JP2679433B2 - 多結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜の形成方法Info
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Description
キャパシタの電極等に用いる多結晶シリコンの形成方法
に関する。
イズは縮小し、キャパシタの面積は小さくなる傾向にあ
る。そこで、十分な容量を確保するため、容量部面積が
大きく、耐α線特性や容量部間の干渉が少ないスタック
トキャパシタやトレンチキャパシタが用いられている。
しかし、64MbitのDRAMではセル面積は2μm
2以下になると見込まれており、これらの構造を用いた
としても、容量絶縁膜として厚さ50オングストローム
という極めて薄い酸化膜が要求される。そこで、容量部
の面積を増やすことで容量膜厚を現状維持する方法が提
案されている。渡辺らは特願平2−72462号明細書
で、LPCVDにおける多結晶シリコン形成温度をある
温度範囲で行うと、アモルファス領域からポリシリコン
に変化する境界で、表面に半円球状のグレインが稠密に
成長し、表面積は他の温度で成長した多結晶シリコンの
約2倍になることを示している。また、辰巳は特願平2
−24915号明細書で、同様な表面の半円球状グレイ
ンが、真空中のアモルファスシリコンの形成と基板の加
熱によって得られることを示している。これらの多結晶
シリコンをスタックトキャパシタの電極に適用すること
により、厚さ100オングストロームの酸化膜で十分な
容量と低いリーク電流値を得ている。
の方法によると、半円球状のグレインが表面上に出現す
る条件は、成長温度が545℃から555℃の僅か10
℃の範囲であり、生産に用いる場合、LPCVDの温度
管理が非常に難しいという問題点があった。また、辰巳
の方法においても、アモルファスシリコン層の形成後、
基板の加熱前の行程で、基板を大気中に放置することが
できず、生産に用いる場合、アモルファスシリコン層の
形成と基板の加熱を、真空槽内で連続的に行わなければ
ならないという制約があった。
除去し、広い形成条件で表面積の大きな多結晶シリコン
膜を形成する方法を提供することにある。
膜の形成方法は、真空中で基板上にアモルファスシリコ
ン層を形成した後、その表面を真空中でイオンスパッタ
リングし、引き続き真空中で加熱し、多結晶化すること
を特徴とする。
されたアモルファスシリコン膜を大気中に放置すると、
大気中の酸素によって膜の表面に自然酸化膜が形成され
る。また、表面の汚染不純物をブランソン洗浄液によっ
て除去する際、同様に表面に酸化膜が形成される。この
ようなアモルファスシリコン膜を真空中で加熱しても、
その表面の酸化膜はアモルファスシリコンの結晶化温度
では蒸発しない。そのため、表面のシリコン原子は拡散
することができず、結果的に辰巳の方法で示すようなア
モルファスシリコン表面での核形成および核成長が起こ
らず、半円球構造は現れない。このように、多結晶シリ
コン膜の表面の形態はアモルファスシリコン表面の清浄
性に大きく依存している。
ァスシリコン膜を形成した後、一旦大気中に取り出され
た基板を再度真空中に戻し、真空中でアモルファスシリ
コン膜の表面をイオンスパッタリングした後、基板を加
熱することを試みた。その結果、アモルファスシリコン
膜は半円球状のグレインを持つ多結晶シリコンになるこ
とを見出した。
わち、図1(a)に示すように、アモルファス絶縁膜1
4上の、表面に酸化膜11が形成されたアモルファスシ
リコン膜12を、真空中で加熱する直前に、同一の真空
槽内において、イオン13でスパッタリングし、物理的
に表面の自然酸化膜を除去し、再度清浄表面を形成する
ことに基づいている。清浄表面上におけるシリコン原子
の拡散速度は極めて速く、アモルファスシリコン表面に
おいて核形成および核成長が起き、図1(b)のよう
な、表面に半円球状の結晶粒を持った多結晶シリコン1
5が形成される。
ここでは、40ccの電子銃を備えたMBE装置を用い
てアモルファスシリコン層の形成および基板の加熱を行
った。試料ウエハは、表面上に熱酸化によって厚さ20
00オングストロームの酸化膜を形成した4インチのn
型シリコン(001)基板を用いた。基板温度室温に
て、電子銃式シリコン蒸着器から7オングストローム/
sのシリコン分子線を照射し、酸化膜上に厚さ2000
オングストロームのアモルファスシリコン層を形成し
た。その基板を大気中に取り出し15時間放置した後、
再度真空槽内において、加速電圧3kVのイオン銃でア
ルゴンイオンを20秒間表面に照射し、その後引き続き
