JP4802781B2 - 強誘電体メモリ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、強誘電体メモリ装置の製造方法に関する。

強誘電体メモリ装置（ＦｅＲＡＭ）は、低電圧および高速動作が可能な不揮発性メモリであり、メモリセルが１トランジスタ／１キャパシタ（１Ｔ／１Ｃ）で構成できるため、ＤＲＡＭなみの集積化が可能であることから、大容量不揮発性メモリとして期待されている。

強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体キャパシタの強誘電体特性を最大限に発揮させるには、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向が極めて重要である。
特開２０００−２７７７０１号公報

本発明の目的は、強誘電体キャパシタを構成する各層の結晶配向を良好に制御することができる強誘電体メモリ装置の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法は、基板に能動素子を形成する工程と、前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの内側に、前記層間絶縁膜に接するように（１００）面方位に単一配向した窒化チタン層を形成する工程と、前記窒化チタン層の内側に、前記能動素子と電気的に導通するコンタクトプラグを形成する工程と、前記コンタクトプラグの表面を研磨する工程と、前記コンタクトプラグの上方に、当該コンタクトプラグと電気的に導通する第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に強誘電体層を形成する工程と、前記強誘電体層上に第２電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

このような製造方法によると、コンタクトプラグの結晶粒（モフォロジー）を制御可能となり、研磨後の当該コンタクトプラグの上面を平坦にすることが可能となる。つまり、本発明ではコンタクトプラグを形成するコンタクトホールの内側に、単一配向性を有した窒化チタン層を形成し、当該窒化チタン層の内側にコンタクトプラグを形成するものとしたため、コンタクトプラグの結晶成長モードが変化し、よりきめ細かな結晶粒を得ることができ、ひいては研磨後の当該コンタクトプラグの上面を平坦にすることが可能となったのである。このようにコンタクトプラグ上面の平坦性が増すと、コンタクトプラグ上面に形成される第１電極の配向性を高めることが可能となり、ひいては強誘電体層の配向性を高めることが可能となる。その結果、強誘電体特性に優れた強誘電体メモリ装置を提供することが可能となるのである。
従来、コンタクトホール内にＣＶＤ等によりコンタクトプラグを形成した場合、コンタクトプラグは結晶性の膜として成膜され、ＣＭＰ等による研磨後も、そのコンタクトプラグ上面は結晶粒毎にそれぞれの面方位に依存した凹凸を有していた。そのため、コンタクトプラグの上方に形成する第１電極の配向性が低下する場合があった。しかしながら、本発明では、コンタクトプラグを形成するコンタクトホールの内面に単一配向性を有する窒化チタン層を形成したため、コンタクトプラグの結晶粒がきめ細かになり、研磨後の当該コンタクトプラグの上面を平坦にすることが可能となったのである。
例えば、窒化チタン層を（１００）の面方位に配向制御すると、この表面構造を反映して、コンタクトプラグはエピライクに（１００）配向する。この面方位で成長したコンタクトプラグの結晶構造は不明瞭となる。これは、結晶粒がきめ細かになった結果と考えられ、これによりコンタクトプラグ上面の平坦性が増すこととなるのである。

上記製造方法において、前記コンタクトプラグの表面を研磨した後、当該コンタクトプラグ上にチタン層を形成する工程を含み、当該チタン層の上方に前記第１電極を形成するものとすることができる。

チタンは自己配向性に優れ、当該自己配向により（００１）面方位に配向性を示す性質を有する。そこで、上記のようにコンタクトプラグを形成し、これを研磨した後、当該コンタクトプラグ上にチタン層を形成することで、自己配向性に優れたチタン層を形成することが可能となる。つまり、本発明では、上述の通りコンタクトプラグは結晶粒が改善され、平坦面を有していることから、当該チタンの自己配向性が阻害されることなく、良好な配向性を示すチタン層を形成することが可能となり、当該配向性に優れたチタン層上に形成する第１電極についても配向性を向上させることが可能となるのである。

