キャパシタ誘電体膜の形成方法
【課題】電極膜にダメージを与えずにキャパシタ誘電体膜を形成する。
【解決手段】
電極膜１５上に第一の薄膜１７を形成する第一の成膜工程は、酸化ガスの含有率が少ない第一のスパッタガス雰囲気で行われるので、酸化ガスイオンのような高エネルギーイオンが電極膜１５に入射せず、電極膜１５がダメージを受けない。また、第一の薄膜１７上に第二の薄膜１８を成膜する第二の成膜工程は、酸化ガスの含有率が高い第二のスパッタガス雰囲気で行われるので、酸素原子が補完され、第二の薄膜１８を構成する誘電体材料に酸素欠損が起こらず、その結晶性が崩れない。
【解決手段】
電極膜１５上に第一の薄膜１７を形成する第一の成膜工程は、酸化ガスの含有率が少ない第一のスパッタガス雰囲気で行われるので、酸化ガスイオンのような高エネルギーイオンが電極膜１５に入射せず、電極膜１５がダメージを受けない。また、第一の薄膜１７上に第二の薄膜１８を成膜する第二の成膜工程は、酸化ガスの含有率が高い第二のスパッタガス雰囲気で行われるので、酸素原子が補完され、第二の薄膜１８を構成する誘電体材料に酸素欠損が起こらず、その結晶性が崩れない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタ誘電体膜の成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子のキャパシタ誘電体膜にはＢＳＴやＰＺＴ膜が用いられており、このようなキャパシタ誘電体膜の成膜には、ＢＳＴ、ＰＺＴ等の誘電体材料のターゲットを真空槽内でスパッタリングするスパッタ法が用いられている。
【０００３】
スパッタ法によりキャパシタ誘電体膜を成膜するときには、酸素欠損が起こるとキャパシタ誘電体膜中のペロブスカイト型結晶が崩れるため、ターゲットをスパッタリングする時には、化学構造中に酸素原子を有する酸化ガスを真空槽内部に供給し、キャパシタ誘電体膜の酸素を補完する必要がある。
【０００４】
しかしながら、酸化ガスの存在下でスパッタリングを行うと、高エネルギーの酸素プラズマが基板表面に照射され、基板表面に位置する電極膜が荒らされてしまい、誘電損失が大きくなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−５８７９４号公報
【特許文献２】国際公開第９８／０６１３１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、電極膜に損失を与えずにキャパシタ誘電体膜を形成し、誘電損失が小さいキャパシタ膜を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、真空槽内部に形成された第一のスパッタガス雰囲気中で誘電体材料のターゲットをスパッタリングし、前記真空槽内部に配置された基板の表面に第一の薄膜を形成する第一の成膜工程と、前記真空槽内部に第二のスパッタガス雰囲気を形成し、前記第二のスパッタガス雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングし、前記第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の工程とを有するキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第二のスパッタガス雰囲気の酸化ガスの含有率を、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率よりも高くし、前記酸化ガスをＯ2ガスとＯ3ガスのいずれか一方又は両方で構成するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第一の成膜工程は、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率をゼロにするキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記ターゲットは、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-zとからなる誘電体材料の群より選択されるいずれか１つの誘電体材料を含有するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記基板の少なくとも一部表面には電極膜が露出され、前記キャパシタ誘電体膜は、前記電極膜の露出した表面に形成されるキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記電極膜は貴金属と貴金属酸化物のいずれか一方又は両方を含有するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第一、第二の成膜工程は、前記基板を加熱しながら行うキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
【０００７】
尚、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-z中のｘ、ｙ、ｚは、３未満０以上の任意の実数を示している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第一の薄膜の成膜は、酸化ガスの含有率が少ない第一のスパッタガス雰囲気で行われるので、基板上の電極膜が酸素プラズマに直接晒されず、電極膜がダメージを受けない。また、第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の成膜工程は、酸化ガスの含有率が高い第二のスパッタガス雰囲気で行われるので、誘電体材料の酸素欠損が酸化ガスで補完される。従って、本発明によれば、電極膜にダメージを与えずに、酸素欠損の無いキャパシタ誘電体膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示しており、この成膜装置１は真空槽３を有している。真空槽３には真空排気系９と、ガス供給系２とが接続されている。
【００１０】
ガス供給系２は第一、第二のガスタンク２１、２２を有しており、第一、第二のガスタンク２１、２２は第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を介して真空槽３に接続されている。
【００１１】
第一のガスタンク２１内には希ガスが配置され、第二のガスタンク２２内には後述する酸化ガスが配置されており、第一、第二のガスタンク２１、２２のバルブを開けると、第一のガスタンク２１の希ガスと、第二のガスタンク２２の酸化ガスは、第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４で設定された流量で真空槽３内部に供給されるようになっている。
【００１２】
