DE69130263T2

DE69130263T2 - Verfahren zum Herstellen von polykristallinem Silizium mit mikrorauher Oberfläche

Info

Publication number: DE69130263T2
Application number: DE69130263T
Authority: DE
Inventors: Toru Tokyo Tatsumi; Hirohito Tokyo Watanabe
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: EP0448374A1; DE69122796T2; DE69130263D1; US5723379A; EP0630055B1; EP0630055A2; DE69132354T2; KR960012915B1; EP0689252B1; EP0689252A1; EP0448374B1; DE69132354D1; DE69122796D1; US5366917A; EP0630055A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen und genauer ausgedrückt Herstellungsverfahren zum Bilden polykristalliner Siliciumschichten, die zur Verwendung als Elektroden für Kondensatoren geeignet sind.
In den letzten Jahren ist die Speicherzellengröße verkleinert worden, was die Vergrößerung bezüglich des Integrationsumfangs von DRAMs (dynamischer RAM) begleitete, und damit hat die Fläche von Speicherkondensatoren, die für die Zellen verwendet wird, eine Tendenz, verkleinert zu werden. Aus diesem Grunde sind Stapelkondensatoren oder Graben-Stapelkondensatoren verwendet worden, die eine große Nutzfläche für den Kondensatorteil, eine hervorragende α-Strahlenwiderstandscharakteristik und eine niedrige gegenseitige Beeinflussung zwischen den Kondensatorteilen aufweisen, um hohe Kapazitäten ausreichend sicherzustellen. Für DRAMs von 64 Mbit, die derzeit entwickelt werden, wird jede Zellenfläche jedoch als kleiner als 1,5 um² vorausgesehen, so daß eine Kondensatorisolierschicht mit einer Dicke von weniger als 50 Å (10Å = 1 nm), wenn umgewandelt in die äquivalente Dicke einer Siliciumdioxid(SiO&sub2;)-Schicht, erforderlich ist, selbst bei Verwendung der vorgenannten Strukturen. Es ist äußerst schwierig, eine solche dünne Kondensatorisolierschicht einheitlich und ohne Defekt über dem gesamten Chip auszubilden.
Zur Lösung des oben genannten Problems hat man sich eine Vorstellung davon gemacht, die Nutzfläche der gegenüberliegenden Elektroden eines Kondensators durch Vorsehen einer Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche derselben zu vergrößern, um eine größere elektrostatische Kapazität für einen Kondensator der gleichen Größe zu erhalten. Ein Verfahren zum Vergrößern der gegenüberliegenden Elektrodenflächen, das heißt zum Vergrößern der wirksamen Oberflächenbereiche von polykristallinen Siliciumelektroden, ist in "Capitance-Enhanced Stacked- Capacitor with Engraved Storage Electrode for Deep Submicron DRAMs, Solid State Devices and Materials" (Stapelkondensator vergrößerter Kapazität mit eingravierter Speicherelektrode für tiefe Submikrometer-DRAMs, Festkörperbauelemente und - materialien), 1989, Seiten 137-140, offenbart. Diesem Verfahren zufolge wird die Oberfläche eines polykristallinen Siliciums mit aufgeschleudertem Glas (spin-on-glas, SOG) beschichtet, das Photoresistteilchen enthält. Dann wird der wirksame Oberflächenbereich der polykristallinen Siliciumschicht vergrößert, indem eine Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche derselben durch Ätzen der SOG-Schicht vorgesehen wird, wodurch die polykristalline Siliciumoberfläche unter Verwendung der Resistteilchen als Maske geätzt wird.
Dieses Verfahren birgt jedoch die folgenden Probleme. Es sind nämlich strenge Kontrollen der Größe der Resistteilchen und der Verteilung der Resistteilchen auf dem Wafer mit einheitlicher Dichte während der Beschichtung erforderlich, zusätzlich zu der Komplexität des damit verbundenen Verfahrens.
Weiter relevanter Stand der Technik ist der folgende.
Aus US-A-4905072 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, die eine Halbleiterschicht aus einer dünnen polykristallinen Siliciumschicht aufweist, welche nicht mehr als 3% atomare Wasserstoffatome enthält und eine Oberflächenunebenheit von nicht mehr als maximal 800 Å hat. Sie kann auch eine Ätzgeschwindigkeit von 20 Å/s aufweisen, wenn sie mit einer Mischung aus HF, HNO&sub3; und Eisessig (1 : 3 : 6) geätzt wird.
Aus GB-A-2130009 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, die eine oder mehrere Schichten aus polykristallinem Silicium mit einem quadratischen Mittelwert der Rauhigkeit von nicht mehr als 20 Angström enthält. Die Vorrichtung wird hergestellt, indem die Siliciumschichten im amorphen Zustand durch chemisches Aufdampfen bei Niederdruck im Temperaturbereich von 560-580ºC gebildet und ausgeheizt oder getempert werden, um sie in den polykristallinen Zustand umzuwandeln. Die so gebildeten Schichten sind bezüglich Glattheit, fehlender Deformation und Genauigkeit der photolithographischen Begrenzung Siliciumschichten überlegen, die im polykristallinen Zustand gebildet werden. Eine Zwischenverbindung kann hergestellt werden. Zusätzlich zu der Offenbarung des Übergangs von amorphem Silicium zu Polysilicium erklärt dieses Dokument weiter das Siliciumaufwachsen bei unterschiedlichen Temperaturen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und massenproduzierbares Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, die einen Kondensator umfaßt und wenigstens eine polykristalline Siliciumschicht mit Mikrorauhigkeit auf ihrer Oberfläche aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, welches ein Steuern der Größe und/oder der Dichte der Mikrorauhigkeit auf den Oberflächen der polykristallinen Siliciumschicht ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Kondensator geschaffen, das die Schritte aufweist:
eine amorphe Siliciumschicht auf einem Substrat aufzubringen;
eine Oberfläche des amorphen Silicium zu reinigen;
die amorphe Siliciumschicht, während die Oberfläche der amorphen Siliciumschicht rein gehalten wird, bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur von der amorphen Phase zu der polykristallinen Phase von Silicium auszuheizen oder zu temperm, um dadurch die amorphe Siliciumschicht in eine polykristalline Siliciumschicht umzuwandeln, wobei die polykristalline Siliciumschicht dabei eine Oberfläche mit Mikrorauhigkeit aufweist, die durch Siliciumkörner verursacht wird und als eine erste Elektrode des Kondensators dient;
eine dielektrische Schicht des Kondensators auf der Oberfläche mit Mikrorauhigkeit der polykristallinen Siliciumschicht zu bilden;
und auf der dielektrischen Schicht eine leitende Schicht zu bilden, die als zweite Elektrode des Kondensators dient.
Im Gegensatz zu dem Verfahren in der oben genannten Verweisstelle, in der die Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche einer polykristallinen Siliciumschicht mit Hilfe von selektivem Ätzen gebildet wird, bei dem die Resistteilchen als die Maske verwendet werden, wird in dieser Erfindung Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche einer polykristallinen Siliciumschicht basierend auf dem Körnerwachstum von Silicium gebildet.
Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, das eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit basierend auf dem Körnerwachstum von Silicium in Übereinstimmung mit dem folgenden Verfahren gebildet werden kann.
Das Verfahren ist ein solches, bei dem eine amorphe Silicium (a-Si)-Schicht auf einem Substrat in einem Vakuum oder in einem inerten Gas wie zum Beispiel einem Stickstoffgas gebildet wird, die Probe dann einer Wärme- (Temper-)Behandlung bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur wiederum in einem Vakuum oder einem inerten Gas wie zum Beispiel einem Stickstoffgas ausgesetzt wird.
In Übereinstimmung mit einem solchen Verfahren ist es möglich, eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit durch die Kombination eines CVD-Verfahrens und Tempern zu bilden, welche gut bekannte Techniken bei der Herstellung von Halbleitern darstellen.
Die oben genannten und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen:
Fig. 1 Rasterelektronen-Mikrofotografien und die entsprechenden Fotografien der Reflexionsbeugung schneller Elektronen (RHEED, reflection high energy electron diffraction) an der Oberfläche der aufgebrachten Schicht für verschiedene Aufbringungstemperaturen zeigt;
Fig. 2 ein Kurvenbild ist, das die Abhängigkeit der Kapazität eines hergestellten Kondensators, des Oberflächenbereichs der Siliciumschicht und der Aufbringungstemperatur von Silicium zeigt;
Fig. 3 eine Elektronenmikrofotografie ist, die den Oberflächenzustand einer Siliciumschicht mit Mikrorauhigkeit aufgenommen nach Phosphordiffusion zeigt;
Fig. 4 ein Verteilungsdiagramm der relativen Vergrößerung an dem Oberflächenbereich einer Siliciumschicht zeigt, die bei der Temperatur von 590ºC innerhalb einer 4- Zoll Wafer aufgebracht wird;
Fig. 5 ein Kurvenbild ist, das die Abhängigkeit des Leckstroms von der angelegten Spannung für die Stapelkondensatoren zeigt, die bei verschiedenen Aufbringungstemperaturen von Siliciumschichten (590 und 640ºC) gebildet werden;
Fig. 6 ein Kurvenbild ist, das die Abhängigkeit des Leckstroms bei der angelegten Spannung für Stapelkondensatoren bei verschiedenen Aufbringungstemperaturen von Siliciumschichten zeigt;
Fig. 7 ein Frequenzverteilungsdiagramm für die Durchschlagsspannung von Stapelkondensatoren für verschiedene Aufbringungstemperaturen von Siliciumelektroden ist;
Fig. 8 eine Rasterelektronen-Mikrofotografie der Schichtoberfläche gemäß einer Ausführungsform 2 nach Tempern einer bei der Übergangstemperatur gebildeten Siliciumschicht ist;
Fig. 9 eine Rasterelektronen-Mikrofotografie ist, die den Oberflächenzustand gemäß einer Ausführungsform 3 einer Schicht zeigt, die durch Aufbringen einer kompakten polykristallinen Schicht bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur auf einer bei der Übergangstemperatur gebildeten Siliciumschicht gebil det wird;
Fig. 10 Schnittansichten für verschiedene Herstellungsverfahren von Stapelkondensatoren mit einer Mikrorauhigkeit auch auf den Seitenflächen gemäß einer Ausführungsform 4 zeigt;
Fig. 11 Rasterelektronen-Mikrofotografien der Querschnitte eines Stapelkondensators zeigt, der in Übereinstimmung mit dem in Fig. 10 dargestellten Herstellungsverfahren gebildet wird;
Fig. 12 Schnittansichten für verschiedene Aufwachsstadien bei dem Phänomen des Aufwachsen einer Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit als ein Ergebnis von Tempern einer amorphen Siliciumschicht auf dem Substrat bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur zeigt;
Fig. 13 Fotografien zeigt, die das in Fig. 12 beschriebene Phänomen darstellen, wobei Fig. 13(a) eine zyindrische amorphe Siliciumschicht vor dem Tempern zeigt und Fig. 13(b) eine zylindrische polykristalline Siliciumschicht mit Mikrorauhigkeit aufgenommen nach dem Tempern zeigt;
Fig. 14 ein Kurvenbild ist, das die Kapazitätsunterschiede eines Kondensators für die Fälle zeigt, in denen der Wafer vor dem Tempern in die Atmosphäre herausgenommen und nicht herausgenommen worden ist;
Fig. 15 Schnittansichten für verschiedene Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 16 Schnittansichten für verschiedene Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 17 Schnittansichten für verschiedene Herstellungsverfahren einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 18 Schnittansichten für verschiedene Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform 9 der Erfindung zeigt; und
Fig. 19 eine Rasterelektronen-Mikrofotografie zeigt, die das in Fig. 18G beschriebene Phänomen beschreibt.
