JP3189896B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造方法
及び該方法により製造した半導体装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor and a semiconductor device manufactured by the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】HSG−Si(半球状シリコングレイ
ン)を形成する時、従来はウェハー裏面の状態はあまり
考慮されていなかった。ウェハー裏面に酸化膜が形成さ
れているウェハーにHSG−Siを形成すると、HSG
−Si形成時の熱処理によって酸化膜から水分が放出さ
れ、HSG−Siを形成すべきアモルファスシリコン表
面に酸化膜を形成し、HSG−Siが部分的に形成され
ない現象が生じる。2. Description of the Related Art When forming HSG-Si (hemispherical silicon grains), the state of the back surface of a wafer has not been considered so far. When HSG-Si is formed on a wafer having an oxide film formed on the back surface of the wafer, the HSG-Si
Moisture is released from the oxide film by the heat treatment at the time of forming the -Si, an oxide film is formed on the surface of the amorphous silicon on which the HSG-Si is to be formed, and a phenomenon that the HSG-Si is not formed partially occurs.
【0003】HSG−Siが形成されない部分は表面積
が小さく、静電容量が小さくなる。この現象は、ウェハ
ー表面に占めるHSG−Si形成面積が少ない時、例え
ばロジック混載DRAM等の半導体デバイス等で顕在化
する。また、バッチ処理でHSG−Siを形成した場合
に、ウェハー処理枚数が多い時に顕著に生じる。図1は
バッチ処理でウェハー処理枚数を変えた時の静電容量の
違いを示している。すなわち、ウェハー処理枚数が増加
するとウェハー裏面から放出される水分が増加し、部分
的にHSG−Siが形成されない部分が増すため、容量
が減少する事を示している。部分的にHSG−Siが形
成されない状態でDRAM等を形成すると、図2に示す
様にホールド時間の短いビット(A)が発生し、ホール
ド不良を生じる。(B)は、ホールド時間の短いビット
が発生しない正常な状態を示している。A portion where HSG-Si is not formed has a small surface area and a small capacitance. This phenomenon becomes apparent when the HSG-Si formation area occupying the wafer surface is small, for example, in a semiconductor device such as a logic-embedded DRAM. In addition, when HSG-Si is formed by batch processing, it occurs remarkably when the number of processed wafers is large. FIG. 1 shows the difference in capacitance when the number of processed wafers is changed in batch processing. That is, when the number of processed wafers increases, the amount of water released from the back surface of the wafer increases, and a portion where HSG-Si is not formed partially increases, so that the capacity decreases. If a DRAM or the like is formed in a state where HSG-Si is not formed partially, a bit (A) having a short hold time is generated as shown in FIG. 2 and a hold failure occurs. (B) shows a normal state in which a bit having a short hold time does not occur.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明はホールド時間
の短いビットの発生がなく、ホールド不良を生ずること
のない信頼性の高い半導体装置が得られる半導体装置の
製造方法及び該方法により製造された半導体装置を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device capable of obtaining a highly reliable semiconductor device free of occurrence of bits having a short hold time and no occurrence of hold failure, and a method of manufacturing the same. It is an object to provide a semiconductor device.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。すなわち、本発明はウェハー裏面
をシリコンとした後に、半球状シリコンを形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法を提案するものであ
り、 前記ウェハー裏面をシリコンにする方法を気相成
長法によること、 前記ウェハー裏面をシリコンにする
方法をエッチングによること、 前記ウェハー裏面をシ
リコンにする方法を研磨によること、 前記半球状シリ
コンの形成方法を、所定の雰囲気と温度で第1の熱処理
をし、所定の雰囲気と温度で第2の熱処理をし、所定の
雰囲気と温度で第3の熱処理をすること、 前記第1の
熱処理雰囲気を真空とし、前記第2の熱処理雰囲気をS
iH4とし、前記第3の熱処理雰囲気を真空とすること
を含む。また、本発明は前記の方法により製造したこと
を特徴とする半導体装置を提案するものである。The above object is achieved by the following means. That is, the present invention proposes a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that hemispherical silicon is formed after silicon is formed on the back surface of the wafer. That the method of forming the silicon on the back surface of the wafer is by etching; that the method of forming the silicon on the back surface of the wafer is by polishing; the method of forming the hemispherical silicon is a first heat treatment at a predetermined atmosphere and temperature; Performing a second heat treatment in a predetermined atmosphere and temperature, performing a third heat treatment in a predetermined atmosphere and temperature, setting the first heat treatment atmosphere to a vacuum, and setting the second heat treatment atmosphere to S
iH 4, and the third heat treatment atmosphere is evacuated. The present invention also proposes a semiconductor device manufactured by the above method.
