[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

作为即使切断电源也可以存储信息的非易失性存储器，闪存或铁电存储器已被公知。

其中，闪存具有浮栅，所述浮栅填埋在绝缘栅极型的场效应晶体管(IGFET)的栅极绝缘膜中，并且通过表示存储信息的电荷存储到浮栅中由此存储信息。但是，在这种闪存中存在如下缺点，即，信息的写入或删除时，需要向栅极绝缘膜通隧道电流，并需要较高的电压。

相对于此，铁电存储器也被称之为FeRAM(Ferroelectric Random AccessMemory)，其利用铁电电容器具有的铁电膜的磁滞特性来存储信息。该铁电膜，根据施加在电容器的上部电极和下部电极之间的电压产生极化，即使去掉该电压也残留自发极化。当使施加的电压的极性反相时，该自发极化也颠倒，通过将其自发极化的方向与“1”和“0”相对应，而向铁电膜写入信息。FeRAM具有以下优点：该写入所需的电压比闪存的电压还低，另外，比闪存还要高速地写入。

图1是该FeRAM的电容器Q的剖面图。

如该图所示，电容器Q是在基底膜100上依次层叠下部电极101、电容器电介质膜102及上部电极103而成的。

这些当中，作为电容器电介质膜102，一般使用PZT(Pb(Zr_x，Ti_1-x)O₃)膜，该PZT膜的残留极化电荷等铁电体特性是很大程度上依赖于PZT结晶的取向，其取向越在(111)方向上一致则越能够提高上述铁电体的特性。

另一方面，作为下部电极101，使用例如，将钛(Ti)膜和铂(Pt)膜，依次形成的叠层膜。在该叠层膜中，钛膜中的钛沿着铂膜的晶界扩散至铂膜的表面，通过溅射法在其上形成PZT膜时，上述的钛被包含在PZT中的微量的氧气氧化，而形成氧化钛(TiO₂)核，该氧化钛成为PZT膜的初期生长核，并且PZT膜的取向在(111)方向上一致。

另外，该氧化钛核能够通过如下方式形成，即，将PZT膜在氧气环境中进行退火并使之结晶化时，环境中的氧气将上述钛氧化。

还有，Pt(111)和PZT(111)的晶格失配小，所以还能够将PZT膜良好地形成在铂膜上，所述PZT可减少与晶格失配相伴的缺陷。

另外，用于这种电容器Q上的电容器电介质膜102，需要高密度的结晶，以便即使将电容器微细化也能得到高铁电性。因此，为了满足该要求，作为电容器电介质膜102的成膜方法，理想地，不是溶胶凝胶法或溅射法，而是采用MOCVD(Metal Organic CVD)法

但是，用MOCVD法形成PZT膜时，PZT膜中的铅(Pb)和下部电极101的铂反应而在下部电极101上产生表面粗糙，因该表面粗糙而难以使PZT膜的取向在(111)方向上一致。

另外，还有以下方法，即形成氧化铱(IrO_x)膜等的氧化物作为下部电极101，并通过该氧化物的取向作用，使PZT膜沿着(111)方向取向。但是，当在由氧化物构成下部电极101上通过MOCVD法形成PZT膜时，因为氧化物被PZT还原且下部电极101成为非晶状态，所以无法通过下部电极101的取向控制PZT膜的取向。

因此，用MOCVD法形成PZT膜时，作为下部电极101形成铱(Ir)膜的情况多。这时，为了在下部电极101上形成成为PZT的初期生长核的氧化钛，可以在铱膜下形成钛膜，并沿着铱的晶界使该钛扩散到铱的上表面为止。

但是，铱膜比起已经叙述的铂膜，晶粒小而密，因此，无法期望沿着铱的晶界的钛的扩散，不发生上述的由氧化钛构成的初期生长核。由此，将铱膜和钛膜的叠层膜作为下部电极101的情况下，利用氧化钛的初期生长核难以使PZT沿着(111)方向取向。

而且，Ir(111)的晶格常数比PZT(111)的还小，铱膜和PZT膜的晶格失配大，所以导致形成在铱膜上的PZT膜，向与极化方向不同的(100)方向取向或随机取向。

在上述中，对使用氧化钛作为PZT的初期生长核的这一点进行了说明，但在下面记载的专利文献1中将PbTiO₃作为其成长核来使用。

但是，因为PbTiO₃是三元化合物，所以存在难以控制其组成比率的问题。

另外，在专利文献2中，公开了成为下部电极的铱膜上形成氧化钛膜，并将该氧化钛膜作为核形成PZT膜。

但是，TiO₂等的氧化钛，以氧化温度和环境成为各种组合状态，因此，难以控制其取向。