この成膜装置１を用いてキャパシタ誘電体膜を形成するには、先ず、真空排気系９で真空槽３内部を真空排気する。次いで、酸化ガスの流量がゼロ、希ガスの流量が、例えば１０ｓｃｃｍになるように第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を設定し、真空槽３内に酸化ガスを含有せず、希ガスからなる第一のスパッタガスが供給する。更に、真空排気と第一のスパッタガスの供給を続け、真空槽３内部に所定圧力の第一のスパッタガス雰囲気を形成する。
【００１３】
真空槽３内部には基板ホルダ６が配置されており、真空槽３内部の第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、真空槽３内部に基板１１を搬入し、基板ホルダ６上に載置する。基板ホルダ６には加熱手段７が内蔵されており、該加熱手段７に通電することで、基板ホルダ６は予め昇温しているので、基板ホルダ６に載置された基板１１は熱伝導によって昇温する。
【００１４】
基板ホルダ６には基板１１温度を測定する不図示の温度センサーが取り付けられており、加熱手段７への通電量はこの温度センサーで検出される温度に基づいて制御され、基板１１は３００℃以上７５０℃以下の加熱温度に維持される。
【００１５】
真空槽３内部の、基板１１と対向する位置には、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xのような誘電体材料で構成されたターゲット５が配置されている。ターゲット５は高周波電源４に接続されており、第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、該高周波電源４を起動し、真空槽３を接地電位に置いた状態で、ターゲット５に高周波電圧を印加すると、真空槽３内部に第一のスパッタガスのプラズマが発生する。
【００１６】
ターゲット５の基板１１と対向する面と反対側の面上には、磁界形成手段８が配置されており、この磁界形成手段８で形成される磁界によって、ターゲット５の表面にプラズマ密度の高い領域が形成され、ターゲット５がスパッタリングされて誘電体材料のスパッタ粒子が真空槽３内部に放出される。
【００１７】
図２（ａ）は基板１１の拡大断面図を示しており、基板１１はシリコン基板で構成され、その表面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１２が形成されている。
基板１１のシリコン酸化膜１２が形成された面上には、ＴｉＯ2-x（ここではｘは０．１〜０．３程度）のような金属酸化物からなるバリア膜１４が形成され、該バリア膜１４の表面には金属材料（ここではＰｔ）からなる第一の電極膜１５が形成されている。
【００１８】
基板１１は第一の電極膜１５が形成された側の面を、ターゲット５に向けて配置されており、ターゲット５から放出されたスパッタ粒子は基板１１の第一の電極膜１５が形成された側の面に入射し、堆積する。
【００１９】
ターゲット５がスパッタリングされるときには、真空槽３内部に供給された第一のスパッタガスがイオン化するので、基板１１表面にはスパッタ粒子だけではなく、第一のスパッタガスのイオンも入射する。
【００２０】
第一のスパッタガスに、Ｏ2やＯ3のように高エネルギーイオンを発生する酸化ガスが多く含有されると、第一の電極膜１５がその高エネルギーイオンが入射することで、ダメージを受けるが、第一のスパッタガスはそのような酸化ガスを含有しないので、第一の電極膜１５にダメージを与えずにスパッタ粒子が堆積し、基板１１の第一の電極膜１５が配置された側の面に誘電体材料からなる第一の薄膜１７が成長する（図２（ｂ））。
【００２１】
第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、スパッタリングを所定時間続け、第一の薄膜１７の膜厚が所定膜厚に成長したところで、ターゲット５への電圧印加を止めると、スパッタリングが停止し、第一の薄膜１７の成長が止まる（第一の成膜工程）。
【００２２】
第二のガスタンク２２にはＯ2ガスである酸化ガスが配置されており、所定流量の第二のガスタンク２２の酸化ガスと、所定流量の第一のガスタンク２１の希ガスが真空槽３内部に供給されるように、第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を設定すると、真空槽３内部に酸化ガスを含有する第二のスパッタガスが供給される。
【００２３】
真空排気を続けながら第二のスパッタガスの供給を続けると、真空槽３内部から第一のスパッタガスが押し出され、真空槽３内部に酸化ガスを含有する第二のスパッタガス雰囲気が形成される。
【００２４】
第一の成膜工程が終了し、第二のスパッタガスが供給される間も、基板１１は設定された加熱温度に維持されており、従って、基板１１上に形成された第一の薄膜１７は加熱され、第一の薄膜１７を構成する誘電体材料の結晶化が促進される（アニール化）。
【００２５】
このとき、真空槽３内部には酸化ガスが存在するので、真空排気を続けることで、真空槽３内部の圧力を低いまま維持しても（例えば０．４３Ｐａ）、第一の薄膜１７を構成する誘電体材料から酸化が欠落しない。
【００２６】
第一の成膜工程終了から所定時間が経過し、アニール化が十分に進行したところで、第二のスパッタガス雰囲気を維持すると共に、基板１１の加熱温度を維持しながら、ターゲット５をスパッタリングすると、基板１１の第一の薄膜１７が形成された側の面には、第一の成膜工程と同じターゲット５からのスパッタ粒子が入射し、第一の薄膜１７表面に第二の薄膜が成長する。
【００２７】
真空槽３内部の酸化ガスの分圧Ａと、希ガスの分圧Ｂの比Ａ／Ｂは、真空槽３内部に供給される酸化ガスの流量ａと、希ガスの流量ｂとの比ａ／ｂと略等しくなる。
【００２８】
酸化ガスの流量ａと希ガスの流量ｂとの比ａ／ｂは、第一のスパッタガスよりも第二のスパッタガスの方が大きいので、酸化ガスの分圧Ａを、真空槽３内部の全圧（Ａ＋Ｂ）で割り、１００を乗じた値を酸化ガスの含有率（％）とすると、第二のスパッタガス雰囲気は、第一のスパッタガス雰囲気よりも酸化ガス含有率が高くなっている。
【００２９】
従って、第二のスパッタガス雰囲気でターゲット５をスパッタリングすると、第二の薄膜の誘電体材料は、酸化ガスによって酸素原子が補完されるので、酸素欠損が生じず、その結晶構造が崩れない。
【００３０】
第二のスパッタガス雰囲気は酸化ガス含有率が高いため、高エネルギーイオンである酸化ガスイオン（酸素プラズマ）も多く発生するが、第一の電極膜１５は第一の薄膜１７で覆われているので、第一の電極膜１５に高エネルギーイオンが直接入射せず、第一の電極膜１５がダメージを受けない。
【００３１】
第二のスパッタガス雰囲気を維持しながら、ターゲット５のスパッタリングを第一の成膜工程の時より長時間続け、第一の薄膜１７上にその膜厚よりも厚い第二の薄膜を成長させる。第二の薄膜の成膜開始から所定時間が経過し、第二の薄膜の膜厚が所定厚さに達したところで、ターゲット５のスパッタリングを停止し、第二の成膜工程を終了する。
【００３２】
