JP2001210795A

JP2001210795A - 誘電体素子

Info

Publication number: JP2001210795A
Application number: JP2000284892A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Matsushita; 重治松下; Mitsuaki Harada; 光昭原田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の酸化や酸化物系誘電体膜の膜特性の劣
化を抑制することが可能な酸化物系誘電体膜を用いた誘
電体素子を提供する。【解決手段】強誘電体膜であるＳＢＴ膜（酸化物系誘
電体膜）１５を含むキャパシタ絶縁膜と、ＩｒＳｉ膜１
２またはＩｒＳｉＮ膜１３を含むキャパシタ下部電極と
を備えている。

Description

【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２３および図２４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る。

【０００３】図２３に示した構造では、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１０３と、ソース領域１０４と、ソ
ース領域１０４に接続するソース電極１０５と、ゲート
電極１０６と、ドレイン領域１０７と、層間絶縁膜１１
４とが形成されている。また、ドレイン領域１０７に
は、プラグ１０９を介して、酸化物系誘電体キャパシタ
１１３が接続されている。

【０００４】また、図２４に示した構造では、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１０３と、ソース領域１０４
と、ソース領域１０４に接続するソース電極１０５と、
ゲート電極１０６と、ドレイン領域１０７と、ドレイン
領域１０７に接続するドレイン電極１０８と、層間絶縁
膜１１４とが形成されている。また、ゲート電極１０６
には、プラグ１０９を介して、酸化物系誘電体キャパシ
タ１１３が接続されている。図２４に示した構造は、Ｆ
ＥＴ型強誘電体メモリと称する。

【０００５】図２３および図２４に示した構造における
酸化物系誘電体キャパシタ１１３は、下部電極１１０
と、酸化物系誘電体膜１１１と、上部電極１１２とから
構成されている。下部電極１１０は、ポリシリコン（ポ
リＳｉ）またはタングステン（Ｗ）によって構成される
プラグ１０９に接続されている。下部電極１１０上に
は、強誘電体膜としてのＰｂＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃（ＰＺ
Ｔ）またはＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉（ＳＢＴ）などからなる
酸化物系誘電体膜１１１が形成されている。酸化物系誘
電体膜１１１上には、上部電極１１２が形成されてい
る。特に、下部電極１１０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１１１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１１２としても、下部
電極１１０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。

【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、Ｂａ_xＳｒ_1-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２３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、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。これにより、プラグなどの
電極を構成するポリＳｉやＷが酸化されて、この部分に
酸化膜が形成される。その結果、キャパシタ特性を劣化
させたり、キャパシタ素子作製に悪影響を及ぼすという
問題点があった。

【０００８】たとえば、図２３に示した素子構造におい
て、プラグ１０９としてポリＳｉプラグを用いた場合
に、その一部が酸化されると、下部電極１１０とプラグ
１０９との間に、シリコン酸化膜が形成される。この場
合、このシリコン酸化膜は、キャパシタ絶縁膜として作
用し、かつ、酸化物系誘電体キャパシタ１１３と直列に
接続されることになる。キャパシタが直列接合されてい
る場合、印加したバイアスはそれぞれのキャパシタの容
量に反比例して分圧されることになる。酸化物系誘電体
膜の誘電率は、一般に、シリコン酸化膜の数十倍〜数百
倍あるため、酸化物系誘電体キャパシタ１１３の容量は
大きくなる。

【０００９】したがって、酸化物系誘電体キャパシタ１
１３をシリコン酸化膜キャパシタと直列接続した状態で
バイアスを印加しても、酸化物系誘電体キャパシタ１１
３にはあまり分圧されなくなる。このような状態におい
て、たとえば、酸化物系誘電体膜１１１が強誘電体膜で
ある強誘電体メモリの場合には、その反転分極値が減少
し、そのため、メモリ特性が劣化するという問題が発生
する。また、酸化物系誘電体膜１１１が高誘電体膜であ
るＤＲＡＭの場合には、そのチャージ量が減少し、その
ため、メモリ特性が劣化するという問題が発生する。

【００１０】また、図２３に示した素子構造において、
プラグ１０９として、上記のＳｉプラグの代わりにＷプ
ラグを用いた場合、その一部が酸化されてタングステン
酸化膜が形成される。この場合、このタングステン酸化
膜による体積膨張のため、膜剥がれが発生し、その結
果、高品質なキャパシタ素子を作製するのが困難になる
という問題が発生する。

【００１１】さらに別の問題として、アニール処理にお
いて、酸化物系誘電体膜１１１から、下部電極１１０や
上部電極１１２を構成するＩｒやＰｔの結晶粒界に沿っ
て酸素が外方拡散し、その結果、分極特性などの酸化物
系誘電体膜１１１自身の特性が劣化するという問題もあ
る。

【００１２】本発明は、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１つの目的は、電
極の酸化を抑制することによって良好な特性を有する誘
電体素子を提供することである。

【００１３】この発明のもう１つの目的は、上記の誘電
体素子において、酸化物系誘電体膜の特性が劣化するの
を抑制することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１による誘電体素
子は、酸化物系誘電体膜を含む絶縁膜と、少なくとも金
属およびシリコンを含有する第１導電膜を含む電極とを
備え、上記金属は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ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。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。

【００１５】請求項１では、このように構成することに
よって、第１導電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、電極の結晶粒界に沿って酸素が拡
散するのを有効に阻止することができる。それにより、
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
ができる。これにより、たとえば、キャパシタ素子の場
合には、メモリ特性の劣化を抑制することができるとと
もに、膜剥がれ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。

【００１６】請求項２による誘電体素子は、請求項１の
構成において、第１導電膜は、さらに窒素を含有する。
請求項２では、このように構成することによって、第１
導電膜の酸素の拡散を阻止する機能をさらに高めること
ができる。すなわち、請求項１に記載の金属（Ｍ）は、
一般に窒化物を構成しにくいか、または、窒化物を構成
してもＭｘＮ（ｘ≧２）で安定状態となるものである。
このような金属とシリコン（Ｓｉ）および窒素（Ｎ）と
を結合させると、金属（Ｍ）は、Ｎと結合するよりもＳ
ｉと結合しやすくなるとともに、ＮはＳｉと結合しやす
くなる。そのため、そのＭ−Ｓｉ−Ｎ膜は、金属シリサ
イド（Ｍ−Ｓｉ）に、Ｓｉ−Ｎを埋め込んだ構造になる
と考えられる。これにより、Ｍ−Ｓｉ−Ｎ膜は、シリコ
ン窒化（ＳｉＮ）膜が有する酸素拡散阻止能力と、金属
シリサイド（Ｍ−Ｓｉ）が有する導電性とを同時に兼ね
備えることができると考えられる。その結果、請求項２
によるＭ−Ｓｉ−Ｎ膜は、第１導電膜の酸素の拡散を阻
止する機能をさらに高めることができる。

