【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体素子および
その製造方法に関し、より特定的には、酸化物系誘電体
膜を用いたキャパシタ素子などの誘電体素子およびその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体メモリは、高速で低消費電力な
不揮発性メモリとして、近年、精力的に研究がなされて
いる。図１３は、従来の強誘電体メモリの代表的な構造
を示した断面図であり、図１４は、図１３のキャパシタ
部分を９０度回転した方向から見た断面図である。
【０００３】図１３および図１４に示した従来の強誘電
体メモリでは、Ｓｉ基板１００上に、フィールド絶縁膜
１０１と、ＭＯＳトランジスタ１０２のウェル領域１０
３と、ドレイン領域１０４と、ドレイン領域１０４に接
続するビット線１０５と、ワード線１０６と、ソース領
域１０７と、層間絶縁膜１１４とが形成されている。ま
た、ソース領域１０７には、プラグ１０８を介して、酸
化物系誘電体キャパシタ１１２が接続されている。その
酸化物系誘電体キャパシタ１１２は、下部電極１０９
と、酸化物系誘電体膜１１０と、上部電極１１１とから
構成されている。
【０００４】下部電極１０９は、タングステン（Ｗ）に
よって構成されるプラグ１０８に接続されている。下部
電極１０９上には、強誘電体としてのＰｂＺｒxＴｉ1-x
Ｏ3（ＰＺＴ）またはＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）など
からなる酸化物系誘電体膜１１０が形成されている。酸
化物系誘電体膜１１０上には、上部電極１１１が形成さ
れている。特に、下部電極１０９の材料としては、イリ
ジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）またはこれらの成分
を含有する材料が広く用いられている。これは、これら
の材料が、酸化物系誘電体膜１１０との反応性が低いこ
と、または、高温耐性が優れていることなどの特長を有
しているためである。なお、上部電極１１１としても、
下部電極１０９の場合と同様、イリジウム（Ｉｒ）やプ
ラチナ（Ｐｔ）などの材料が用いられる。
【０００５】また、酸化物系誘電体キャパシタ１１２を
覆うように、層間絶縁膜１１５が形成されている。この
層間絶縁膜１１５に設けられたコンタクトホールを介し
て、酸化物系誘電体キャパシタ１１２の上部電極１１１
に、プレート線１１３が接続されている。
【０００６】一方、ダイナミック・ランダム・アクセス
・メモリ（ＤＲＡＭ）においても、近年、セルの微細化
に伴いキャパシタサイズが縮小するため、ＢａxＳｒ1-x
ＴｉＯ3（ＢＳＴ）などの誘電率の高い酸化物系誘電体
膜を用いたキャパシタ構造が求められている。そのＤＲ
ＡＭのキャパシタ構造は、図１３に示したキャパシタ構
造と同様な構造を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下部電
極１０９として用いるＩｒやＰｔは、自己配向性が極め
て強いため、アニールすると結晶粒が柱状構造となって
しまう。この場合、結晶粒界が基板に垂直な方向に揃っ
てしまう。このため、キャパシタ絶縁膜である酸化物系
誘電体膜１１０を焼結するために行う高温酸素雰囲気中
アニール処理において、この結晶粒界に沿って酸素が拡
散する。また、酸素の拡散経路は、下部電極１０９の領
域だけでなく、下部電極１０９のまわりの絶縁膜（層間
絶縁膜１１５および１１４）を通しても酸素が拡散す
る。このように下部電極１０９の下方に酸素が拡散され
ると、下部電極１０９の下に位置するタングステン
（Ｗ）からなるプラグ１０８が酸化されて、この部分に
タングステン酸化膜が形成される。このタングステン酸
化膜による体積膨張のため、膜剥がれが生じたり、キャ
パシタ素子が破壊されたりするという問題点があった。
【０００８】また、従来では、図１４に示すように、隣
接する下部電極１０９間に、高誘電率を有する酸化物系
誘電体膜１１０が埋め込まれている。このため、素子の
微細化に伴って、隣接する下部電極１０９間の間隔が小
さくなった場合には、下部電極１０９の側壁領域の寄生
容量が大きくなるという問題点もあった。
【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
下部電極の下方へ酸素が拡散するのを抑制することによ
って下部電極の下方に位置するプラグなどの電極の酸化
