DE4244751C2 - Verfahren zum Herstellen eines Kondensators - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen eines Kondensators.

Ein DRAM (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) zum wahl­ freien Eingeben/Ausgeben einer gespeicherten Information ist eine existierende Halbleiterspeichervorrichtung. Ein DRAM wird durch ein Speicherzellenfeld gebildet, das als Speicherbereich dient, zum Speichern vieler Informationsstücke, sowie Peripherieschaltun­ gen zum Durchführen einer vorgegebenen Eingabe/Ausgabe-Operation in das und aus dem Speicherzellenfeld. Das Speicherzellenfeld um­ faßt zusätzlich eine Mehrzahl von Speicherzellen, die jeweils ei­ ner minimalen Speichereinheit entsprechen. Eine Speicherzelle wird grundsätzlich aus einem Kondensator und einem Transfergate­ transistor (Speicherzellentransistor), der damit verbunden ist, gebildet. Während des Betriebs bestimmt die Speicherzelle, ob eine vorgegebene elektrische Ladung in dem Kondensator gespeichert ist, welches einem Datum "0" oder "1" entspricht, wodurch gespeicherte Information verarbeitet wird.

Die Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen DRAM. Dieser DRAM wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungs­ schrift Nr. 64-42161 beschrieben. Die Speicherzelle des in Fig. 10 gezeigten DRAM weist eine Struktur vom sogenannten Ein-Transi­ stor Ein-Kondensatortyp auf. Ein Transfergatetransistor 10 umfaßt ein Paar von n⁺ Störstellenbereichen 3a und 3b, die auf der Ober­ fläche eines p-Typ Siliziumsubstrats 1 gebildet sind, sowie eine Gateelektrode 5a mit einem darunterliegenden dünnen Gateisola­ tionsfilm 4 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1, zwischen den n⁺ Störstellenbereichen 3a und 3b. Die Gateelektrode 5a wird durch einen Teil einer Wortleitung gebildet. Ein erster Isola­ tionszwischenschichtfilm 30 ist um die Gateelektrode 5a herum die­ se bedeckend gebildet. Ferner umfaßt ein Kondensator 20 eine unte­ re Elektrode (Speicherknoten) 21, mit einem n⁺ Störstellenbereich 3a verbunden, eine Oberfläche dieser unteren Elektrode 21 bedec­ kende dielektrische Schicht 22 sowie eine obere Elektrode (Zell­ platte) 23, die eine Oberfläche der dielektrischen Schicht 22 be­ deckt. Eine Bitleitung 7 ist mit dem n⁺ Störstellenbereich 3b über eine Kontaktöffnung verbunden, die in einem zweiten Isolationszwi­ schenschichtfilm 31 gebildet ist.

Mit dem zunehmenden Integrationsgrad von Halbleitervorrichtungen wurde es insbesondere bei diesem Typ von DRAM notwendig, das ein­ zelne Speicherelement zu miniaturisieren. Als Ergebnis wird von der in Fig. 10 gezeigten Speicherzelle verlangt, die vom Konden­ sator 20 benötigte ebene Fläche zu vermindern. Hierfür existieren hauptsächlich zwei Verfahren zum Erreichen einer benötigten elek­ trostatischen Kapazität für den Betrieb des Speicherzellenkonden­ sators.

Eine erste Methode besteht darin, die elektrostatische Kapazität durch Dünnermachen der den Kondensator 20 bildenden dielektrischen Schicht 22 zu erhöhen. Beispielsweise wird bei einem DRAM auf ei­ nem Integrationsniveau von 1M Bit die dielektrische Schicht 22 etwa in einer Dicke von 10 nm für die Filmdicke des Siliziumoxid­ films erstellt. Es ist daher schwierig, mit zunehmender Integra­ tion die Schichtdicke weiter zu verringern.