【0006】本発明によれば、ウェハー裏面をシリコン
とすることでウェハー裏面からの水分の放出がなくな
り、全面に緻密なHSG−Siが形成され、ホールド不
良のない信頼性の高いキャパシタを形成できる。According to the present invention, since the back surface of the wafer is made of silicon, moisture is not released from the back surface of the wafer, dense HSG-Si is formed on the entire surface, and a highly reliable capacitor free of hold failure can be formed. .
【0007】本発明の作用は、ウェハー裏面を酸化膜に
対し疎水性が高いシリコン表面とすることで、裏面から
の水分放出量が減少するためと考えられる。It is considered that the function of the present invention is to reduce the amount of water released from the back surface by making the back surface of the wafer a silicon surface having high hydrophobicity to the oxide film.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により更に
具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
【0009】[0009]
【実施例】(実施例1)P型シリコン基板101にNウ
ェル102およびPウェル103を形成する。次に素子
分離絶縁膜領域104を形成し、ゲート絶縁膜105を
形成する。続いて、ゲート電極106を形成した後、イ
オン打ち込み技術を用いてp型高濃度不純物拡散領域1
07とn型不純物拡散領域108を形成する。次に層間
絶縁膜109にディジット線コンタクト孔110を形成
した後、ディジット線111を形成する。次に層間絶縁
膜112を形成した後、スタック電極に通じる孔113
を形成する。(Embodiment 1) An N well 102 and a P well 103 are formed in a P type silicon substrate 101. Next, an element isolation insulating film region 104 is formed, and a gate insulating film 105 is formed. Subsequently, after the gate electrode 106 is formed, the p-type high-concentration impurity diffusion region 1 is formed by ion implantation.
07 and an n-type impurity diffusion region 108 are formed. Next, after a digit line contact hole 110 is formed in the interlayer insulating film 109, a digit line 111 is formed. Next, after an interlayer insulating film 112 is formed, a hole 113 communicating with the stack electrode is formed.
To form
【0010】次にスタック電極となるPドープ非晶質シ
リコン膜114をCVD法で堆積する。次に、ウェハー
裏面に形成・堆積されたシリコン酸化膜・シリコン膜等
をHF水溶液や弗化水素酸と硝酸の混合液等を用いて除
去する。この処理によってウェハー裏面はシリコン基板
が剥き出しとなる。次に、Pドープ非晶質シリコン膜1
14をスタック電極に加工し、HSG−Si形成工程へ
移行する。まず、表面の自然酸化膜をHF水溶液で除去
した後、真空中で室温から580℃に昇温し、温度が安
定するまで数分〜数十分間保持する。次に、温度は58
0℃のままSiH4分圧1×10-4Torrの雰囲気で
15分間熱処理を行う。続いて、温度は580℃のまま
真空中で20分間保持すると非晶質シリコン表面に半球
状シリコングレイン(HSG−Si)が形成され図3が
得られる。続いて、容量絶縁膜115、容量電極116
を形成する。次に、層間絶縁膜117、アルミ配線11
8等を形成すると図4が得られ、半導体装置が完成す
る。Next, a P-doped amorphous silicon film 114 serving as a stack electrode is deposited by a CVD method. Next, the silicon oxide film, the silicon film, and the like formed and deposited on the back surface of the wafer are removed using an HF aqueous solution or a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. By this processing, the silicon substrate is exposed on the back surface of the wafer. Next, the P-doped amorphous silicon film 1
14 is processed into a stack electrode, and the process proceeds to an HSG-Si forming step. First, after removing the natural oxide film on the surface with an HF aqueous solution, the temperature is raised from room temperature to 580 ° C. in a vacuum, and is maintained for several minutes to several tens of minutes until the temperature is stabilized. Next, the temperature is 58
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 15 minutes in an atmosphere of SiH 4 at a partial pressure of 1 × 10 −4 Torr. Subsequently, when the temperature is maintained at 580 ° C. in a vacuum for 20 minutes, hemispherical silicon grains (HSG-Si) are formed on the amorphous silicon surface, and FIG. 3 is obtained. Subsequently, the capacitance insulating film 115 and the capacitance electrode 116
To form Next, the interlayer insulating film 117 and the aluminum wiring 11
When 8 and the like are formed, FIG. 4 is obtained, and the semiconductor device is completed.