を防止することが可能な誘電体素子を提供することであ
る。
【００１０】この発明のもう一つの目的は、上記の誘電
体素子において、隣接する下部電極間の寄生容量を低減
することである。
【００１１】この発明のさらにもう一つの目的は、下部
電極下に位置するプラグなどの導電物が酸化されるのを
抑制することが可能な誘電体素子を容易に製造すること
が可能な、誘電体素子の製造方法を提供することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１における誘電体
素子は、酸素拡散を抑制する機能を有する第１導電膜を
含む下部電極と、下部電極上に形成され、酸化物系誘電
体膜を含む第１絶縁膜と、下部電極以外の領域に配置さ
れ、酸素拡散を抑制する機能を有する第２絶縁膜とを備
えている。なお、本発明における誘電体素子は、キャパ
シタ素子のみならず、誘電体を用いる他の素子も含む広
い概念である。
【００１３】請求項１による誘電体素子では、上記のよ
うに構成することによって、第１導電膜および第２絶縁
膜が酸素の拡散を阻止するバリア膜として機能する。こ
れにより、酸化物系誘電体膜を焼結するための熱処理時
に、下部電極の結晶粒界に沿って酸素が下方に拡散する
のを第１導電膜によって有効に阻止することができると
ともに、下部電極以外の領域から酸素が下方に拡散する
のを第２絶縁膜によって有効に阻止することができる。
これにより、下部電極よりも下方に位置する領域への酸
素の拡散を有効に抑制することができるので、下部電極
下に位置するプラグなどの導電物が酸化されるのを抑制
することができる。このため、たとえば、タングステン
からなるプラグに接続されるキャパシタ素子の場合に
は、タングステン酸化膜の形成を抑制することができ、
これにより、膜剥がれを抑制することができるととも
に、キャパシタ素子が破壊されるのを防止することがで
きる。その結果、良好な特性を有する素子を形成するこ
とができる。
【００１４】請求項２における誘電体素子では、請求項
１の構成において、第２絶縁膜は、第１導電膜と接触す
るように配置されている。請求項２では、このように構
成することによって、酸素拡散を抑制する機能を有する
第１導電膜と第２絶縁膜とが連続して形成されるので、
下部電極の下方の全面が酸素拡散を抑制する機能を有す
る第１導電膜と第２絶縁膜に覆われた構造となる。これ
により、下部電極よりも下方に位置する領域への酸素の
拡散を遮断することができ、その結果、下部電極下に位
置するプラグなどの導電物が酸化されるのをより有効に
抑制することができる。
【００１５】請求項３における誘電体素子では、請求項
１または２の構成において、第１導電膜は、金属、シリ
コンおよび窒素を含有し、金属は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、
Ｒｅ、Ｎｉ、Ｔａ、ＣｏおよびＭｏからなるグループよ
り選択される少なくとも１つを含む。請求項３では、第
１導電膜を上記のように構成することによって、第１導
電膜に酸素拡散を抑制する機能を持たせることができ
る。
【００１６】請求項４における誘電体素子では、請求項
１〜３のいずれかの構成において、第２絶縁膜は、酸化
物系誘電体膜よりも誘電率が小さい。請求項４では、こ
のように構成することによって、隣接する下部電極間に
第２絶縁膜を配置すれば、隣接する下部電極間に酸化物
系誘電体膜が配置される場合に比べて、隣接する下部電
極間の寄生容量を低減することができる。
【００１７】請求項５における誘電体素子では、請求項
１〜４のいずれかの構成において、第２絶縁膜は、Ｓｉ
Ｎ膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜およびＴｉＯ2膜からな
るグループより選択される少なくとも１つを含む。請求
項５では、第２絶縁膜を上記のような膜により構成する
ことによって、第２絶縁膜に酸素拡散を抑制する機能を
持たせることができるとともに、第２絶縁膜の誘電率を
酸化物系誘電体膜よりも小さくすることができる。その
結果、上記した酸素拡散阻止および寄生容量の低減とい
う２つの効果を同時に達成することができる。
【００１８】請求項６における誘電体素子では、請求項
１〜５のいずれかの構成において、第２絶縁膜は、下部
電極の側壁を覆うように形成されている。請求項６で
は、このように構成することによって、下部電極の側壁
と第２絶縁膜との界面での酸素拡散も阻止することがで
き、その結果、酸素拡散阻止能力をより高めることがで