同一の真空槽で、650℃で10分間加熱し、アモルフ
ァスシリコン層を多結晶化させた。
は、高速反射電子線回折によるその場観察で行った。形
成したサンプルは、断面透過電子顕微鏡観察によって評
価した。
結果、サンプル表面は半円球状の凹凸構造を呈してお
り、本発明の効果を確認した。
リコン上に厚さ100オングストロームの酸化膜を形成
し、キャパシタを作製してその容量を測定した。図2は
アモルファスシリコン堆積後の加熱温度と容量の関係
を、本発明に従って形成した場合と、加熱前に大気中に
出して本発明に従わず真空中で加熱し形成した場合、さ
らには辰巳の方法に従って形成した場合とを比較したも
のである。本発明に従って形成した多結晶シリコン膜で
は、基板の加熱によって、加熱温度の広い範囲にわた
り、辰巳の方法と同程度の約2倍の容量が得られた。こ
れは、本発明に従って多結晶化したサンプルにおいて、
多結晶化が終了するまで大気中にさらさなかったアモル
ファスシリコン表面の清浄性と同程度の清浄性が、保存
されていたことを意味している。一方、一度大気に出
し、本発明に従わなかったサンプルの場合は、基板を加
熱しても容量は増えず、ほぼアモルファスシリコン形成
直後と同じである。これにより、本発明が、一度大気中
に放置したアモルファスシリコン膜に対しても、そのキ
ャパシタの容量を増加させるために極めて有効であるこ
とが確認できた。
としたが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在す
るSOS(Silicon on Sapphire)
基板や、さらに一般にSOI(Silicon on
Insulator)基板等においても当然利用でき
る。また、本実施例ではMBE装置内で電子銃式シリコ
ン蒸着装置を用いてアモルファスシリコン層の形成を行
ったが、ガスソースMBE,LPCVD,スパッターで
形成したアモルファスシリコン層でも同様の効果が確認
された。さらに今回は、アモルファスシリコン層表面の
酸化膜として、自然酸化膜の場合について述べたが、そ
れ以外に熱酸化膜,ブランソン酸化膜,およびプラズマ
酸素による酸化膜でも同様な効果が確認された。
ば、一旦大気中に放置したアモルファスシリコン膜に対
しても、その表面に半円球状の凹凸を形成することがで
きる。すなわち、特定の温度条件によらず、かつ真空中
でのアモルファスシリコン層の形成と加熱を連続的な行
程に限定することなく、独立な行程として遂行すること
が可能となる。それによって、広い作製条件下で、容量
の大きいキャパシタの蓄電電極を作製することができ
る。
との関係を各形成条件において比較した図である。
Claims (1)
- 【請求項1】真空中で基板上にアモルファスシリコン層
を形成した後、その表面を真空中でイオンスパッタリン
グし、引き続き真空中で加熱し、多結晶化することを特
徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。
Priority Applications (1)
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JP3073693A JP2679433B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3073693A JP2679433B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
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JPH04286151A JPH04286151A (ja) | 1992-10-12 |
JP2679433B2 true JP2679433B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=13525558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3073693A Expired - Lifetime JP2679433B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1991
- 1991-03-14 JP JP3073693A patent/JP2679433B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH04286151A (ja) | 1992-10-12 |
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