JP2001516510A - 記憶コンデンサを持つ半導体装置及びこのような装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 半導体基体（１）を持つ半導体装置に、対応する半導体材料の半球形粒子（９，２５）で形成された粗面（８，２４）を持つ半導体材料（７，２３）の層からなる下位電極（１１，２３）を持つ記憶コンデンサ（１２，２６）が設けられている。この上には、誘電体層（１２，２７）及び上位電極（１３，２８）が設けられている。半導体材料からは0.2＜ｘ＜１のＳｉ_1-xＧｅ_xの下位電極が製造される。半導体装置は、この材料の半球形粒子で形成された粗面を持つＳｉ_1-xＧｅ_xの層が通常のＣＶＤ法による堆積を介して簡単に直接形成できるため、簡単な方法で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】 記憶コンデンサを持つ半導体装置及びこのような装置の製造方法 技術分野 本発明は、半球形粒子で形成された粗面を持つ半導体材料の層を有する下位電 極と、その上に誘電体層と上位電極を持つ記憶コンデンサが設けられた半導体基 体を持つ半導体装置に関する。本発明は同様に、このような装置を製造する方法 に関する。 背景技術 半導体装置とは、例えばDRAM（Dynamic Random Access Memory）である。この ようなメモリで基本的に重要なことは、記憶コンデンサが、半導体基体の表面領 域の非常に狭い部分しか専有しない、ということである。実際、およそ1.5μｍ² の表面領域が、例えば、６４Ｍビットメモリにおいて各メモリセルを実現可能で 、およそ１μｍ²で各セルに記憶コンデンサが存在する。狭い表面領域で可能な 限りの高い容量を持つ記憶コンデンサを形成するため、コンデンサは、実際の半 導体基体の表面を横切る形で少なくとも部分的に形成される。このコンデンサは 従って大きくはなるが、半導体基体の表面で突出する形で形成されるため、余分 な領域の占有は無い。記憶コンデンサは、例えば、グルーブ中もしくはメサ（ノ ード）上に形成される。更に、コンデンサ値は、下位電極が粗面に設けられるた めに上昇する。重要な上昇が、記憶コンデンサの下位電極が、対応する半導体材 料の半球形粒子により形成された粗面を持つ半導体材料層に形成されることで得 られる。誘電体層は、酸化シリコンの層であっても良いが、実際、通常使用され る誘電体層は、酸化シリコンとシリコンニトライドの２層を有する。上位電極は 通常、ポリクリスタリンシリコンで形成される。 前段で述べた装置は、「"Hemis Pherical Grain Silicon for High Density D RAMs"by H.Watanabe et al.，Solid State Technology，July 1992，pp．29-33 」から既知である。ここには、シリコンの層に下位電極が形成されている。こ の文献には、半球形粒子シリコン層伝形成する２つの方法が開示されている。第 １の方法において、層は、シラン（silane）及びヘリウムを有する混合ガスから 、通常のLPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）処理による体積を 介して直接形成される。第２の方法において、アモルファスシリコンの層が、同 様のLPCVD処理によりはじめに堆積される。この層は、半球形粒子から成る表面 を持つ層へと加熱により変換される。 第１の方法において、所望の粒子層が形成される温度が、非常に厳格であるこ とが見いだされた。この所望の層は、590℃の温度で形成されるが、580℃以下も しくは600℃以上では形成されない。第２の方法において、加熱が実施されねば ならない温度の厳格さが緩やかであるが、およそ１０^-7torrの圧力の高い排気の 下で加熱する装置が要求される。何れの方法も、実際の使用には適当ではない。 なぜならば、第１の方法は、堆積が実現する温度が厳格で、第２の方法は、非常 に高価な排気装置が必要とされるからである。 発明の開示 本発明は、簡単な方法で製造可能な、前段で述べた形式の半導体装置を提供す ることを目的とする。本発明によると、半導体装置は、この目的を達成するため 、下位電極が製造される半導体材料が、Ｓｉ_1-xＧｅ_x（0.2＜ｘ＜１）であるこ とを特徴とする。 このような半導体装置は、上述の材料の半球形粒子により形成された粗面を持 つＳｉ_1-xＧｅ_xの層が、例えばＳｉＨ₄もしくはＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＧｅＨ₄のよう な通常のシリコン及びゲルマニウム合金を有する混合ガスから、通常のＣＶＤ（ Chemical Vapor Deposition）処理による堆積により直接形成できる。これらの 処理は、大気圧及び減圧された圧力の両者で実施されるであろう。半導体基体は 、望ましくは450℃乃至700℃の間の温度で加熱される。