きる。
【００１９】請求項７における誘電体素子は、請求項１
〜６のいずれかの構成において、第２絶縁膜の上に形成
され、第２絶縁膜よりも残留応力の小さい第３絶縁膜を
さらに備える。請求項７では、このように構成すること
によって、第２絶縁膜および第３絶縁膜からなる絶縁膜
全体の残留応力を小さくすることができる。これによ
り、応力に起因して絶縁膜にクラックが発生するのを防
止することができ、その結果、製造プロセスの安定化を
図ることができるとともに、素子の信頼性を高めること
ができる。
【００２０】請求項８における誘電体素子は、請求項７
の構成において、第３絶縁膜は、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＦ
膜およびＳｉＯＣ膜からなるグループより選択される少
なくとも１つを含む。請求項８では、このように構成す
ることによって、第２絶縁膜よりも残留応力の小さい第
３絶縁膜を容易に形成することができる。
【００２１】請求項９における誘電体素子は、請求項１
〜８のいずれかの構成において、第１導電膜を含む下部
電極は、導電物上に形成されている。請求項９では、こ
のように構成することによって、第１導電膜および第２
絶縁膜によって、下部電極下の導電物が酸化されるのを
抑制することができる。
【００２２】請求項１０における誘電体素子では、請求
項９の構成において、導電物は、タングステンプラグお
よびポリシリコンプラグのいずれかを含む。請求項１０
では、このように導電物としてタングステンプラグまた
はポリシリコンプラグを用いることによって、タングス
テンプラグまたはポリシリコンプラグの酸化が抑制され
る。これにより、従来用いられているタングステンプラ
グやポリシリコンプラグの形成技術をそのまま問題なく
適用することができる。その結果、たとえば、スタック
型キャパシタ構造を酸化を抑制しながら形成することが
できる。
【００２３】請求項１１における誘電体素子の製造方法
は、酸素拡散を抑制する機能を有する第１導電膜を含む
下部電極を形成する工程と、下部電極上および下部電極
以外の領域上に、酸素拡散を抑制する機能を有する絶縁
膜を形成する工程と、下部電極上に形成された絶縁膜を
研磨により除去する工程と、下部電極上に、酸化物系誘
電体膜を形成する工程と、酸化物系誘電体膜上に、上部
電極を形成する工程とを備えている。
【００２４】請求項１１では、上記のように、酸素拡散
を抑制する機能を有する第１導電膜を含む下部電極上
と、下部電極以外の領域上とに、酸素拡散を抑制する機
能を有する絶縁膜を形成した後、下部電極上に形成され
た絶縁膜を研磨により除去することによって、容易に、
下部電極以外の領域上に、酸素拡散を抑制する機能を有
する絶縁膜を形成することができる。これにより、酸素
拡散を抑制する機能を有する第１導電膜および絶縁膜に
よって、下部電極よりも下方に位置する領域への酸素の
拡散を有効に抑制することができる。その結果、下部電
極下に位置する導電物が酸化されるのを抑制することが
可能な誘電体素子を容易に製造することができる。
【００２５】請求項１２における誘電体素子の製造方法
は、酸素拡散を抑制する機能を有する絶縁膜を形成する
工程と、その絶縁膜に開口部を形成する工程と、開口部
内および絶縁膜上に、酸素拡散を抑制する機能を有する
第１導電膜を含む下部電極を形成する工程と、絶縁膜上
に形成された第１導電膜を含む下部電極を研磨により除
去する工程と、開口部内に形成された下部電極上に、酸
化物系誘電体膜を形成する工程と、酸化物系誘電体膜上
に、上部電極を形成する工程とを備えている。
【００２６】請求項１２では、上記のように、酸素拡散
を抑制する機能を有する絶縁膜の開口部内および絶縁膜
上に、酸素拡散を抑制する機能を有する第１導電膜を含
む下部電極を形成した後、絶縁膜上に形成された第１導
電膜を含む下部電極を研磨により除去することによっ
て、容易に、酸素拡散を抑制する機能を有する絶縁膜の
開口部内に、酸素拡散を抑制する機能を有する第１導電
膜を含む下部電極を形成することができる。これによ
り、酸素拡散を抑制する機能を有する第１導電膜および
絶縁膜によって、下部電極よりも下方に位置する領域へ
の酸素の拡散を有効に抑制することができる。その結
果、下部電極下に位置する導電物が酸化されるのを抑制
することが可能な誘電体素子を容易に製造することがで
きる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
