPLZT膜の(100)面への配向の積分強度を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated intensity | strength of the orientation to the (100) plane of a CSPLZT film | membrane. CSPLZT膜の(101)面への配向の積分強度を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated intensity | strength of the orientation to the (101) plane of a CSPLZT film | membrane. CSPLZT膜の(111)面への配向の積分強度を示すグラフである。It is a graph which shows the integrated intensity | strength of the orientation to the (111) plane of a CSPLZT film | membrane. CSPLZT膜の(222)面の配向率を示すグラフである。It is a graph which shows the orientation rate of the (222) plane of a CSPLZT film | membrane. CSPLZT膜の(111)面への配向を示すピークの半値幅を示すグラフである。It is a graph which shows the half value width of the peak which shows the orientation to the (111) plane of a CSPLZT film | membrane.

符号の説明Explanation of symbols

51:TiN膜
52:TiAlN膜
53:Ir膜
54:Ir酸化膜
55:容量絶縁膜
91:Pt膜
92:Pt膜
51: TiN film 52: TiAlN film 53: Ir film 54: Ir oxide film 55: Capacitance insulating film 91: Pt film 92: Pt film

Claims (6)

基板の上方に下部電極膜を形成する工程と、
前記下部電極膜上に容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜上に上部電極膜を形成する工程と、
を有し、
前記下部電極膜を形成する工程は、
アモルファス状又は微結晶状の金属酸化膜を形成する工程と、
前記金属酸化膜上に第1の温度で第1の貴金属膜を形成する工程と、
前記第1の貴金属膜上に、前記第1の温度よりも高い第2の温度で第2の貴金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a lower electrode film above the substrate;
Forming a capacitive insulating film on the lower electrode film;
Forming an upper electrode film on the capacitive insulating film;
Have
The step of forming the lower electrode film includes:
Forming an amorphous or microcrystalline metal oxide film;
Forming a first noble metal film on the metal oxide film at a first temperature;
Forming a second noble metal film on the first noble metal film at a second temperature higher than the first temperature;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の温度は、前記金属酸化膜の結晶化温度より低いことを特徴とする請求項1に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 temperature is lower than a crystallization temperature of the metal oxide film. 前記第2の貴金属膜を、前記第1の貴金属膜より厚く形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second noble metal film is formed thicker than the first noble metal film. 前記第1の貴金属膜及び前記第2の貴金属膜として、Pt、Pt合金、Pd及びPd合金からなる群から選択された1種から構成された膜を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The first noble metal film and the second noble metal film are formed of one film selected from the group consisting of Pt, Pt alloy, Pd and Pd alloy. 4. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 3 above. 前記金属酸化膜として、Ir酸化膜、Pt酸化膜、Ru酸化膜、Pd酸化膜、Os酸化膜、Re酸化膜、Rh酸化膜、SrRuO3、La2-xSrxCuO4及びYBa2Cu37からなる群から選択された1種から構成された膜を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 As the metal oxide film, Ir oxide film, Pt oxide film, Ru oxide film, Pd oxide film, Os oxide film, Re oxide film, Rh oxide film, SrRuO 3 , La 2−x Sr x CuO 4 and YBa 2 Cu 3 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a film made of one selected from the group consisting of O 7 is formed. 6. 基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、
を有し、
前記下部電極は、
金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上に形成された第1の貴金属膜と、
前記第1の貴金属膜上に形成され、前記第1の貴金属膜よりも結晶粒が大きい第2の貴金属膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A lower electrode formed above the substrate;
A capacitive insulating film formed on the lower electrode;
An upper electrode formed on the capacitive insulating film;
Have
The lower electrode is
A metal oxide film,
A first noble metal film formed on the metal oxide film;
A second noble metal film formed on the first noble metal film and having larger crystal grains than the first noble metal film;
A semiconductor device comprising:
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