Die Tatsache, daß eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit basierend auf dem Körnerwachstum von Silicium gebildet werden kann, wenn Silicium bei der Übergangstemperatur aufgebracht wird, ist bereits oben erwähnt worden. Dieses Phänomen kann wie folgt beschrieben werden. Während des Aufbringens von Silicium bei der Übergangstemperatur ist aufgebrachtes Silicium nämlich grundsätzlich von amorphen Typ. Wenn die Temperatur innerhalb des Ofenrohrs sogar nach Vollendung der Aufbringung auf der Übergangstemperatur gehalten wird, beginnen Siliciumatome, die in der Oberfläche der aufgebrachten amorphen Siliciumschicht gewandert sind, Kristallkerne zu bilden. Siliciumatome, die in der Nähe der Kristallkerne wandern, werden durch die Kerne eingefangen und tragen zu dem Wachstum der Kerne und der Vergrößerung der Größe der Körner bei. Als ein Ergebnis wird eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit gebildet.
Wenn Silicium andererseits bei einer Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur aufgebracht wird, bleibt die aufgebrachte Schicht so amorph wie sie ist, wobei ihre Oberfläche sehr glatt ist. Wenn eine Schicht bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur aufgebracht wird, bedeutet dies die Bildung einer gewöhnlichen polykristallinen Siliciumschicht. Die Oberfläche des aufgebrachten polykristallinen Siliciums hat zu viele Kerne, so daß sie nebeneinander nicht anwachsen können, und als ein Ergebnis hieraus bleibt die Oberfläche genauso glatt.
Wie oben beschrieben sollte erkannt werden, daß es wichtig ist, Silicium bei der Übergangstemperatur aufzubringen. Es ist jedoch schwierig, die Übergangstemperatur zu bestimmen. Dies liegt darin begründet, daß die Übergangstemperatur in gewissem Ausmaß von den Bildungsbedingungen abhängt. Nichtsdestoweniger haben die vorliegenden Erfinder entdeckt, daß eine Oberfläche mit Mikrorauhigkeit erhalten werden kann, wenn Silicium bei einer Temperatur im Bereich der Übergangstemperatur von 550 ± 10ºC aufgebracht wird. Es soll jedoch festgestellt werden, daß die Temperatur von 550ºC die Temperatur an der Außenseite des Ofenrohrs ist und die tatsächliche Temperatur des Wafer zu diesem Zeitpunkt wie durch einen Infrarotsensor untersucht als 590ºC festgestellt wurde. Dementsprechend kann, wenn Silicium bei einer Wafertemperatur im Bereich von 590 ± 10ºC (wobei die Temperatur außerhalb des Ofens im Bereich von 550 ± 10ºC liegt) aufgebracht wird, eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit gebildet werden. In der folgenden Beschreibung wird sich die angegebene Temperatur unverändert auf die Wafertemperatur beziehen, und die Temperatur außerhalb des Ofens wird nach der Wafertemperatur in Klammern angegeben werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 sind der Oberflächenzustand und die Kristallinität der bei verschiedenen Aufbringungstemperaturen gebildeten Siliciumschichten gezeigt. Die Aufbringung wurde durch ein chemisches Aufdampfverfahren bei Niederdruck (LPCVD) auf einem Siliciumsubstrat durchgeführt, dessen Oberfläche mit einer SiO&sub2;-Schicht bedeckt ist. Das verwendete Gas stellt die Mischung aus SiH&sub4; und He (bei 20% SiH&sub4; und 80% He) dar und der Druck beläuft sich auf 1 Torr (1 Torr = 133,32 Pa). Die Fig. 1AA, 1BA, 1CA, 1DA und 1EA sind Rasterelektronenmikroskop (SEM, scanning electron microscopy) -Fotografien mit einer Vergrößerung von 100,000 der Oberfläche einer 2500 Å dicken Siliciumschicht, die bei den Temperaturen von 550ºC (510ºC), 580ºC (540ºC), 590ºC (550ºC), 600ºC (560ºC) bzw. 650ºC (610ºC) aufgebracht wurden. Der Raum zwischen den benachbarten Punkten zwischen einer Gruppe von am unteren Teil der Fotografien gezeigten Punkten beträgt 30 nm, und folglich beträgt der Abstand von einem Endpunkt zu dem anderen Endpunkt der aufgereihten 11 Punkte 300 nm. Die Beschleunigungsspannung des Elektronenmikrographen beträgt 20 kV. Weiter stellen die Fig. 1AB, 1BB, 1CB, 1DB und 1EB RHEED-Fotografien dar, die den Fig. 1AA, 1BA, 1CA, 1DA bzw. 1EA entsprechende Kristallinität zeigen.
Wie in Fig. 1AA gezeigt ist, ist die Oberfläche der bei 550ºC (510ºC) aufgebrachten Siliciumschicht sehr glatt und kein Körnerwachstum wird beobachtet. Darüber hinaus sind keine ringförmigen Muster in der RHEED-Fotografie sichtbar, wobei Fig. 1AB anzeigt, daß die Schicht amorph ist. In der bei 580ºC (540ºC) aufgebrachten Schicht, die in Fig. 1BA gezeigt ist, ist ein Teilwachstum von Körnern zu beobachten, das gemeinsam mit der amorphen Phase existiert. Ringförmige Muster erscheinen in der RHEED-Fotografie, Fig. 1BB, die eine teilweise Bildung von Kristallen bestätigen. Wenn die Aufbrin gungstemperatur auf 590ºC (550ºC) leicht angehoben wird, werden halbkugelförmige Körner mit einem Durchmesser im Bereich von 300 bis 1700 Å, zentriert um 700 Å, bei hoher Dichte gebildet, welche eine Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche erzeugen, die den Oberflächenbereich der Schicht drastisch vergrößert. In der in Fig. 1CB gezeigten RHEED-Fotografie sind ringförmige Muster zu beobachten, die das Auftreten von Kristallisation anzeigen. Wenn die Aufbringungstemperatur weiter auf 600ºC (560ºC) erhöht wird, wird die Oberflächenrauhigkeit etwas sanfter, wie in Fig. 1DA gezeigt ist. In der in Fig. 1DB gezeigten RHEED-Fotografie werden Punkte von Elektronenbeugung in Reflexion sichtbar, die die Bildung von polykristallinem Silicium mit hoher Orientierung anzeigen. Wenn die Aufbringungstemperatur weiter auf 650ºC (610ºC) angehoben wird, was nahe der Aufbringungstemperatur des gewöhnlichen, für LSIs oder dergleichen verwendeten polykristallinen Siliicium ist, wird der Körnerdurchmesser weiter bei glatter Oberfläche wie in Fig. 1EA gezeigt vergrößert, und es werden die Punkte von Elektronenbeugung in Reflexion mit der Bildung von polykristallinem Silicium wie in Fig. 1EB gezeigt beobachtet.
Wie aus den obigen Ergebnis hervorgeht, wird bei der Temperatur (Übergangstemperatur) in dem Bereich, wo der Kristallzustand der aufgebrachten Siliciumschicht einen Übergang von der amorphen Phase zu der polykristallinen Phase durchmacht, eine sehr feine Rauhigkeit auf der Schichtoberfläche erzeugt, und der Oberflächenbereich wird verglichen mit demjenigen bei anderen Temperaturen vergrößert.
Eine Siliciumschicht, die bei der Übergangstemperatur aufgewachsen wird, bei der der Kristallzustand sich von der amorphen Phase zu der kristallinen Phase ändert, wird so beurteilt, daß ihr in gewissem Ausmaß Kompaktheit fehlt. Dies wird aus der Tatsache bestimmt, daß die Ätzgeschwindigkeit, zum Beispiel durch ein Naßätzverfahren einer bei der Übergangstemperatur aufgewachsenen Siliciumschicht höher ist als diejenige einer Siliciumschicht, die bei einer gewöhnlichen Aufbringungstemperatur (eine Temperatur, die höher als die Übergangstemperatur ist) aufgebracht wird.
Wenn eine äußerst dünne Kondensatorisolierschicht mit einer Dicke von 50 Å auf der Siliciumschicht gebildet wird, besteht die Möglichkeit des Erzeugens von Nadellöchern in der Isolierschicht. Um eine bei der oben genannten Temperatur aufgebrachte Siliciumschicht kompakter zu machen, muß man sie nur einer Wärmebehandlung aussetzen, die bei einer höheren Temperatur als der Übergangstemperatur durchgeführt wird, zum Beispiel eine Temperatur höher als 640ºC (600ºC). Diese Wärmebehandlung wird die Mikrorauhigkeit nicht wesentlich beeinflussen. Die Erzeugung von Nadellöchern kann ausgeschlossen werden, wenn anschließend eine Kondensatorisolierschicht gebildet wird. Diese Wärmebehandlung kann als in die Wärmebehandlung anläßlich von Störstellendotierung eingeschlossen durchgeführt werden. Weiter kann anstelle einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur eine kompakte polykristalline Siliciumschicht auf dem oben genannten Silicium aufgebracht werden, die eine Mikrorauhigkeit in einem solchen Dickenbereich aufweist, die die Mikrorauhigkeit nicht ausfüllen wird. Das kompakte polykristalline Silicium kann bei einer Temperatur über 600ºC (560ºC) aufgebracht werden. In Übereinstimmung mit dem oben genannten Verfahren ist es möglich, eine Siliciumschicht mit großem Oberflächenbereich und kleiner Unregelmäßigkeit von Eigenschaften mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens zu bilden. Durch Verwenden einer solchen Siliciumschicht zum Beispiel als die Elektrode für den Kondensatorteil eines Halbleiterspeichers wird es möglich, den Oberflächenbereich und folglich die Ka pazität des Kondensators für das gleiche Volumen zu vergrößern, das durch den Kondensatorteil belegt ist. Wie oben erwähnt wurde, liegt die Übergangstemperatur in einem bestimmten Bereich. Wenn eine Siliciumschicht bei einer Temperatur auf der niedrigeren Seite des Bereichs der Übergangstemperatur aufgebracht wird, wird der Körnerdurchmesser groß, weil die Dichte von Erzeugungspunkten von Siliciumkernen auf der Oberfläche von amorphem Silicium klein ist. Wenn eine Siliciumschicht bei einer Temperatur auf der höheren Seite des Übergangstemperaturbereichs aufgebracht wird, wird der Körnerdurchmesser klein, weil die Dichte von Erzeugungspunkten von Siliciumkernen auf der Oberfläche des amorphen Siliciums hoch ist. Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, daß es möglich ist, die Größe und die Dichte der Körper durch Steuern der Temperatur innerhalb des Bereichs der Übergangstemperatur wie oben beschrieben zu steuern.
Darüber hinaus kann die Größe und die Dichte von Körnern auch gesteuert werden, indem der Wachstumsdruck der Siliciumschicht innerhalb des Bereichs der Übergangstemperatur verändert wird. Dies liegt darin begründet, daß die Erzeugung der Siliciumkerne auf der Oberfläche von amorphem Silicium aufgrund des Mischens von Wasserstoff in die Siliciumschicht unterdrückt wird, wenn die Siliciumschicht unter einem geringen Vakuum aufgebracht wird. Deshalb wird die Körnergröße groß. Andererseits wird, wenn eine Siliciumschicht unter einem hohen Vakuum aufgebracht wird, das Mischen von Wasserstoff in die Siliciumschicht verringert, und die Dichte der Kernerzeugung auf der Oberfläche des amorphen Siliciums wird hoch. Deshalb wird die Körnergröße klein. Wie oben ausgeführt wurde entdeckt, daß die Größe und die Dichte der Körner durch Steuern des Aufbringungsdrucks und der Dichte von Wasserstoff für die Siliciumschicht innerhalb des Bereichs der Übergangstemperatur wie oben beschrieben gesteuert werden kann. Weiter ist es möglich, selbst wenn der Druck konstant ist, die Körnergröße und die Körnerdichte durch Verändern der Wasserstoffkonzentration im amorphen Silicium durch Verändern des Teildrucks der Materialgase zu steuern.
Es ist darüber hinaus festgestellt worden, daß es möglich ist, die Erzeugungsdichte von Siliciumkernen auf der Oberfläche von amorphem Silicium durch Steuern der Wasserstoffkonzentration innerhalb der Siliciumschicht zu steuern, indem Wasserstoffgas während des Aufbringens der Siliciumschicht bei der Übergangstemperatur hinzugegeben wird.
Nun sollen Ausführungsformen, die die vorgenannten Verfahren verwenden, zusammen mit der Auswirkung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Ausführungsformen 1 bis 4 entsprechen jedoch nicht der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsform 1