Als ein zweites Verfahren ist es bekannt, die elektrostatische Kapazität durch Erhöhen der einander gegenüberstehenden Flächen zwischen den Elektroden 21 und 23 mit der dazwischenliegenden di­ elektrischen Schicht 22 zu vergrößern. Der auf diese Weise entwor­ fene Kondensator wird als sogenannter Kondensator vom Stapeltyp (oder gestapelten Typ) bezeichnet. Das heißt, er wird mit einer Struktur gebildet, die eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Leitfähigkeit auf der Oberfläche einer Diffusionsschicht im Halbleitersubstrat bildet, und danach die dielektrische Schicht und die zweite Elektrodenschicht auf einer Oberfläche der polykri­ stallinen Siliziumschicht stapelt. Verschiedene Arten des Konden­ sators vom Stapeltyp wurden entworfen. Beispielsweise wurde eine Form der vom polykristallinen Silizium gebildeten Elektroden­ schicht zu einer Rippenform geändert, oder zu einer zylindrisch projizierten Form.

Ferner existiert als ein weiterer Gesichtspunkt beim zweiten Ver­ fahren eine Methode zum Erzeugen einer Rauhheit (Unebenheit) auf der Oberfläche der unteren Elektrode zum Vergrößern der einander gegenüberliegenden Flächen des Kondensators. Die in Fig. 10 ge­ zeigte Speicherzelle weist einen Kondensator auf, der eine untere Elektrode 21 mit einer derartigen rauhen Oberfläche umfaßt.

Die Fig. 11 bis 13 sind Schnittansichten mit einer Reihenfolge von Herstellungsschritten (erster bis dritter Schritt) der Spei­ cherzellen in einem derartigen DRAM. Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend in Zusammenhang mit diesen Ansichten beschrieben.

Zuerst wird, wie in Fig. 11 gezeigt, ein Feldoxidfilm 2, der durch einen dicken Siliziumoxidfilm gebildet wird, in einem vor­ gegebenen Bereich auf eine Oberfläche eines p-Typ Siliziumsub­ strats 1 entsprechend der LOCOS-Methode gebildet. Danach wird ein Gateoxidfilm 4 auf der Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 durch thermische Oxidation gebildet. Nach dem Aufbringen einer polykristallinen Siliziumschicht in dem gesamten Bereich durch CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahren wird diese zum Bilden einer Gateelektrode 5a bemustert. Ein Siliziumoxidfilm wird über den gesamten Bereich durch eine CVD-Methode bei niedrigem Druck aufge­ bracht, und danach wird eine erste Isolationszwischenschicht 30 auf einer Oberfläche und auf Seiten der Gateelektrode 5a mit Li­ thographie und Trockenätztechnologien, die im Stand der Technik bekannt sind, gebildet. Ferner werden n⁺ Störstellenbereiche 3a und 3b durch Ionenimplantationen von Störstellen in das p-Typ Silizi­ umsubstrat 5 gebildet, durch Benutzung der von der Isolationszwi­ schenschicht 30 bedeckten Gateelektrode 5a als Maske.

Zweitens wird, wie in Fig. 12 gezeigt, eine polykristalline Si­ liziumschicht 210 mit der Filmdicke von 0,4 µm in Übereinstimmung mit einer Niederdruck-CVD-Methode gebildet unter Benutzung eines Monosilangases, welches mit 20% Helium verdünnt wurde. Der Druck wird auf 0,8 Torr und die Temperatur auf 680°C gesetzt. Die Rauhheit mit einer Tiefe von 0,07 µm wird auf der Oberfläche der durch diesen Schritt gebildeten polykristallinen Siliziumschicht 210 erzeugt. Danach wird Phosphor (P) in die poly­ kristalline Siliziumschicht 210 eingebracht, durch eine thermische Diffusionsmethode mit Hilfe eines Oxid-Phosphorchlorids (POCl₃) als Material, in einer Umgebung mit der Temperatur von 875°C für 30 Minuten. Nachdem das durch thermische Diffusion auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 210 gebildete Phosphorglas entfernt ist, wird eine thermische Behandlung in einer Nitridumge­ bung mit einer Temperatur von 900°C für 20 Minuten durchgeführt. Als Ergebnis dehnt sich die Rauhheit der Oberfläche der polykri­ stallinen Siliziumschicht 210 auf 0,11 µm aus.