【００２８】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態によるキャパシタ素子の構造を示した断面図であ
る。図１を参照して、まず、第１実施形態のキャパシタ
素子の構造について説明する。この第１実施形態のキャ
パシタ素子では、Ｓｉ基板１０の表面上に、ｎ型ドーピ
ング層１１が所定の間隔を隔てて形成されている。ま
た、Ｓｉ基板１０上には、絶縁膜１２が形成されてお
り、その絶縁膜１２にはコンタクトホール１２ａが形成
されている。コンタクトホール１２ａ内には、タングス
テンプラグ１３が埋め込まれている。タングステンプラ
グ１３に接続するように、酸素拡散バリア膜としてのＩ
ｒＳｉＮ膜１４が約１００ｎｍの厚みで形成されてい
る。ＩｒＳｉＮ膜１４上には、下部電極を構成するＰｔ
膜１５が約１５０ｎｍの厚みで形成されている。なお、
タングステンプラグ１３は、本発明の「導電物」に相当
し、ＩｒＳｉＮ膜１４は、本発明の「第１導電膜」に相
当する。
【００２９】ＩｒＳｉＮ膜１４およびＰｔ膜１５からな
る下部電極間には、ＳｉＮ膜１７とＳｉＯ2膜１８との
積層膜が埋め込まれている。ＳｉＮ膜１７は、約５０ｎ
ｍの厚みで形成されているとともに、ＩｒＳｉＮ膜１４
およびＰｔ膜１５の側壁に接触するように形成されてい
る。ここで、ＳｉＯ2膜１８は、ＳｉＮ膜１７に比べ
て、一般に、膜の残留応力が小さい。また、ＳｉＮ膜１
７は、酸素拡散を阻止する機能を有する酸素拡散バリア
膜となる。このＳｉＮ膜１７が、本発明の「第２絶縁
膜」に相当し、ＳｉＯ2膜１８が、本発明の「第３絶縁
膜」に相当する。なお、この第１実施形態では、下部電
極に配置した酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉＮ膜１４
と、下部電極以外の領域に配置した酸素拡散バリア膜と
なるＳｉＮ膜１７とが接触している。これにより、下部
電極の下方の全面が酸素拡散バリア膜によって覆われて
いる構造になる。
【００３０】Ｐｔ膜１５上およびＳｉＯ2膜１８上に
は、強誘電体膜であるＳＢＴ膜１９が約２００ｎｍの厚
みで形成されている。なお、このＳＢＴ膜１９が、本発
明の「酸化物系誘電体膜を含む第１絶縁膜」に相当す
る。ＳＢＴ膜１９上には、上部電極となるＰｔ膜２０が
形成されている。
【００３１】図２〜図５は、図１に示した第１実施形態
によるキャパシタ素子の製造プロセスを説明するための
断面図である。図２〜図５を参照して、次に第１実施形
態の製造プロセスについて説明する。
【００３２】まず、図２に示すように、Ｓｉ基板１０の
表面に、ｎ型ドーピング層１１を形成する。ｎ型ドーピ
ング層１１上に、絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２の
ｎ型ドーピング層１１上に位置する領域に、コンタクト
ホール１２ａを形成する。コンタクトホール１２ａ内を
埋め込むように、タングステンプラグ１３を形成する。
タングステンプラグ１３上に、酸素拡散バリア膜となる
ＩｒＳｉＮ膜１４を約１００ｎｍの厚みで形成する。Ｉ
ｒＳｉＮ膜１４上に、Ｐｔ膜１５を約１５０ｎｍの厚み
で形成する。この後、Ｐｔ膜１５上の所定領域にフォト
レジスト１６を形成する。このフォトレジスト１６をマ
スクとして、Ｐｔ膜１５およびＩｒＳｉＮ膜１４をエッ
チングすることによって、図２に示されるような、パタ
ーニングされたＩｒＳｉＮ膜１４およびＰｔ膜１５から
なる下部電極が形成される。この後、フォトレジスト１
６を除去する。
【００３３】次に、図３に示すように、酸素拡散バリア
膜として機能するＳｉＮ膜１７を約５０ｎｍの厚みで堆
積する。そして、ＳｉＮ膜１７上に、ＳｉＯ2膜１８を
約３００ｎｍの厚みで堆積する。この後、ＣＭＰ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ：化学機械研磨）法を用いて、Ｐｔ膜１５上に位置
するＳｉＯ2膜１８およびＳｉＮ膜１７を除去する。こ
れにより、図４に示されるような形状が得られる。
【００３４】上記した工程によって、下部電極に配置し
た酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉＮ膜１４と、下部電
極以外の領域に配置した酸素拡散バリア膜となるＳｉＮ
膜１７とが接触した構造が形成される。そして、ＩｒＳ
ｉＮ膜１４およびＳｉＮ膜１７によって、後述するＳＢ
Ｔ膜１９の焼結のためのアニール時に、下部電極の下方