本発明の製造方法において、前記窒化チタン層を形成する工程は、当該窒化チタン層が（１００）面方位に配向を有するように成膜する工程を含むものとすることができる。このように（１００）面方位に単一配向性を示す窒化チタン層を形成すれば、その内側に形成されるコンタクトプラグはエピライクに（１００）配向する。この面方位で成長したコンタクトプラグの結晶構造は不明瞭となり、これによりコンタクトプラグ上面の平坦性が増すこととなる。

また、本発明の製造方法において、前記窒化チタン層を形成する工程は、当該窒化チタン層が（１１１）面方位に配向を有するように成膜する工程を含むものとすることができる。このように（１１１）面方位に単一配向性を示す窒化チタン層を形成すれば、その内側に形成されるコンタクトプラグはエピライクに（１１１）配向する。この面方位で成長したコンタクトプラグの結晶構造は不明瞭となり、これによりコンタクトプラグ上面の平坦性が増すこととなる。

前記窒化チタン層を形成する前に、前記コンタクトホールの内面に対してアンモニアプラズマ処理を施すものとすることができる。このようにコンタクトホールの内面に対してアンモニアプラズマ処理を施した後、窒化チタン層を形成するものとすれば、当該窒化チタン層の単一配向性を高めることが可能となり、ひいてはコンタクトプラグの結晶粒改善効果を一層高めることが可能となる。

前記窒化チタン層を形成する前に、前記コンタクトホールの内側にチタン層を形成する工程を含み、当該チタン層の内側に前記窒化チタン層を形成するものとすることができる。このようにコンタクトホールの内側にチタン層を形成することで、まずチタンの自己配向性に起因して（００１）面方位に配向したチタン層が形成される。そして、当該チタン層の内側に窒化チタン層を形成するものとすれば、チタン層の（００１）面と窒化チタン層の配向面とがエピタキシャルライクに格子マッチングすることで、当該窒化チタン層の単一配向性を一層高めることが可能となる。

前記窒化チタン層を形成する工程は、当該窒化チタン層をロングスロースパッタ法により成膜する工程を含むものとすることができる。ロングスロースパッタ法を用いて窒化チタン層を成膜することで、当該窒化チタン層の単一配向性を一層高めることが可能となる。なお、上記ロングスロースパッタ法において、成膜面とターゲットとの距離を６０ｎｍ〜９０ｎｍ程度としてスパッタを行うものとすることができる。

前記第１電極を形成する前に、前記コンタクトプラグ上若しくは前記チタン層上に、酸素に対するバリア性を示すバリア層を形成する工程を含むものとすることができる。このようなバリア層を形成することで、基板に形成されるコンタクトプラグ等が酸化されることを防止ないし抑制することが可能となる。なお、バリア層としては、例えばＴｉ_{（１-ｘ）}Ａｌ_ｘＮ_ｙ（０＜ｘ≦０．３、０＜ｙ）で表される化合物よりなるものを採用することができる。

なお、第１電極及び第２電極としては、例えばイリジウム、白金、ルテニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、白金合金のいずれかからなるものを採用することができる。
また、強誘電体層としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、以下ＰＺＴと略記）をはじめとするペロブスカイト型酸化物や、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９等のビスマス層状化合物を採用することができる。

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［強誘電体メモリ装置］
図１は、本発明の製造方法を用いて製造された強誘電体メモリ装置１００の一実施の形態を模式的に示す断面図である。図１に示すように、強誘電体メモリ装置１００は、半導体基板１０の上方に、強誘電体キャパシタ３０と、プラグ２０と、強誘電体キャパシタ３０のスイッチングトランジスタ１８とを含んで構成されている。なお、本実施形態においては、１Ｔ／１Ｃ型のメモリセルについて説明するが、本発明が適用されるのは１Ｔ／１Ｃ型のメモリセルに限定されない。

トランジスタ１８は、ゲート絶縁層１１と、ゲート絶縁層１１上に設けられたゲート導電層１３と、ソース／ドレイン領域である第１および第２不純物領域１７，１９とを含んでいる。また、プラグ２０はスイッチングトランジスタ１８と電気的に接続されており、隣接するトランジスタ（図示略）とは、素子分離領域１６で分離されている。