図２（ｃ）は第二の成膜工程終了後の状態を示しており、この状態では、基板１１上に、第一、第二の薄膜１７、１８からなるキャパシタ誘電体膜１６が形成されている。
【００３３】
キャパシタ誘電体膜１６が形成された状態の基板１１を不図示の成膜装置に搬入し、キャパシタ誘電体膜１６上に所定パターンのＰｔ膜からなる第二の電極膜を形成する。図２（ｄ）の符号１０はキャパシタ誘電体膜１６上に第二の電極膜１９が形成された状態の半導体素子を示している。
【００３４】
図３の符号１０ａは、その半導体素子の一例を示しており、基板１１の第一の電極膜１５が形成された側の面には、図２（ａ）〜図２（ｄ）には図示しなかった層間絶縁膜１３が形成されており、層間絶縁膜１３には開口が形成され、キャパシタ誘電体膜１６はその開口の底面に位置する第一の電極膜１５表面に密着して形成されている。
【００３５】
第二の電極膜１９は開口以外の部分では、層間絶縁膜１３によって絶縁されているが、開口内に位置するキャパシタ誘電体膜１６は第一、第二の電極膜１５、１９で挟まれた状態になっており、キャパシタ誘電体膜１６を挟んで対向する第一、第二の電極膜１５、１９間に電圧を印加すると、そのキャパシタ誘電体膜１６が分極する。
この半導体素子１０ａは、例えばＤＲＡＭのような半導体メモリ素子の他に、薄膜コンデンサ、チューナブルデバイス、デカップリングデバイス等種々の用途に用いられる。
【実施例】
【００３６】
＜実施例１＞
希ガスからなる第一のスパッタガスを用いて１０秒間スパッタリングして第一の成膜工程を行い、上述した基板１１上に膜厚５ｎｍの第一の薄膜１７を形成した後、３分間アニール処理を行い、更に、希ガスの流量／酸化ガスの流量６／１である第二のスパッタガスを用いて第二の成膜工程を行い、膜厚９５ｎｍの第二の薄膜１８を形成して、膜厚１００ｎｍの誘電体膜１６を得た。更に、その誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して実施例１の半導体素子１０ａを得た。
【００３７】
尚、第一、第二の成膜工程に用いたターゲット５の構成材料はＢａ0.5Ｓｒ0.5ＴｉＯ3であり、第一の成膜工程、アニール処理、及び第二の成膜工程における基板１１温度は７００℃、真空槽３内部の圧力は１Ｐａであり、ターゲット５の投入電力は２Ｗ／ｃｍ2であった。
【００３８】
＜実施例２＞
アニール化処理を行わず、第一の成膜工程の直後に第二の成膜工程を行った以外は、上記実施例１と同じ条件で実施例２の半導体素子１０ａを作成した。
【００３９】
＜比較例１＞
第一の成膜工程を行わずに、上記第二のスパッタガスを用いて膜厚１００ｎｍの誘電体膜を作成した以外は、上記実施例１と同じ条件で比較例の半導体素子を作成した。
【００４０】
〔比誘電率、誘電損失〕
上記実施例１、２、比較例１の半導体素子１０ａの比誘電率と誘電損失を測定した。尚、比誘電率と、誘電損失の測定は、インピーダンスアナライザを第一、第二の電極膜１５、１９に接続して測定した。尚、比誘電率の値が大きい程、キャパシタ誘電体膜として適しており、逆に誘電損失は小さいほどキャパシタ誘電体膜として適している。
【００４１】
図４に比誘電率と誘電損失の測定結果を示す。図４から明らかなように、実施例１、２は比較例１に比べて誘電損失率が低く、第一の成膜工程の後に、第一のスパッタガスよりも酸化ガス含有量が多い第二のスパッタガスを用いて成膜を行えば、誘電損失率が小さい誘電体膜が得られることがわかる。
【００４２】
また、実施例２は実用上十分な比誘電率が得られているが、実施例１は実施例２よりも比誘電率が高く、第一の成膜工程と第二の成膜工程の間でアニール化を行うことで、比誘電率が向上することがわかる。
【００４３】
〔基板加熱温度試験〕
第一の成膜工程、アニール化工程及び第二の成膜工程における基板の加熱温度を３５０℃以上７００℃以下の範囲の変化させて誘電体膜１６の成膜を行い、複数の半導体素子１０を作成した（実施例）。
【００４４】
ここでは、第一のスパッタガスと、ターゲット５は上記実施例１と同じものを用いた。第一の成膜工程のスパッタリング時間は１０秒間、第一、第二の成膜工程及びアニール化工程における真空槽３内の圧力を０．４２Ｐａ、第二の成膜工程のスパッタリング時間を７００秒、第二のスパッタガスの希ガスの流量が３０ｓｃｃｍ、酸化ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、ターゲット５の投入電力が１４００Ｗで、誘電体膜１６の総膜厚が１００ｎｍ（１０００Å）であった。
【００４５】
これとは別に、第一、第二の成膜工程の両方で、上記第二のスパッタガスを用い、基板１１の加熱温度を３５０℃以上７５０℃以下で誘電体膜の成膜を行い、複数の半導体素子を得た（比較例）。
実施例の各半導体素子と、比較例の各半導体素子について比誘電率と誘電損失を測定した。その結果を図５に示す。
【００４６】
図５から明らかなように、比誘電率は加熱温度が高くなる程高く、実施例、比較例において３５０度以上７５０℃以下の広い温度範囲で、実用上十分な比誘電率が測定された。他方、誘電損失は加熱温度による影響が少なく、比較例に比べて各加熱温度の実施例で誘電損失の値が低くなった。
【００４７】
〔第一の成膜工程の酸化ガス含有率〕
第一のスパッタガスの酸化ガス（Ｏ2）含有率を、０％、２．５％、１０％に変化させて第一の成膜工程を行った後、アニール化工程と第二の成膜工程を行い誘電体膜１６を形成した。更に誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して３種類の半導体素子１０を得た。
【００４８】
尚、投入電力と、真空槽３内の圧力と、第二の成膜工程の条件と、ターゲット５の種類と、アニール化の条件は上記「基板加熱温度試験」と同じとした。また、基板１１の加熱温度は４５０℃とした。
【００４９】
これら３種類の半導体素子について比誘電率と誘電損失を測定した。図６は比誘電率と誘電損失の測定結果を示すグラフであり、図６から明らかなように、第一の成膜工程における酸化ガスの含有率を０％以上２５％以下の範囲で変化させても、誘電損失と比誘電率に大きな変化が見られず、少なくとも第一のスパッタガス雰囲気の酸化ガス含有率が０％以上２５％以下の間では、比誘電率と誘電損失の値が実用上十分な値になることがわかる。
【００５０】
〔スパッタリング時間（第一の成膜工程）〕
第一の成膜工程でのスパッタリング時間を０秒、５秒、１０秒、２０秒と変化させて第一の成膜工程を行った後、アニール化工程と第二の成膜工程を行い誘電体膜１６を形成した。更に誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して４種類の半導体素子１０を得た。
【００５１】
尚、投入電力と、真空槽３内の圧力と、第二の成膜工程の条件と、ターゲット５の種類と、アニール化の条件は上記「基板加熱温度試験」と同じとした。また、基板１１の加熱温度は４５０℃とした。
【００５２】
これら４種類の半導体素子１０について比誘電率と誘電損失を測定した。その結果を図７に示す。尚、図７中横軸のカッコ内の数値は第一の薄膜１７の膜厚を示しており、第一の薄膜１７の膜厚はスパッタリング時間に比例することがわかる。