【００１７】請求項３による誘電体素子は、請求項１ま
たは２の構成において、第１導電膜を構成する金属は、
イリジウムである。請求項３では、このように、第１導
電膜を構成する金属としてイリジウムを用いることによ
って、第１導電膜を酸素の拡散を阻止するバリア膜とし
て機能させることができる。

【００１８】請求項４による誘電体素子は、請求項３の
構成において、第１導電膜は、イリジウムとシリコンと
を含有する導電膜と、イリジウムとシリコンと窒素とを
含有する導電膜との積層構造からなる。請求項４では、
このように構成することによって、イリジウムとシリコ
ンと窒素とを含有する導電膜により高い酸素拡散阻止能
力を維持することができるとともに、イリジウムとシリ
コンとを含有する導電膜により低抵抗化したバリア膜を
形成することができる。

【００１９】請求項５による誘電体素子は、請求項４の
構成において、イリジウムとシリコンと窒素とを含有す
る導電膜は、酸化物系誘電体膜側に配置されている。請
求項５では、このように構成することによって、第１導
電膜は、酸化物系誘電体膜からの酸素拡散をより効果的
に阻止することができる。これにより、酸化物系誘電体
膜自身の特性が劣化するのを抑制することができる。

【００２０】請求項６による誘電体素子は、請求項４ま
たは５の構成において、第１導電膜は、導電物と絶縁膜
との間に配置されている。請求項６では、このように構
成することによって、第１導電膜により絶縁膜から導電
物に酸素が拡散するのを有効に阻止することができる。

【００２１】請求項７による誘電体素子は、請求項６の
構成において、導電物は、酸化されると絶縁物化するも
のであり、導電物上に、第１導電膜および絶縁膜が順に
形成されている。請求項７では、このように構成するこ
とによって、第１導電膜により絶縁膜から導電物に酸素
が拡散するのを有効に阻止することができるので、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８による誘電体素子は、請求項７の
構成において、導電物は、ポリシリコンプラグおよびタ
ングステンプラグのいずれかを含む。請求項８では、こ
のように導電物としてポリシリコンプラグまたはタング
ステンプラグを用いることによって、ポリシリコンプラ
グまたはタングステ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ポリシリコンプラグやタン
グステ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。

【００２３】請求項９による誘電体素子は、請求項１ま
たは２の構成において、第１導電膜と絶縁膜との間に配
置された導電性結晶膜をさらに備える。請求項９では、
このように構成することによって、第１導電膜により酸
素拡散を阻止することができるとともに、導電性結晶膜
により、分極特性などの特性が良好な酸化物系誘電体膜
からなる絶縁膜を形成することができる。

【００２４】請求項１０による誘電体素子は、請求項９
の構成において、導電性結晶膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕお
よびＲｅからなるグループより選択される少なくとも１
つの金属を含む金属膜である。請求項１０では、このよ
うに構成することによって、上記の金属膜からなる導電
性結晶膜により、分極特性などの特性が良好な酸化物系
誘電体膜からなる絶縁膜を形成することができる。

【００２５】請求項１１による誘電体素子は、請求項１
０の構成において、第１導電膜は、Ｐｔとシリコンと窒
素とを含有し、導電性結晶膜は、Ｐｔからなる金属膜で
ある。請求項１１では、このように構成することによっ
て、Ｐｔとシリコンと窒素とを含有する第１導電膜によ
り酸素拡散をより有効に阻止することができるととも
に、Ｐｔの金属膜からなる導電性結晶膜により、分極特
性などの特性が良好な酸化物系誘電体膜からなる絶縁膜
を形成することができる。

【００２６】請求項１２による誘電体素子は、請求項９
の構成において、導電性結晶膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕお
よびＲｅからなるグループより選択される少なくとも１
つの金属を含む金属酸化膜である。請求項１２では、こ
のように構成することによって、上記の金属酸化膜から
なる導電性結晶膜により、分極特性などの特性が良好な
酸化物系誘電体膜からなる絶縁膜を形成することができ
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、第１実施形態のキャパシタ素子
は、以下の手順で形成されている。まず、Ｓｉ基板１０
上に、ドープド・ポリＳｉ膜１１が形成される。そし
て、ポリＳｉ膜１１上に、ＩｒＳｉ膜１２またはＩｒＳ
ｉＮ膜１３が形成される。その後、ＩｒＳｉ膜１２また
はＩｒＳｉＮ膜１３上に、Ｉｒ膜１４が形成される。Ｉ
ｒ膜１４上に、酸化物系誘電体膜として強誘電体膜であ
るＳＢＴ膜１５が形成される。続いて、ＳＢＴ膜１５上
に、Ｉｒ膜１６が形成される。そして、ＳＢＴ膜１５の
焼結のためのアニールを、酸素雰囲気中で行っている。

【００２９】上記した各膜の膜厚は、ポリＳｉ膜１１が
６００ｎｍ、ＩｒＳｉ膜１２またはＩｒＳｉＮ膜１３が
１００ｎｍ、Ｉｒ膜１４が１００ｎｍ、ＳＢＴ膜１５が
３００ｎｍ、Ｉｒ膜１６が１００ｎｍである。ここで、
Ｉｒ膜１６は、上部電極を構成する。ＩｒＳｉ膜１２ま
たはＩｒＳｉＮ膜１３と、Ｉｒ膜１４とは、下部電極を
構成する。また、ポリＳｉ膜１１は、下部電極の一部と
して、または、プラグとして用いられる電極材料であ
る。

