JP2998996B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、D−RAM(Dynami
c-Random Access Memory)における蓄積容量の下部電極
の面積を大きく、かつ安定して得られるようにした半導
体素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来D−RAMの蓄積容量形成用の下地
ポリシリコンは、Y.Hayachide et,al,Ext.Abs,22nd S
SDM P.869(1990)(以下、第1文献という)、H.Wa
tanabeet al, Ext Abs,22nd SSDM P.873(1990)
(以下、第2文献という)に示されているように、55
0℃から570℃程度のデボジット温度でLP−CVD
(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)法を用
い、SiH4の熱分解で形成されていた。
【0003】この温度でLP−CVD法を用いて形成さ
れたポリシリコンは、その表面が凸凹の膜となるため、
容量形成の表面積が実効的に広くなり、そのため容量の
投影面積を小さくし、デバイスを高集積化することが可
能となる。次に、前記文献に記載されている内容を説明
する。
【0004】(1) 第1文献の内容 (a) ポリシリコン形成条件 LP−CVD法により、材料ガスSiH4とHeを使用し、圧
力1.0Torr、適用温度は550℃±5℃とする。 (b) ポリシリコンの膜厚 膜厚は100nmと250nmとし、表面積の増加2.0倍、
Cs(蓄積容量)/Co(下部電極がフラットな場合の容
量)≒2.0とする。
【0005】(2) 第2文献の内容 (a) ポリシリコン形成条件 LP−CVD法により、材料ガスSiH4とN2 を使用し、
適用温度575℃±5℃とする。 (b) ポリシリコンの膜厚 膜厚は200nmとし、表面積の増加は1.5倍であり、Cs
/Co≒1.5である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ポ
リシリコン膜形成方法では、最大でも約2倍の表面積し
か得られなかった。今後のD−RAMを考えた場合、2
倍以上の表面積を得る必要がある。
【0007】この発明は、前記従来技術が持っている問
題点のうち、凸凹のあるポリシリコンを使用しても約2
倍の表面積しか得られないという問題点について解決し
た半導体素子の製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は前記問題点を
解決するために、半導体素子の製造方法において、半導
体基板上にメモリセルのトランスファゲートの形成後酸
化膜を成長させて、ホトリソエッチングにより、キャパ
シタコンタクトを形成する工程と、温度550℃から6
00℃,SiH4の圧力を0.05Torrから1.0Torrでポリシ
リコン膜厚を160nm以下に形成して、蓄積容量の下部
電極を形成する工程とを導入したものである。
【0009】
【作用】この発明によれば、半導体素子の製造方法にお
いて、以上のような工程を導入したので、ポリシリコン
形成条件とポリシリコン膜厚を最適化し、2.0倍以上の
キャパシタの下部電極の表面積が安定に得られることに
なり、蓄積容量が大きくなり、したがって、前記問題点
を除去できる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の半導体素子の製造方法の実
施例について図面に基づき説明する。図1(a) ないし図
1(e) はその一実施例を説明するための工程断面図であ
り、スタックキャパシタ構造のセルをもつD−RAMの
プロセスに本発明を適用した場合のものである。
【0011】図1(a) はキャパシタを形成する前の状況
を示したものであり、11はSi基板であり、このSi基板
11上にフィールド酸化膜12を形成し、図示しないが
ゲート酸化膜、ポリシリコンまたはポリサイドによるゲ
ート電極を形成し、その後、サイドウォールを形成し
て、トランスファゲート13を形成する。
【0012】その後、Si基板11にイオンを注入して、
ソース・ドレイン領域となるN+ 拡散層14を形成した
後、全面にCVD法により絶縁用のSiO2膜15を形成
し、次いで、上記N+ 拡散層14に対応する個所に、Si
O2膜15にホソリソ/エッチングにより、キャパシタの
下部電極とN+ 拡散層14との電気的接続をとるための
コンタクトホール16を形成する。
【0013】次に、図1(b) に示すがごとく、キャパシ
タの下部電極となるポリシリコン17をSiH4(シランガ
ス)を用いて、減圧CVD法で形成する。このとき、ポ
リシリコン17の形成条件を制御することで、ポリシリ
コン17の表面を凹凸のある粗面状態とする。
【0014】この場合、たとえば、SiH4の圧力を0.2To
rrとし、形成温度を570℃とすると、ポリシリコン1
7の膜厚は1000Åで表面の凹凸により、ポリシリコ
ン17の実効表面積は約2.5倍に増加する。
【0015】次に、最適の粗面状態を得るためのポリシ
