JP2833338B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2833338B2
JP2833338B2 JP4109384A JP10938492A JP2833338B2 JP 2833338 B2 JP2833338 B2 JP 2833338B2 JP 4109384 A JP4109384 A JP 4109384A JP 10938492 A JP10938492 A JP 10938492A JP 2833338 B2 JP2833338 B2 JP 2833338B2
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昌伸 善家
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に容量部の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化,微細化に伴
ない容量部の占有面積も縮小され所望の蓄積容量を確保
し難くなっている。容量部の形成は一般に多結晶シリコ
ン膜を堆積後,リン等の不純物を多結晶シリコン膜中に
導入し、フォトレジスト膜を用いてパターニングを行
い、容量電極を形成している。そのため、64Mビット
以上のDRAMの様にデバイスの微細化が進むと、容量
電極の表面積を増加させて蓄積容量を増大させる方法が
検討され、その一例が1988年,インターナショナル
・エレクトロン・デバイセス・ミーティング・テクニカ
ル・ダイジェスト(International El
ectron Devices Meeting TE
CHNICAL DIGEST)第592項に報告され
ている。
【0003】図5(a)〜(e)は従来の半導体装置の
製造方法を説明するための工程順に示した半導体チップ
の断面図である。
【0004】まず、図5(a)に示すように、シリコン
基板1の上に形成したSiO2 膜2の上にSi3 4
11を堆積し、Si3 4 膜11の上に多結晶シリコン
膜12とSiO2 膜13を交互に順次堆積し積層を設け
る。
【0005】次に、図5(b)に示すように、積層及び
Si3 4 膜7並びにSiO2 膜2を選択的に順次異方
性エッチングしてコンタクト孔を形成する。
【0006】次に図5(c)に示すように、コンタクト
孔を含む表面に多結晶シリコン膜14を堆積する。
【0007】次に、図5(d)に示すように、Si3
4 膜11をエッチングストッパとして多結晶シリコン膜
14及び積層を選択的に順次エッチングしてブロック状
の電極を形成する。
【0008】次に、図5(e)に示すように、HF系の
エッチング液を用いSiO2 膜13のみをエッチング除
去し、フィン形状の容量電極15を形成する。
【0009】以後、容量電極15の表面に容量絶縁膜を
形成し、この容量絶縁膜を介して容量電極14と対向す
る容量電極を設けて容量部を形成することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法は、容量電極を形成するための気相成長工程
等の工程数が多く、量産上コストがかかるという問題点
がある。また、工程数が多くなるため、歩留りが低下す
るという問題点がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に設けた絶縁膜の上にノンドー
プのシリコン膜と不純物を含むシリコン膜とが交互に順
積層された積層膜を形成する工程と、前記積層膜を選
択的にエッチングしてブロック状の電極を形成する工程
と、前記ブロック状の電極の表面をエッチングして前記
積層膜の側面に凹凸を設け表面積を増大させる工程と、
熱処理により前記ブロック状の電極の不純物を均一化し
て容量電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方
法であって、前記積層膜を形成する工程は、気相成長装
置内に前記半導体基板を載置させSiを含むガスを流し
てノンドープのシリコン膜を堆積する工程と、前記Si
を含むガスを止めその代わりに前記不純物を含むガスを
流す工程との繰り返しからなることを特徴としている。
【0012】次に本発明に関連する半導体装置の製造方
法の第1の参考例について図面を参照して説明す
【0013】図1(a)〜(d)は本発明に関連する第
1の参考例を説明するための工程順に示した半導体チッ
プの断面図である。
【0014】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1上にSiO2 膜2を形成した後開口部を形成す