Wie in Fig. 13 gezeigt, wird eine untere Elektrode 21 eines Kon­ densators durch Bemustern einer polykristallinen Siliziumschicht 210 entsprechend eines Photolithographie- und Ätzverfahrens gebil­ det. Ein thermischer Nitridfilm wird auf eine Oberfläche einer unteren Elektrode 21 gebildet. Ein Siliziumnitridfilm wird auf einer Oberfläche des thermischen Nitridfilms entsprechend einer CVD-Methode gebildet. Ferner wird ein Oxidfilm auf einer Oberflä­ che des Siliziumnitridfilms durch eine thermische Oxidationsmetho­ de gebildet. Als Ergebnis wird eine dielektrische Schicht 22 ge­ bildet, die aus drei Schichten besteht, thermischem Nitridfilm/CVD Siliziumnitridfilm/Siliziumoxidfilm.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird eine polykristalline Siliziumschicht auf dem gesamten Bereich einer Oberfläche eines p-Typ Siliziumsub­ strats gebildet. Sie wird in eine vorgegebene Form bemustert, so daß eine obere Elektrode 23 eines Kondensators 20 gebildet wird.

Danach wird ein zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 31 aus ei­ nem dicken Oxidfilm auf dem gesamten Bereich gebildet. Eine Kon­ taktöffnung wird in einem vorgegebenen Bereich der Isolationszwi­ schenschicht 31 gebildet, und eine Bitleitung 7 wird in der Kon­ taktöffnung gebildet.

Die Speicherzelle des DRAM wird mit den oben beschriebenen Schrit­ ten beendet.

Viele hervorstehende Teile werden auf der Oberfläche der unteren Elektrode 21 des im Zusammenhang mit der herkömmlichen Methode gebildeten Kondensators erzeugt. Die Fig. 14 ist eine vergrößerte teilweise Schnittansicht mit der Oberflächenform der unteren Elek­ trode 21. Wie in Fig. 14 gezeigt, werden teilweise angenäherte Bereiche in den Abständen zwischen den hervorstehenden Teilen er­ zeugt. Wenn die dielektrische Gateschicht 22 zwischen den schmalen Abständen zwischen den Vorschüben gebildet wird, wird die Lücke zwischen den Vorschüben durch die dielektrische Gateschicht ge­ füllt, was zu einer nichtuniformen Filmdicke führt. Als Ergebnis werden Bereiche erzeugt, die nicht für eine hinreichende Kapazität sorgen. Unter diesen Bedingungen wird ein Problem erzeugt.

Wie oben beschrieben wird die dielektrische Gateschicht mit einer dünnen Filmdicke gebildet, um die Kapazität des Kondensators zu erhöhen. Wenn daher ein Kurvenradius der rauhen Teile auf der Oberfläche der unteren Elektrode 21 klein verglichen mit der Film­ dicke der dielektrischen Gateschicht ist, wird leicht eine elek­ trische Feldkonzentration in der Nähe derartiger hervorstehender Teile erzeugt. Als Ergebnis wird die Zuverlässigkeit des Kondensa­ tors vermindert, durch eine Verminderung einer Durchschlagsspan­ nung der dielektrischen Gateschicht.

Aus IEDM 90, Seiten 655 bis 658 sowie 659 bis 662 ist jeweils ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators mit einer ersten Elek­ trodenschicht, einer dielektrischen Schicht sowie einer zweiten Elektrodenschicht auf einem Halbleitersubstrat bekannt. Diese Verfahren weisen die folgenden Schritte auf:

• - Bilden einer Siliziumschicht für die erste Elektrodenschicht durch eine CVD-Methode, wobei ein polykristallines Silizium­ korn in amorphem Silizium enthalten ist und eine Oberfläche der Siliziumschicht mit semisphärischen Vorsprüngen gebildet wird,
• - Bilden der dielektrischen Schicht auf der Oberfläche der Siliziumschicht und
• - Bilden der zweiten Elektrodenschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht.

Ferner ist es beispielsweise aus der EP 0 436 491 A1 bekannt, eine Polysiliziumschicht eines Kondensators nacheinander einem Oxida­ tionsschritt und einem Ätzschritt auszusetzen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstel­ len eines Kondensators zu schaffen, das effektiv eine rauhe Ober­ fläche, die in einer unteren Elektrode des Kondensators gebildet wird, als Kapazitätsbereich nutzen kann.