【００３０】この第１実施形態では、ＩｒＳｉ膜１２ま
たはＩｒＳｉＮ膜１３と、Ｉｒ膜１４とによって構成さ
れる下部電極の酸素拡散阻止能力について調べた。

【００３１】図２および図３は、図１と同様のＩｒ膜１
４／ＩｒＳｉ膜１２／ポリＳｉ膜１１の積層膜構造にお
いて、Ｘ−ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）評価により深さ方向の元
素組成比を調べた結果である。すなわち、図２は、その
Ｉｒ／ＩｒＳｉ／ポリＳｉ積層膜形成後のサンプルを調
べた結果を示したものであり、図３は、そのＩｒ／Ｉｒ
Ｓｉ／ポリＳｉ積層膜形成後、酸素雰囲気中で８００
℃、４０分のアニールを施したサンプルを調べた結果で
ある。図３の結果から、Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉ膜１２の
界面において、酸素アニールにより拡散してきた酸素が
蓄積されていることがわかる。また、ＩｒＳｉ膜１２内
で酸素量が減少していることがわかる。これにより、Ｉ
ｒＳｉ膜１２によって、酸素の拡散が阻止されているこ
とがわかる。なお、図２の結果からＩｒＳｉ膜１２の組
成比は、Ｉｒ：Ｓｉ＝１：０．７５であった。

【００３２】また、図４および図５は、図１と同様のＩ
ｒ膜１４／ＩｒＳｉＮ膜１３／ポリＳｉ膜１１の積層膜
構造において、ＸＰＳ評価により深さ方向の元素組成比
を調べた結果である。図４は、そのＩｒ／ＩｒＳｉＮ／
ポリＳｉ積層膜形成後のサンプルを調べた結果を示した
ものであり、図５は、そのＩｒ／ＩｒＳｉＮ／ポリＳｉ
積層膜形成後、酸素雰囲気中で８００℃、４０分のアニ
ールを施したサンプルを調べた結果である。図５の結果
から、Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉＮ膜１３の界面において、
酸素アニールにより拡散してきた酸素が若干蓄積されて
いることがわかる。また、ＩｒＳｉＮ膜１３内で酸素量
が減少していることがわかる。これにより、ＩｒＳｉＮ
膜１３によって、酸素の拡散が阻止されていることがわ
かる。

【００３３】また、上記Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉ膜１２の
界面と、上記Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉＮ膜１３の界面とに
おける酸素の蓄積量を比較すると、後者の界面での酸素
の蓄積量が前者のものより小さくなっている。したがっ
て、ＩｒＳｉ膜１２にＮを添加したＩｒＳｉＮ膜１３の
方が、ＩｒＳｉ膜１２よりも酸素拡散を阻止する機能が
高いことがわかる。なお、図４の結果からＩｒＳｉＮ膜
１３の組成比は、Ｉｒ：Ｓｉ：Ｎ＝１：１．２５：０．
５であった。

【００３４】そして、Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉ膜１２／ポ
リＳｉ膜１１の積層膜構造と、Ｉｒ膜１４／ＩｒＳｉＮ
膜１３／ポリＳｉ膜１１の積層膜構造のどちらのサンプ
ルにおいても、ポリＳｉ膜１１と、ＩｒＳｉ膜１２また
はＩｒＳｉＮ膜１３との界面において、ポリＳｉ膜１１
はほとんど酸化されていないことがわかる。

【００３５】したがって、この第１実施形態のように、
ポリＳｉ膜１１のような酸化されると絶縁物化する導電
物の上に、ＩｒＳｉ膜１２またはＩｒＳｉＮ膜１３と、
ＳＢＴ膜１５のような酸化物系誘電体膜とが順に形成さ
れている構造で、プロセス上、高温酸素アニール工程を
経るような場合において、ＩｒＳｉ膜１２やＩｒＳｉＮ
膜１３は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、ポリＳｉ膜１１のような導電物の酸化
を抑制することができる。

【００３６】また、ＩｒＳｉＮ膜１３に比べて、ＩｒＳ
ｉ膜１２の方が低抵抗であったので、ＩｒＳｉ膜１２／
ＩｒＳｉＮ膜１３で構成される積層膜を用いて、低抵抗
で、かつ、酸素拡散阻止能力の高いバリア膜を形成する
ことができる。

【００３７】また、この第１実施形態の他の電極構成例
としては、ポリＳｉ膜１１をＷに変えた場合や、Ｉｒ膜
１４および１６を、Ｐｔ、ＩｒまたはＰｔを含有する金
属膜に変えた場合などがよく利用される構造である。

【００３８】（第２実施形態）本発明を具体化した第２
実施形態を以下に説明する。図６は、本発明の第２実施
形態の一例によるキャパシタ素子の構造を示した断面図
であり、図７は、本発明の第２実施形態によるキャパシ
タ素子と比較するためのキャパシタ素子の構造を示した
断面図である。また、図８は、本発明の第２実施形態の
他の例によるキャパシタ素子の構造を示した断面図であ
る。

【００３９】図６に示した第２実施形態の一例によるキ
ャパシタ構造は、以下の手順で形成されている。まず、
Ｓｉ基板２０上に、ＷＳｉ膜２１が形成される。続い
て、層間絶縁膜２２が形成される。この層間絶縁膜２２
に、コンタクトホール２３が形成される。このコンタク
トホール２３内にドープド・ポリＳｉプラグ２４が形成
される。そして、このポリＳｉプラグ２４に接続するＩ
ｒＳｉＮ膜２５が形成され、続いて、Ｉｒ膜２６が形成
される。Ｉｒ膜２６上に、酸化物系誘電体膜として強誘
電体膜であるＳＢＴ膜２７が形成される。そのＳＢＴ膜
２７上に、Ｉｒ膜２９が形成される。そして、ＳＢＴ膜
２７の焼結のため、酸素雰囲気中で８００℃、４０分の
アニールを行う。その後、ＩｒＳｉＮ膜２５、Ｉｒ膜２
６、ＳＢＴ膜２７およびＩｒ膜２９をエッチングしてパ
ターニングすることによって、キャパシタ３０が形成さ
れる。また、ＷＳｉ膜２１にプローブ（測定針）をコン
タクトさせるためのホール３１が形成される。