強誘電体キャパシタ３０は、下地層１２と、下地層１２上に積層された第１電極３２と、第１電極３２上に積層された強誘電体層３４と、強誘電体層３４上に積層された第２電極３６と、を含んでいる。また、この強誘電体キャパシタ３０は、絶縁層２６に設けられたプラグ２０の上に設けられている。

プラグ２０は、第２不純物領域１９の上に形成されており、開口部（コンタクトホール）２４内に設けられたプラグ導電層２２を含んで構成されている。プラグ導電層２２は、例えばタングステン，モリブデン，タンタル，チタン，ニッケルなどの高融点金属からなり、タングステンからなることが好ましい。なお、開口部２４の内面には単一配向性を有する窒化チタン層２３が形成され、当該窒化チタン層２３の内側にプラグ導電層２２が充填されてコンタクトプラグ２０を構成している。

下地層１２は、プラグ２０のプラグ導電層２２と電気的に導通するように、当該プラグ２０上に形成された窒化チタン層１２ａと、窒化チタン層１２ａ上に積層されたバリア層１４とを含んで構成されている。窒化チタン層１２ａは、（００１）面方位に配向したチタン層を窒化処理してなるもので、（１１１）面方位に配向性を有して構成されている（図２参照）。

一方、バリア層１４は、結晶質を含み、導電性を有するとともに、酸素バリア性を有する材料からなるのであれば特に限定されないが、その結晶質が（１１１）配向を有することが好ましい。バリア層１４の上方に、バリア層１４の結晶配向を反映した結晶配向を有する第１電極３２を形成することができるため、第１電極３２の結晶配向を（１１１）配向にすることができるからである。そのようなバリア層１４の構成材料としては、例えば、ＴｉＡｌＮ，ＴｉＡｌ，ＴｉＳｉＮ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮを挙げることができ、なかでも、チタン、アルミニウム、および窒素を含む層（ＴｉＡｌＮ）であることがより好ましい。

なお、バリア層１４がＴｉＡｌＮからなる場合、バリア層１４におけるチタン，アルミニウム，窒素の組成（原子比）は、バリア層１４の組成を化学式Ｔｉ_{（１−ｘ）}Ａｌ_ｘＮ_ｙで表すとき、０＜ｘ≦０．３であり、且つ０＜ｙであるのがより好ましい。
また、成膜時に、バリア層１４の結晶配向を反映した結晶配向を有する第１電極３２をバリア層１４の上方に形成するためには、バリア層１４の膜厚は２０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、さらには５０ｎｍ〜１００ｎｍであることがより好ましい。

次に、第１電極３２は白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の金属、若しくはこれらの酸化物、或いは合金からなることができ、好ましくは白金またはイリジウムからなり、より好ましくはイリジウムからなる。また、第１電極３２は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。第１電極３２が結晶質である場合、第１電極３２の結晶配向とバリア層１４との結晶配向は互いに接する界面においてエピタキシャルの方位関係となることが好ましい。この場合、強誘電体層３４の結晶配向と、第１電極３２との結晶配向も互いに接する界面においてエピタキシャルの方位関係となることが好ましい。

例えば、バリア層１４が立方晶系に属し、その結晶配向が（１１１）配向である場合、あるいはバリア層１４が六方晶系に属し、その結晶配向が（００１）配向である場合、第１電極３２の結晶配向が（１１１）配向であることが好ましい。この構成によれば、第１電極３２上に強誘電体層３４を形成する際に、強誘電体層３４の結晶配向を（１１１）配向にすることが容易になる。