Dabei soll ein Herstellungsverfahren für einen Kondensator ge­ schaffen werden, durch das eine Durchschlagsspannung einer dielek­ trischen Schicht verbessert werden kann, die auf der Oberfläche einer unteren Elektrode eines Kondensators mit rauher Oberfläche gebildet ist.

Die Aufgabe wird durch das Herstellungsverfahren nach dem Patent­ anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrie­ ben.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators umfaßt die folgenden Schritte.

Zuerst wird eine Siliziumschicht, die eine erste Elektrodenschicht wird, in einem Übergangsstadium zwischen Polykristallin und Amorph, durch Benutzung einer CVD-Methode gebildet. Zweitens wird die Siliziumschicht thermisch behandelt, wobei die Oberfläche der Siliziumschicht freigelegt ist. Dann wird eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche der Siliziumschicht gebildet. Ferner wird eine zweite Elektrodenschicht auf einer Oberfläche der die­ lektrischen Schicht gebildet.

Bei dem Herstellungsverfahren wird eine thermische Be­ handlung durchgeführt, nach der Bildung einer Siliziumschicht, in einem Übergangsstadium von einer polykristallinen Siliziumschicht zu einer amorphen. Es wird angenommen, daß die Siliziumschicht im Übergangsstadium sich in dem Zustand von polykristallinen Körnern innerhalb eines Bereichs im amorphen Zustand befindet. Durch Durchführen der thermischen Behandlung unter dieser Bedingung wächst das Polykristall, und Rauhheit mit einer großen Krümmung (Wölbung) wird auf der Oberfläche der Siliziumschicht gebildet. Daher wird durch Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Ober­ fläche der Siliziumschicht mit großem Kurvenradius und einer wei­ chen, rauhen Form eine lokale elektrische Feldkonzentration ver­ hindert, und daher die Zuverlässigkeit des Kondensators verbes­ sert.

Es folgt die Beschreibung eines Anwendungsbeispieles anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen

Fig. 1 ein Querschnitt einer Speicherzelle eines DRAM, die durch das Herstellungsverfahren hergestellt wurde;

Fig. 2-7 Schnittansichten der Speicherzelle des DRAM ent­ sprechend einer Ausführungsform, in der Rei­ henfolge der Herstellungsschritte;

Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht zum schematischen Darstellen einer unteren Elektrode eines in Fig. 6 gezeigten Kondensators;

Fig. 9 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen einer angelegten Spannung und der Lebensdauer eines Kon­ densators, der entsprechend der Ausfüh­ rungsform gebildet wurde;

Fig. 10 eine Schnittansicht einer Speicherzelle eines her­ kömmlichen DRAM;

Fig. 11-13 Schnittansichten der Speicherzelle des in Fig. 10 gezeigten DRAM in der Reihenfolge von Herstellungs­ schritten; und

Fig. 14 eine teilweise Schnittansicht mit einem Teil eines herkömmlichen Kondensators.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Speicherzelle einen Transfer­ gate-Transistor 10 und einen Kondensator 20. Der Transfergate- Transistor 10 umfaßt ein Paar von n⁺ Störstellenbereichen 3a, 3b, die auf der Oberfläche eines p-Typ Siliziumsubstrats 1 gebildet sind, mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen, sowie eine Gatee­ lektrode (Wortleitung) 5a, die mit einem darunter gebildeten dün­ nen Gateisolationsfilm 4 auf der Oberfläche des p-Typ Siliziumsub­ strats 1 gebildet ist. Eine Wortleitung 5b ist auf einer Oberflä­ che eines Feldoxidfilms 2 gebildet, der in einem vorgegebenen Be­ reich auf der Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 gebildet ist. Eine erste Isolationszwischenschicht 30 ist um die Gateelek­ trode 5a und die Wortleitung 5b diese bedeckend gebildet.