【００４０】図７に示した比較例のキャパシタ素子構造
は、図６に示した第２実施形態の一例によるキャパシタ
素子構造において、ＩｒＳｉＮ膜２５がない構造であ
る。また、図８に示した第２実施形態の他の例によるキ
ャパシタ素子構造は、図６に示した第２実施形態の一例
によるキャパシタ素子構造において、ＳＢＴ膜２７とＩ
ｒ膜２９の間に、ＩｒＳｉＮ膜２８を挿入した構造であ
る。すなわち、図６は、酸素拡散を阻止するためのＩｒ
ＳｉＮ膜２５をキャパシタ３０の下部電極に用いた場合
の例を示す図であり、図８は、ＩｒＳｉＮ膜２５および
２８をそれぞれキャパシタ３０の下部電極および上部電
極に用いた場合の例を示す図である。そして、図７は、
ＩｒＳｉＮ膜２５および２８をキャパシタ３０の電極に
用いない場合の比較例を示す図である。

【００４１】図６〜図８のキャパシタ素子において、Ｗ
Ｓｉ膜２１およびポリＳｉプラグ２４の膜厚は、ＷＳｉ
膜２１：５００ｎｍ、ポリＳｉプラグ２４：８００ｎｍ
とした。また、酸化物系誘電体として用いたＳＢＴ膜２
７の膜厚は、３００ｎｍとした。また、下部電極の膜厚
は、図６および図８に示した第２実施形態のキャパシタ
素子でＩｒＳｉＮ膜２５：１００ｎｍ、Ｉｒ膜２６：１
００ｎｍとし、図７に示した比較例のキャパシタ素子で
Ｉｒ膜２６：２００ｎｍとした。また、上部電極の膜厚
は、図６および図７に示したキャパシタ素子でＩｒ膜２
９：３００ｎｍとし、図８に示したキャパシタ素子でＩ
ｒＳｉＮ膜２８：１００ｎｍ、Ｉｒ膜２９：２００ｎｍ
とした。

【００４２】図９は、図６〜図８に示した強誘電体キャ
パシタの分極ヒステリシス特性を示したものである。縦
軸は、強誘電体の分極値を示しており、横軸は、キャパ
シタに印加する電界強度を示している。ここで、図６に
示したキャパシタ素子の場合は、図９（ａ）に示すよう
な曲線となる。この場合、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９μＣ／ｃｍ²になる。これに対して、図７に示した
比較例のキャパシタ素子の場合は、図９（ｂ）に示すよ
うな曲線となる。この場合、そのヒステリシス特性は、
飽和特性を示さず、２Ｐｒ値も約２μＣ／ｃｍ²にとど
まっている。

【００４３】これは、以下の理由による。すなわち、上
述したように、図７に示した比較例のキャパシタ素子構
造では、ＳＢＴ膜２７の焼結時の酸素雰囲気中アニール
において、酸素がＩｒ膜２６の結晶粒界に沿って拡散す
る。このため、ポリＳｉプラグ２４の表面が酸化されて
ＳｉＯ₂膜が形成される。そして、そのＳｉＯ₂膜による
キャパシタが、強誘電体であるＳＢＴ膜２７をキャパシ
タ絶縁膜とするキャパシタ３０に直列接続されたため、
キャパシタ３０に充分なバイアスが印加されなかったと
考えられる。これに対して、図６のキャパシタ素子構造
では、ポリＳｉプラグ２４とＩｒ膜２６との間に酸素拡
散を阻止するＩｒＳｉＮ膜２５を挿入することによりポ
リＳｉプラグ２４への酸素拡散が阻止されているため、
良好なヒステリシス特性が得られている。

【００４４】また、図８に示したキャパシタ素子の場合
は、図９（ｃ）に示すような曲線となり、図６に示した
キャパシタ素子より、２Ｐｒ値が大きく、約１１μＣ／
ｃｍ ²となった。これは以下の理由によると考えられ
る。すなわち、図６に示したキャパシタ素子構造では、
酸素雰囲気中アニール時において、ＳＢＴ膜２７からＩ
ｒ膜２９に酸素が拡散し、ＳＢＴ膜２７の膜特性が多少
劣化する。これに対し、図８のキャパシタ素子構造で
は、ＳＢＴ膜２７とＩｒ膜２９との間にＩｒＳｉＮ膜２
８が挿入されているため、ＳＢＴ膜２７からの酸素拡散
が阻止される。このため、ＳＢＴ膜２７の膜特性の劣化
が抑えられたと考えられる。したがって、Ｉｒ膜２９の
ような導電物とＳＢＴ膜２７のような酸化物系誘電体膜
との間に、本発明のＩｒＳｉＮ膜２８を挿入することに
より、アニールによる酸化物系誘電体膜の膜特性の劣化
を抑制することができる。

【００４５】したがって、第２実施形態で示したよう
に、酸素拡散を阻止するバリア膜として機能する本発明
のＩｒＳｉＮ膜２８を用いた酸化物系誘電体キャパシタ
素子では、キャパシタ形成工程において、ポリＳｉプラ
グ２４など酸化されると絶縁物化する導電物の酸化を抑
制したり、ＳＢＴ膜２７など酸化物系誘電体膜の膜特性
の劣化を抑制することができる。その結果、良好なキャ
パシタ特性を得ることができる。

【００４６】なお、第２実施形態では、酸素拡散を阻止
するバリア膜としてＩｒＳｉＮ膜２５又は２８を用いた
が、これに限ったものでなく、ＩｒＳｉ膜や低抵抗化が
可能なＩｒＳｉ／ＩｒＳｉＮ積層膜を用いてもよい。ま
た、上記積層膜において、ＩｒＳｉＮ膜の方が酸素拡散
阻止能力が高いので、ＩｒＳｉＮ膜を酸化物系誘電体膜
であるＳＢＴ膜２７側に配置することにより、酸化物系
誘電体膜からの酸素拡散を効果的に阻止することができ
る。

【００４７】（第３実施形態）本発明を具体化した第３
実施形態を以下に説明する。この第３実施形態は、第２
実施形態で示したキャパシタ素子を、プラグを介してＭ
ＯＳトランジスタのゲート電極に接続した構造を有する
ＦＥＴ型強誘電体メモリに関する。図１０は、本発明の
第３実施形態の一例による強誘電体メモリの構造例を示
した断面図であり、図１１は、本発明の第３実施形態の
強誘電体メモリと比較するための比較例による強誘電体
メモリの構造を示す断面図である。また、図１２は、本
発明の第３実施形態の他の例による強誘電体メモリの構
造例を示した断面図である。