る。次に、開口部を含むSiO2 膜2の上にリンを含む
多結晶又は非晶質又はこれらの混合からなるシリコン膜
3a及びノンドープのシリコン膜3bを交互に堆積して
積層し、最上層にノンドープのシリコン膜3bを堆積す
る。この積層構造は、例えば同一の気相成長装置でシラ
ン(SiH4 )とフオスフィン(PH3 )の混合ガスを
用いて、リンを含むシリコン膜3aを堆積し、次にシラ
ンガスを用いノンドープのシリコン膜3bを堆積するこ
とを繰り返すことで形成できる。また、各層のシリコン
膜の厚さは10〜100nm,シリコン膜3bのリン濃
度は1×1020〜5×1020cm-3程度である。
【0015】次に、図1(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィ技術によりシリコン膜3a,3bの積層構造
を選択的にエッチングしてブロック状の電極を形成す
る。
【0016】次に、図1(c)に示すように、弗酸,硝
酸,氷酢酸を含む水溶液を用いて、シリコン膜3a,3
bの表面をエッチングする。リンを含むシリコン膜3a
の方がエッチング速度が大きいので、ブロック状の電極
の側面に溝が形成され表面積は増大する。
【0017】次に、図1(d)に示すように、ブロック
状の電極を800〜900℃の温度で熱処理してリン濃
度を均一化し、第1の容量電極4を形成する。次に、容
量電極4の表面を窒化処理し容量絶縁膜5を形成する。
ここで、容量電極4中のリン濃度を均一化するための熱
処理を容量絶縁膜5を形成するための熱処理で兼ねるこ
ともできる。次に、容量絶縁膜5を含む表面にアルミニ
ウム膜又はシリコン膜を堆積してパターニングし、第1
の容量電極4と対向する第2の容量電極6を形成し、容
量部を構成する。
【0018】図2は第1の実施例の容量電極4の側面が
平坦であるときの表面積を1としたときに対するエッチ
ング後の表面積比とリンを含むシリコン膜の層数との関
係を示す図である。
【0019】図2に示すように、約20層で約1.6
倍,約30層で約2倍になっていることがわかる。この
場合、容量電極4は、約0.5μm×1μm×0.5μ
mの大きさで、表面のエッチング量約0.1μmであ
る。
【0020】なお、リンを含む多結晶シリコン膜3aの
代りにヒ素(As)を含むシリコン層を用いても良く、
ヒ素を含む多結晶シリコン膜はアルシン(AsH3 )と
シラン(SiH4 )の混合ガスを用いて気相成長させ
る。シリコン膜中の拡散係数は、リンよりヒ素の方が小
さいため、ノンドープのシリコン膜3bとヒ素を含むシ
リコン膜との界面がシャープになり、膜厚を薄くできる
利点がある。そのため、第1の容量電極の表面積も増加
させやすくなる。
【0021】図3(a)〜(d)は本発明に関連する半
導体装置の製造方法の第2の参考例を説明するための工
程順に示した半導体チップの断面図である。
【0022】まず、図3(a)に示すように、第1の参
考例と同様の工程で開口部を含むSiO2 膜2の上にリ
ンを含むシリコン膜及びノンドープのシリコン膜を交互
に順次堆積した後、最下層のリンを含むシリコン膜を残
して選択的に順次エッチングしてブロック状の電極を形
成し、ウェットエッチングによりブロック状電極の側面
に溝を設けて表面積を増大させ、熱処理によりリンを拡
散して均一化し第1の容量電極7を形成する。
【0023】次に、図3(b)に示すように、第1の容
量電極7を含む表面にSiO2 膜8を堆積した後、エッ
チバックして容量電極7の側面にのみSiO2 膜8を残
し容量電極7の上面を露出させる。
【0024】次に、図3(c)に示すように、容量電極
7を含む表面にリンを含むシリコン膜9a及びノンドー
プのシリコン膜9bを交互に順次堆積して積層する。
【0025】次に、図3(d)に示すように、シリコン
膜9a,9bの積層をエッチバックして酸化シリコン膜
8の側面にのみシリコン膜9a,9bの積層を残して容
量電極7の上面を再度露出させる。次に、弗酸を含む水
溶液により酸化シリコン膜8をエッチング除去した後シ
リコン膜9a,9bの積層の表面をエッチングして積層
の側面に溝を設け容量電極7の周囲を取囲むリング状の
容量電極を付加した第1の容量電極7aを形成する。
【0026】以後、第1の容量電極7aの表面に容量絶
縁膜を形成した後容量絶縁膜を介して第1の容量電極7
aと対向する第2の容量電極を設け容量部を形成するこ
とができ、容量部の蓄積容量を更に増加できる。
【0027】図4は、本発明の実施例のノンドープシリ
コン層とリンを含むシリコン層からなる積層膜の形成方