強誘電体層３４は、強誘電体材料を含んで構成されている。この強誘電体材料は、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、Ａ_１−ｂＢ_１−ａＸ_ａＯ_３の一般式で示されることができる。Ａは、Ｐｂを含む。ここで、Ｐｂの一部をＬａに置換することもできる。Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１つからなる。Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＭｇのうちの少なくとも１つからなる。強誘電体層３４に含まれる強誘電体材料としては、強誘電体層として使用可能な公知の材料を使用することができ、例えば、（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９（ＳＢＴ）、（Ｂｉ，Ｌａ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２（ＢＬＴ）が挙げられる。
なかでも、強誘電体層３４の材料としてはＰＺＴが好ましく、この場合、素子の信頼性の観点から、第１電極３２はイリジウムであるのがより好ましい。

また、強誘電体層３４としてＰＺＴを用いる場合、より大きな自発分極量を獲得するため、ＰＺＴにおけるチタンの含有量がジルコニウムの含有量より多いことがより好ましい。このような組成のＰＺＴは正方晶に属し、その自発分極軸はｃ軸となる。この場合、ｃ軸と直交するａ軸配向成分が同時に存在するため、ＰＺＴをｃ軸配向させたときは、このａ軸配向成分が分極反転に寄与しないため、強誘電特性が損なわれるおそれがある。これに対して、強誘電体層３４に用いられるＰＺＴの結晶配向を（１１１）配向にすることにより、ａ軸を基板法線から一定の角度だけオフした方向に向けることができる。すなわち分極軸が基板法線方向の成分をもつようになるため、分極反転に寄与させることができる。よって、強誘電体層３４がＰＺＴからなり、ＰＺＴにおけるチタンの含有量がジルコニウムの含有量より多い場合、ヒステリシス特性が良好である点で、ＰＺＴの結晶配向が（１１１）配向であるのが好ましい。

第２電極３６は、第１電極３２に使用可能な材料として例示した上記材料からなるものとすることができ、あるいは、アルミニウム，銀，ニッケル等からなるものとすることができる。また、第２電極３６は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。好ましくは、第２電極３６は、白金、あるいはイリジウムオキサイドとイリジウムとの積層膜からなる。

このような構成を具備した本実施の形態の強誘電体メモリ装置１００の強誘電体キャパシタ３０においては、コンタクトプラグ２０が単一配向性を具備した窒化チタン層２３の内側に形成されているため、その結晶粒が改善され、窒化チタン層１２ａの形成面が平坦化される。その結果、窒化チタン層１２ａの結晶配向性が向上し、その上のバリア層１４、第１電極３２、ひいては強誘電体層３４の結晶配向性を向上させることが可能となる。

具体的には、図２に示すように（１００）面方位に配向した窒化チタン層２３を開口部２４の内面に形成し、この内側にプラグ導電層２２を形成してプラグ２０としている。この場合、プラグ２０は、窒化チタン層２３の表面構造を反映してエピライクに（１００）面方位に配向する。この面方位で配向したプラグ２０は、結晶粒がきめ細かになり、結晶構造が不明瞭となる。これによってプラグ２０の表面の平坦性が向上し、下地層１２の窒化チタン層１２ａの（１１１）面方位の結晶配向性が向上することとなるのである。

なお、窒化チタン層２３を（１１１）面方位で配向させた場合も、プラグ２０は（１１１）面方位に配向し、結晶粒の改善ひいては表面の平坦性向上を図ることが可能となる。
また、図３に示すように、開口部２４の内面にチタン層２５を形成し、当該チタン層２５の内面に窒化チタン層２３を形成するものとしてもよい。これにより、窒化チタン層２３の単一配向性を高めることが可能となる。

［強誘電体メモリ装置の製造方法］
次に、図１に示した強誘電体メモリ装置１００の製造方法の一例について、図面を参照して説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｃ）、および図６（ａ）〜図６（ｃ）は、それぞれ図１の強誘電体メモリ装置１００の一製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４〜図６においては、図１の強誘電体メモリ装置１００のうち一部構成を省略する場合があり、省略した構成の詳細は図１を参照するものとする。