Ein Stapelkondensator wurde versuchsweise hergestellt. Eine dicke SiO&sub2;-Schicht wurde auf einem Siliciumsubstrat gebildet, eine Siliciumschicht wurde auf derselben in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren gebildet, und das Erzeugnis wurde als die untere Elektrode des Kondensators verwendet. Phosphor wurde in die unter den Bedingungen von 820ºC und 60 Minuten erhaltene Siliciumschicht diffundiert, eine Kondensatorisolierschicht wurde auf der Oberfläche gebildet, und eine polykristalline Siliciumschicht, die die obere Elektrode werden sollte, wurde auf derselben gebildet. Die Bildung der Kondensatorisolierschicht wurde durchgeführt, indem zuerst eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht auf der Siliciumschicht durch ein LPCVD-Verfahren gebildet wurde und anschließend die Oberfläche der Si&sub3;N&sub4;-Schicht oxidiert wurde. Die Si&sub3;N&sub4;-Schicht wurde bis zu einer Dicke von 120 Å bei einer Temperatur von 780ºC und einem Druck von 30 Pa unter Verwendung eines Mischgases aus SiH&sub4; und NH&sub3; (bei SiH&sub4;/NH&sub3; = 1/100) aufgebracht, und die Oberfläche wurde bei 900ºC durch pyrogene 1 : 1 Naßoxidation bis zu dem Umfang oxidiert, wo eine Dicke von 20 Å erhalten wurde, wenn umgewandelt auf eine äquivalente Oxidschicht, in die 120 Å der Si&sub3;N&sub4;-Schicht. Unter den oben genannten Bedingungen wird die Kondensatorisolierschicht zu 100 Å (angegeben als deff), wenn umgewandelt in eine äquivalente SiO&sub2;-Schicht. Wenn eine kleinere Dicke der Kondensatorisolierschicht, zum Beispiel deff = 50 Å gewünscht wird, muß nur eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht von 60 Å gebildet werden und die Schicht in dem Umfang einer Vergrößerung von 10 Å oxidiert werden, wenn umgewandelt in eine Oxidschicht. Es ist zu bevorzugen, daß die Dicke der Kondensatorisolierschicht sich in dem Bereich von 30 bis 500 Å befindet, um so das Kopieren der Mikrorauhigkeit der unteren Schicht, der Siliciumschicht auf die obere Oberfläche der Kondensatorisolierschicht zu ermöglichen. Nach der Bildung einer Kondensatorisolierschicht von deff = 100 Å wurde dann die polykristalline Siliciumschicht auf derselben bei 640ºC (600ºC) aufgebracht, und Phosphor wurde in dieselbe diffundiert. Als Folge davon wurden Stapelkondensatoren durch Unterteilen der Probe in die Abmessungen von 1 mm · 1 mm mittels einer Lithographietechnik und einer Trockenätztechnik erhalten.
Als ein Ergebnis wurden die Abhängigkeiten des Oberflächenbereichs und der Kapazität der Siliciumschicht von der Aufbringungstemperatur der unteren Siliciumschicht wie in Fig. 2 gezeigt erhalten. Für die Aufbringungstemperatur von Fig. 1A bleibt der Oberflächenbereich nämlich bei 1 mm² und die Kapazität liegt dementsprechend bei einem kleinen Wert von 3,5 nF. Für die Aufbringungstemperatur von Fig. 1B wurde die Kapazität etwas erhöht auf 3,8 nF entsprechend einem Teilwachstum des Korns. Für die Aufbringungstemperatur von Fig. 1C nahmen sowohl der Oberflächenbereich als auch die Kapazität mehr als das Doppelte ihrer Ausgangswerte an, nämlich 2,1 mm² bzw. 7,3 F. Für die Aufbringungstemperatur von Fig. 1D wurde ein Oberflächenbereich von 1,07 mm² und eine Kapazität von 3,6 nF erhalten, was die Sanftheit der Oberflächenrauhigkeit wiederspiegelt. Für die Aufbringungstemperatur von Fig. 1E unterscheidet sich die Situation kaum von derjenigen von Fig. 1A. Es wird darauf hingewiesen, daß die bei anderen Aufbringungstemperaturen als denjenigen von Fig. 1 erhaltenen Ergebnisse auch in der Figur enthalten sind. In jedem Fall ist es möglich, eine Kapazität zu erhalten, die mehr als doppelt so groß wie die eines gewöhnlichen Stapelkondensators mit den gleichen Abmessungen ist, wenn ein Stapelkondensator eine bei der Übergangstemperatur aufgebrachte Siliciumschicht verwendet.
Der Oberflächenzustand einer Siliciumschicht mit einer einmal auf ihrer Oberfläche gebildeten Mikrorauhigkeit wird durch eine Wärmebehandlung in der nachfolgenden Stufe nicht wesentlich verändert werden. Eine SEM(Rasterelektronenmikroskop)- Fotografie des Oberflächenzustands, wenn Phosphor unter den Bedingungen von 820ºC und 60 Minuten in die in Fig. 1C gezeigte, bei 590ºC (550ºC) aufgebrachte Schicht diffundiert wird, ist in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 4 zeigt die Oberflächenbereichverteilung (nur repräsentative Punkte) innerhalb eines Vier-Zoll-Wafer (1 Zoll = 2,54 cm), wenn Phosphor in die bei 590º(550ºC) gebildete Siliciumschicht diffundiert wurde. Die Messung wurde unter Verwendung des Stapelkondensators von Ausführungsform 1 durchgeführt. Die Zahlenwerte, die das Verhältnis des Oberflächenbereichs bezüglich demjenigen des bei 550ºC (510ºC) gebildeten Wafer anzeigen, zeigen, daß die Vergrößerung des Oberflächenbereichs über der gesamten Waferoberfläche sehr einheitlich ist. Darüber hinaus hat sich auch seine Reproduzierbarkeit als zufriedenstellend herausgestellt. Diese Einheitlichkeit herrscht auch zwischen Wafern und zwischen Anteilen vor und die Reproduzierbarkeit ist auch hoch.
In Fig. 5 ist die Leckstromcharakteristik der Stapelkondensatoren gezeigt, die bei den Aufbringungstemperaturen von 590ºC (550ºC) und 640ºC (600ºC) erhalten werden. Es ist zu sehen, daß das Ergebnis für den ersten Fall dem letzteren Fall etwas unterlegen ist. Bei der Verwendung für Halbleiterspeicher beträgt die maximale an einen Kondensator angelegte Spannung 5 V (seit kurzem 3,3 V). Deshalb entsteht im wesentlichen kein Problem, da kaum ein Unterschied bezüglich des Leckstroms zwischen den beiden Fällen bis zu der Spannung von 5 V vorliegt und die angelegte Spannung durch die Verwendung der gut bekannten 1/2 Vcc Zellenplattentechnik um die Hälfte verkleinert werden kann.
Hier soll die Leckstromcharakteristik verglichen werden, wenn die gleiche Kapazität sichergestellt wird. Für die Konstruktion eines DRAM von 64 Mbit mit der gewöhnlichen Stapelkondensatorstruktur wird gesagt, daß eine Kondensatorisolierschicht mit einer Dicke von etwa 50 Å, wenn umgewandelt in eine äquivalente Oxidschicht (deff), benötigt wird, wenn eine bei der konventionellen Temperatur von etwa 640ºC (600ºC) aufgebrachte polykristalline Siliciumschicht als eine Speicherelektrode verwendet wird. Durch Verwenden einer Siliciumschicht im Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird es jedoch möglich, eine Kondensatorisolierschicht mit einer Dicke von 100 Å zu verwenden.
In Fig. 6 sind die Leckstromcharakteristiken für zwei repräsentative Fälle gezeigt. Wie der Figur entnommen werden kann, beträgt die Spannung, durch die der Leckstrom auf unter 1 · 10&supmin;&sup8; A/cm² unterdrückt werden kann, wo ein Kondensator als eine Einrichtung verwendbar ist, für den konventionellen Kondensator 2,0 V. Im Gegensatz hierzu kann die entsprechende Spannung auf 5,4 V im Fall der Verwendung von Silicium der vorliegenden Erfindung erhöht werden, wodurch die Leckstromcharakteristik stark verbessert wird.
In Fig. 7 ist die Durchschlagsspannungsverteilung für die gleichen Fälle von Aufbringung bei 590ºC (550ºC) und 640ºC (600ºC) gezeigt, die in dem oberen bzw. unteren Teil der Figur aufgeführt sind. Die gezeigten Ergebnisse entsprechen den Meßergebnissen, die durch Verwenden von Stapelkondensatoren mit der gleichen Struktur wie in Ausführungsform 1 für mehrere Lagen von Wafer erhalten wurden. Die Dicke der Kondensatorisolierschicht betrug diesmal 100 Å. Der Höchstwert der Durchschlagsintensität eines elektrischen Feldes für den Fall einer Aufbringungstemperatur einer Si-Elektrode von 590ºC (550ºC) beträgt 8,7 MV/cm, während der Höchstwert für den Fall von 640ºC (600ºC) 9,5 MV/cm beträgt, so daß die Verschlechterung des ersten Falls 0,8 MV/cm bezüglich des letzteren beträgt. In der tatsächlichen Verwendung hat ein solcher Unterschied jedoch keine besondere Bedeutung. Darüber hinaus ist die Streuung des Durchschlagsintensitätswertes eines elektrischen Feldes für beide Proben vergleichbar und ist sehr zufriedenstellend.

