JP2727981B2 - 凸凹アモルファスシリコン膜および凸凹ポリシリコン膜の形成方法 - Google Patents
凸凹アモルファスシリコン膜および凸凹ポリシリコン膜の形成方法Info
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子におけるアモ
ルファスシリコン膜およびポリシリコン膜に関し、表面
の凸凹構造の形成方法に関する。
ルファスシリコン膜およびポリシリコン膜に関し、表面
の凸凹構造の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＲＡＭの高集積化に伴いメモリ
サイズは縮小化し、キャパシタの面積が小さくなり、そ
の結果メモリ容量が減少する問題が生じていた。そこ
で、十分な容量を確保するため、容量膜厚を現状維持し
容量部の面積を増やす方法が提案されている。
サイズは縮小化し、キャパシタの面積が小さくなり、そ
の結果メモリ容量が減少する問題が生じていた。そこ
で、十分な容量を確保するため、容量膜厚を現状維持し
容量部の面積を増やす方法が提案されている。
【０００３】例えば、特開平４−２５２０１８号公報に
示されている図５（ａ）、（ｂ）のように、アモルファ
スシリコン７の形成直後に、その表面を大気中にさらす
ことなくプラズマ水素８を照射すると、アモルファスシ
リコン７の表面原子は水素原子９によって終端され不活
性となり、例え大気中に放置しても自然酸化膜の形成は
抑止される。これらの水素原子９は、アモルファスシリ
コン層の結晶化より低い温度で脱離するため、結晶化に
先立って清浄表面が形成される。清浄表面上におけるシ
リコン原子の拡散速度は極めて早く、アモルファスシリ
コン７表面において核形成及び核成長が起き、表面に表
面積の大きい半円球状の結晶粒を持った多結晶シリコン
１１が形成される。このようにして形成した多結晶シリ
コン１１を用いたキャパシタ電極でプラズマ水素８を照
射しなかった場合にくらべて約２倍以上の容量が得られ
ている。
示されている図５（ａ）、（ｂ）のように、アモルファ
スシリコン７の形成直後に、その表面を大気中にさらす
ことなくプラズマ水素８を照射すると、アモルファスシ
リコン７の表面原子は水素原子９によって終端され不活
性となり、例え大気中に放置しても自然酸化膜の形成は
抑止される。これらの水素原子９は、アモルファスシリ
コン層の結晶化より低い温度で脱離するため、結晶化に
先立って清浄表面が形成される。清浄表面上におけるシ
リコン原子の拡散速度は極めて早く、アモルファスシリ
コン７表面において核形成及び核成長が起き、表面に表
面積の大きい半円球状の結晶粒を持った多結晶シリコン
１１が形成される。このようにして形成した多結晶シリ
コン１１を用いたキャパシタ電極でプラズマ水素８を照
射しなかった場合にくらべて約２倍以上の容量が得られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法ではアモルファスシリコン７の清浄表面を長時間維
持することが困難であり安定性に欠けており、実用上問
題となる。また、キャパシタの電極プロセスでは電極パ
ターンＰＲ（ホトレジスト膜）工程を施すことになり、
実際上アモルファスシリコン７の清浄表面を維持するこ
とが困難である。さらに、核形成及び核成長のために超
高真空下での熱処理が必要であり、装置が高価なこと、
また熱処理温度の許容範囲が狭いという欠点があった。
方法ではアモルファスシリコン７の清浄表面を長時間維
持することが困難であり安定性に欠けており、実用上問
題となる。また、キャパシタの電極プロセスでは電極パ
ターンＰＲ（ホトレジスト膜）工程を施すことになり、
実際上アモルファスシリコン７の清浄表面を維持するこ
とが困難である。さらに、核形成及び核成長のために超
高真空下での熱処理が必要であり、装置が高価なこと、
また熱処理温度の許容範囲が狭いという欠点があった。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の欠点を
解消し、安定性に優れ、簡単な工程で制御性良く表面積
の大きな凸凹ポリシリコン膜を均一に形成する方法を提
供することにある。