本態様の強誘電体メモリ装置１００の製造方法は、基板１０上にトランジスタ（能動素子）１８を形成する工程と、トランジスタ１８を含む基板１０上に層間絶縁膜２６を形成する工程と、層間絶縁膜２６にコンタクトホール２４を形成する工程と、コンタクトホール２４の内側に単一配向性を有した窒化チタン層２３を形成する工程と、窒化チタン層２３の内側にプラグ２０を形成する工程と、プラグ２０の表面を研磨する工程と、プラグ２０の上方に下地層１２を形成する工程と、下地層１２の上方に第１電極（下部電極）３２と、強誘電体層３４と、第２電極（上部電極）３６とを積層する工程とを含むものである。なお、下地層１２の形成工程においては、プラグ２０を含む層間絶縁膜２６の上方にチタン層１１２ａを形成する工程と、チタン層１１２ａを窒化チタン層１２ａに変化させる工程と、窒化チタン層１２ａ上にバリア層１４を形成する工程とを含むものである。

まず、図４（ａ）に示すように、基板１０にトランジスタ（能動素子）１８、ソース／ドレイン領域である第１および第２不純物領域１７，１９（一部図示略）を形成し、該トランジスタ１８を含む基板１０上に層間絶縁膜２６を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２６にドライエッチング等により開口部（コンタクトホール）２４を形成する。ここで、後の工程の窒化チタン層形成に先立って、開口部２４の内面にはアンモニアプラズマ処理を施すものとしている。このようなアンモニアプラズマ処理により、窒化チタン層２３の単一配向性が高まることとなる。

具体的には、アンモニアガスのプラズマを励起して、これを開口部２４の内面に照射するものとしている。このようなアンモニアプラズマ処理の条件としては、例えばチャンバ内に導入されるアンモニアのガス流量を３５０ｓｃｃｍ、チャンバ内の圧力を１Ｔｏｒｒ、基板温度を４００℃、基板に供給される１３．５６ＭＨｚの高周波電源のパワーを１００Ｗ、プラズマ発生領域に供給される３５０ｋＨｚの高周波電源のパワーを５５Ｗ、電極と基板間の距離を３５０ｍｉｌｓ、プラズマ照射時間を６０秒に設定して行うものとした。

アンモニアプラズマ処理の後、図４（ｃ）に示すように、開口部２４の内面に窒化チタン層２３を形成する。ここでは、ロングスロースパッタ法により成膜するものとしている。具体的には、チタンのターゲットを用い、窒素とアルゴン雰囲気下、基板と当該ターゲットとの間の距離を６０ｎｍ〜９０ｎｍ程度としてスパッタを行った。基板加熱温度は150℃、成膜パワーは1.5kW、トータルガス流量は50sccm、ガス流量比はN2/(N2+Ar)=16%の条件とした。このようなロングスロースパッタ法により、（１００）面方位に単一配向した窒化チタン層２３を好適に成膜することができる。例えば（１００）面方位の配向率は９０％以上（具体的には９８．６％）程度とされる。なお、ここでいう単一配向とは、その配向が90％以上のことをいう。

次に、図４（ｄ）に示すように、開口部２４の内面に形成した窒化チタン層２３によって形成される開口部（コンタクトホール）２３ａの内側に、トランジスタ１８と導通するプラグ導電層２２を埋め込んでプラグ２０を形成する。プラグ導電層２２の埋め込みは、例えばＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて行なうことができ、絶縁層２６の上面に積層されたプラグ導電層２２を、例えば化学的機械研磨により除去して、プラグ２０が形成される。なお、層間絶縁膜２６はシリコン酸化膜からなるもので、プラグ導電層２２はタングステンからなるものである。なお、本実施形態では、プラグ２０を含む層間絶縁膜２６に対して、アンモニアプラズマ処理を施すものとしている。

次に、図５（ａ）に示すように、絶縁層２６およびプラグ２０上にチタン層１１２ａを成膜する。チタン層１１２ａの成膜方法としては、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法が挙げられる。チタン層は一般に、自己配向性が高く、スパッタリング法やＣＶＤ法によって成膜されて、（００１）配向を有する六方最密構造の層を構成する。したがって、チタン層１１２ａは、自己配向性により（００１）配向を示す。