【００５３】
図７から明らかなように、比誘電率は、第一の成膜工程のスパッタリング時間が変わっても大きな変化が見られなかったが、誘電損失は第一の成膜工程を行わなかった場合（スパッタリング時間０秒）で大きく、第一の成膜工程を５秒以上にした場合には、誘電損失の値が実用上十分な程度に低くなった。
【００５４】
以上述べたとおり、酸化ガスの含有率の低い第一のスパッタガス雰囲気で誘電体薄膜の成膜を行った後、酸化ガスの含有率の高い第二のスパッタガス雰囲気で誘電体薄膜の成膜を行えば、誘電損失の値が小さいキャパシタ誘電体膜が得られる。
【００５５】
以上は、ＢＳＴのターゲット５を用いて、ＢＳＴのキャパシタ誘電体膜１６する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＢＳＴ以外にも、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3-y）、又はＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-z）のような他の誘電体材料のターゲットを用いてキャパシタ誘電体膜１６を形成することができる。
【００５６】
スパッタガスに用いる希ガスはＡｒガスに限定されるものではなく、Ｎｅガスも用いることができる。また、第一、第二のスパッタガスに同じ種類の希ガスを用いる必要もなく、第一、第二のスパッタガスに互いに異なる種類の希ガスを用いることもできる。
【００５７】
酸化ガスはＯ2ガスに限定されず、誘電体材料に酸素を補完可能なものであれば、例えばＯ3ガスを用いることが可能であり、これらの酸化ガスは単独で用いてもよいし、２種類を一緒に用いてもよい。また、第一、第二のスパッタガス、又はアニール化処理の時に同じ種類の酸化ガスを用いる必要はなく、互いに異なる種類の酸化ガスを用いることもできる。
【００５８】
酸化ガスは特に限定されないが、例えばＮ2Ｏガスは、キャパシタ誘電体膜中に窒素原子が混入してしまい、Ｈ2Ｏは水素がＢＳＴを還元してしまうのでこれらのガスは本発明には適さない。アニール化処理は、酸化ガスの存在下であれば、希ガスを供給せずに行ってもよい。
【００５９】
第一、第二の電極膜１５、１９を構成する電極材料はＰｔに限定されず、その電極材料にはＰｔ以外にも、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕなど他の貴金属や、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3などの貴金属酸化物を用いることができる。また、電極材料としては、それら貴金属や貴金属酸化物以外にも、Ｎｉ、Ｃｒ等種々の導電材料を用いることが可能である。これらの電極材料は単独で用いてもよいし、２種類以上の電極材料を同じ電極膜に用いてもよい。また、第一、第二の電極膜１５、１９を互いに同じ電極材料で構成してもよいし、互いに異なる電極材料で構成してもよい。
【００６０】
また、バリア膜１４の構成材料もＴｉＯ2に限定されず、酸素バリア性を有するものであれば、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等種々の材料でバリア膜を構成することができる。
また、基板１１上に形成される各膜の構成や、積層の順番は特に限定されず、形成される膜の種類、数、及び積層の順番は、半導体素子の使用目的に応じて決められる。
【００６１】
以上は、第一の成膜工程と、アニール化処理と、第二の成膜工程を同じ真空槽３内部で連続して行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、第一の成膜工程の後、基板１１を別の処理室へ搬入し、アニール化処理を行った後、再び第一の成膜工程と同じ成膜装置１へ戻して第二の成膜工程を行ってもよいし、各工程をそれぞれ別々の処理室で行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を説明する断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）：本発明のキャパシタ誘電体膜の成膜工程の一例を説明する断面図
【図３】本発明で形成されたキャパシタ誘電体膜を有する半導体素子の一例を説明する断面図
【図４】比誘電率と誘電損失の測定結果を示すグラフ
【図５】基板加熱温度を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【図６】第一の成膜工程のスパッタリング時間を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【図７】第一の成膜工程の酸化ガス含有率を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【符号の説明】
【００６３】
１……成膜装置 ２……ガス供給系 ３……真空槽 １０、１０ａ……半導体装置 １１……基板 １５……電極膜（第一の電極膜） １６……
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタ誘電体膜の成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子のキャパシタ誘電体膜にはＢＳＴやＰＺＴ膜が用いられており、このようなキャパシタ誘電体膜の成膜には、ＢＳＴ、ＰＺＴ等の誘電体材料のターゲットを真空槽内でスパッタリングするスパッタ法が用いられている。
【０００３】
スパッタ法によりキャパシタ誘電体膜を成膜するときには、酸素欠損が起こるとキャパシタ誘電体膜中のペロブスカイト型結晶が崩れるため、ターゲットをスパッタリングする時には、化学構造中に酸素原子を有する酸化ガスを真空槽内部に供給し、キャパシタ誘電体膜の酸素を補完する必要がある。
【０００４】
しかしながら、酸化ガスの存在下でスパッタリングを行うと、高エネルギーの酸素プラズマが基板表面に照射され、基板表面に位置する電極膜が荒らされてしまい、誘電損失が大きくなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−５８７９４号公報