層は、直径30〜150nmの 材料の半球形粒子により形成された所望の粗面を持つ。堆積処理は、この場合同 時に実現する。この処理により、Ｓｉ_1-xＧｅ_xの層が毎分１〜１０nmの論理堆積 レートで堆積される。直径30〜150nmの所望の小さな粒子を得るため、0.2以下の ｘを持つ層は、700℃を越える望ましくない高温で堆積されねばならず、0.1 に等しいｘを持つ層でも850℃迄である。 本発明による半導体装置の望ましい実施例において、低位電極が、絶縁材料の 層に存在するポリクリスタリンシリコンの導体上に形成される。0.2＜ｘ＜１の Ｓｉ_1-xＧｅ_xの層は、ポリクリスタリンシリコン上に非常に選択的に堆積できる 。実際、Ｃｌが混合ガスに付加されると、層が堆積される。混合ガスは、ＳｉＨ₄ ，ＧｅＨ₄及びＨＣｌ、もしくはＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＧｅＨ₄を有するものが使用 される。例えばメサ（ノード）の形でポリクリスタリンシリコンの導体が形成さ れると、粗面を持つ下位電極が記憶コンデンサの形で導体上の自己配置方法で形 成されるであろう。この間、絶縁材料の層上に堆積される材料は無い。 本発明は、以下に図面及び実施例を参照して詳細に説明されるであろう。 図面の簡単な説明 第１図乃至第３図は、本発明の半導体装置の第１実施例の製造におけるいくつ かの工程を示す断面図である。 第４図乃至第６図は、本発明の半導体装置の第２実施例の製造におけるいくつ かの工程を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図乃至第３図は、本発明の半導体相違の第１実施例の製造におけるいくつ かの工程を示す断面図である。製造は、シリコンの半導体期待１から始まる。半 導体期待１の表面３に対向して半導体ゾーン２が形成されている。このゾーン２ は、例えば、DRAMのワードラインである。例えば酸化シリコンであるおよそ500n mの厚さの絶縁層４が表面３上に形成されてる。表面３と角度を成すおよそ500mn の直径を持つ窓５及び壁６が絶縁層４に形成される。この場合窓は円形であるが 、選択的に延在と窪み形状を持っても良い。 次いで、半導体材料の半球形留意９により形成された粗面８を持つおよそ200n mの厚さの半導体材料７が堆積される。半導体材料７のこの層は、例えば燐のよ うなドーパントのドーピングによる導体で提供される。このドーピングは、例え ばＰＨ３が混合ガスに加えられる堆積工程の間に実施される。混合ガスから は、層が堆積される。 フォトレジストマスク１０が半導体材料７の層の上に設けられると、記憶コン デンサ１２用の下位電極１１がエッチングにより層に設けられる。次に、およそ ７nmの厚さの酸化シリコンの誘電体層１２が下位電極１１上に堆積される。この 場合、ドーピングポリクリスタリンシリコンの層が堆積され、記憶コンデンサの 上位電極１３がエッチングにより形成される。 第４図乃至第６図は、本発明の半導体装置の第２実施例の製造に関するいくつ かの工程を示す断面図である。製造は、再びシリコンの半導体基体１で始まる。 半導体ゾーン２が半導体基体１の表面３に隣接して形成される。ゾーン２は、例 えばこの場合、DRAMのワードラインを形成する。例えば酸化シリコンの絶縁層２ ０が、表面３上に形成される。窓が絶縁層２０に形成される。直径およそ500nm のおよそ500nmの高さのドーピングポリクリスタリンシリコンの導体２２が絶縁 層２０上に形成される。この導体はここではシリンダで、メサ形状であっても良 い。（シリンダもしくは表面３に角度を成し間部を有するブロック） 半導体材料の半球系粒子２５により形成された粗面２４を持つおよそ200nmの 厚さの半導体材料２３の層は、導体２２上に選択的に堆積される。半導体材料２ ３の層は、例えば燐のようなドーパントによるドーピングにより導電がもたらさ れる。このドーピングは、堆積の間に実施される。堆積が選択的に実施されるこ とにより、導体２２に隣接して配置された絶縁層２４の部分は、半導体材料には 覆われない。 記憶コンデンサ２６の下位電極２３は、半導体材料の層の堆積が選択的に実施 されるため、自己配置方法で直接形成される。次いで酸化ニトライドシリコンで 形成されたおよそ７nmの厚さの誘電体層２７が下位電極１１上に堆積される。こ の場合、ドーピングポリクリスタリンシリコンの層が堆積され、記憶コンデンサ の上位電極２８がエッチングにより形成される。 上述の記憶コンデンサ１２，２６の２つの実施例は、窪みもしくは窓５中、も しくはシリンダ導体２２もしくはメサ上に形成されるため、半導体基体１の表面 領域３の比較的狭い部分をそれぞれ占有する。何れのコンデンサも１μｍ²より も大きくはない。比較的大きな容量地を持つコンデンサは、比較的狭い領域上に 形 成される。コンデンサにおける付加的上昇は、下位電極１１，２３が半導体材料 の半球形状粒子で形成された粗面８，２４を持つ半導体材料７，２３の層から形 成されることにより得られる。 