Ausführungsform 2

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Stapelkondensator wurde versuchsweise in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt. In Ausführungsform 1 wurde die Qualität der bei der Übergangstemperatur aufgebrachten Siliciumschicht durch eine Wärmebehandlung während der Phosphordiffusion kompakt gemacht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Schichtqualität jedoch kompakt gemacht, indem die Probe einem Tempern bei einer Temperatur über der Übergangstemperatur vor der Bildung der Kondensatorisolierschicht ausgesetzt wurde. In Fig. 8 ist eine SEM-Fotografie der Oberfläche einer Siliciumschicht gezeigt, die bei der Übergangstemperatur von 590ºC (550ºC) aufgebracht und anschließend in einer Stickstoffatmosphäre bei 740ºC (700ºC) getempert wurde. Es liegt kaum einer Veränderung des Oberflächenzustands von demjenigen während der Schichtaufbringung vor. Anschließend wurde Phosphor ähnlich wie in Ausführungsform 1 diffundiert, eine Kondensatorisolierschicht wurde gebildet, eine polykristalline Siliciumschicht, die die obere Elektrode werden sollte, wurde aufgebracht, um einen Stapelkondensator ähnlich demjenigen von Ausführungsform 1 zu bilden. Die gleiche Kapazität und der gleiche Oberflächenbereich eines Kondensators wie diejenigen von Ausführungsform 1 wurden erhalten. Sie sind äußerst einheitlich innerhalb dem Wafer, von einem Wafer zum nächsten und von einem Anteil zu einem anderen wie in Ausführungsform 1 bei zufriedenstellender Reproduzierbarkeit. Was die Leckstromcharakteristik und die Durchschlagsspannung betrifft, war das erhaltene Ergebnis zufriedenstellend, wobei es im wesentlichen das gleiche wie das bei der Aufbringungstemperatur von 640ºC (600ºC) erhaltene war.
Nun soll angemerkt werden, daß das Tempern bei der vorliegenden Ausführungsform bei 740ºC (700ºC) durchgeführt wurde, aber die Kompaktierung der Siliciumschicht kann durch ein Tempern für eine lange Zeit bei einer niedrigen Temperatur wie zum Beispiel 650ºC (610ºC) oder durch ein Tempern bei einer hohen Temperatur von 840ºC (800ºC) erreicht werden.

Ausführungsform 3

In der vorliegenden Ausführungsform wurde anstelle des Temperns in Ausführungsform 2 eine kompakte Siliciumschicht bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur auf einer bei der Übergangstemperatur gebildeten Siliciumschicht aufgebracht. Hier wurde eine polykristalline Siliciumschicht bis zu einer Dicke von 300 Å bei der normalerweise verwendeten Temperatur aufgebracht. Fig. 9 ist eine SEM-Fotografie, die den Oberflächenzustand der Oberfläche nach dem Aufbringen zeigt. Es ist eine geringe Veränderung des Oberflächenzustands zu beobachten.
Im Anschluß daran wurde ein Stapelkondensator auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 2 gebildet und die Kapazität und der Oberflächenbereich des gebildeten Kondensators wurden gemessen. Das Ergebnis ist ähnlich demjenigen von Ausführungsform 1, ihre Wertverteilung innerhalb des Wafer, zwischen Wafern und zwischen Anteilen war äußerst einheitlich und die Reproduzierbarkeit war hervorragend. Weiter waren die Leckstromcharakteristiken und die Durchschlagsspannung zufriedenstellend, wobei sie im wesentlichen die gleichen wie diejenigen für die Aufbringungstemperatur von 640ºC (600ºC) waren.
Es soll angemerkt werden, daß es erforderlich ist, die Dicke der Siliciumschicht auf eine Größe zu begrenzen, die die Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche der darunterliegenden Siliciumschicht nicht begraben wird.