【００４８】図１０に示した第３実施形態の一例による
強誘電体メモリは、以下の手順で形成する。まず、シリ
コン基板４０上に、フィールド絶縁膜４１と、ＭＯＳト
ランジスタ４２のウェル領域４３と、ソース領域４４
と、ドレイン領域４５と、ＷＳｉ／ポリＳｉゲート電極
４６とを形成する。その後、第１層間絶縁膜４７を形成
する。そして、ゲート電極４６上に、コンタクトホール
４８を形成し、続いて、ポリＳｉプラグ４９を形成す
る。その後、第１層間絶縁膜４７およびポリＳｉプラグ
４９上に、ＩｒＳｉＮ膜５０とＩｒ膜５１とを形成す
る。続いて、Ｉｒ膜５１上に、酸化物系誘電体膜として
強誘電体であるＳＢＴ膜５２を形成する。

【００４９】そして、そのＳＢＴ膜５２上に、Ｉｒ膜５
４を形成する。そして、ＳＢＴ膜５２の焼結のため、酸
素雰囲気中で８００℃、４０分のアニールを行う。その
後、ＩｒＳｉＮ膜５０と、Ｉｒ膜５１と、ＳＢＴ膜５２
と、Ｉｒ膜５４とをエッチングしてパターンニングする
ことにより、キャパシタ５５を形成する。そして、第２
層間絶縁膜５６を形成した後、キャパシタの上部電極を
構成するＩｒ膜５４上に、コンタクトホール５７を形成
する。そのコンタクトホール５７を埋めるようにして導
電物５８を形成する。

【００５０】その後、ソース領域４４およびドレイン領
域４５上に、それぞれコンタクトホール５９および６０
を形成する。コンタクトホール５９および６０を埋める
ように、それぞれ、ソース電極６１およびドレイン電極
６２を形成する。なお、導電物５８、ソース電極６１お
よびドレイン電極６２は、たとえば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ／ＴｉＮ／Ｔｉなどで構成される。

【００５１】ここで、図１０に示した第３実施形態の一
例によるＦＥＴ型強誘電体メモリの動作について説明す
る。まず、強誘電体であるＳＢＴ膜５２を分極反転させ
るため、導電物５８に十分な正電圧を印加した後、再
び、導電物５８の電圧を０とする。それにより、ＳＢＴ
膜５２のＩｒ膜５４との界面が負に帯電し、下部電極を
構成するＩｒ膜５１との界面が正に帯電する。

【００５２】この場合、Ｉｒ膜５１のＳＢＴ膜５２との
界面が負に帯電し、ゲート電極４６のゲート絶縁膜との
界面が正に帯電する。その結果、ソース領域４４とドレ
イン領域４５との間のチャネル領域に反転層が形成され
る。それにより、導電物５８、ひいては、上部電極を構
成するＩｒ膜５４の電圧が０であるにもかかわらず、Ｆ
ＥＴはオン状態となる。

【００５３】逆に、ＳＢＴ膜５２を分極反転させるた
め、導電物５８に十分な負電圧を印加した後、再び、導
電物５８の電圧を０にする。それにより、ＳＢＴ膜５２
のＩｒ膜５４との界面が正に帯電し、ＳＢＴ膜５２のＩ
ｒ膜５１との界面が負に帯電する。

【００５４】この場合、下部電極を構成するＩｒ膜５１
のＳＢＴ膜５２との界面が正に帯電し、それにより、ゲ
ート電極４６のゲート絶縁膜との界面が負に帯電する。
その結果、ソース領域４４とドレイン領域４５との間の
チャネル領域に反転層が形成されず、ＦＥＴはオフ状態
となる。

【００５５】このように、強誘電体膜を構成するＳＢＴ
膜５２が十分に分極反転していると、導電物５８、ひい
ては上部電極を構成するＩｒ膜５４に印加する電圧を０
にした後も、ＦＥＴを選択的にオン状態またはオフ状態
にすることができる。それにより、ソース・ドレイン間
の電流を検出することによって、強誘電体メモリに記憶
されるデータ“１”および“０”を判別することが可能
となる。

【００５６】図１１に示した比較例の強誘電体メモリ構
造は、図１０に示した第３実施形態の一例による強誘電
体メモリ構造において、ＩｒＳｉＮ膜５０がない構造で
ある。また、図１２に示した第３実施形態の他の例によ
る強誘電体メモリ構造は、図１０に示した第３実施形態
の一例による強誘電体メモリ構造において、ＳＢＴ膜５
２とＩｒ膜５４との間にＩｒＳｉＮ膜５３を挿入した構
造である。

【００５７】すなわち、図１０は、ＦＥＴ型強誘電体メ
モリ構造において、キャパシタ５５の下部電極として酸
素拡散を阻止するためのＩｒＳｉＮ膜５０を用いた場合
の例を示す図であり、図１２は、ＩｒＳｉＮ膜５０およ
び５３をそれぞれキャパシタ５５の下部電極および上部
電極として用いた場合の例を示す図である。そして、図
１１は、ＩｒＳｉＮ膜５０および５３をキャパシタ５５
の電極に用いない場合の比較例を示す図である。

【００５８】なお、この第３実施形態で示したキャパシ
タ素子構造は、上記の第２実施形態で示した３種類と同
様の構造を用いている。また、キャパシタ５５の面積Ａ
Ｆとゲート絶縁膜（ＳｉＯ₂）によるキャパシタの面積
ＡＧとの比は、ＡＦ：ＡＧ＝１：２０にしている。

【００５９】図１３〜図１５は、縦軸をドレイン電流、
横軸を導電物５８に印加する電圧（ここではゲート電圧
と称する）としてプロットした図である。ここで、ソー
ス電圧は０Ｖ、ドレイン電圧は０．１Ｖに設定してい
る。また、ウェル領域４３の電位は、ソース電圧と同じ
にしている。図１３は、図１０に示した第３実施形態の
一例による強誘電体メモリに対する結果を示している。
この場合、図１３に示すように、閾値電圧Ｖｔのシフト
量は、約２．０Ｖ程度ある。これに対して、図１４は、
図１１に示した比較例の強誘電体メモリに対する結果を
示している。この場合、図１４に示すように、Ｖｔシフ
ト量は０．５Ｖ程度しかないことがわかる。また、図１
５は、図１２に示した第３実施形態の他の例による強誘
電体メモリに対する結果を示している。この場合、図１
５に示すように、Ｖｔシフト量は、図１０の強誘電体メ
モリに比べ、さらに向上し、２．２Ｖとなった。

