[发明专利]电容元件的制造方法、半导体装置的制造方法及半导体制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及电容元件的制造方法、半导体装置的制造方法及半导体制造装置，特别涉及适用于制造具有由金属氧化物构成的电介质的电容元件的制造技术和制造装置。

背景技术

一直以来，在半导体装置中构成有电容元件，该电容元件通过在下部电极上形成电介质层、并在该电介质层上形成上部电极而形成。作为这样的电容元件的电介质层，一般来说，为了确保元件特性，要求漏电流小并且具有高介电常数。特别地，随着近年来的半导体装置的高集成化，要求漏电流小、小型并具有大电容值的电容元件。作为满足这些要求的电介质层，由(Ba，Sr)TiO₃(以下称为“BST”)、Ta₂O₅等金属氧化物构成的高电介质材料受到关注，并在DRAM(动态随机存取存储器)中使用。此外，由Pb(Zr，Ti)O₃(以下称为“PZT”)等金属氧化物构成的强电介质材料作为非易失性存储器材料而被关注，并在FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电随机存取存储器)中使用。在此，作为构成下部电极的材料，主要采用作为铂族元素的Ir、Ru、Pt这样的金属，在重视极化疲劳的缓和与高温下的阻氧特性的情况下等，有时也使用IrO₂、SrRuO₃等氧化物导电体。此外，只要在本申请说明书中没有特别说明，“电介质”均包含“高电介质”与“强电介质”两者。

可是，作为在下部电极上形成PZT的方法，已提出溶胶-凝胶法、溅射法、CVD法等。其中，溶胶-凝胶法是将溶胶-凝胶的原料溶液涂敷在下部电极上，通过在氧气氛中进行退火处理而使之多结晶化的方法，但多结晶的取向性不齐，而且阶梯覆盖性(step coverage)差，不利于器件的高集成化。此外，溅射法是使用陶瓷烧结体的靶进行成膜，之后，在氧气氛中进行退火处理的方法，但因为电介质的组成由靶决定，所以很难使电介质层的组成最优化。另外，在溅射法中，因为退火处理温度高，所以有可能会产生对其它层造成热影响的工艺上的问题。

因此，近年来，有机金属化合物化学气相沉积法(MOCVD：Metal-Organics Chemical Vapor Deposition)受到关注，例如在特开2000-58525号公报(专利文献1)、特开2002-57156号公报(专利文献2)、特开2002-334875号公报(专利文献3)、特开2003-318171号公报(专利文献4)中，对于PZT等强电介质的成膜方法，提出了种种方案。在MOCVD中，电介质层的取向性和结晶性、或者下部电极与电介质层的界面状态等会很大地影响电容元件的电气特性，因此，如何在下部电极上成膜是很重要的。在上述专利文献1至3的方法中，当在规定的条件下在下部电极上形成电介质层的初始核之后，改变条件进行正式的成膜。此外，在专利文献4的方法中，在电介质层的成膜工序的前后，减少气体压力与气体温度的变化。

另外，在特开2003-324101号公报(专利文献5)中，提出了在电介质层的成膜中改变氧化气体浓度的方法和在成膜前在氧浓度100％的气氛中对基板表面进行热处理的方法。

此外，在Kyung-Mun BYUN等“Thermochemical stabillty of IrO₂Bottom Electrodes in Direct-Liquid-Injection Metalorganic ChemicalVapor Deposition of Pb(Zr，Ti)O₃Films”Japan Jouumal of AppliedPhysics Vol.43，No.5A，2004，pp.2655-2600日本应用物理学会(非专利文献1)中，公开了在由IrO₂构成的下部电极上通过MOCVD法形成PZT薄膜时的下部电极表面的膜质和界面状态等。在该非专利文献1中报告了以下内容：利用溶剂的乙酸丁酯、THF(四氢呋喃)、或有机金属材料气体(前体)，IrO₂容易被还原成Ir，并且，氧化与还原的分界依赖于这些溶剂或前体与O₂的分压比以及晶片温度。