【特許文献２】国際公開第９８／０６１３１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、電極膜に損失を与えずにキャパシタ誘電体膜を形成し、誘電損失が小さいキャパシタ膜を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、真空槽内部に形成された第一のスパッタガス雰囲気中で誘電体材料のターゲットをスパッタリングし、前記真空槽内部に配置された基板の表面に第一の薄膜を形成する第一の成膜工程と、前記真空槽内部に第二のスパッタガス雰囲気を形成し、前記第二のスパッタガス雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングし、前記第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の工程とを有するキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第二のスパッタガス雰囲気の酸化ガスの含有率を、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率よりも高くし、前記酸化ガスをＯ2ガスとＯ3ガスのいずれか一方又は両方で構成するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第一の成膜工程は、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率をゼロにするキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記ターゲットは、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-zとからなる誘電体材料の群より選択されるいずれか１つの誘電体材料を含有するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記基板の少なくとも一部表面には電極膜が露出され、前記キャパシタ誘電体膜は、前記電極膜の露出した表面に形成されるキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記電極膜は貴金属と貴金属酸化物のいずれか一方又は両方を含有するキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、前記第一、第二の成膜工程は、前記基板を加熱しながら行うキャパシタ誘電体膜の形成方法である。
【０００７】
尚、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-z中のｘ、ｙ、ｚは、３未満０以上の任意の実数を示している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第一の薄膜の成膜は、酸化ガスの含有率が少ない第一のスパッタガス雰囲気で行われるので、基板上の電極膜が酸素プラズマに直接晒されず、電極膜がダメージを受けない。また、第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の成膜工程は、酸化ガスの含有率が高い第二のスパッタガス雰囲気で行われるので、誘電体材料の酸素欠損が酸化ガスで補完される。従って、本発明によれば、電極膜にダメージを与えずに、酸素欠損の無いキャパシタ誘電体膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示しており、この成膜装置１は真空槽３を有している。真空槽３には真空排気系９と、ガス供給系２とが接続されている。
【００１０】
ガス供給系２は第一、第二のガスタンク２１、２２を有しており、第一、第二のガスタンク２１、２２は第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を介して真空槽３に接続されている。
【００１１】
第一のガスタンク２１内には希ガスが配置され、第二のガスタンク２２内には後述する酸化ガスが配置されており、第一、第二のガスタンク２１、２２のバルブを開けると、第一のガスタンク２１の希ガスと、第二のガスタンク２２の酸化ガスは、第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４で設定された流量で真空槽３内部に供給されるようになっている。
【００１２】
この成膜装置１を用いてキャパシタ誘電体膜を形成するには、先ず、真空排気系９で真空槽３内部を真空排気する。次いで、酸化ガスの流量がゼロ、希ガスの流量が、例えば１０ｓｃｃｍになるように第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を設定し、真空槽３内に酸化ガスを含有せず、希ガスからなる第一のスパッタガスが供給する。更に、真空排気と第一のスパッタガスの供給を続け、真空槽３内部に所定圧力の第一のスパッタガス雰囲気を形成する。
【００１３】
真空槽３内部には基板ホルダ６が配置されており、真空槽３内部の第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、真空槽３内部に基板１１を搬入し、基板ホルダ６上に載置する。基板ホルダ６には加熱手段７が内蔵されており、該加熱手段７に通電することで、基板ホルダ６は予め昇温しているので、基板ホルダ６に載置された基板１１は熱伝導によって昇温する。
【００１４】
基板ホルダ６には基板１１温度を測定する不図示の温度センサーが取り付けられており、加熱手段７への通電量はこの温度センサーで検出される温度に基づいて制御され、基板１１は３００℃以上７５０℃以下の加熱温度に維持される。
【００１５】
真空槽３内部の、基板１１と対向する位置には、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xのような誘電体材料で構成されたターゲット５が配置されている。ターゲット５は高周波電源４に接続されており、第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、該高周波電源４を起動し、真空槽３を接地電位に置いた状態で、ターゲット５に高周波電圧を印加すると、真空槽３内部に第一のスパッタガスのプラズマが発生する。
【００１６】
ターゲット５の基板１１と対向する面と反対側の面上には、磁界形成手段８が配置されており、この磁界形成手段８で形成される磁界によって、ターゲット５の表面にプラズマ密度の高い領域が形成され、ターゲット５がスパッタリングされて誘電体材料のスパッタ粒子が真空槽３内部に放出される。
【００１７】
図２（ａ）は基板１１の拡大断面図を示しており、基板１１はシリコン基板で構成され、その表面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１２が形成されている。
基板１１のシリコン酸化膜１２が形成された面上には、ＴｉＯ2-x（ここではｘは０．１〜０．３程度）のような金属酸化物からなるバリア膜１４が形成され、該バリア膜１４の表面には金属材料（ここではＰｔ）からなる第一の電極膜１５が形成されている。
【００１８】
基板１１は第一の電極膜１５が形成された側の面を、ターゲット５に向けて配置されており、ターゲット５から放出されたスパッタ粒子は基板１１の第一の電極膜１５が形成された側の面に入射し、堆積する。
【００１９】
ターゲット５がスパッタリングされるときには、真空槽３内部に供給された第一のスパッタガスがイオン化するので、基板１１表面にはスパッタ粒子だけではなく、第一のスパッタガスのイオンも入射する。
【００２０】