【００６０】したがって、第３実施形態で示したよう
に、酸素拡散を阻止するバリア膜として機能する本発明
のＩｒＳｉＮ膜５０又は５３を用いた酸化物系強誘電体
キャパシタ素子を、強誘電体メモリに用いれば、良好な
記憶特性を有する強誘電体メモリを作製することができ
る。

【００６１】（第４実施形態）図１６は、本発明の第４
実施形態によるキャパシタ素子を示した断面図である。
図１６に示した第４実施形態のキャパシタ構造は、以下
の手順で形成されている。まず、Ｓｉ基板７０上に、ｎ
型ドーピング層７１を形成する。そのｎ型ドーピング層
７１上に、層間絶縁膜７２を形成する。そして、この層
間絶縁膜７２に、コンタクトホール７３を形成する。コ
ンタクトホール７３内に、ポリＳｉプラグ７４を形成す
る。そして、ポリＳｉプラグ７４に接続するＰｔ−Ｓｉ
−Ｎバリア膜７５を形成する。続いて、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎ
バリア膜７５上に、Ｐｔ膜７６を形成する。Ｐｔ膜７６
上に、酸化物系誘電体膜として、強誘電体膜であるＳＢ
Ｔ膜７７を形成する。

【００６２】ここで、ＳＢＴ膜７７は、ゾル・ゲル法で
形成する。この場合の仮焼成は、３００℃、５分間の条
件下で行う。その後、ＳＢＴ膜７７上に、Ｐｔ膜７８を
形成する。そして、Ｐｔ膜７８、ＳＢＴ膜７７、Ｐｔ膜
７６およびＰｔ−Ｓｉ−Ｎ膜７５をエッチングしてパタ
ーンニングすることによって、キャパシタ９０を形成す
る。その後、ＳＢＴ膜７７を焼結するため、酸素雰囲気
中で８００℃、４０分のアニールを行う。

【００６３】そして、層間絶縁膜７９を形成した後、Ｐ
ｔ膜７８上およびｎ型ドーピング層７１上に、それぞ
れ、コンタクトホール８０および８１を形成する。その
コンタクトホール８０および８１内に、それぞれ、電極
８２および８３を形成する。電極８２および８３は、た
とえば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／ＴｉＮ／Ｔｉなど
により構成される。

【００６４】図１７は、第４実施形態によるＰｔ−Ｓｉ
−Ｎバリア膜７５の酸素拡散阻止能力を調べるために作
製したサンプル構造を示した断面図である。図１７を参
照して、このサンプル構造では、Ｓｉ基板７０上に、Ｐ
ｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５とポリＳｉ膜７４との積層膜
構造を形成している。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（ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔ
ｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法を用い
て、積層膜中の深さ方向の元素組成比を調べた。図１８
は、その積層膜中の深さ方向の元素組成比を調べた結果
を示したものである。

【００６５】図１８に示すように、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎバリ
ア膜７５中において、酸素組成比は表面から２０ｎｍ程
度の深さの範囲で減少している。また、その酸素組成比
は、５．２％以下である。このことから、Ｐｔ−Ｓｉ−
Ｎバリア膜７５が酸素の拡散を十分阻止していることが
わかる。

【００６６】これは、Ｐｔが窒化物を形成しないため、
Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎを形成した場合、ＰｔはＳｉと結合し、
ＮはＳｉと結合する。そのため、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎ膜は、
Ｐｔ−ＳｉにＳｉ−Ｎを埋め込んだ構造になると考えら
れる。その結果、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜が有する酸
素拡散阻止能力と、Ｐｔ−Ｓｉ（金属シリサイド）が有
する導電性とを同時に兼ね備えることができたと考えら
れる。

【００６７】さらに、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５によ
る酸素拡散の阻止によって、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎ／ポリＳｉ
界面においては、ポリＳｉの酸化、すなわち、ＳｉＯ₂
膜の生成は観測されていない。

【００６８】図１９は、図１６に示した第４実施形態の
強誘電体キャパシタ構造と比較するために作製したキャ
パシタ構造を示した断面図である。この図１９に示した
比較例による強誘電体キャパシタ構造は、図１６に示し
た第４実施形態の強誘電体キャパシタ構造において、Ｐ
ｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５のない構造である。ここで、
ＳＢＴ膜７７の膜厚は、図１６および図１９のどちらの
場合においても２００ｎｍとした。そして、この両者の
キャパシタ構造の分極ヒステリシス特性について調べ
た。図２０は、そ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。

【００６９】図２０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。また、図２０（ａ）に示す曲線
は、図１６に示した第４実施形態の強誘電体キャパシタ
に対する特性を示しており、図２０（ｂ）の曲線は、図
１９に示した比較例による強誘電体キャパシタに対する
特性を示している。図１６に示した第４実施形態による
キャパシタ構造の場合、図２０（ａ）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１３μＣ／ｃｍ²になる。こ
れに対して、図１９に示した比較例によるキャパシタ構
造の場合、図２０（ｂ）に示すように、そのヒステリシ
ス特性は飽和特性を示さず、２Ｐｒ値も約２μＣ／ｃｍ
²にとどまっている。

【００７０】これは、以下の理由によると考えられる。
すなわち、図１９に示した比較例によるキャパシタ素子
構造では、ＳＢＴ膜７７の焼結時の酸素雰囲気中のアニ
ール（８００℃、４０分）において、酸素がＰｔ膜７６
の結晶粒界に沿って拡散する。このため、ポリＳｉプラ
グ７４の表面が酸化されてＳｉＯ₂膜が形成される。こ
のＳｉＯ₂膜によるキャパシタが、強誘電体であるＳＢ
Ｔ膜７７をキャパシタ絶縁膜とするキャパシタ９１に直
列接続されるので、キャパシタ９１に十分なバイアスが
印加されなかったと考えられる。

【００７１】これに対して、図１６に示した第４実施形
態によるキャパシタ素子構造では、ポリＳｉプラグ７４
とＰｔ膜７６との間に酸素拡散を阻止するＰｔ−Ｓｉ−
Ｎバリア膜７５を挿入することによって、ポリＳｉプラ
グ７４への酸素拡散が阻止されている。このため、ポリ
Ｓｉプラグの酸化は発生せず、その結果、良好なヒステ
リシス特性を得ることができる。