への酸素拡散が遮断される。
【００３５】次に、図５に示すように、全面を覆うよう
に強誘電体膜であるＳＢＴ膜１９を約２００ｎｍの厚み
でゾル・ゲル法を用いて形成する。この場合の仮焼成
は、２００℃、５分間の条件下で行う。また、塗布回数
は２回である。
【００３６】最後に、図１に示したように、ＳＢＴ膜１
９上に、上部電極となるＰｔ膜２０を形成する。この
後、フォトレジスト（図示せず）を用いてＰｔ膜２０お
よびＳＢＴ膜１９をパターンニングする。そして、フォ
トレジストを除去する。その後、ＳＢＴ膜１９の焼結の
ため、酸素雰囲気中で、８００℃、４０分のアニールを
行う。
【００３７】このようにして、第１実施形態の強誘電体
キャパシタが作製される。
【００３８】図６は、上記のように作製された第１実施
形態のキャパシタ構造の分極ヒステリシス特性を調べた
結果を示したものである。図６を参照して、縦軸には、
強誘電体の分極値が示されており、横軸には、キャパシ
タに印加する電圧が示されている。第１実施形態の強誘
電体キャパシタでは、図６に示すように、そのヒステリ
シス特性は良好な飽和特性を示し、２Ｐｒ値（Ｐｒ：残
留分極値）で約１６．０μＣ／ｃｍ2になる。
【００３９】これに対して、図１に示した第１実施形態
のキャパシタ構造において、ＩｒＳｉＮ膜１４がない場
合や、ＳｉＮ膜１７がない場合には、タングステンプラ
グ１３が酸化され、その結果、強誘電体キャパシタ部分
で下部電極の膜剥がれが生じたり、強誘電体キャパシタ
の破壊が生じたりしたことが確認された。このことは、
下部電極および下部電極以外の絶縁膜の領域で酸素拡散
を阻止する必要があることを示している。
【００４０】また、図７は、ＩｒＳｉＮ膜の酸素拡散阻
止能力を検証するために作製したサンプル構造における
元素組成比を測定した結果を示したものである。このサ
ンプル構造としては、Ｓｉ基板上に、ＩｒＳｉＮ（２０
０ｎｍ）／ポリシリコン（６００ｎｍ）を堆積したもの
を用いた。このサンプルを作製した後、酸素雰囲気中
で、８００℃、４０分間のアニールを施した後、ＲＢＳ
（ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いて、このサンプ
ル構造の深さ方向の元素組成比を調べた。図７に示すよ
うに、ＩｒＳｉＮ膜における酸素の拡散は、１０ｎｍ以
下である。このことから、ＩｒＳｉＮ膜１４が酸素の拡
散を十分阻止していることがわかる。
【００４１】第１実施形態では、上記のように、キャパ
シタの下部電極に酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉＮ膜
１４を配置するとともに、下部電極以外の領域にＩｒＳ
ｉＮ膜１４に接触するように、酸素拡散バリア膜となる
ＳｉＮ膜１７を配置することによって、ＩｒＳｉＮ膜１
４とＳｉＮ膜１７とが連続して酸素拡散バリア膜を構成
することができる。これにより、下部電極の下方への酸
素の拡散を遮断することができるので、下部電極の下方
に位置するタングステンプラグ１３の酸化を有効に抑制
することができる。これにより、膜剥がれを抑制するこ
とができるとともに、キャパシタ素子が破壊されるのを
防止することができる。その結果、良好な特性を有する
キャパシタ素子を形成することができる。
【００４２】また、第１実施形態では、下部電極の側壁
を覆うように、ＳｉＮ膜１７を形成することによって、
下部電極側壁とＳｉＮ膜１７との界面での酸素拡散を効
果的に抑制することができる。これにより、酸素拡散阻
止能力をより向上させることができる。
【００４３】また、第１実施形態では、ＳｉＮ膜１７上
に、ＳｉＮ膜１７よりも残留応力が小さいＳｉＯ2膜１
８を形成することによって、ＳｉＮ膜１７およびＳｉＯ
2膜１８からなる絶縁膜全体の残留応力を小さくするこ
とができる。これにより、応力に起因して絶縁膜にクラ
ックが発生するのを有効に防止することができ、その結
果、製造プロセスの安定化を図ることができるととも
に、素子の信頼性を高めることができる。
【００４４】また、ＩｒＳｉＮ膜１４およびＳｉＮ膜１
７によって下部電極の下方への酸素の拡散を遮断するこ
とによって、タングステンプラグ１３の酸化を抑制する
ことができるので、スタック型キャパシタ構造を酸化を
抑制しながら形成することができる。
【００４５】また、第１実施形態では、下部電極間に、
誘電率の低いＳｉＮ膜１７（誘電率：７．０）およびＳ
ｉＯ2膜１８（誘電率：３．９）を埋め込むように構成
することによって、従来の下部電極間に強誘電体膜（誘