第一のスパッタガスに、Ｏ2やＯ3のように高エネルギーイオンを発生する酸化ガスが多く含有されると、第一の電極膜１５がその高エネルギーイオンが入射することで、ダメージを受けるが、第一のスパッタガスはそのような酸化ガスを含有しないので、第一の電極膜１５にダメージを与えずにスパッタ粒子が堆積し、基板１１の第一の電極膜１５が配置された側の面に誘電体材料からなる第一の薄膜１７が成長する（図２（ｂ））。
【００２１】
第一のスパッタガス雰囲気を維持しながら、スパッタリングを所定時間続け、第一の薄膜１７の膜厚が所定膜厚に成長したところで、ターゲット５への電圧印加を止めると、スパッタリングが停止し、第一の薄膜１７の成長が止まる（第一の成膜工程）。
【００２２】
第二のガスタンク２２にはＯ2ガスである酸化ガスが配置されており、所定流量の第二のガスタンク２２の酸化ガスと、所定流量の第一のガスタンク２１の希ガスが真空槽３内部に供給されるように、第一、第二のマスフローコントローラ２３、２４を設定すると、真空槽３内部に酸化ガスを含有する第二のスパッタガスが供給される。
【００２３】
真空排気を続けながら第二のスパッタガスの供給を続けると、真空槽３内部から第一のスパッタガスが押し出され、真空槽３内部に酸化ガスを含有する第二のスパッタガス雰囲気が形成される。
【００２４】
第一の成膜工程が終了し、第二のスパッタガスが供給される間も、基板１１は設定された加熱温度に維持されており、従って、基板１１上に形成された第一の薄膜１７は加熱され、第一の薄膜１７を構成する誘電体材料の結晶化が促進される（アニール化）。
【００２５】
このとき、真空槽３内部には酸化ガスが存在するので、真空排気を続けることで、真空槽３内部の圧力を低いまま維持しても（例えば０．４３Ｐａ）、第一の薄膜１７を構成する誘電体材料から酸化が欠落しない。
【００２６】
第一の成膜工程終了から所定時間が経過し、アニール化が十分に進行したところで、第二のスパッタガス雰囲気を維持すると共に、基板１１の加熱温度を維持しながら、ターゲット５をスパッタリングすると、基板１１の第一の薄膜１７が形成された側の面には、第一の成膜工程と同じターゲット５からのスパッタ粒子が入射し、第一の薄膜１７表面に第二の薄膜が成長する。
【００２７】
真空槽３内部の酸化ガスの分圧Ａと、希ガスの分圧Ｂの比Ａ／Ｂは、真空槽３内部に供給される酸化ガスの流量ａと、希ガスの流量ｂとの比ａ／ｂと略等しくなる。
【００２８】
酸化ガスの流量ａと希ガスの流量ｂとの比ａ／ｂは、第一のスパッタガスよりも第二のスパッタガスの方が大きいので、酸化ガスの分圧Ａを、真空槽３内部の全圧（Ａ＋Ｂ）で割り、１００を乗じた値を酸化ガスの含有率（％）とすると、第二のスパッタガス雰囲気は、第一のスパッタガス雰囲気よりも酸化ガス含有率が高くなっている。
【００２９】
従って、第二のスパッタガス雰囲気でターゲット５をスパッタリングすると、第二の薄膜の誘電体材料は、酸化ガスによって酸素原子が補完されるので、酸素欠損が生じず、その結晶構造が崩れない。
【００３０】
第二のスパッタガス雰囲気は酸化ガス含有率が高いため、高エネルギーイオンである酸化ガスイオン（酸素プラズマ）も多く発生するが、第一の電極膜１５は第一の薄膜１７で覆われているので、第一の電極膜１５に高エネルギーイオンが直接入射せず、第一の電極膜１５がダメージを受けない。
【００３１】
第二のスパッタガス雰囲気を維持しながら、ターゲット５のスパッタリングを第一の成膜工程の時より長時間続け、第一の薄膜１７上にその膜厚よりも厚い第二の薄膜を成長させる。第二の薄膜の成膜開始から所定時間が経過し、第二の薄膜の膜厚が所定厚さに達したところで、ターゲット５のスパッタリングを停止し、第二の成膜工程を終了する。
【００３２】
図２（ｃ）は第二の成膜工程終了後の状態を示しており、この状態では、基板１１上に、第一、第二の薄膜１７、１８からなるキャパシタ誘電体膜１６が形成されている。
【００３３】
キャパシタ誘電体膜１６が形成された状態の基板１１を不図示の成膜装置に搬入し、キャパシタ誘電体膜１６上に所定パターンのＰｔ膜からなる第二の電極膜を形成する。図２（ｄ）の符号１０はキャパシタ誘電体膜１６上に第二の電極膜１９が形成された状態の半導体素子を示している。
【００３４】
図３の符号１０ａは、その半導体素子の一例を示しており、基板１１の第一の電極膜１５が形成された側の面には、図２（ａ）〜図２（ｄ）には図示しなかった層間絶縁膜１３が形成されており、層間絶縁膜１３には開口が形成され、キャパシタ誘電体膜１６はその開口の底面に位置する第一の電極膜１５表面に密着して形成されている。
【００３５】
第二の電極膜１９は開口以外の部分では、層間絶縁膜１３によって絶縁されているが、開口内に位置するキャパシタ誘電体膜１６は第一、第二の電極膜１５、１９で挟まれた状態になっており、キャパシタ誘電体膜１６を挟んで対向する第一、第二の電極膜１５、１９間に電圧を印加すると、そのキャパシタ誘電体膜１６が分極する。
この半導体素子１０ａは、例えばＤＲＡＭのような半導体メモリ素子の他に、薄膜コンデンサ、チューナブルデバイス、デカップリングデバイス等種々の用途に用いられる。
【実施例】
【００３６】
＜実施例１＞
希ガスからなる第一のスパッタガスを用いて１０秒間スパッタリングして第一の成膜工程を行い、上述した基板１１上に膜厚５ｎｍの第一の薄膜１７を形成した後、３分間アニール処理を行い、更に、希ガスの流量／酸化ガスの流量６／１である第二のスパッタガスを用いて第二の成膜工程を行い、膜厚９５ｎｍの第二の薄膜１８を形成して、膜厚１００ｎｍの誘電体膜１６を得た。更に、その誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して実施例１の半導体素子１０ａを得た。
【００３７】
尚、第一、第二の成膜工程に用いたターゲット５の構成材料はＢａ0.5Ｓｒ0.5ＴｉＯ3であり、第一の成膜工程、アニール処理、及び第二の成膜工程における基板１１温度は７００℃、真空槽３内部の圧力は１Ｐａであり、ターゲット５の投入電力は２Ｗ／ｃｍ2であった。
【００３８】
＜実施例２＞
アニール化処理を行わず、第一の成膜工程の直後に第二の成膜工程を行った以外は、上記実施例１と同じ条件で実施例２の半導体素子１０ａを作成した。
【００３９】
＜比較例１＞
第一の成膜工程を行わずに、上記第二のスパッタガスを用いて膜厚１００ｎｍの誘電体膜を作成した以外は、上記実施例１と同じ条件で比較例の半導体素子を作成した。
【００４０】
〔比誘電率、誘電損失〕
上記実施例１、２、比較例１の半導体素子１０ａの比誘電率と誘電損失を測定した。尚、比誘電率と、誘電損失の測定は、インピーダンスアナライザを第一、第二の電極膜１５、１９に接続して測定した。尚、比誘電率の値が大きい程、キャパシタ誘電体膜として適しており、逆に誘電損失は小さいほどキャパシタ誘電体膜として適している。
【００４１】
図４に比誘電率と誘電損失の測定結果を示す。図４から明らかなように、実施例１、２は比較例１に比べて誘電損失率が低く、第一の成膜工程の後に、第一のスパッタガスよりも酸化ガス含有量が多い第二のスパッタガスを用いて成膜を行えば、誘電損失率が小さい誘電体膜が得られることがわかる。