を説明するための膜成長時間とガス流量との関係を示
す図である。
【0028】本発明の実施例につき以下に説明する。容
量部の構成及び製造方法は、図1に示す第1の参考例と
基本的には同じであるので、詳細は省くが、第1の参考
例における第1の容量電極の製造方法のみ異なるので説
明する。図1(a)に示すように、シリコン基板1上に
SiO2 膜2を形成し、SiO2 膜2に開口部を形成し
た後、図4のガスフロータイムチャートに従って、
ず、シランガスのみを流し、ノンドープのシリコン層を
堆積する。次にシランガスを止めて気相成長装置内を高
真空度にした後フォスフィンガスを流し、堆積したノン
ドープのシリコン層の表面に、フォスフィンあるいはリ
ン等を吸着させる。次に、フォスフィンガスを止めて気
相成長装置内を高真空度にした後、再度シランガスを流
し、ノンドープのシリコン層を堆積させる。これを繰り
返すことでノンドープのシリコン層とリンを含むシリコ
ン層からなる積層が形成できる。形成条件として、例
えば、温度550〜650℃の窒素ガス中に10%のP
H3 を含むガスを10〜200ml/分の流量で流すか
又はヘリウム又はアルゴンガス中に20%のSiH4を
含むガスを1000〜2000ml/分の流量で流し、
こときの圧力は0.2〜0.8Torrとする。この方
法を用いることで、リンを含むシリコン層とノンドープ
のシリコン層の界面はシャープになり、積層数を数多く
でき、より大きな表面積の増加が得らえる。また、フォ
スフィン(PH3 )ガスの代りにアルシン(AsH3 )
を用いても良くノンドープのシリコン層を成長する間
に、ヒ素がシリコン層中を拡散することが少ないので、
界面はよりシャープになる。また、リン又はヒ素の代り
にアンチモン(Sb)を用いても良く、シランガスの代
りにジシラン(Si2 H6 )ガスあるいはジクロロシラ
ン(SiH2 Cl2 )ガスを用いても良い。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、同一装置
内でノンドープのシリコン膜と不純物を含むシリコン膜
を順次形成して積層膜とした後パターニングしてブロッ
ク状にし、エッチングにより側面に凹凸を設けて表面積
を増加させた容量電極を形成することにより、工程を大
幅に簡略化できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の容量電極の積層数と表
面積比との関係を示す図。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
に示した断面図。
【図4】本発明の第1及び第2の実施例の積層の形成方
法の他の一例を説明するための工程順に示した断面図。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
工程順に示した断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2,8,13 SiO2 膜 3a,9a リンを含むシリコン膜 3b,9b ノンドープシリコン膜 4,6,7,7a,15 容量電極 5 容量絶縁膜 11 Si3 4 膜 12,14 多結晶シリコン膜

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に設けた絶縁膜の上にノン
    ドープのシリコン膜と不純物を含むシリコン膜とが交互
    に順次積層された積層膜を形成する工程と、前記積層膜
    を選択的にエッチングしてブロック状の電極を形成する
    工程と、前記ブロック状の電極の表面をエッチングして
    前記積層膜の側面に凹凸を設け表面積を増大させる工程
    と、熱処理により前記ブロック状の電極の不純物を均一
    化して容量電極を形成する工程とを含む半導体装置の製
    造方法であって、前記積層膜を形成する工程は、気相成
    長装置内に前記半導体基板を載置させSiを含むガスを
    流してノンドープのシリコン膜を堆積する工程と、前記
    Siを含むガスを止めその代わりに前記不純物を含むガ
    スを流す工程との繰り返しからなることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコン膜に含まれる不純物がリン,ヒ
    素,アンチモンのうちの少なくとも一種類である請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
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