リコン17の形成、膜厚条件について述べる。図2に温
度と圧力に対し、ポリシリコンが粗面となる条件を示
す。ライン1とライン2に挟まれた領域が粗面B,Cと
なる領域であり、まず温度とSiH4の圧力はこの領域内の
ものを使用する必要がある。また粗面の状況はポリシリ
コンDの膜厚によって変化する。図2のAはアモルファ
スシリコンである。
【0016】図3にポリシリコン17の膜厚に対する粗
面状況を示す。図中の実線,点線の下が粗面となる領域
てあり、「△」は0.1Torr、「○」は0.2Torr、「□」
は1.0Torrの場合を示す。この図3からポリシリコン膜
厚を1600Å以下にすることで、安定して粗面ポリシ
リコンが得られることがわかる。但し、あまりポリシリ
コンが薄いと、加工が困難となるため、500Å以上の
膜厚は必要となる。
【0017】ここで、説明を再び図1に戻す。図1(c)
に示すごとく、前記ポリシリコン17を部分的に除去
し、キャパシタ下地電極を形成する。このとき、イオン
インプランテーションを行い、ポリシリコン17中に、
たとえば、リンを40KeV のエネルギで5×1015イオ
ン/cm2 程度打ち込み、ポリシリコン17に電気伝導性
をもたせる。
【0018】次に、図1(d) に示すように、全面にLP
CVD法により、誘電体膜となるSi3N4 膜18を厚さ5
0〜100Å程度形成し、その後、全面にキャパシタの
上部電極となるポリシリコン膜19を厚さ1000Å程
度形成する。
【0019】次に、図1(e) に示すように、ポリシリコ
ン膜19に不純物を導入し、部分的にポリシリコン膜1
9とSi3N4 膜18を除去することで、キャパシタを完成
する。
【0020】図4に粗面ポリシリコン17の実効表面積
の変化を容量パターンを形成し、同一投影面積の容量測
定結果から見積った下部電極ポリシリコン対面積比の特
性図を示す。160nmのポリシリコン17の膜厚まで
は、Cs/Co(Csは蓄積容量、Coは下部電極ポリ
シリコン表面がフラットな場合の容量)は増加するが、
200nmになると逆に低下する。これはポリシリコン1
7の膜厚が160nm以上となると、連続膜に変化し粗面
としての効率が低下するためである。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の製造方法によ
れば、D−RAM蓄積容量の下部電極として使用するシ
ランを用いた減圧CVDによるポリシリコン膜の形成に
おいて、その形成条件をポリシリコン形成温度550℃
から600℃、SiH4の圧力0.05Torrから1.0Torr、ポ
リシリコンの膜厚50nmから160nmとしたので、ポリ
シリコン膜の表面積を2.0倍以上に安定して得られ、し
たがって、従来より高い蓄積容量を確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の工程断面図。
【図2】この発明におけるポリシリコンの温度対圧力に
対して粗面となる条件を示す説明図。
【図3】この発明におけるポリシリコンの膜厚に対する
粗面状況の説明図。
【図4】この発明における粗面ポリシリコンの実効表面
積の容量変化の説明図。
【符号の説明】
11 Si基板 12 フィールド酸化膜 13 トランスファゲート 14 N+ 拡散層 15 SiO2膜 16 コンタクトホール 17 ポリシリコン 18 Si3N4 膜 19 ポリシリコン膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/04 (56)参考文献 特開 昭64−42161(JP,A) 特開 平3−263864(JP,A) 特開 平3−272165(JP,A) 特開 平4−35059(JP,A) 特開 平4−170061(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si基板にトランスファゲートおよび拡散
    層を形成した後、前記拡散層を覆う酸化膜を形成する工
    程と、 キャパシタの下部電極と前記拡散層との電気的な導通を
    とるためのコンタクトホールを前記酸化膜に形成する工
    程と、 SiH4を、0.05Torrから1.0Torrの圧力で温度550℃か
    ら600℃で減圧CVD法により、前記下部電極を構成
    する膜厚50nm以上160nm以下のポリシリコンを形成
    する工程と、 前記ポリシリコン上に誘電体膜を介して上部電極を形成
    する工程と、 よりなる半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコン窒化膜を減圧CVD法により形
    成することにより前記誘電体膜を形成することを特徴と
    する請求項1記載の半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記上部電極はポリシリコンであること
    を特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
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