電率：たとえば、ＰＺＴの場合は、２００〜３００程
度）が配置されていた場合に比べて、下部電極間の寄生
容量を低減することができる。
【００４６】また、第１実施形態の製造プロセスでは、
ＣＭＰ法を用いて、酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉＮ
膜１４およびＰｔ膜１５からなる下部電極間に、酸素拡
散バリア膜となるＳｉＮ膜１７およびＳｉＯ2膜１８か
らなる絶縁膜を容易に埋め込むことができる。これによ
り、下部電極下に位置するタングステンプラグ１３が酸
化されるのを抑制することが可能なキャパシタ素子構造
を容易に製造することができる。
【００４７】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態によるキャパシタ素子の構造を示した断面図であ
る。図８を参照して、この第２実施形態では、上記した
第１実施形態と異なり、酸素拡散バリア膜となるＳｉＮ
膜３４およびＳｉＯ2膜３５に、開口部５０を設けると
ともに、その開口部５０内に、酸素拡散バリア膜となる
ＩｒＳｉＮ膜３７を含むキャパシタ下部電極が埋め込ま
れた構造を有する。以下、詳細に説明する。
【００４８】この第２実施形態のキャパシタ構造では、
Ｓｉ基板３０の表面に、所定の間隔を隔てて、ｎ型ドー
ピング層３１が形成されている。Ｓｉ基板３０上には、
絶縁膜３２が形成されており、その絶縁膜３２には、コ
ンタクトホール３２ａが形成されている。コンタクトホ
ール３２ａ内には、タングステンプラグ３３が埋め込ま
れている。層間絶縁膜３２上には、タングステンプラグ
３３上の領域に開口部５０を有するＳｉＮ膜３４および
ＳｉＯ2膜３５が形成されている。なお、ＳｉＮ膜３４
は、酸素拡散バリア膜となる。開口部５０内には、タン
グステンプラグ３３に接続するとともに開口部５０の側
壁に接触するように、酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉ
Ｎ膜３７が約１５０ｎｍの厚みで形成されている。Ｉｒ
ＳｉＮ膜３７上には、下部電極となるＰｔ膜３８が形成
されている。また、ＳｉＯ2膜３５、ＩｒＳｉＮ膜３７
およびＰｔ膜３８上には、強誘電体膜であるＳＢＴ膜３
９が形成されている。ＳＢＴ膜３９上には、上部電極と
なるＰｔ膜４０が形成されている。
【００４９】なお、タングステンプラグ３３は、本発明
の「導電物」に相当し、ＩｒＳｉＮ膜３７は、本発明の
「第１導電膜」に相当する。また、ＳｉＮ膜３４は、本
発明の「第２絶縁膜」に相当し、ＳｉＯ2膜３５は、本
発明の「第３絶縁膜」に相当する。また、ＳＢＴ膜３９
は、本発明の「酸化物系誘電体膜を含む第１絶縁膜」に
相当する。
【００５０】図９〜図１２は、図８に示した第２実施形
態のキャパシタ素子の製造プロセスを説明するための断
面図である。図９〜図１２を参照して、以下に第２実施
形態の製造プロセスについて説明する。
【００５１】まず、図９に示すように、その表面にｎ型
ドーピング層３１が形成されたＳｉ基板３０上に、絶縁
膜３２を形成する。絶縁膜３２のｎ型ドーピング層３１
上に位置する領域に、コンタクトホール３２ａを形成す
る。コンタクトホール３２ａ内に、タングステンプラグ
３３を埋め込む。絶縁膜３２上およびタングステンプラ
グ３３上に、酸素拡散バリア膜として機能するＳｉＮ膜
３４を約５０ｎｍの厚みで堆積する。続いて、ＳｉＯ2
膜３５を約２５０ｎｍの厚みで堆積する。そして、Ｓｉ
Ｏ2膜３５上の所定領域にフォトレジスト３６を形成し
た後、このフォトレジスト３６をマスクとして、ＳｉＯ
2膜３５およびＳｉＮ膜３４をエッチングする。これに
より、開口部５０を形成する。この後、フォトレジスト
３６を除去する。
【００５２】この後、開口部５０内およびＳｉＯ2膜３
５上に、酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉＮ膜３７を約
１５０ｎｍの厚みで形成する。続いて、下部電極となる
Ｐｔ膜３８を約２００ｎｍの厚みで形成することによっ
て、図１０に示すような構造が得られる。
【００５３】この後、ＣＭＰ法を用いて、ＳｉＯ2膜３
５上に位置するＰｔ膜３８およびＩｒＳｉＮ膜３７を除
去することによって、図１１に示すような構造が得られ
る。上記のような工程によって、ＳｉＮ膜３４およびＳ
ｉＯ2膜３５からなる絶縁膜の開口部５０内に、ＩｒＳ
ｉＮ膜３７およびＰｔ膜３８からなる下部電極が埋め込
まれた構造が形成される。この構造においても、第１実