【００７２】従って、酸素拡散を阻止するバリア膜とし
て機能する本発明のＰｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５を用い
た酸化物系誘電体キャパシタ素子は、キャパシタ形成工
程において、ポリＳｉプラグ７４などの酸化されると絶
縁物化する導電膜の酸化を抑制することができる。その
結果、良好なキャパシタ特性を得ることができる。

【００７３】次に、この第４実施形態のキャパシタ素子
において、Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５と、酸化物系誘
電体であるＳＢＴ膜７７との間に挿入した導電性結晶膜
であるＰｔ膜７６の効果について調べる。図２１は、図
１６に示した第４実施形態の強誘電体キャパシタ構造と
比較するために作製した比較例によるキャパシタ構造を
示した断面図である。この図２１に示す比較例の構造
は、図１６に示した第４実施形態による強誘電体キャパ
シタにおいて、Ｐｔ膜７６のない構造である。

【００７４】ここで、ＳＢＴ膜７７の膜厚は、図１６に
示した第４実施形態の構造および図２１に示した比較例
による構造のどちらの場合においても、２００ｎｍとし
た。この両者のキャパシタ構造の分極ヒステリシス特性
について調べた。図２２は、その分極ヒステリシス特性
について調べた結果を示した特性図である。図２２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。ま
た、図２２（ａ）の曲線は、図１６に示した第４実施形
態による強誘電体キャパシタに対する特性を示してお
り、図２２（ｂ）の曲線は、図２１に示した比較例によ
る強誘電体キャパシタに対する特性を示している。

【００７５】図１６に示した第４実施形態によるキャパ
シタ９０の場合、図２２（ａ）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値で約１
３μＣ／ｃｍ²である。これに対して、図２１に示した
比較例によるキャパシタ９２の場合、図２２（ｂ）に示
すように、そのヒステリシス特性は飽和特性を示さず、
２Ｐｒ値も約１μＣ／ｃｍ²にとどまっている。

【００７６】これは、以下の理由によると考えられる。
すなわち、ＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察によって図２１に示し
た比較例の構造を観察した場合、ＳＢＴ膜７７にかなり
多量の空間があることが観測された。このことから、上
記のＳｉＯ₂膜によるキャパシタが直列に接続された場
合と同様、この空間がＳＢＴ膜７７を含むキャパシタ９
２に直列に接合されたキャパシタとして働く。このた
め、ＳＢＴ膜７７を含むキャパシタ９２に十分な電圧が
印加されないと考えられる。また、このようにＳＢＴ膜
７７に多量の空間が形成された理由としては、Ｐｔ−Ｓ
ｉ−Ｎがアモルファス（非晶質）であるので、ＳＢＴ膜
が結晶化する際に、初期成長核密度が小さいためと考え
られる。初期成長核密度を高めるためには、図１６に示
した第４実施形態のように、Ｐｔ膜などの結晶膜を形成
した後、その結晶膜上に酸化物系誘電体を形成するのが
好ましい。

【００７７】したがって、酸素拡散を阻止するバリア膜
として機能するＰｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５と、酸化物
系誘電体であるＳＢＴ膜７７との間に、Ｐｔ膜などの導
電性結晶膜を挿入することによって、ＳＢＴ膜７７の膜
質を向上させることができる。その結果、良好なキャパ
シタ特性を得ることができる。

【００７８】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。

【００７９】（１）たとえば、第１実施形態〜第３実
施形態では、酸素拡散を阻止するバリア膜として、Ｉｒ
Ｓｉ膜１２やＩｒＳｉＮ膜１３、２５、２８、５０又は
５３を用いたが、本発明はこれに限らず、ＩｒＳｉ膜や
ＩｒＳｉＮ膜に、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）またはチ
タン（Ｔｉ）を加えた膜を用いても、上記第１実施形態
〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００８０】（２）また、上記第１実施形態〜第４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
ＳＢＴ膜１５、２７、５２または７７を用いて説明した
が、本発明はこれに限らず、たとえば、ＰＺＴなど他の
酸化物系の強誘電体膜を用いてもよい。

【００８１】（３）また、上記第１実施形態〜第４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よい。すな
わち、強誘電体膜であるＳＢＴ膜１５、２７、５２また
は７７に代えて、たとえば、ＢＳＴなどの高誘電率を有
する酸化物系常誘電体膜を用いてもよい。

【００８２】（４）また、第２実施形態、第３実施形
態および第４実施形態では、ＩｒＳｉＮ膜２５、５０ま
たはＰｔ−Ｓｉ−Ｎ膜７５の下のプラグ材料として、ポ
リＳｉ膜２４、４９または７４を用いているが、本発明
はこれに限らず、Ｗを用いた場合でも、上記第２実施形
態〜第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００８３】（５）また、第３実施形態では、酸素拡
散を阻止するバリア膜として、ＩｒＳｉＮ膜５０または
５３を用いたが、本発明はこれに限らず、ＩｒＳｉ膜
や、低抵抗化が可能なＩｒＳｉ／ＩｒＳｉＮ積層膜を用
いてもよい。

【００８４】（６）また、第３実施形態では、ＦＥＴ
型強誘電体メモリについて説明したが、本発明はこれに
限らず、ドレイン電極にプラグを介して強誘電体キャパ
シタが接続されるタイプの強誘電体メモリにおいても、
同様の効果を得ることができる。

【００８５】（７）また、上記第４実施形態では、金
属（Ｍ）−Ｓｉ−Ｎの金属（Ｍ）としてＰｔを用いた
が、本発明はこれに限らず、Ｐｔ以外の窒化物を形成し
にくい材料であるＩｒ、ＲｕおよびＲｅなどを用いても
同様の効果を得ることができる。また、窒化物は形成す
るが、窒化物を形成してもＭｘＮ（ｘ≧２）で安定状態
になるものでも同様の効果を得ることができる。たとえ
ば、金属（Ｍ）−Ｓｉ−Ｎの金属（Ｍ）として、Ｎｉ、
ＣｏまたはＭｏを用いても、第４実施形態と同様の効果
を得ることができる。さらに、金属（Ｍ）として、これ
らの物質が複数含まれていても良い。たとえば、金属
（Ｍ）として、Ｐｔ−Ｉｒを用いても良い。