Ausführungsform 4

Bei der vorliegenden Ausführungsform soll ein Stapelkondensator mit einem Kondensatorteil auch an den Seitenflächen beschrieben werden.
Zuerst wird, wie in Fig. 10a gezeigt, eine Siliciumoxidschicht 2 auf einem Siliciumsubstrat 1 gebildet, wobei ein Übertragungsgatter und dergleichen auf demselben ausgebildet ist, ein Resist 3 wird angebracht, um gemustert zu werden, und die Oxidschicht 2 wird durch Trockenätzen geätzt (Fig. 10b). Dann wird, wie in Fig. 10c gezeigt, eine polykristalline Siliciumschicht 4 aufgebracht, und eine Störstelle wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen wird durch Wärmediffusion dotiert. Die polykristalline Siliciumschicht 4 wird durch ein LPCVD-Verfahren unter den normalen Bedingungen der Temperatur von 640ºC (600ºC), Reaktionsgas, das eine Mischung aus SiH&sub4; und He darstellt (bei 20 Vol.% SiH&sub4; und 80 Vol.% He) und Druck von 1 Torr aufgebracht. Eine Siliciumoxidschicht 5 wird durch ein CVD-Verfahren auf der polykristallinen Siliciumschicht 4 aufgebracht, und eine andere polykristalline Siliciumschicht 6 wird auf derselben unter den gleichen Bedingungen wie für die polykristalline Siliciumschicht 4 aufgebracht. Ein Resist 7 wird auf derselben aufgebracht, um gemustert zu werden (Fig. 10c), und durch Verwenden des Resists als eine Maske wird Trockenätzen bis zu der polykristallinen Siliciumschicht 4 hoch angewendet (Fig. 10d). Nach Entfernung des Resists 7 wird eine Siliciumschicht 8 mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit bei 595ºC (555ºC) aufgebracht (Fig. 10e). Die Aufbringungsbedingungen sind unter Ausnahme der Temperatur die gleichen wie für die polykristalline Siliciumschicht 4.
Danach wird die Probe bei 740ºC (700ºC) 30 Minuten lang in einer Stickstoffatmosphäre getempert. Als nächstes wird Phoshor oder Arsen durch Wärmediffusion in die Siliciumschicht 8 dotiert. Anschließend wird die Probe einem reaktiven Ionenätzen (RIE, reactive ion etching) ausgesetzt, das Cl&sub2;-Gas verwendet, um eine untere Elektrode 8 für einen Stapelkondensa tor wie in Fig. 10f gezeigt zu erhalten. Der obere Teil und die Seitenflächen der Siliciumschicht 18 haben sogar nach der RIE eine Rauhigkeit mit einer großen Fläche, die die Rauhigkeit vor dem Ätzen der Siliciumschicht 8 reflektiert. Mit anderen Worten wird dem oberen Teil und den Seitenflächen der Siliciumschicht 18 durch das Kopieren der Rauhigkeit der Siliciumschicht 8 auf die polykristalline Siliciumschicht 6 eine Rauhigkeit erteilt. Es soll angemerkt werden, daß in der Abwesenheit der polykristallinen Siliciumschicht 6 der obere Teil des Stapelkondensators während des RIE verloren gehen wird und nur seine Seitenflächen übrig bleiben werden.
Als nächstes wird eine Kondensatorisolierschicht 9 unter den gleichen Bedingungen wie für Ausführungsform 1 gebildet, und weiter wird eine mit Phosphor dotierte polykristalline Siliciumschicht 10 aufgebracht (Fig. 10g).
Auf diese Weise kann ein Stapelkondensator erhalten werden, der auch auf den Seitenflächen ausgebildete Kondensatorteile aufweist und eine sehr große Kapazität hat. Durch Vergrößern der Dicke der Oxidschicht 5 ist es möglich, die Fläche der Seitenflächen zu vergrößern und die Kapazität entsprechend zu erhöhen. In den Fig. 11a und 11b sind die SEM-Fotografien des gebildeten Stapelkondensators gezeigt. Die Vergrößerungen der Fig. 11a und 11b betragen 40,000 bzw. 25,000 und zeigen ungefähr die gleiche Stelle der Kondensatoren. Einer der vordersten Kondensatoren zeigt seinen Querschnitt. Aus der Figur kann erkannt werden, daß sogar nach dem Trockenätzen weiterhin eine ausreichend gut definierte Rauhigkeit auf der Oberfläche der Siliciumschicht verbleibt.
Es soll erwähnt werden, daß Phosposilikatglas (PSG), Borphosphosilikatglas (BPSG), eine mit Störstellen dotierte polykristalline Siliciumschicht, ein Siliciumnitridschicht, eine la minierte Schicht aus einigen der vorgenannten Materialien oder dergleichen anstelle der Oxidschicht 5 verwendet werden können. Weiter wurde in der vorliegenden Ausführungsform die Siliciumschicht 8 mit einer Mikrorauhigkeit in Fig. 10f wie sie war einem RIE ausgesetzt. Wenn jedoch irgendeine Befürchtung bezüglich eines Verlustes der Mikrorauhigkeit auf den Seitenflächen beim Ätzen bestehen sollte, ist es möglich, die Mikrorauhigkeit auf den Seitenflächen sicher zu schützen, indem die gesamte Oberfläche mit einer SiO&sub2;-Schicht mittels Hochtemperaturoxidations-(HTO)CVD bedeckt wird, bevor die Probe dem RIE ausgesetzt wird. Die SiO&sub2;-Schicht, die auf den Seitenflächen nach dem RIE verbleibt, muß nur durch Naßätzen oder ein ähnliches Verfahren entfernt werden.
Weiter wurde in der vorliegenden oben beschriebenen Ausführungsform die bei der Temperatur von 640ºC (600ºC) gebildete polykristalline Siliciumschicht 6 als eine Schicht für das Kopieren der Mikrorauhigkeit auf die Siliciumschicht 8 verwendet, die Schicht 6 kann jedoch durch eine bei oder unterhalb der Übergangstemperatur aufgebrachte Siliciumschicht ersetzt werden. Darüber hinaus wurde in den Ausführungsformen 1 bis 4 Wärmediffusion unverändert für das Dotieren der Siliciumschicht verwendet, es kann jedoch Ionenimplantation verwendet werden oder ein Verfahren, bei dem ein Dotiergas wie zum Beispiel PH&sub3; oder AsH&sub3; in das Materialgas während des Aufbringens eingeschlossen wird, kann auch verwendet werden. Darüber hinaus kann das Dotiermittel Bor neben Phosphor und Arsen darstellen. Weiter ist in den Ausführungsformen 1 bis 4 ein Beispiel gezeigt worden, bei dem eine Mikrorauhigkeit auf der gesamten Oberfläche der Teile der Siliciumschichten 6 und 8 gebildet wird, die zu einem Kondensator werden sollen, aber die Kapazität wird größer als im Fall der konventionellen flachen polykristallinen Siliciumschicht werden, sogar wenn die Mikrorauhigkeit selbst in einem Teil der Schicht gebildet wird.
Eine Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit kann auch gebildet werden, indem zuerst eine amorphe Siliciumschicht auf einem Substrat gebildet wird und anschließend die amorphe Siliciumschicht bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur getempert wird. Dieses Phänomen soll durch Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben werden. Zuerst wird eine flache a-Si-Schicht 12 auf einem Substrat wie zum Beispiel einem Siliciumsubstrat aufgebracht, dessen Oberfläche mit einer SiO&sub2;-Schicht wie in Fig. 12a gezeigt bedeckt ist. Wenn die Probe in einem Vakuum höher als 1 · 10&supmin;&sup6; Torr oder in einem inerten Gas bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur getempert wird, während die Substratoberfläche rein gehalten wird, werden polykristalline Siliciumkerne 13 auf der Oberfläche wie in Fig. 12b gezeigt gebildet. Die Diffusionsrate von Silicium auf der reinen a-Si-Oberfläche ist äußerst hoch im Vergleich zu der Wachstumsrate der festen Phase von a-Si, und Siliciumatome werden um die polykristallinen Siliciumkerne herum gesammelt, welche auf der Oberfläche durch ihre Diffusion in die Oberfläche gebildet werden, und die polykristallinen Siliciumkerne 14 wachsen in pilzförmiger Form oder halbkugelförmiger Form wie in Fig. 12c gezeigt ist. Das Wachstum der Kerne 14 setzt sich fort. Schließlich werden, wie in Fig. 12d gezeigt, die Kerne zu den Körnern 15, die eine halbkugelförmige Form haben.
Die Tempertemperatur für das Bilden der Mikrorauhigkeit auf der Si-Oberfläche wird keinen wesentlichen Einfluß haben, vorausgesetzt, daß sie oberhalb der Übergangstemperatur liegt. Schnelles Erhitzen bei einer hohen Temperatur wie zum Beispiel 900ºC wird jedoch nicht empfohlen. Dies liegt darin begründet, daß unter einem solchen Tempern Kristallisierung nicht nur von der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht 12 beginnt, sondern auch im Inneren derselben, was es unmöglich macht, die Kerne wachsen zu lassen und eine wesentliche Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche zu erhalten. Es ist erforderlich, polykristalline Siliciumkerne 13 zuerst auf der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht 12 wachsen zu lassen. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, daß das Tempern in dem Bereich von 580ºC bis 750ºC durchgeführt wird. Es ist jedoch möglich, die Tempertemperatur zu erhöhen, nachdem polykristalline Siliciumkörner 14 einmal auf der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht 12 gewachsen sind. Wenn Tempern beginnend bei einer gewöhnlichen Raumtemperatur bei einem vorbestimmten Gradienten des Temperaturanstiegs wie im Fall des Erhitzens mit einer Lampe durchgeführt wird, ist es möglich, die Temperatur auf eine Endtemperatur von 800 bis 900ºC anzuheben, wodurch die Zeit für die Umwandlung in polykristallines Silicium verkürzt wird.
Wie weiter aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es möglich, die durchschnittliche Größe und die Dichte der von der Oberfläche der amorphen Siliciumoberfläche gebildeten Körnervorsprünge durch Ändern der Temperatur der Wärmebehandlung der amorphen Siliciumschicht in einer nicht-oxidierten Atmosphäre, wie zum Beispiel in einem Vakuum, in einem inerten Gas oder einem Stickstoffgas zu verändern. Wie oben beschrieben, ist es für das Wachstum von Siliciumkörnern von der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht zuerst erforderlich, Kerne zu bilden, die als die Samen für das Wachsen von Körnern auf der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht dienen. Die Erhitzungstemperatur verändert wesentlich die Dichte, bei der diese Kerne gebildet werden. Wenn die Erhitzungstemperatur hoch ist, wird diese Dichte hoch, und die durchschnittliche Größe der auf der Oberfläche der Siliciumschicht gebildeten Körnervorsprünge wird klein, und die Dichte der Vorsprünge wird hoch. Wenn die Erhitzungstemperatur niedrig ist, ist die Dichte der Kernerzeugung niedrig. Deshalb wird die Anzahl von jedem Kern während des Körnerwachstums zugeführten Siliciumatomen im Vergleich zum Erhitzen bei hoher Temperatur hoch. Dementsprechend wächst im Fall des Erhitzens bei niedriger Temperatur jedes Korn zu einer großen Größe, wodurch der durchschnittliche Durchmesser der Vorsprünge groß und die Dichte der Vorsprünge klein gemacht wird. Außerdem kann die durchschnittliche Größe und die Dichte der von der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht gebildeten Körnervorsprünge während des Bildens einer Mikrorauhigkeit durch die Bildung von Siliciumkernen von der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht auch durch Ändern der Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs in der Nähe der Temperatur von Siliciumkernbildung geändert werden.
Außerdem kann die durchschnittliche Größe und die Dichte der von der Oberfläche der amorphen Siliciumschichtoberfläche gebildeten Körnervorsprünge weiter durch Ändern der Wasserstoffkonzentration innerhalb der amorphen Siliciumschicht geändert werden, anstatt die Körnergröße durch Ändern der Erhitzungstemperatur zu steuern. Nun sind viele Baumelbindungen in der amorphen Siliciumschicht vorhanden. Diese Baumelbindungen können mit Hilfe von Wasserstoffatomen abgeschlossen werden. Während der Bildung der Kerne auf der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht fallen diese Wasserstoffatome ab, wodurch einige der Siliciumatome in einen stabil gebundenen Zustand gebracht werden. Wenn Wasserstoff in hoher Konzentration hinzugegeben wird, wird dementsprechend die Erzeugungsdichte von Kernen niedrig, jedes Korn wächst bis zu einer großen Größe und der durchschnittliche Durchmesser der Vorsprünge wird groß und die Oberflächenkörnerdichte wird niedrig. Wenn die Konzentration der Wasserstoffzugabe klein gemacht wird, wird die Erzeugungsdichte der Kerne hoch, der durchschnittliche Durchmesser der Körnervorsprünge wird klein und die Dichte wird hoch.
Weiter ist es auch möglich, eine Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche durch Zugeben leitender Störstellen wie zum Beispiel Phosphor, Arsen oder Bor zu der amorphen Siliciumschicht zu bilden. Siliciumatome können nämlich auch ausreichend frei in der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht wandern, wenn Störstellen zu der amorphen Siliciumschicht hinzugegeben werden, und ein Phänomen analog zu dem Fall der Nichtzugabe von Störstellen zu der amorphen Siliciumschicht kann hervorgerufen werden.
Wie oben ausgeführt kann eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit auch durch die vorgenannten Verfahren gebildet werden. Es soll jedoch festgestellt werden, daß eine Rauhigkeit nicht auf der Oberfläche gebildet werden kann, selbst wenn die Probe einem Tempern ausgesetzt wird, wenn die Oberfläche der amorphen Siliciumschicht 12 mit einer natürlichen Oxidschicht bedeckt ist oder Störstellen wie zum Beispiel Kohlenstoffatome an der Oberfläche angelagert sind. Folglich muß, wenn die Schicht 12 nach der Bildung der Schicht 12 zu einer vorbestimmten Form zu verarbeiten ist, Tempern nach der Bildung der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht nach dem Verarbeiten durchgeführt werden, obwohl kein Problem entstehen wird, wenn die Bildung der amorphen Siliciumschicht 12 und das anschließende Tempern in dem gleichen Ofenrohr durchgeführt werden.
Im folgenden sollen Ausführungsformen, die das oben beschriebene Verfahren verwenden, und ihre Auswirkung beschrieben werden.