施形態と同様、下部電極に配置した酸素拡散バリア膜と
なるＩｒＳｉＮ膜３７と、下部電極以外の領域に配置し
た酸素拡散バリア膜となるＳｉＮ膜３４とが接触した構
造になる。これにより、ＩｒＳｉＮ膜３７とＳｉＮ膜３
４とによって、下方への酸素拡散が遮断される。
【００５４】この後、図１２に示すように、全面を覆う
ようにＳＢＴ膜３９をゾル・ゲル法によって約２００ｎ
ｍの厚みで形成する。この場合の仮焼成は、２００℃で
５分間行う。また、塗布回数は２回である。
【００５５】最後に、図８に示したように、ＳＢＴ膜３
９上に、上部電極を構成するＰｔ膜４０を形成する。こ
の後、Ｐｔ膜４０上の所定領域にフォトレジスト（図示
せず）を形成した後、そのフォトレジストを用いて、Ｐ
ｔ膜４０およびＳＢＴ膜３９をパターンニングする。そ
して、そのフォトレジストを除去する。その後、ＳＢＴ
膜３９の焼結のため、酸素雰囲気中で、８００℃、４０
分のアニールを行う。
【００５６】上記ようにして、第２実施形態によるキャ
パシタ素子が形成される。このようにして作製した第２
実施形態の強誘電体キャパシタの分極ヒステリシス特性
を調べたところ、そのヒステリシス特性は良好な飽和特
性を示し、２Ｐｒ値で１６．２μＣ／ｃｍ2であった。
【００５７】第２実施形態では、上記のように、開口部
５０内に埋め込まれた酸素拡散バリア膜となるＩｒＳｉ
Ｎ膜３７と、そのＩｒＳｉＮ膜３７に接触するようにキ
ャパシタ以外の領域に配置された酸素拡散バリア膜とな
るＳｉＮ膜３４とによって、ＳＢＴ膜３９の焼結の際の
アニール時に、酸素が下部電極の下方に拡散するのを遮
断することができる。これにより、第１実施形態と同
様、下部電極下に位置するタングステンプラグ３３が酸
化されるのを抑制することができ、その結果、膜剥がれ
を抑制することができるとともに、キャパシタ素子が破
壊させるのを防止することができる。これにより、良好
な特性を有する素子を形成することができる。
【００５８】また、第２実施形態においても、第１実施
形態と同様、隣接する下部電極間に、誘電率の低いＳｉ
Ｎ膜３４およびＳｉＯ2膜３５が埋め込まれているの
で、下部電極間の寄生容量を低減することができる。
【００５９】また、ＳｉＮ膜３４上に、ＳｉＮ膜３４よ
りも残留応力の小さいＳｉＯ2膜３５を形成することに
よって、ＳｉＮ膜３４およびＳｉＯ2膜３５からなる絶
縁膜全体の応力を小さくすることができるので、応力に
起因して絶縁膜にクラックが発生するのを防止すること
ができる。
【００６０】また、上記した第２実施形態の製造プロセ
スでは、ＳｉＮ膜３４およびＳｉＯ2膜３５からなる絶
縁膜の開口部５０内に、酸素拡散バリア膜となるＩｒＳ
ｉＮ膜３７およびＰｔ膜３８からなる下部電極をＣＭＰ
法を用いて容易に埋め込むことができる。これにより、
下部電極下に位置するタングステンプラグ３３が酸化さ
れるのを抑制することが可能なキャパシタ素子構造を容
易に製造することができる。
【００６１】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
【００６２】たとえば、上記第１実施形態および第２実
施形態では、下部電極に配置される酸素拡散バリア膜と
なる導電膜として、ＩｒＳｉＮ膜１４または３４を用い
たが、本発明はこれに限らず、酸素拡散を阻止する導電
膜として、ＩｒＳｉＮ膜以外に、ＰｔＳｉＮ膜、ＲｕＳ
ｉＮ膜、ＲｅＳｉＮ膜、ＮｉＳｉＮ膜、ＣｏＳｉＮ膜ま
たはＭｏＳｉＮ膜を用いても良く、さらにこれらの導電
膜を組み合わせても良い。
【００６３】また、上記第１実施形態および第２実施形
態では、酸化物系誘電体膜として強誘電体膜であるＳＢ
Ｔ膜１９または３９を用いたが、本発明はこれに限ら
ず、たとえば、ＰＺＴなどの他の酸化物系の誘電体膜を
用いても良い。
【００６４】また、上記第１実施形態および第２実施形
態では、強誘電体キャパシタ素子を用いて説明したが、
本発明はこれに限らず、高誘電率を有する酸化物系常誘
電体を用いたキャパシタ素子を用いても良い。すなわ
ち、強誘電体であるＳＢＴ膜１９または３９に代えて、
酸化物系常誘電体であるＢＳＴ膜などを用いても良い。
【００６５】また、上記第１および第２実施形態では、
下部電極以外の領域に配置する絶縁膜として、酸素拡散
バリア膜となるＳｉＮ膜１７または３４と、ＳｉＯ2膜
１８または３５との積層構造を用いたが、本発明はこれ
に限らず、酸素拡散バリア膜となるＳｉＮ膜の単層膜を
用いても良い。ただし、ＳｉＮ膜の場合、一般に、Ｓｉ