解消し、安定性に優れ、簡単な工程で制御性良く表面積
の大きな凸凹ポリシリコン膜を均一に形成する方法を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の凸凹アモルファ
スシリコン膜の形成方法は、アモルファスシリコン膜上
に重金属膜を成膜することにより、アモルファスシリコ
ンと重金属膜との間に膜厚が不均一または島状の重金属
シリサイドを形成する工程と、前記重金属膜を除去する
工程と、前記重金属シリサイドを選択マスクとして前記
アモルファスシリコン膜をエッチングし表面層を凸凹に
する工程とを有することを特徴とする。
スシリコン膜の形成方法は、アモルファスシリコン膜上
に重金属膜を成膜することにより、アモルファスシリコ
ンと重金属膜との間に膜厚が不均一または島状の重金属
シリサイドを形成する工程と、前記重金属膜を除去する
工程と、前記重金属シリサイドを選択マスクとして前記
アモルファスシリコン膜をエッチングし表面層を凸凹に
する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】本発明の凸凹ポリシリコン膜の形成方法
は、アモルファスシリコン膜上に重金属膜を成膜するこ
とにより、アモルファスシリコン膜と重金属膜との間に
膜厚が不均一または島状の重金属シリサイドを形成する
工程と、前記重金属膜を除去する工程と、前記重金属シ
リサイドを選択マスクとして前記アモルファスシリコン
膜をエッチングし表面層を凸凹にする工程と、前記凸凹
アモルファスシリコン膜を加熱し多結晶化する工程とを
有することを特徴とする。
は、アモルファスシリコン膜上に重金属膜を成膜するこ
とにより、アモルファスシリコン膜と重金属膜との間に
膜厚が不均一または島状の重金属シリサイドを形成する
工程と、前記重金属膜を除去する工程と、前記重金属シ
リサイドを選択マスクとして前記アモルファスシリコン
膜をエッチングし表面層を凸凹にする工程と、前記凸凹
アモルファスシリコン膜を加熱し多結晶化する工程とを
有することを特徴とする。
【０００８】またアモルファスシリコン膜中に含まれる
Ｐ（リン）濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であることを特
徴とする
Ｐ（リン）濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であることを特
徴とする
【０００９】また本発明の凸凹ポリシリコン膜の形成方
法は、ポリシリコン膜上に重金属膜を成膜することによ
り、ポリシリコン膜と重金属膜との間に膜厚が不均一ま
たは島状の重金属シリサイドを形成する工程と、前記重
金属膜を除去する工程と、前記重金属シリサイドを選択
マスクとして前記ポリシリコン膜をエッチングし表面層
を凸凹にする工程とを有することを特徴とする。
法は、ポリシリコン膜上に重金属膜を成膜することによ
り、ポリシリコン膜と重金属膜との間に膜厚が不均一ま
たは島状の重金属シリサイドを形成する工程と、前記重
金属膜を除去する工程と、前記重金属シリサイドを選択
マスクとして前記ポリシリコン膜をエッチングし表面層
を凸凹にする工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例について具体的に図１、図２
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１１】先ず、図１（ａ）に示すように、表面上に
熱酸化によって厚さ１０００Ａのアモルファス絶縁膜
（ＳｉＯ２）１を形成したｎ型シリコン（００１）基板
２上に、ＬＰＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）を用いて
厚さ４０００Ａのアモルファスシリコン膜３を形成す
る。次に、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板温度
は室温にてスパッタリング法でアモルファスシリコン膜
３上にクロム（Ｃｒ）膜４を厚さ１５００Ａ成膜した
後、続いてＣｌ２／Ｏ２／Ｈ２混合ガスを用いたドライ
エッチング法により、厚さ１５００Ａのクロム膜４を全