Ausführungsform 5

Eine amorphe Siliciumschicht wurde unter Verwendung eines Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Gerätes gebildet, welches mit einem Siliciumverdampfer vom Elektronenkanonentyp mit einem Volumen von 40 cm³ ausgestattet ist. Für den Probewafer wurde ein 4-Zoll Silicium (100)-Substrat vom n-Typ verwendet, auf dem eine 2000 Å dicke SiO&sub2;-Schicht durch thermische Oxidation gebildet wird. Nach einem "RCA"-Waschen wird der Probewafer ins Innere einer Bildungskammer übertragen, und eine Reinigung wurde durch Erhitzen desselben bei 800ºC für eine Minute durchgeführt. Nach Absenken der Substrattemperatur auf Raumtemperatur wurde die Probe mit einem Siliciummodekularstrahl von 7 Å/s aus dem Siliciumverdampfer vom Elektronenkanonentyp bestrahlt, um eine 2000 Å dicke a-Si-Schicht auf der Oxidschicht zu bilden. Die a-Si-Schicht wurde durch Erhitzen des Substrats in einem Vakuum höher als 1 · 10&supmin;&sup6; Torr in einem inerten Gas oder in einem N&sub2;-Gas mit einer Störstellenkonzentration, die äquivalent zu dieser Vakuumstärke ist, in eine polykristalline Siliciumschicht umgewandelt, indem das Substrat in der selben Vakuumkammer erhitzt wurde. Ob die Polykristallisierung erreicht wurde oder nicht erreicht wurde, wurde durch eine in-situ Untersuchung durch RHEED-Technik beurteilt. Das gebildete Substrat wurde in die Atmosphäre herausgenommen und es wurde bewertet, indem der Querschnitt mittels der Übertragungselektronenmikroskopie (TEM, transmission electron microscopy) untersucht wurde.
Eine untere Elektrode für einen Stapelkondensator wurde unter den gleichen Bedingungen wie in der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Ein Wafer mit einer a-Si-Schicht, die auf einer ein Siliciumsubstrat bedeckenden SiO&sub2;-Schicht gebildet war, wurde aus einem Gerät herausgenommen und wurde in eine zylindrische Form wie in Fig. 13(a) gezeigt verarbeitet. Die verarbeitete a-Si-Schicht wurde bedeckt mit Oxid, und diese oxidierte Schicht wurde von der Oberfläche der a-Si-Schicht entfernt und ihre Oberfläche wurde gereinigt. Das Substrat wurde weiter einem Tempern in einer Argonatmosphäre ausgesetzt. Als ein Ergebnis wurde eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Oberfläche mit Mikrorauhigkeit wie in Fig. 13(b) gezeigt erhalten. Ein Kondensator wurde durch Bilden einer 100 Å dicken Oxidschicht auf der so gebildeten polykristallinen Siliciumschicht hergestellt, und seine Kapazität wurde gemessen. Fig. 14 zeigt die Abhängigkeit der Kapazität von der Tempertemperatur nach der Aufbringung der a-Si- Schicht für den Fall des Herausnehmens der Probe in die Atmosphäre vor dem Tempern, und den Fall, in dem dies nicht getan wurde. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wurde, wenn die Probe nicht in die Atmosphäre herausgenommen wurde, eine Kapazität, die etwa doppelt so groß wie diejenige des Falls ist, in dem sie in die Atmosphäre herausgenommen wurde, für einen sehr breiten Bereich von Tempertemperaturen erhalten, nachdem die a-Si-Schicht getempert wurde. Dies zeigt an, daß der Oberflächenbereich durch Tempern etwa doppelt so groß wurde aufgrund der Bildung einer halbkugelförmigen Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche. Wenn die Probe andererseits einmal in die Atmosphäre herausgenommen wurde und eine Oxidschicht auf der a- Si-Schicht gebildet wurde, wird die Kapazität durch Tempern nicht vergrößert, sondern bleibt im wesentlichen bei dem gleichen Wert wie direkt nach der Bildung der a-Si-Schicht. Die mit einer Oxidschicht bedeckte a-Si-Schicht hat den Kapazitätswert ähnlich zu einer polykristallinen Siliciumschicht, die direkt zum Bilden einer unteren Elektrode gemäß dem konventionellen Verfahren verwendet wird. Obwohl das Tempern bei der vorliegenden Ausführungsform in einer Argonatmosphäre erteilt wurde, kann es in Helium (He), in Stickstoff (N&sub2;) oder in einem Vakuum höher als 1 · 10&supmin;&sup6; Torr erteilt werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Ausführungsform auf ein Si licium auf Saphir (SOS)-Substrat oder ein Silicium auf Isolator (SOI) -Substrat anstatt auf ein Siliciumsubstrat angewendet werden. Außerdem wurde in der vorliegenden Ausführungsform die a-Si-Schicht in einem MBE-Gerät unter Verwendung einer Siliciumverdampfungseinrichtung vom Elektronenkanonentyp gebildet. Darüber hinaus wird auch festgestellt, daß ein Phänomen ähnlich dem oben aufgeführten auch bei anderen Verfahren der a-Si-Schichtbildung auftritt, wie zum Beispiel einem Gasquellen-MBE-Verfahren, einem LPCVD-Verfahren und einem Sputterverfahren, vorausgesetzt, daß die a-Si-Schichtoberfläche rein ist.