続いて、形成したチタン層１１２ａに対して窒化処理を施すことで、当該チタン層１１２ａを窒化チタン層１２ａに変化させる（図５（ｂ））。具体的には、窒素を含む雰囲気下で熱処理（５００℃〜６５０℃）を施すことで、チタン層１１２ａを窒素化している。ここで、熱処理の温度が６５０℃を超えると、トランジスタ１８の特性に影響を及ぼすことがあり、一方、熱処理の温度が５００℃未満であると、チタン層１１２ａの窒化に要する時間が長くなりすぎるため、好ましくない。なお、形成される窒化チタン層１２ａは（１１１）配向に変化する。

さらに、図５（ｃ）に示すように、窒化チタン層１２ａ上にバリア層１４を形成する。これにより、窒化チタン層１２ａの（１１１）配向を反映した、（１１１）配向を有するバリア層１４を形成することができる。すなわち、窒化チタン層１２ａとバリア層１４との界面において、窒化チタン層１２ａの格子構造とバリア層１４の格子構造とがマッチングすることにより、エピタキシャル様にバリア層１４が窒化チタン層１２ａ上に成膜される。

バリア層１４の成膜方法としては、その材質に応じて適宜選択が可能であるが、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法が挙げられる。上述したように、バリア層１４は結晶質であるのが好ましく、（１１１）配向であるのがより好ましい。例えば、チタン，アルミニウム，および窒素を含む層からなるバリア層１４を形成する場合、バリア層１４は、（１１１）配向を有するＴｉＡｌＮからなることができる。バリア層１４が（１１１）配向を有することにより、第１電極３２の結晶配向を（１１１）配向にすることができる。これにより、第１電極３２上に形成される強誘電体層３４を（１１１）配向にすることができる。

上述したように、強誘電体層３４がＰＺＴからなり、ＰＺＴにおけるチタンの含有量がジルコニウムの含有量より多い場合、ヒステリシス特性が良好である点で、ＰＺＴの結晶配向は（１１１）配向であるのが好ましい。よって、バリア層１４の結晶配向を（１１１）配向にすることにより、第１電極３２および強誘電体層３４ともに（１１１）配向にすることができるため、ヒステリシス特性に優れた強誘電体キャパシタ３０を得ることができる。なお、バリア層１４を成膜する際の基板温度は特に限定されず、例えば、室温から５００℃の間で適宜選択可能である。

次いで、図６（ａ）に示すように、バリア層１４上に第１電極３２を形成する。ここで、第１電極３２を結晶質のバリア層１４上に形成することにより、第１電極３２の結晶性が著しく向上し、かつ、バリア層１４の結晶配向を第１電極３２に反映させることができる。例えば、バリア層１４の結晶配向が（１１１）配向である場合、第１電極３２を（１１１）配向に形成することができる。第１電極３２の成膜方法としては、その材質に応じて適宜選択が可能であるが、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法が挙げられる。

次いで、図６（ｂ）に示すように、第１電極３２上に強誘電体層３４を形成する。ここで、強誘電体層３４を第１電極３２上に形成することにより、第１電極３２の結晶配向を強誘電体層３４に反映させることができる。例えば、第１電極３２の少なくとも一部が（１１１）配向を有する結晶質である場合、バリア層１４の結晶配向を（１１１）配向に形成することができる。強誘電体層３４の成膜方法としては、その材質に応じて適宜選択が可能であるが、例えば、スピンオン法，スパッタリング法，ＭＯＣＶＤ法が挙げられる。

次いで、図６（ｃ）に示すように、強誘電体層３４上に第２電極３６を形成する。第２電極３６の成膜方法としては、その材質に応じて適宜選択が可能であるが、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法が挙げられる。その後、所定のパターンのレジスト層を第２電極３６上に形成し、このレジスト層をマスクとして、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行なう。これにより、スタック型の強誘電体キャパシタ３０を含む強誘電体メモリ装置１００が得られる（図１参照）。この強誘電体メモリ装置１００に含まれる強誘電体キャパシタ３０は、バリア層１４上に設けられた第１電極３２と、第１電極３２上に設けられた強誘電体層３４と、強誘電体層３４上に設けられた第２電極３６とを有するものである。