【００８６】（８）また、上記第４実施形態では、Ｐ
ｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７５と酸化物誘電体であるＳＢＴ
膜７７との間に、導電性結晶膜としてＰｔ膜７６を挿入
したが、本発明はこれに限らず、Ｉｒ、ＲｕまたはＲｅ
などの金属膜、または、このような金属を少なくとも含
む金属膜であっても同様の効果を得ることができる。た
とえば、Ｐｔ−Ｉｒなどであっても同様の効果を得るこ
とができる。さらに、導電性結晶膜としてのＰｔ膜に代
えて、Ｉｒ、ＲｕまたはＲｅなどの酸化膜、または、こ
のような金属を少なくとも含む金属酸化膜を用いても同
様の効果を得ることができる。例えば、ＳｒＲｕＯ₃な
どが考えられる。

【００８７】（９）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用可能であ
る。

【００８８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極の
酸化や酸化物系誘電体膜の膜特性の劣化を抑制すること
ができ、その結果、特性の良好なキャパシタ素子を提供
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】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３】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４】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５】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６】本発明の第２実施形態の一例によるキャパシタ
素子の構造を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態のキャパシタ素子と比較
するための比較例によるキャパシタ素子の構造を示す断
面図である。

【図８】本発明の第２実施形態の他の例によるキャパシ
タ素子の構造を示す断面図である。

【図９】図６〜図８に示した各キャパシタ素子の分極ヒ
ステリシス特性を示す図である。

【図１０】本発明の第３実施形態の一例によるＦＥＴ型
強誘電体メモリの構造を示す断面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態のＦＥＴ型強誘電体メ
モリと比較するための比較例によるＦＥＴ型強誘電体メ
モリの構造を示す断面図である。

【図１２】本発明の第３実施形態の他の例によるＦＥＴ
型強誘電体メモリの構造を示す断面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態の一例によるＦＥＴ型
強誘電体メモリの特性を示す図である。

【図１４】本発明の第３実施形態のＦＥＴ型強誘電体メ
モリと比較するための比較例によるＦＥＴ型強誘電体メ
モリの特性を示す図である。

【図１５】本発明の第３実施形態の他の例によるＦＥＴ
型強誘電体メモリの特性を示す図である。

【図１６】本発明の第４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１７】本発明の第４実施形態による酸素阻止能力を
評価するためのサンプルの構造を示す断面図である。

【図１８】本発明の第４実施形態の効果を説明するため
の特性図である。

【図１９】本発明の第４実施形態のキャパシタ素子と比
較するための比較例によるキャパシタ素子の構造を示す
断面図である。

【図２０】本発明の第４実施形態による効果を説明する
ための特性図である。

【図２１】本発明の第４実施形態のキャパシタ素子と比
較するための比較例によるキャパシタ素子の構造を示す
断面図である。

【図２２】本発明の第４実施形態の効果を説明するため
の特性図である。

【図２３】従来の一例による強誘電体メモリの構造を示
す断面図である。

【図２４】従来の他の例による強誘電体メモリの構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

１０、２０、４０、７０Ｓｉ基板１１ドープド・ポリＳｉ膜１２ＩｒＳｉ膜１３、２５、２８、５０、５３ＩｒＳｉＮ膜１４、１６、２６、２９、５１、５４Ｉｒ膜１５、２７、５２ＳＢＴ膜（強誘電体膜）２１ＷＳｉ膜２２、４７、５６、７２、７９層間絶縁膜２３、４８、５７、５９、６０、７３、８０、８１コ
ンタクトホール２４、４９、７４プラグ３０、５５、９０キャパシタ３１ホール４１フィールド絶縁膜４２ＭＯＳトランジスタ４３ウェル領域４４ソース領域４５ドレイン領域４６ゲート電極５８導電物６１ソース電極６２ドレイン電極７１ｎ型ドーピング層７５Ｐｔ−Ｓｉ−Ｎバリア膜７６Ｐｔ膜７７ＳＢＴ膜（強誘電体膜）７８Ｐｔ膜８２、８３電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F001 AA17 AD12 AF05 AG30 5F083 FR01 FR05 GA21 GA25 JA14 JA15 JA17 JA35 JA36 JA38 JA39 JA40 JA43 JA45 JA53 MA06 MA18 MA19 PR33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化物系誘電体膜を含む絶縁膜と、少なくとも金属およびシリコンを含有する第１導電膜を
含む電極とを備え、前記金属は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｉ、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、誘電体素子。
【請求項２】前記第１導電膜は、さらに窒素を含有す
る、請求項１に記載の誘電体素子。
【請求項３】前記第１導電膜を構成する金属は、Ｉｒ
である、請求項１または２に記載の誘電体素子。
【請求項４】前記第１導電膜は、Ｉｒとシリコンとを
含有する導電膜と、Ｉｒとシリコンと窒素とを含有する
導電膜との積層構造からなる、請求項３に記載の誘電体
素子。
【請求項５】前記Ｉｒとシリコンと窒素とを含有する
導電膜は、前記酸化物系誘電体膜側に配置されている、
請求項４に記載の誘電体素子。
【請求項６】前記第１導電膜は、導電物と前記絶縁膜
との間に配置されている、請求項４または５に記載の誘
電体素子。
【請求項７】前記導電物は、酸化されると絶縁物化す
るものであり、前記導電物上に、前記第１導電膜および前記絶縁膜が順
に形成されている、請求項６に記載の誘電体素子。
【請求項８】前記導電物は、ポリシリコンプラグおよ
びタングステンプラグのいずれかを含む、請求項７に記
載の誘電体素子。
【請求項９】前記第１導電膜と前記絶縁膜との間に配
置された導電性結晶膜をさらに備える、請求項１または
２に記載の誘電体素子。
【請求項１０】前記導電性結晶膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒ
ｕおよびＲｅからなるグループより選択される少なくと
も１つの金属を含む金属膜である、請求項９に記載の誘
電体素子。
【請求項１１】前記第１導電膜は、Ｐｔとシリコンと
窒素とを含有し、前記導電性結晶膜は、Ｐｔからなる金属膜である、請求
項１０に記載の誘電体素子。
【請求項１２】前記導電性結晶膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒ
ｕおよびＲｅからなるグループより選択される少なくと
も１つの金属を含む金属酸化膜である、請求項９に記載
の誘電体素子。