Der Kondensator 20 bildet einen sogenannten Kondensator vom Sta­ peltyp, gebildet durch eine gestapelte Schichtstruktur aus einer unteren Elektrode 21, einer dielektrischen Schicht 22 sowie einer oberen Elektrode 23. Die untere Elektrode 21 wird in zwei Bereiche strukturiert, für die Vereinfachung der Beschreibung. Ein erster Bereich ist ein Basisbereich 21a, der sich mit einer zwischenlie­ genden Isolationsschicht 30 von einer Oberfläche der Gateelektrode 5a bis zu einem oberen Bereich der Wortleitung 5b erstreckt. Ein zweiter Bereich ist ein zylindrischer Bereich 21b, der zylindrisch sich in einer vertikal aufsteigenden Richtung bezüglich der Ober­ fläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 von einer Oberfläche des Ba­ sisbereichs 21a erstreckt. Ein Stapeltypkondensator mit einer un­ teren Elektrode 21 einer derartigen Form wird als zylindrisch ge­ stapelter Kondensator bezeichnet. Eine Rauhtiefe von etwa 100 nm, die durch die unten beschriebene Herstellungsmethode erzeugt wird, wird auf der Oberfläche der unteren Elektrode 21 des zylindrisch gestapelten Kondensators gebildet. Durch diese Oberflächenform vergrößern sich die gegenüberliegenden Flächen der unten liegenden Elektrode 21 und der oberen Elektrode 23 mit der dazwischen lie­ genden Dielektrizitätsschicht 22, und die Kapazität des Kondensa­ tors vergrößert sich. Die dielektrische Schicht 22 wird durch eine gestapelte Schicht eines Siliziumnitridfilms und eines Silizium­ oxidfilms gebildet. Nitridfilme 15, 15 verbleiben auf einer Ober­ fläche der ersten Isolationszwischenschicht 30. Diese Nitridfilme 15, 15 dienen dazu, zu verhindern, daß die untere Isolationszwi­ schenschicht 30 während eines Herstellungsschritts überätzt wird.

Ferner bedeckt eine dicke zweite Isolationszwischenschicht 31 ei­ nen oberen Bereich eines gestapelten Kondensators 20. Eine Kon­ taktöffnung, die sich zu einem n⁺ Störstellenbereich 3b des Trans­ fergate-Transistors 10 erstreckt, ist auf einem vorgegebenen Be­ reich der zweiten Isolationszwischenschicht 31 gebildet. In dieser Kontaktöffnung wird ein zum Beispiel durch eine selektive CVD-Me­ thode gebildeter Wolframstopfen 8 gefüllt. Eine Bitleitung 7 wird auf einer Oberfläche der zweiten Isolationszwischenschicht 31 an­ geordnet und mit einem n⁺ Störstellenbereich 3b des Transfergate- Transistors 10 über den Wolframstopfen 8 verbunden. Eine dritte Isolationszwischenschicht 32 wird auf einem oberen Bereich einer Bitleitung 7 gebildet. Eine Isolationsschicht einer vorgegebenen Form wird auf einer Oberfläche der dritten Isolationszwischen­ schicht 32 gebildet.