上述の半導体装置の何れも、下位電極１，２３がＳｉ_1-xＧｅ_x（0.2＜ｘ＜１ ）から製造される。これらの半導体装置は、Ｓｉ_1-xＧｅ_xが、例えばＳｉＨ₄も しくはＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＧｅＨ₄のような通常のシリコン及びゲルマニウム合金 を含む混合ガスからＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理による体積を介 して簡単に直接形成できる。これらの処理は、この場合大気圧及び減圧された圧 力の両者で実施できる。こららの工程が実施される温度は厳格ではない。半導体 基体は、望ましくは450℃乃至700℃の間の温度で加熱される。直径３０乃至150n mの半球形状粒子９，２５を持つ表面８，２４を持つ層７，２３がこの方法で堆 積される。堆積工程は即ち同時に得られる。この工程によりＳｉ_1-xＧｅ_xの層が 毎分１乃至１０μｍのレートで実際堆積される。所望の小さな粒子を得るため、 ｘ＜0.2の層を堆積するためには、700℃以上の温度が望ましく、所望の粒子構造 を得るためにはＸ＝0.1の場合800℃までである。 第２実施例において、下位電極２３は、絶縁層の層２０上に存在するポリクリ スタリンシリコンの導体２２上に形成される。0.2＜ｘ＜１のＳｉ_1-xＧｅ_xの層 は、ポリクリスタリンシリコン上に選択的に堆積できる。実際ＣｌがＳｉＨ₄及 びＨＣｌの混合、もしくはＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＧｅＨ₄の混合用に提供により堆積 される。 次の例において、ASM-A-600反応炉における（100）Ｓｉウェハーの表面上に堆 積される。ウェハー酸化シリコンの表面は、チェックボードパターンで形成され る。層が堆積される前に、表面がＨＦディップ、ＨＦ蒸気エッチング処理、そし て1000℃のＨ₂におけるブランキング工程の組み合わせによって通常の方法で洗 浄される。 １．150ｍTorrの圧力及び620℃の温度で、220nmの層が400sccmＧｅＨ₄（１％Ｈ ２）及び２０sccmＳｉＨ₄の混合ガスから、毎分3.6nmのレートで成長して堆 積される。ｘ＝0.28の層及び150nmの粒子がこの方法で堆積される。 ２．150ｍTorrの圧力及び510℃の温度で、325nmの層が400sccmＧｅＨ₄（１％Ｈ ２）及び２０sccmＳｉＨ₄の混合ガスから、毎分5.4nmのレートで成長して堆 積される。ｘ＝0.38の層及び５０nmの粒子がこの方法で堆積される。 ３．450ｍTorrの圧力及び460℃の温度で、90nmの層が、7.1sccmＧｅＨ₄（100％ ）及び100sccmＳｉＨ₄の混合ガスから、毎分1.3nmのレートで成長して堆積 される。ｘ＝0.30の層及び３０nmの粒子がこの方法で堆積される。 ４．450ｍTorrの圧力及び460℃の温度で、250nmの層が7.1sccmＧｅＨ₄（100％） 及び100sccmＳｉＨ₄の混合ガスから、毎分2.2nmのレートで成長して堆積さ れる。ｘ＝0.40の層及び150nmの粒子がこの方法で堆積される。 ５．500ｍTorrの圧力及び700℃の温度で、170nmの層が4.7sccmＧｅＨ₄（100％） 及び100sccmＳｉＨ₄の混合ガスから、毎分3.0nmのレートで成長して堆積さ れる。ｘ＝0.25の層及び100nmの粒子がこの方法で堆積される。 ６．150ｍTorrの圧力及び460℃の温度で、100nmの層が21.4sccmＧｅＨ₄（100％ ）から、毎分5.0nmのレートで成長して堆積される。ｘ＝１の層及び５０nm の粒子がこの方法で堆積される。 例５，６で選択的な高さでシリコン上に（酸化シリコン上では無い）層が堆積 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．誘電体操と上位電極が設けられ、半導体材料の半球形粒子で形成された粗面 を持つ層を有する下位電極を持つ記憶コンデンサが設けられた半導体基体を 持つ半導体装置において、下位電極が形成される半導体材料が0.2＜ｘ＜１ のＳｉ_1-xＧｅ_xであることを特徴とする半導体装置。 ２．請求項１に記載の半導体装置において、 絶縁材料の層上に存在するポリクリスタリンシリコンの導体上に前記下位電極 が形成されることを特徴とする半導体装置。 ３．請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、 半導体基体が450℃乃至700℃の温度で加熱されるＣＶＤ法で0.2＜ｘ＜１のＳ ｉ_1-xＧｅ_xの層が堆積されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ４．請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、 半導体基体が500℃乃至600℃の温度で加熱されるＣＶＤ法で0.2＜ｘ＜0.5のＳ ｉ_1-xＧｅ_xの層が堆積されることを特徴とする半導体装置の製造方法。