【0011】(実施例2)P型シリコン基板101にN
ウェル102およびPウェル103を形成する。(Embodiment 2) P-type silicon substrate 101 is coated with N
A well 102 and a P well 103 are formed.
【0012】次に素子分離絶縁膜領域104を形成し、
ゲート絶縁膜105を形成する。続いて、ゲート電極1
06を形成した後、イオン打ち込み技術を用いてp型高
濃度不純物拡散領域107とn型不純物拡散領域108
を形成する。次に層間絶縁膜109にディジット線コン
タクト孔110を形成した後、ディジット線111を形
成する。次に層間絶縁膜112を形成した後、スタック
電極に通じる孔113を形成する。次にスタック電極と
なるPドープ非晶質シリコン膜114をCVD法で堆積
する。この時、ウェハー裏面の最表面は非晶質シリコン
となる。次に、Pドープ非晶質シリコン膜114をスタ
ック電極に加工し、HSG−Si形成工程へ移行する。
まず、表面の自然酸化膜をHF水溶液で除去した後、真
空中で室温から580℃に昇温し、温度が安定するまで
数分〜数十分間保持する。次に、温度は580℃のまま
SiH4分圧1×10-4Torrの雰囲気で15分間熱
処理を行う。続いて、温度は580℃のまま真空中で2
0分間保持すると非晶質シリコン表面に半球状シリコン
グレイン(HSG−Si)が形成され図3が得られる。
続いて、容量絶縁膜115、容量電極116を形成す
る。次に、層間絶縁膜117、アルミ配線118等を形
成すると図4が得られ、半導体装置が完成する。Next, an element isolation insulating film region 104 is formed,
A gate insulating film 105 is formed. Subsequently, the gate electrode 1
After the formation of the semiconductor layer 06, the p-type high concentration impurity diffusion region 107 and the n-type impurity diffusion region
To form Next, after a digit line contact hole 110 is formed in the interlayer insulating film 109, a digit line 111 is formed. Next, after forming an interlayer insulating film 112, a hole 113 communicating with the stack electrode is formed. Next, a P-doped amorphous silicon film 114 serving as a stack electrode is deposited by a CVD method. At this time, the outermost surface of the back surface of the wafer becomes amorphous silicon. Next, the P-doped amorphous silicon film 114 is processed into a stack electrode, and the process proceeds to an HSG-Si forming step.
First, after removing the natural oxide film on the surface with an HF aqueous solution, the temperature is raised from room temperature to 580 ° C. in a vacuum, and is maintained for several minutes to several tens of minutes until the temperature is stabilized. Next, heat treatment is performed for 15 minutes in an atmosphere of SiH 4 partial pressure of 1 × 10 −4 Torr at a temperature of 580 ° C. Subsequently, the temperature is kept at 580 ° C. in a vacuum for 2 hours.
When held for 0 minutes, hemispherical silicon grains (HSG-Si) are formed on the amorphous silicon surface, and FIG. 3 is obtained.
Subsequently, a capacitor insulating film 115 and a capacitor electrode 116 are formed. Next, when an interlayer insulating film 117, an aluminum wiring 118 and the like are formed, FIG. 4 is obtained, and the semiconductor device is completed.
【0013】(実施例3)P型シリコン基板101にN
ウェル102およびPウェル103を形成する。(Embodiment 3) P-type silicon substrate 101 is coated with N
A well 102 and a P well 103 are formed.