Anschließend wird eine erste Ausführungsform des Herstellungsver­ fahrens der in Fig. 1 gezeigten Speicherzelle des DRAM beschrie­ ben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein dicker Feldoxidfilm 2 auf einem vorgegebenen Bereich der Oberfläche eines p-Typ Siliziumsubstrats 1 gebildet. Auf der Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 wird ein Gateoxidfilm 4 durch ein thermisches Oxidationsverfahren ge­ bildet. Danach werden die polykristalline Siliziumschicht und die Isolationsschicht auf dem Gesamtbereich der Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 aufgebracht und in einer vorgegebenen Weise bemustert. Dadurch werden eine Gateelektrode 5a und eine Wortlei­ tung 5b gebildet. Durch Ionenimplantation von Störstellen in die Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 1 unter Benutzung der Ga­ teelektrode 5a als Maske werden n⁺ Störstellenbereiche 3a und 3b gebildet. Danach wird die Isolationsschicht erneut auf dem gesam­ ten Bereich aufgebracht und durch anisotropes Ätzen selektiv ent­ fernt. Durch diesen Schritt wird die Isolationsschicht nur auf Seitenwänden der Gateelektrode 5a und der Wortleitung 5b beibehal­ ten. Folglich wird eine erste Isolationszwischenschicht 30 um die Gateelektrode 5a und die Wortleitung 5b herum gebildet. Nachdem ein dünner Nitridfilm 15 auf dem gesamten Bereich gebildet worden ist, wird dieser in einer vorgegebenen Form bemustert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird eine polykristalline Siliziumschicht 210a auf dem gesamten Bereich auf dem p-Typ Siliziumsubstrat 1 durch eine Niederdruck-CVD-Methode aufgebracht und in einer vor­ gegebenen Form bemustert.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ein dicker Siliziumoxidfilm 16 über den gesamten Bereich auf der Oberfläche der polykristallinen Sili­ ziumschicht 210a und dergleichen aufgebracht, und eine Öffnung 17 wird in einem vorgegebenen Bereich gebildet. In dieser Öffnung 17 wird eine Öffnung der polykristallinen Siliziumschicht 210a frei­ gelegt. Der Siliziumoxidfilm 16 wird benutzt, um einen zylindri­ schen Bereich 21b des zylindrisch gestapelten Kondensators zu bil­ den. Die Filmdicke des Bereichs, der auf den oberen Teil der poly­ kristallinen Siliziumschicht 210a aufgebracht wird, bestimmt die Höhe des zylindrischen Bereichs 21b des Kondensators. Nach dem Bilden eines Öffnungsbereichs 17 in einem Siliziumoxidfilm 16 wird eine polykristalline Siliziumschicht 210 mit der Filmdicke von etwa 50 nm in dieser Öffnung aufgebracht, sowie auf der Oberfläche des Siliziumoxidfilms 16, durch Einsatz einer Niederdruck-CVD-Me­ thode. Diese polykristalline Siliziumschicht wird bei einer Tempe­ ratur von etwa 620°C durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren unter Benutzung von beispielsweise Silan gebildet.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die polykristalline Siliziumschicht 210b durch anisotropes Ätzen selektiv geätzt. Durch dieses Ätzen wird ein Teil der polykristallinen Siliziumschicht 210b, die auf einer flachen Oberfläche des Siliziumoxidfilms 16 oder auf die Oberfläche des flachen Bereichs der polykristallinen Silizium­ schicht 210a gebracht ist, selektiv entfernt. Die polykristalline Siliziumschicht 210a und die selektiv übriggebliebene polykri­ stalline Siliziumschicht 210b werden integral (einstückig) gebil­ det. Danach wird der Siliziumoxidfilm 16, der zum Bilden des zy­ lindrischen Bereichs des zylindrisch gestapelten Kondensators be­ nutzt wurde, durch Ätzen entfernt. Ein Siliziumnitridfilm 15 ver­ hindert, daß die erste Isolationszwischenschicht 30 bei diesem Ätzschritt überätzt wird.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird eine Siliziumschicht 210c auf der Oberflä­ che der polykristallinen Siliziumschichten 210a und 210b durch eine CVD (Chemical Vapor Desposition)-Methode gebildet, als Grund­ lage für die untere Elektrode des Kondensators. Die Filmbildungs­ umgebung der CVD-Methode benutzt ein Monosilangas, oder ein durch Stickstoff oder Helium verdünntes Monosilangas als Materialgas. Der Druck des Monosilangases wird auf 100 Pa oder weniger gesetzt, und die Filmbildungstemperatur wird auf nicht niedriger als 560°C und niedriger als 600°C gesetzt. Als ein Beispiel wird die Silizi­ umschicht mit einem Druck des Monosilangases von 15 Pa gebildet und die Filmbildungstemperatur wird auf 573°C gesetzt. In diesem Fall wird eine Rauhtiefe von etwa 100 nm auf der Oberfläche der Silizi­ umschicht gebildet. Herstellungsschritte der Siliziumschicht sind in "Fabrication of Storage Capacitance-Enhanced Capacitors with a Rough Electrode" Yoshio Hayashide et. al., Extended Abstracts of the 22nd Conference on Solid State Devices and Materials, 1990, Seiten 869-872 beschrieben.