部エッチングして除去する。次に、露出したアモルファ
スシリコン膜３をＳＦ８／Ｏ２／Ｈｅ混合ガスを用いた
ドライエッチング法により、深さ３０００Ａまでエッチ
ングすることにより、図１（ｄ）に示すように、高さ約
１５００Ａの針状の凸凹表面構造をもったアモルファス
シリコン膜５が形成される。図２にその凸凹アモルファ
スシリコン膜５表面を電子顕微鏡（倍率２０万倍）で観
察した結果を示す。この凸凹表面構造の形成はアモルフ
ァスシリコン膜５表面に形成されるＣｒＳｉ（クロムシ
リサイド）層の膜厚が不均一または島状になっているた
めに、そのＣｒＳｉ層が選択マスクとなって起きること
を実験的に見いだした。
熱酸化によって厚さ１０００Ａのアモルファス絶縁膜
（ＳｉＯ２）１を形成したｎ型シリコン（００１）基板
２上に、ＬＰＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）を用いて
厚さ４０００Ａのアモルファスシリコン膜３を形成す
る。次に、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板温度
は室温にてスパッタリング法でアモルファスシリコン膜
３上にクロム（Ｃｒ）膜４を厚さ１５００Ａ成膜した
後、続いてＣｌ２／Ｏ２／Ｈ２混合ガスを用いたドライ
エッチング法により、厚さ１５００Ａのクロム膜４を全
部エッチングして除去する。次に、露出したアモルファ
スシリコン膜３をＳＦ８／Ｏ２／Ｈｅ混合ガスを用いた
ドライエッチング法により、深さ３０００Ａまでエッチ
ングすることにより、図１（ｄ）に示すように、高さ約
１５００Ａの針状の凸凹表面構造をもったアモルファス
シリコン膜５が形成される。図２にその凸凹アモルファ
スシリコン膜５表面を電子顕微鏡（倍率２０万倍）で観
察した結果を示す。この凸凹表面構造の形成はアモルフ
ァスシリコン膜５表面に形成されるＣｒＳｉ（クロムシ
リサイド）層の膜厚が不均一または島状になっているた
めに、そのＣｒＳｉ層が選択マスクとなって起きること
を実験的に見いだした。
【００１２】最後に、図１（ｅ）に示すように、６５０
℃で５分間加熱し、アモルファスシリコン膜５を多結晶
化させ凸凹ポリシリコン膜６を形成する。
℃で５分間加熱し、アモルファスシリコン膜５を多結晶
化させ凸凹ポリシリコン膜６を形成する。
【００１３】さらに、このようにして形成したポリシリ
コン膜６上に厚さ１００Ａ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結果、アモルファスシ
リコン膜３形成直後に対して約３倍以上の容量が得られ
た。このようにアモルファスシリコン膜３上に成膜した
クロム膜４を室温条件でドライエッチングした後、続い
て同様に室温条件でアモルファスシリコン膜３をドライ
エッチングすることで簡単に凸凹アモルファスシリコン
膜５を形成できる。
コン膜６上に厚さ１００Ａ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結果、アモルファスシ
リコン膜３形成直後に対して約３倍以上の容量が得られ
た。このようにアモルファスシリコン膜３上に成膜した
クロム膜４を室温条件でドライエッチングした後、続い
て同様に室温条件でアモルファスシリコン膜３をドライ
エッチングすることで簡単に凸凹アモルファスシリコン
膜５を形成できる。
【００１４】なお、本実施例では、重金属膜としてクロ
ム（Ｃｒ）膜４を用いたが、タングステン（Ｗ）、チタ
ン（Ｔｉ）など密度の大きい金属でも良い。また、クロ
ム膜のエッチング法にドライエッチングを用いた例を示
したが、これをウェットエッチングで行っても同様な効
果が確認された。
ム（Ｃｒ）膜４を用いたが、タングステン（Ｗ）、チタ
ン（Ｔｉ）など密度の大きい金属でも良い。また、クロ
ム膜のエッチング法にドライエッチングを用いた例を示
したが、これをウェットエッチングで行っても同様な効
果が確認された。
【００１５】なお本実施例では、アモルファスシリコン
膜３上にクロム膜４を形成した例を述べたが、下地がポ
リシリコン膜でもクロム膜４等の重金属シリサイド膜を
選択エッチングマスクに用いれば、これをドライエッチ
ングすることによって凸凹形状のポリシリコン膜６を形