Ausführungsform 6

Die vorliegende Erfindung soll in ihrer Anwendung auf die Elektrode von einfacher kubischer Struktur wie in Ausführungsform 1 beschrieben werden. Zuerst wurde, wie in Fig. 15(a) gezeigt, eine Oxidschicht 17 auf einem Siliciumsubstrat 16 gebildet, und ein Resist 18 wurde auf die Oberfläche gegeben, um gemustert zu werden. Dann wurde der Oxidschicht 17 ein Trockenätzen (Fig. 15(b)) erteilt. Anschließend wurde, wie in Fig. 15(c) gezeigt, polykristallines Silicium 19 aufgebracht, und eine Störstelle wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen wurde durch Wärmediffusion dotiert. Die polykristalline Siliciumschicht 19 wurde durch ein LPCVD-Verfahren unter den gewöhnlichen Bedingungen einer Temperatur von 600ºC und einem Druck von 1 Torr unter Verwendung einer Gasmischung aus SiH&sub4; und He (bei 20 Vol.% SiH&sub4; und 80 Vol.% He) aufgebracht. Die amorphe Siliciumschicht 20 wurde auf derselben bei 500ºC aufgebracht. Die Aufwachsbedingungen außer denjenigen der Temperatur waren die gleichen, wie für den Fall des Aufbringens der polykristallinen Siliciumschicht bei 600ºC. Die amorphe Siliciumschicht wurde mit einem Resist 21 bedeckt und derselbe wurde gemustert (Fig. 15 (c)). Dann wurden die amorphe Si liciumschicht 20 und die polykristalline Siliciumschicht 19 trockengeätzt unter Verwendung des Resists 21 als eine Maske.
(Fig. 15(d)). Nach Entfernung des Resists 21 wurde eine amorphe Siliciumschicht 22 durch ein LPCVD-Verfahren bis zu einer Dicke von 2000 Å (Fig. 15(e)) aufgebracht. Die Aufbringungsbedingungen umfaßten eine Temperatur von 510ºC, eine Gasmischung von SiH&sub4; und He (bei 20 Vol.% SiH&sub4; und 80 Vol.% He) und einen Druck von 1 Torr. Dann wurde die amorphe Siliciumschicht 22 durch RIE zum Bilden einer Elektrode verarbeitet (Fig. 15(f)). Nach dem obigen wurde die Oberfläche mit einer gemischten Lösung aus Ammoniak und Wasserstoffperoxid gewaschen, um Kohlenstoffverunreinigung auf der amorphen Siliciumschicht 22 zu entfernen, und weiter wurde eine Eigenoxidschicht unter Verwenden von Hydrogenfluorid (HF) oder Ätzen entfernt. Dann wurde die Probe in ein Vakuum von 1 · 10&supmin;&sup7; Torr gegeben, um eine Stunde lang bei 600ºC erhitzt zu werden. Als ein Ergebnis der Wärmebehandlung wurde eine Mikrorauhigkeit auf der Elektrodenoberfläche (15(g)) gebildet. Als nächstes wurde die Elektrode bei etwa 800ºC erhitzt. Durch diese Behandlung wird eine leitende Störstelle wie zum Beispiel Phoshor oder Arsen von der unteren Elektrode in die Siliciumschicht injiziert, die eine Mikrorauhigkeit aufweist. Danach wurden eine Kondensatorisolierschicht 23 und eine obere Elektrode 24 gebildet (Fig. 15(h)). Der Faktor der Vergrößerung des Oberflächenbereichs des wie oben beschrieben gebildeten Kondensators ist sehr hoch, wobei derselbe etwa 2,1 mal so groß wie derjenige einer in Übereinstimmung mit dem konventionellen Verfahren aufgebrachten Siliciumschicht ist.

Ausführungsform 7

Bei dem Herstellungsverfahren von Ausführungsform 6 könnte die Möglichkeit bestehen, daß Kohlenstoffatome an der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht nach der RIE-Behandlung anhaften können. Wenn Kohlenstoffatome auf der amorphen Siliciumoberfläche verbleiben, wird auf der Oberfläche des amorphen Siliciums keine Mikrorauhigkeit gebildet werden, selbst wenn es in einem Vakuum erhitzt wird, weil die Oberflächenwanderung der Siliciumatome durch die Kohlenstoffatome gehemmt wird. Diese Kohlenstoffatome können durch Waschen mit einer gemischten Lösung aus Ammoniak und Wasserstoffperoxid entfernt werden. Durch Verwenden eines Verfahrens zum Entfernen von Kohlenstoffen durch Reduktion bei einer niedrigen Temperatur mittels einer optischen Oberflächenbehandlung (unter Verwendung einer Quecksilberlampe mit einer Wellenlänge von 200 nm bis 400 nm und einer Intensität von 110 mW/cm² bei einem Druck von 1 Torr), die Ozongas verwendet, kann eine reinere Siliciumoberfläche auf einfache Weise erhalten werden. Nach der obigen Behandlung ist es möglich, Kristallisierung von der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht zu beginnen und eine dichte Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche der Siliciumschicht durch Entfernen der spontan oxidierten Schicht zu bilden und die Probe dann einer Wärmebehandlung in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre wie zum Beispiel derjenigen eines inerten Gases auszusetzen. Der relevante Mechanismus ist in Fig. 16 dargestellt.
Anstelle der optischen Oberflächenbehandlung unter Verwendung von Ozongas, das in Ausführungsform 7 verwendet wurde, kann ein optisches Oberflächenbehandlungsverfahren, das Halogengas verwendet, zum gleichzeitigen Entfernen von Kohlenstoffen, der spontan oxidierten Schicht und den Teilen der Siliciumschicht angenommen werden, die durch das RIE von der amorphen Siliciumschicht nach dem RIE dauerhaft beschädigt sind. Chlorgas kann als das Halogengas verwendet werden. Weiter kann die zu verwendende Lampe eine Quecksilberlampe mit einer Wellenlänge von 300 bis 400 nm sein, die bei 200 m Torr und einer Leistung von 110 mW/cm² betätigt wird. Nach dieser op tischen Oberflächenbehandlung kann, indem die amorphe Siliciumschicht einer Wärmebehandlung in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre wie zum Beispiel derjenigen eines inerten Gases ausgesetzt wird, Kristallisierung von der amorphen Siliciumoberfläche begonnen werden, um eine dichte Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche der Siliciumschicht zu bilden.

Ausführungsform 8

Obwohl die Bildung einer Mikrorauhigkeit über der gesamten Elektrode des Stapelkondensators, wie oben beschrieben wurde, ein wirksames Verfahren zum Vergrößern des wirksamen Oberflächenbereichs darstellt, ist es aus Gründen der Struktur der Vorrichtung nicht immer vorteilhaft, die Mikrorauhigkeit über der gesamten Oberfläche auszubilden. Unter diesen Umständen soll ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen werden, das es ermöglicht, eine Mikrorauhigkeit selektiv nur an den Stellen aufzuwachsen, wo die Bildung der Mikrorauhigkeit gewünscht ist.
Das Herstellungsverfahren soll im folgenden mit einer doppelten Zylinderstruktur als ein Beispiel beschrieben werden.
Zuerst wurden wie in Fig. 17(a) gezeigt eine Silicium-nitridschicht und eine Oxidschicht 17 auf einem Siliciumsubstrat 16 gebildet. Dann wurde ein Resist 26 auf die Oberfläche aufgebracht und gemustert. Dann wurden die Oxidschicht 17 und die Siliciumnitridschicht 25 wie in Fig. 17(b) trockengeätzt. Der Resist 16 wurde entfernt. Eine polykristalline Siliciumschicht 27 wurde wie in Fig. 17(c) gezeigt durch ein LPCVD- Verfahren unter den gewöhnlichen Bedingungen einer Temperatur von 600ºC, einem Reaktionsgas, das eine Mischung aus SiH&sub4; und He darstellt (bei 20 Vol.% SiH&sub4; und 80 Vol.% He) und bei ei nem Druck von 1 Torr aufgebracht. Dann wurde eine Störstelle wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen durch Wärmediffusion dotiert. Eine Hochtemperaturoxid(HTO)-CVD-Oxidschicht 28 wurde auf derselben bis zu einer Dicke von 4000 Å unter den Aufbringungsbedingungen einer Temperatur von 600ºC, einem Reaktionsgas, das eine Mischung aus SiH&sub4;, He (bei 20 Vol.% SiH&sub4; und 80 Vol.% He) und N&sub2;O-Gas darstellt (in einer Strömungsrate von eins bezüglich SiH&sub4; + He zu fünf bezüglich N&sub2;O) und einem Druck von 1 Torr aufgebracht. Ein Resist 29 wurde auf die Oberfläche der Oxidschicht 28 aufgebracht und dann gemustert (Fig. 17(c)). Die Oxidschicht 28 wurde trockengeätzt unter Verwendung des Resists 29 als eine Maske. Dann wurde der Resist 29 entfernt und eine amorphe Siliciumschicht 30 wurde bis zu einer Dicke von 1500 Å aufgebracht (Fig. 17(d)). Nach dem obigen wurde das amorphe Silicium 30 und ein Teil der polykristallinen Siliciumschicht 27 durch RIE verarbeitet, um eine Elektrode zu bilden (Fig. 17(e)). Dann wurde die Kohlenstoffverunreinigung auf der amorphen Siliciumschicht durch Waschen derselben mit einer gemischen Lösung aus Ammoniak und Wasserstoffperoxid entfernt. Anschließend wurde die spontan oxidierte Schicht unter Verwendung von HF entfernt. Als nächstes wurde die Probe in ein Vakuum von 1 · 10&supmin;&sup7; Torr gegeben und wurde eine Stunde lang einer Wärmebehandlung bei 600ºC ausgesetzt. Eine Mikrorauhigkeit wurde auf der Elektrodenoberfläche durch diese Wärmebehandlung gebildet (Fig. 17(f)). Dann wurde die Oxidschicht 28 zwischen den Teilen der Elektrode 31 durch Naßätzen entfernt, indem eine gemischte Lösung aus HF und Wasser in dem Verhältnis von 1 zu 100 verwendet wurde. Schließlich wurde ein Kondensator durch Aufbringen einer Kondensatorisolierschicht 32 und einer mit Phosphor dotierten polykristallinen Siliciumschicht 33 fertiggestellt (Fig. 17(g) und 17(h)).