【００４２】
また、実施例２は実用上十分な比誘電率が得られているが、実施例１は実施例２よりも比誘電率が高く、第一の成膜工程と第二の成膜工程の間でアニール化を行うことで、比誘電率が向上することがわかる。
【００４３】
〔基板加熱温度試験〕
第一の成膜工程、アニール化工程及び第二の成膜工程における基板の加熱温度を３５０℃以上７００℃以下の範囲の変化させて誘電体膜１６の成膜を行い、複数の半導体素子１０を作成した（実施例）。
【００４４】
ここでは、第一のスパッタガスと、ターゲット５は上記実施例１と同じものを用いた。第一の成膜工程のスパッタリング時間は１０秒間、第一、第二の成膜工程及びアニール化工程における真空槽３内の圧力を０．４２Ｐａ、第二の成膜工程のスパッタリング時間を７００秒、第二のスパッタガスの希ガスの流量が３０ｓｃｃｍ、酸化ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、ターゲット５の投入電力が１４００Ｗで、誘電体膜１６の総膜厚が１００ｎｍ（１０００Å）であった。
【００４５】
これとは別に、第一、第二の成膜工程の両方で、上記第二のスパッタガスを用い、基板１１の加熱温度を３５０℃以上７５０℃以下で誘電体膜の成膜を行い、複数の半導体素子を得た（比較例）。
実施例の各半導体素子と、比較例の各半導体素子について比誘電率と誘電損失を測定した。その結果を図５に示す。
【００４６】
図５から明らかなように、比誘電率は加熱温度が高くなる程高く、実施例、比較例において３５０度以上７５０℃以下の広い温度範囲で、実用上十分な比誘電率が測定された。他方、誘電損失は加熱温度による影響が少なく、比較例に比べて各加熱温度の実施例で誘電損失の値が低くなった。
【００４７】
〔第一の成膜工程の酸化ガス含有率〕
第一のスパッタガスの酸化ガス（Ｏ2）含有率を、０％、２．５％、１０％に変化させて第一の成膜工程を行った後、アニール化工程と第二の成膜工程を行い誘電体膜１６を形成した。更に誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して３種類の半導体素子１０を得た。
【００４８】
尚、投入電力と、真空槽３内の圧力と、第二の成膜工程の条件と、ターゲット５の種類と、アニール化の条件は上記「基板加熱温度試験」と同じとした。また、基板１１の加熱温度は４５０℃とした。
【００４９】
これら３種類の半導体素子について比誘電率と誘電損失を測定した。図６は比誘電率と誘電損失の測定結果を示すグラフであり、図６から明らかなように、第一の成膜工程における酸化ガスの含有率を０％以上２５％以下の範囲で変化させても、誘電損失と比誘電率に大きな変化が見られず、少なくとも第一のスパッタガス雰囲気の酸化ガス含有率が０％以上２５％以下の間では、比誘電率と誘電損失の値が実用上十分な値になることがわかる。
【００５０】
〔スパッタリング時間（第一の成膜工程）〕
第一の成膜工程でのスパッタリング時間を０秒、５秒、１０秒、２０秒と変化させて第一の成膜工程を行った後、アニール化工程と第二の成膜工程を行い誘電体膜１６を形成した。更に誘電体膜１６上に第二の電極膜１９を形成して４種類の半導体素子１０を得た。
【００５１】
尚、投入電力と、真空槽３内の圧力と、第二の成膜工程の条件と、ターゲット５の種類と、アニール化の条件は上記「基板加熱温度試験」と同じとした。また、基板１１の加熱温度は４５０℃とした。
【００５２】
これら４種類の半導体素子１０について比誘電率と誘電損失を測定した。その結果を図７に示す。尚、図７中横軸のカッコ内の数値は第一の薄膜１７の膜厚を示しており、第一の薄膜１７の膜厚はスパッタリング時間に比例することがわかる。
【００５３】
図７から明らかなように、比誘電率は、第一の成膜工程のスパッタリング時間が変わっても大きな変化が見られなかったが、誘電損失は第一の成膜工程を行わなかった場合（スパッタリング時間０秒）で大きく、第一の成膜工程を５秒以上にした場合には、誘電損失の値が実用上十分な程度に低くなった。
【００５４】
以上述べたとおり、酸化ガスの含有率の低い第一のスパッタガス雰囲気で誘電体薄膜の成膜を行った後、酸化ガスの含有率の高い第二のスパッタガス雰囲気で誘電体薄膜の成膜を行えば、誘電損失の値が小さいキャパシタ誘電体膜が得られる。
【００５５】
以上は、ＢＳＴのターゲット５を用いて、ＢＳＴのキャパシタ誘電体膜１６する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＢＳＴ以外にも、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3-y）、又はＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-z）のような他の誘電体材料のターゲットを用いてキャパシタ誘電体膜１６を形成することができる。
【００５６】
スパッタガスに用いる希ガスはＡｒガスに限定されるものではなく、Ｎｅガスも用いることができる。また、第一、第二のスパッタガスに同じ種類の希ガスを用いる必要もなく、第一、第二のスパッタガスに互いに異なる種類の希ガスを用いることもできる。
【００５７】
酸化ガスはＯ2ガスに限定されず、誘電体材料に酸素を補完可能なものであれば、例えばＯ3ガスを用いることが可能であり、これらの酸化ガスは単独で用いてもよいし、２種類を一緒に用いてもよい。また、第一、第二のスパッタガス、又はアニール化処理の時に同じ種類の酸化ガスを用いる必要はなく、互いに異なる種類の酸化ガスを用いることもできる。
【００５８】
酸化ガスは特に限定されないが、例えばＮ2Ｏガスは、キャパシタ誘電体膜中に窒素原子が混入してしまい、Ｈ2Ｏは水素がＢＳＴを還元してしまうのでこれらのガスは本発明には適さない。アニール化処理は、酸化ガスの存在下であれば、希ガスを供給せずに行ってもよい。
【００５９】
第一、第二の電極膜１５、１９を構成する電極材料はＰｔに限定されず、その電極材料にはＰｔ以外にも、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕなど他の貴金属や、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3などの貴金属酸化物を用いることができる。また、電極材料としては、それら貴金属や貴金属酸化物以外にも、Ｎｉ、Ｃｒ等種々の導電材料を用いることが可能である。これらの電極材料は単独で用いてもよいし、２種類以上の電極材料を同じ電極膜に用いてもよい。また、第一、第二の電極膜１５、１９を互いに同じ電極材料で構成してもよいし、互いに異なる電極材料で構成してもよい。
【００６０】
また、バリア膜１４の構成材料もＴｉＯ2に限定されず、酸素バリア性を有するものであれば、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等種々の材料でバリア膜を構成することができる。