成できることは言うまでもない。
膜３上にクロム膜４を形成した例を述べたが、下地がポ
リシリコン膜でもクロム膜４等の重金属シリサイド膜を
選択エッチングマスクに用いれば、これをドライエッチ
ングすることによって凸凹形状のポリシリコン膜６を形
成できることは言うまでもない。
【００１６】図３、図４に第２の実施例を示す。図３は
濃度３×１０20ｃｍ-3のＰ（リン）を含むアモルファス
シリコン膜を用いた場合の凸凹ポリシリコン膜の形成工
程を示す。
濃度３×１０20ｃｍ-3のＰ（リン）を含むアモルファス
シリコン膜を用いた場合の凸凹ポリシリコン膜の形成工
程を示す。
【００１７】しかしながら、図３（ｄ）、（ｅ）及び図
４に示すように、ウェハー面内で凸凹アモルファスシリ
コン膜５、凸凹ポリシリコン膜６の凸凹形状が不均一に
分布しており、部分的に台形状の凸凹部７が形成され、
これがキャパシタ容量のばらつきの原因となる。これ
は、台形状の凸凹部７の発生がアモルファスシリコン膜
３中に含まれているＰ（リン）濃度に関与していること
によるものであり、Ｐ（リン）濃度が高くなるとアモル
ファスシリコン膜３表面上にＰ（リン）が偏析され、こ
れがドライエッチングのマスクとして働き、ウェハー面
内で部分的に台形状の凸凹７が形成されるためである。
４に示すように、ウェハー面内で凸凹アモルファスシリ
コン膜５、凸凹ポリシリコン膜６の凸凹形状が不均一に
分布しており、部分的に台形状の凸凹部７が形成され、
これがキャパシタ容量のばらつきの原因となる。これ
は、台形状の凸凹部７の発生がアモルファスシリコン膜
３中に含まれているＰ（リン）濃度に関与していること
によるものであり、Ｐ（リン）濃度が高くなるとアモル
ファスシリコン膜３表面上にＰ（リン）が偏析され、こ
れがドライエッチングのマスクとして働き、ウェハー面
内で部分的に台形状の凸凹７が形成されるためである。
【００１８】なお、本実施例では、例えばＰ（リン）濃
度を３×１０２０ｃｍ−３としたが、これ以下の濃度で
も均一な凸凹アモルファスシリコン膜６（図１、図２）
が形成されることを確認している。
度を３×１０２０ｃｍ−３としたが、これ以下の濃度で
も均一な凸凹アモルファスシリコン膜６（図１、図２）
が形成されることを確認している。
【００１９】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれ
ば、アモルファスシリコン膜が清浄表面である必要もな
く、電極パターンＰＲ工程等による影響もなく安定に形
成でき、再現性も非常に良く、量産性に優れた方法であ
る。さらに、超高真空装置も不要であり、通常の簡便な
ドライエッチング装置で実現できることからも生産性に
優れている。
ば、アモルファスシリコン膜が清浄表面である必要もな
く、電極パターンＰＲ工程等による影響もなく安定に形
成でき、再現性も非常に良く、量産性に優れた方法であ
る。さらに、超高真空装置も不要であり、通常の簡便な
ドライエッチング装置で実現できることからも生産性に
優れている。
【００２０】また、温度制御の制約もないことから、安
定性に優れ制御性良く、アモルファスシリコン膜中のＰ
（リン）濃度を１×１０２０ｃｍ−３以下にすることに
よって均一な凸凹ポリシリコン膜６を作製できる。さら
に、ドライエッチング量を多くすることによって、針状
またはピラー状の凸凹表面の高さを増大させることがで
き、大きな容量を確保することが可能である。
定性に優れ制御性良く、アモルファスシリコン膜中のＰ
（リン）濃度を１×１０２０ｃｍ−３以下にすることに
よって均一な凸凹ポリシリコン膜６を作製できる。さら
に、ドライエッチング量を多くすることによって、針状
またはピラー状の凸凹表面の高さを増大させることがで
き、大きな容量を確保することが可能である。
【００２１】さらに、アモルファスシリコン膜の例を述
べたが、下地がポリシリコン膜でもよく、重金属シリサ
イド膜等の選択エッチングマスクを用いれば、これをエ
ッチングすることによって凸凹形状のポリシリコン膜を
形成できることは言うまでもない。
べたが、下地がポリシリコン膜でもよく、重金属シリサ
イド膜等の選択エッチングマスクを用いれば、これをエ