Ausführungsform 9

Diese Ausführungsform zeigt das Verfahren zum Herstellen einer zylinderartig geformten Elektrode mit Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche. Diese Elektrode dient als eine Stapelkondensatorelektrode.
Zuerst wird wie in Fig. 18a gezeigt eine Siliciumoxidschicht 17 auf einem Siliciumsubstrat 16 gebildet. Dann wird eine Siliciumnitridschicht 34 auf der Siliciumoxidschicht 17 gebildet und diese Schicht 34 wird mit einem Resist 18 belegt und derselbe wird gemustert. Unter Verwendung des gemusterten Resists 18 als eine Maske werden die Siliciumnitridschicht 34 und die Siliciumoxidschicht 17 durch Trockenätzen geätzt, und danach wird der Resist 18 entfernt (Fig. 18b). Als nächstes wird, wie in Fig. 18c gezeigt, eine polykristalline Siliciumschicht 19 aufgebracht und wird mit einer Störstelle wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen durch Wärmediffusion dotiert. Dann wird die polykristalline Siliciumschicht 19 zurückgeätzt, bis die obere Oberfläche der Siliciumnitridschicht 34 freigelegt ist und sie nur in dem durchgehenden Loch der Siliciumoxidschicht 17 verbleibt. Dann wird eine amorphe Siliciumschicht 35 auf der Siliciumnitridschicht 34 aufgebracht, und eine Siliciumoxidschicht 36 wird durch das CVD-Verfahren bei der Temperatur von 550ºC (510ºC) aufgebracht. Die Dicke der Siliciumoxidschicht 36 wird durch die Höhe der gewünschten Elektrode begrenzt. Als nächstes wird wie in Fig. 18c gezeigt die Siliciumoxidschicht 36 mit einem Resist 37 belegt und derselbe wird gemustert. Unter Verwendung des Resists 37 als eine Maske werden die Siliciumoxidschicht 36 und das amorphe Silicium 35 durch Trockenätzen geätzt und der Resist 37 wird entfernt (Fig. 18d). Dann wird eine amorphe Siliciumschicht 37 auf der Siliciumoxidschicht 36 und die amorphe Siliciumschicht 35 durch das gleiche Herstellungsverfahren der amorphen Siliciumschicht 35 (Fig. 18e) aufgebracht. Anschließend wird die amorphe Siliciumschicht 37 zurückgeätzt, bis die obere Oberfläche der Siliciumoxidschicht 36 freigelegt ist (Fig. 18f). Dann wird die Siliciumoxidschicht 36 durch den HF-Prozess entfernt. Dieser Prozess erzeugt jedoch eine natürliche Oxidschicht auf dem amorphen Silicium 35, 37. Zum Entfernen der natürlichen Oxidschicht wird diese Schicht mit einer gemischten Lösung aus Ammoniak und Wasserstoffperoxid gewaschen und mit der Lösung von HF gewaschen. Nach dieser Reinigung der amorphen Siliciumoberfläche wird die Probe getempert unter den Bedingungen einer Temperatur von 600ºC, einem Druck von 1 Torr und einer Temperzeit von 10 Minuten. Durch diese Behandlung wird das amorphe Silicium 35, 37 zu einem polykristallinen Silicium 38 mit der Mikrorauhigkeit auf seiner Oberfläche (Fig. 18g). Fig. 19 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Fotografie der tatsächlichen Probe von Fig. 18g. Hiernach wird die Probe in die Luft herausgenommen, die Probe wird ionenimplantiert unter den Bedingungen einer Konzentration von Phosphor von 1020 Atomen/cm³ und einem Einfallswinkel von 7 Grad, so daß der Oberflächenteil des polykristallinen Silicium 38 eine hohe Konzentration von Phosphor enthält. Dann wird die Probe bei einer Temperatur von 800ºC getempert, um die Störstelle von Phosphor zu aktivieren und die Behandlung für die untere Elektrode eines Stapelkondensators wird abgeschlossen. Dann wird wie bei Ausführungsform 1 eine Kondensatorisolierschicht 39 auf dem polykristallinen Silicium 38 gebildet und eine mit Phosphor dotierte polykristalline Siliciumschicht 40 wird aufgebracht (Fig. 18h).
In dieser Ausführungsform 9 kann die Siliciumnitridschicht 34 weggelassen werden und die amorphe Siliciumschicht 35 kann auf der Oberfläche der Siliciumoxidschicht 17 aufgebracht werden.
Es soll erwähnt werden, daß die Form der Speicherelektrode mit einer Mikrorauhigkeit für einen Stapelkondensator eine einfache kubische Struktur, eine zylindrische Struktur, eine Struktur vom Rippentyp oder einen Stapel-Graben-Typ darstellen kann.

Übersetzung der Zeichnungen:

Fig. 2:

Capacitance - Kapazität
The depositon temperature of the silicon film - Die Aufbringungstemperatur der Siliciumschicht
The significant area of the silicon film - Die signifikante Fläche der Siliciumschicht

Fig. 5:

Leakage Current - Leckstrom
Deposition Temperature - Aufbringungstemperatur
Applied Voltages - Angelegte Spannungen

Fig. 6:

Fig. 7:

Frequency - Frequenz
Deposition Temperature - Aufbringungstemperatur
Capacitor Area - Kondensatorfläche
Breakdown Electric Field - Durchschlag des elektrischen Feldes

Fig. 14:

The capacitance of the capacitor - Die Kapazität des Kondensa tors
The wafer is not taken out in air before the annealing - Der Wafer wird nicht in die Luft herausgenommen vor dem Tempern
The wafer is taken out in air before the annealing - Der Wafer wird in die Luft herausgenommen vor dem Tempern
Room Temperature - Raumtemperatur
Annealing Temperature - Tempertemperatur

Fig. 15(g):

Polycrystalline Silicon - Polykristallines Silicium

Fig. 16:

RIE Process - RIE-Verfahren
C or SiO&sub2; film - C- oder SiO&sub2;-Schicht
A Mercury Lamp Process + HF Process - Ein Quecksilberlampenverfahren + HF-Verfahren
A Heat Treatment in a Vakuum - Eine Wärmebehandlung in einem Vakuum
Polycristalline Silicon - Polykristallines Silicium

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Kondensator, das die Schritte aufweist:

eine amorphe Siliciumschicht (22) auf einem Substrat (16, 17, 19, 20) aufzubringen;

eine Oberfläche des amorphen Silicium zu reinigen;

die amorphe Siliciumschicht, während die Oberfläche der amorphen Siliciumschicht rein gehalten wird, bei einer Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur von der amorphen Phase zu der polykristallinen Phase von Silicium auszuheizen oder zu tempern, um dadurch die amorphe Siliciumschicht in eine polykristalline Siliciumschicht umzuwandeln, wobei die polykristalline Siliciumschicht dabei eine Oberfläche mit Mikrorauhigkeit aufweist, die durch Siliciumkörner verursacht wird und als eine erste Elektrode des Kondensators dient;

eine dielektrische Schicht (23) des Kondensators auf der Oberfläche mit Mikrorauhigkeit der polykristallinen Siliciumschicht zu bilden; und

auf der dielektrischen Schicht eine leitende Schicht (24) zu bilden, die als zweite Elektrode des Kondensators dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Reinigens den Schritt aufweist, eine natürliche Oxidschicht zu entfernen, die auf der amorphen Siliciumschicht gebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Übergangstemperatur in einem Bereich von 580º bis 600ºC ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die dielektrische Schicht eine Dicke im Bereich von 3 bis 30 nm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Größe jedes der Siliciumkörner im Durchmesserbereich von 30 bis 170 nm liegt.