また、基板１１上に形成される各膜の構成や、積層の順番は特に限定されず、形成される膜の種類、数、及び積層の順番は、半導体素子の使用目的に応じて決められる。
【００６１】
以上は、第一の成膜工程と、アニール化処理と、第二の成膜工程を同じ真空槽３内部で連続して行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、第一の成膜工程の後、基板１１を別の処理室へ搬入し、アニール化処理を行った後、再び第一の成膜工程と同じ成膜装置１へ戻して第二の成膜工程を行ってもよいし、各工程をそれぞれ別々の処理室で行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を説明する断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）：本発明のキャパシタ誘電体膜の成膜工程の一例を説明する断面図
【図３】本発明で形成されたキャパシタ誘電体膜を有する半導体素子の一例を説明する断面図
【図４】比誘電率と誘電損失の測定結果を示すグラフ
【図５】基板加熱温度を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【図６】第一の成膜工程のスパッタリング時間を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【図７】第一の成膜工程の酸化ガス含有率を変えた場合の比誘電率と誘電損失の変化を説明するグラフ
【符号の説明】
【００６３】
１……成膜装置 ２……ガス供給系 ３……真空槽 １０、１０ａ……半導体装置 １１……基板 １５……電極膜（第一の電極膜） １６……
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内部に形成された第一のスパッタガス雰囲気中で誘電体材料のターゲットをスパッタリングし、前記真空槽内部に配置された基板の表面に第一の薄膜を形成する第一の成膜工程と、
前記真空槽内部に第二のスパッタガス雰囲気を形成し、前記第二のスパッタガス雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングし、前記第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の工程とを有するキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、
前記第二のスパッタガス雰囲気の酸化ガスの含有率を、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率よりも高くし、
前記酸化ガスをＯ2ガスとＯ3ガスのいずれか一方又は両方で構成するキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項２】
前記第一の成膜工程は、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率をゼロにする請求項１記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項３】
前記ターゲットは、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-zとからなる誘電体材料の群より選択されるいずれか１つの誘電体材料を含有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項４】
前記基板の少なくとも一部表面には電極膜が露出され、
前記キャパシタ誘電体膜は、前記電極膜の露出した表面に形成される請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項５】
前記電極膜は貴金属と貴金属酸化物のいずれか一方又は両方を含有する請求項４記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項６】
前記第一、第二の成膜工程は、前記基板を加熱しながら行う請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項１】
真空槽内部に形成された第一のスパッタガス雰囲気中で誘電体材料のターゲットをスパッタリングし、前記真空槽内部に配置された基板の表面に第一の薄膜を形成する第一の成膜工程と、
前記真空槽内部に第二のスパッタガス雰囲気を形成し、前記第二のスパッタガス雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングし、前記第一の薄膜上に第二の薄膜を形成する第二の工程とを有するキャパシタ誘電体膜の形成方法であって、
前記第二のスパッタガス雰囲気の酸化ガスの含有率を、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率よりも高くし、
前記酸化ガスをＯ2ガスとＯ3ガスのいずれか一方又は両方で構成するキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項２】
前記第一の成膜工程は、前記第一のスパッタガス雰囲気の前記酸化ガスの含有率をゼロにする請求項１記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項３】
前記ターゲットは、(Ｂａ，Ｓr)ＴｉＯ3-xと、ＳｒＴｉＯ3-yと、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3-zとからなる誘電体材料の群より選択されるいずれか１つの誘電体材料を含有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項４】
前記基板の少なくとも一部表面には電極膜が露出され、
前記キャパシタ誘電体膜は、前記電極膜の露出した表面に形成される請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項５】
前記電極膜は貴金属と貴金属酸化物のいずれか一方又は両方を含有する請求項４記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【請求項６】
前記第一、第二の成膜工程は、前記基板を加熱しながら行う請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のキャパシタ誘電体膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−８６３２７（Ｐ２００６−８６３２７Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６９３８１（Ｐ２００４−２６９３８１）
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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