ッチングすることによって凸凹形状のポリシリコン膜を
形成できることは言うまでもない。
【図１】本発明の多結晶シリコン膜の形成方法を説明す
るための作製工程図である。
るための作製工程図である。
【図２】本発明によって形成された凸凹アモルファスシ
リコン膜表面の電子顕微鏡写真である。
リコン膜表面の電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の第２実施例の多結晶シリコン膜の形成
方法を説明するための作製工程図である。
方法を説明するための作製工程図である。
【図４】第２実施例によって形成された凸凹アモルファ
スシリコン膜表面の電子顕微鏡写真である。
スシリコン膜表面の電子顕微鏡写真である。
【図５】従来の多結晶シリコン膜の形成方法を説明する
ための概念図である。
ための概念図である。
１ アモルファス絶縁膜（ＳｉＯ２） ２ ｎ型シリコン（００１）基板 ３ アモルファスシリコン膜 ４ クロム膜 ５ 凸凹アモルファスシリコン膜 ６ 凸凹ポリシリコン膜 ７ アモルファスシリコン ８ プラズマ水素 ９ 水素原子 １０ アモルファス絶縁膜（酸化膜） １１ 多結晶シリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/108 (72)発明者 鈴木 達也 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 獅子口 清一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−266460（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−272165（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196162（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−101261（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 アモルファスシリコン膜上に重金属膜を
成膜することにより、アモルファスシリコンと重金属膜
との間に膜厚が不均一または島状の重金属シリサイドを
形成する工程と、前記重金属膜を除去する工程と、前記
重金属シリサイドを選択マスクとして前記アモルファス
シリコン膜をエッチングし表面層を凸凹にする工程とを
有することを特徴とする凸凹アモルファスシリコン膜の
形成方法。 - 【請求項２】 アモルファスシリコン膜上に重金属膜を
成膜することにより、アモルファスシリコン膜と重金属
膜との間に膜厚が不均一または島状の重金属シリサイド
を形成する工程と、前記重金属膜を除去する工程と、前
記重金属シリサイドを選択マスクとして前記アモルファ
スシリコン膜をエッチングし表面層を凸凹にする工程
と、前記凸凹アモルファスシリコン膜を加熱し多結晶化
する工程とを有することを特徴とする凸凹ポリシリコン
膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記アモルファスシリコン膜中に含まれ
るＰ（リン）濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であることを
特徴とする請求項１記載の凸凹アモルファスシリコン膜
の形成方法。 - 【請求項４】 前記アモルファスシリコン膜中に含まれ
るＰ（リン）濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であることを
特徴とする請求項２記載の凸凹ポリシリコン膜の形成方
法。 - 【請求項５】 ポリシリコン膜上に重金属膜を成膜する
ことにより、ポリシリコン膜と重金属膜との間に膜厚が
不均一または島状の重金属シリサイドを形成する工程
と、前記重金属膜を除去する工程と、前記重金属シリサ
イドを選択マスクとして前記ポリシリコン膜をエッチン
グし表面層を凸凹にする工程とを有することを特徴とす
る凸凹ポリシリコン膜の形成方法。
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