Ｏ2膜に比べて膜の残留応力が大きい。このため、Ｓｉ
Ｎ膜を厚膜化すると、膜堆積時やその後のアニール工程
においてクラックなどの膜破壊が生じる場合がある。し
たがって、第１および第２実施形態で示したように、酸
素拡散バリア膜として機能する膜と、低応力膜とを組み
合わせた絶縁膜構造の方が好ましい。
【００６６】また、上記第１および第２実施形態では、
酸素拡散バリア膜となる絶縁膜として、ＳｉＮ膜１７ま
たは３４を用いたが、本発明はこれに限らず、酸素拡散
バリア膜となる絶縁膜として、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜
またはＴｉＯ2膜を用いても良く、さらにこれらの絶縁
膜を組み合わせても良い。
【００６７】また、上記第１および第２実施形態では、
酸素拡散バリア膜となるＳｉＮ膜１７または３４上に形
成する低応力膜として、ＳｉＯ2膜１８または３５を形
成したが、本発明はこれに限らず、低応力膜として、Ｓ
ｉＯ2膜以外にＳｉＯＦ膜やＳｉＯＣ膜などを用いても
良く、これらの絶縁膜を組み合わせても良い。
【００６８】また、上記第１および第２実施形態では、
プラグとしてタングステンプラグ１３または３３を用い
たが、本発明はこれに限らず、ポリシリコンプラグを用
いても良い。この場合にも、ポリシリコンプラグの酸化
を有効に抑制することができる。
【００６９】なお、本発明はキャパシタ素子のみなら
ず、誘電体を用いる素子全般に適応可能である。
【００７０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、酸化物
系誘電体膜を焼結するための熱処理時に、下部電極より
も下方に位置する領域への酸素の拡散を有効に抑制する
ことができるので、下部電極下に位置するプラグなどの
導電物が酸化されるのを抑制することができる。その結
果、良好な特性を有する素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるキャパシタ素子の
構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態のキャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態のキャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態のキャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態のキャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の効果を説明するための
特性図である。
【図７】本発明の第１実施形態の効果を説明するための
特性図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるキャパシタ素子の
構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態のキャパシタ素子の製造
プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態のキャパシタ素子の製
造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態のキャパシタ素子の製
造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態のキャパシタ素子の製
造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】従来の強誘電体メモリの構造を示した断面図
である。
【図１４】図１３に示した従来のキャパシタ部分を９０
度回転した方向から見た断面図である。
【符号の説明】 １０、３０ Ｓｉ基板 １１、３１ ｎ型ドーピング層 １３、３３ タングステンプラグ（導電物） １４、３７ ＩｒＳｉＮ膜（第１導電膜） １５、３８ Ｐｔ膜（下部電極） １７、３４ ＳｉＮ膜（第２絶縁膜） １８、３５ ＳｉＯ2膜（第３絶縁膜） １９、３９ ＳＢＴ膜（酸化物系誘電体膜） ２０、４０ Ｐｔ膜（上部電極）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F083 AD21 AD49 FR02 GA25 JA15 JA17 JA35 JA38 JA39 JA40 JA56 JA57 MA06 MA17 NA08 PR33 PR40