以上説明したような本態様の強誘電体メモリ装置１００の製造方法によれば、以下の作用効果を有する。
まず、強誘電体キャパシタ３０とトランジスタ１８とを接続するコンタクトプラグ２０を形成するのに先立って、コンタクトホール２４内に単一配向性を具備した窒化チタン層２３を形成したため、当該プラグ２０の結晶成長モードが変化し、よりきめ細かな結晶粒を得ることができ、ひいては研磨後の当該プラグ２０の上面を平坦にすることが可能となった。このようにプラグ２０上面の平坦性が増すと、プラグ２０の上方に形成される第１電極３２の配向性を高めることが可能となり、ひいては強誘電体層３４の配向性を高めることが可能となった。その結果、本態様の製造方法により強誘電体特性に優れた強誘電体メモリ装置１００を製造することが可能となる。

なお、プラグ２０の上面の平坦性が増すことで、本実施形態では、チタン層１１２ａの自己配向性を高めることが可能となる。その結果、当該チタン層１１２ａの（００１）面方位の結晶配向性が高まり、これを窒化チタン層１２ａとした場合には（１１１）面方位の結晶配向性が高まる。したがって、当該窒化チタン層１２ａ上のバリア層１４の（１１１）面方位の結晶配向性も高まり、ひいては第１電極３２の（１１１）面方位の結晶配向性も高めることが可能となるのである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、図３に示したように開口部２４の内面にチタン層２５を形成した後、窒化チタン層２３を形成するものとしても良い。この場合、チタンは自己配向性に優れ、形成されるチタン層２５は（００１）面方位に配向性を示し、当該配向したチタン層２５の内面に形成される窒化チタン層２３は、その結晶構造を反映して（１１１）面方位に配向することとなる。このような窒化チタン層２３の内側にプラグ２０を形成した場合も、上記と同様に、当該プラグ２０の結晶成長モードが変化し、よりきめ細かな結晶粒を得ることができ、ひいては研磨後の当該プラグ２０の上面を平坦にすることが可能となる。

本発明の一実施の形態の強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面図。 図１の強誘電体メモリ装置の要部について配向態様を模式的に示す断面図。 強誘電体メモリ装置の一変形例について配向態様を模式的に示す断面図。 図１の強誘電体メモリ装置の一製造工程を模式的に示す断面図。 図４に続く強誘電体メモリ装置の一製造工程を模式的に示す断面図。 図５に続く強誘電体メモリ装置の一製造工程を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０…半導体基板、１２…下地層、１２ａ…窒化チタン層、１８…トランジスタ（能動素子）、２０…コンタクトプラグ、２４…開口部（コンタクトホール）、２６…層間絶縁膜、３２…第１電極（下部電極）、３４…強誘電体層、３６…第２電極（上部電極）

Claims (5)

1. 基板に能動素子を形成する工程と、
   前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
   前記コンタクトホールの内側に、前記層間絶縁膜に接するように（１００）面方位に単一配向した窒化チタン層を形成する工程と、
   前記窒化チタン層の内側に、前記能動素子と電気的に導通するコンタクトプラグを形成する工程と、
   前記コンタクトプラグの表面を研磨する工程と、
   前記コンタクトプラグの上方に、当該コンタクトプラグと電気的に導通する第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極上に強誘電体層を形成する工程と、
   前記強誘電体層上に第２電極を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする強誘電体メモリ装置の製造方法。
2. 前記コンタクトプラグの表面を研磨した後、当該コンタクトプラグ上にチタン層を形成する工程を含み、当該チタン層の上方に前記第１電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
3. 前記窒化チタン層を形成する前に、前記コンタクトホールの内面に対してアンモニアプラズマ処理を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
4. 前記窒化チタン層を形成する工程において、当該窒化チタン層をロングスロースパッタ法により成膜することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
5. 前記コンタクトプラグを形成する工程において、当該コンタクトプラグが単一配向性を有して形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。

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