Entsprechend wird eine untere Elektrode 21 durch Bemustern der Siliziumschicht mit rauher Oberfläche gebildet. Dabei werden, wie in Fig. 8 gezeigt ist, etwa 100 nm von semi sphärischen Vor­ sprüngen auf der Siliziumschicht 210c gebildet. Es bestehen teilweise verengte Stellen zwischen den Vorsprüngen.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird unmittelbar nach der Bildung der Siliziumschicht 210c eine thermische Behandlung in Vakuum oder N₂ durchgeführt, oder in wirkungslosem Gas wie Ar für etwa 10 Minuten bis 5 Stunden, ohne die Halbleitervorrichtung (wafer) aus der Dampfablagerungsvorrichtung mit reduziertem Druck herauszunehmen, bei Temperaturen von 500-600°C. Diese thermische Behandlung än­ dert die Kristallinität der Siliziumschicht 210c, und der Kurven­ radius der Rauhheit der Oberfläche der Siliziumschicht wird ver­ größert. Die Siliziumschicht 210c wird mit der Rauh­ heit in einem Übergangsstadium zwischen polykristallinem Zu­ stand und amorphen Zustand gebildet. Allerdings ist eine polykri­ stalline Komponente und eine amorphe Komponente in der Schicht enthalten. Wenn eine thermische Behandlung in dem Vakuum oder dem wirkungslosen Gas unmittelbar nach der Bildung dieser Silizium­ schicht durchgeführt wird, wird die amorphe Komponente in eine polykristalline geändert, und die Siliziumatome in dem amorphen Silizium bewegen sich und vergrößern den Radius der Kurven der rauhen Bereiche. Ein derartiges Phänomen wird nur unter einer Be­ dingung beobachtet, wenn der Oxidfilm oder dergleichen nicht in der Oberfläche der Siliziumschicht existiert. Eine elektrische Konzentration (Feldkonzentration) an der rauhen Oberfläche wird entspannt, wenn der Kurvenradius der rauhen Bereiche auf eine der­ artige Weise vergrößert wird. Als Ergebnis wird eine Durchschlags­ spannung der auf der Oberfläche der Siliziumschicht gebildeten di­ elektrischen Schicht verbessert. Ferner wird die Zuverlässigkeit des Kondensators durch die Verbesserung der Durchschlagsspannung erhöht.

Die Fig. 9 zeigt eine Grafik mit dem Zusammenhang zwi­ schen einer angelegten Spannung und der Lebensdauer des Kondensa­ tors, der durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wurde. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist zu beobachten, daß je länger die thermische Behandlung unmittelbar nach der Bildung der Silizium­ schicht durchgeführt wird, desto länger die Kondensatorlebensdauer wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators (20) mit einer gesta­ pelten Struktur aus einer ersten Elektrodenschicht (21), einer dielek­ trischen Schicht (22) und einer zweiten Elektrodenschicht (23) auf einem Halbleitersubstrat (1), mit den Schritten:

• a) Bilden einer Siliziumschicht (210c) für die erste Elektrodenschicht (21) durch eine CVD-Methode, bei der ein polykristallines Siliziumkorn in amorphem Silizium enthalten ist und bei der eine Oberflä­ che der Siliziumschicht (210c) mit semisphärischen Vorsprüngen gebildet wird,
• b) thermisches Behandeln der Siliziumschicht (210c) in Vakuum, in N₂ oder in einer wirkungslosen Gasatmosphäre, wobei die Oberfläche der Siliziumschicht (210c) freiliegt,
• c) Bilden der dielektrischen Schicht (22) auf der Oberfläche der behandelten Siliziumschicht (21), und
• d) Bilden der zweiten Elektrodenschicht (23) auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht (22).

2. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) durch­ gehend in einer sauerstofffreien Umgebung nach der Bildung der Siliziumschicht (210c) durchgeführt wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) bei einer Temperatur im Bereich von 500°C- 600°C für 10 Minuten bis 5 Stunden durchgeführt wird.