【0014】次に素子分離絶縁膜領域104を形成し、
ゲート絶縁膜105を形成する。続いて、ゲート電極1
06を形成した後、イオン打ち込み技術を用いてp型高
濃度不純物拡散領域107とn型不純物拡散領域108
を形成する。次に層間絶縁膜109にディジット線コン
タクト孔110を形成した後、ディジット線111を形
成する。次に層間絶縁膜112を形成した後、スタック
電極に通じる孔113を形成する。次にスタック電極と
なるPドープ非晶質シリコン膜114をCVD法で堆積
する。次に、ウェハー裏面に形成・堆積されたシリコン
酸化膜・シリコン膜等を化学的機械的研磨技術を用いて
除去する。この時、ウェハー裏面はシリコン基板剥き出
しとなる。次に、Pドープ非晶質シリコン膜114をス
タック電極に加工し、HSG−Si形成工程へ移行す
る。まず、表面の自然酸化膜をHF水溶液で除去した
後、真空中で室温から580℃に昇温し、温度が安定す
るまで数分〜数十分間保持する。次に、温度は580℃
のままSiH4分圧1×10-4Torrの雰囲気で15
分間熱処理を行う。続いて、温度は580℃のまま真空
中で20分間保持すると非晶質シリコン表面に半球状シ
リコングレイン(HSG−Si)が形成され図3が得ら
れる。続いて、容量絶縁膜115、容量電極116を形
成する。次に、層間絶縁膜117、アルミ配線118等
を形成すると図4が得られ、半導体装置が完成する。Next, an element isolation insulating film region 104 is formed,
A gate insulating film 105 is formed. Subsequently, the gate electrode 1
After the formation of the semiconductor layer 06, the p-type high concentration impurity diffusion region 107 and the n-type impurity diffusion region
To form Next, after a digit line contact hole 110 is formed in the interlayer insulating film 109, a digit line 111 is formed. Next, after forming an interlayer insulating film 112, a hole 113 communicating with the stack electrode is formed. Next, a P-doped amorphous silicon film 114 serving as a stack electrode is deposited by a CVD method. Next, a silicon oxide film, a silicon film, and the like formed and deposited on the back surface of the wafer are removed by using a chemical mechanical polishing technique. At this time, the back surface of the wafer is exposed from the silicon substrate. Next, the P-doped amorphous silicon film 114 is processed into a stack electrode, and the process proceeds to an HSG-Si forming step. First, after removing the natural oxide film on the surface with an HF aqueous solution, the temperature is raised from room temperature to 580 ° C. in a vacuum, and is maintained for several minutes to several tens of minutes until the temperature is stabilized. Next, the temperature is 580 ° C
15 in an atmosphere of SiH 4 partial pressure of 1 × 10 -4 Torr
Heat treatment for minutes. Subsequently, when the temperature is maintained at 580 ° C. in a vacuum for 20 minutes, hemispherical silicon grains (HSG-Si) are formed on the amorphous silicon surface, and FIG. 3 is obtained. Subsequently, a capacitor insulating film 115 and a capacitor electrode 116 are formed. Next, when an interlayer insulating film 117, an aluminum wiring 118 and the like are formed, FIG. 4 is obtained, and the semiconductor device is completed.
【0015】[0015]
【発明の効果】本発明によれば、ウェハー裏面をシリコ
ンとすることでウェハー裏面からの水分の放出がなくな
り、全面に緻密なHSG−Siが形成され、ホールド不
良のない信頼性の高いキャパシタを形成できる。According to the present invention, since the back surface of the wafer is made of silicon, the release of moisture from the back surface of the wafer is eliminated, dense HSG-Si is formed on the entire surface, and a highly reliable capacitor free from hold failure is provided. Can be formed.
【図1】バッチ処理でのウェハー処理枚数と容量との関
係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the number of processed wafers and the capacity in batch processing.
【図2】ホールド時間とビットの発生状況の関係を示す
グラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a hold time and a bit generation state.
【図3】発明の半導体装置の製造工程の途中段階の半導
体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device at an intermediate stage of the manufacturing process of the semiconductor device according to the invention;
【図4】本発明の半導体装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the present invention.
101 P型シリコン基板 102 Nウェル 103 Pウェル 104 素子分離絶縁領域 105 ゲート絶縁膜 106 ゲート電極 107 P型高濃度不純物拡散領域 108 n型不純物拡散領域 109 層間絶縁膜 110 ディジット線コンタクト孔 111 ディジット線 112 層間絶縁膜 113 孔 114P ドープ非晶質シリコン膜 115 容量絶縁膜 116 容量電極 117 層間絶縁膜 118 アルミ配線 Reference Signs List 101 P-type silicon substrate 102 N-well 103 P-well 104 element isolation insulating region 105 gate insulating film 106 gate electrode 107 P-type high concentration impurity diffusion region 108 n-type impurity diffusion region 109 interlayer insulating film 110 digit line contact hole 111 digit line 112 Interlayer insulating film 113 hole 114P doped amorphous silicon film 115 capacitor insulating film 116 capacitor electrode 117 interlayer insulating film 118 aluminum wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/205 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/108 H01L 21/205 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04
Claims (5)
体装置の製造方法であって、 前記半球状シリコングレインは、ウェハー表面に形成さ
れているアモルファスシリコンに熱処理を施すことで、
前記アモルファスシリコン表面に半球状シリコンを形成
する工程で形成され、 前記半球状シリコンを形成する工程に際して、 ウェハー裏面は、気相成長法で堆積される非晶質シリコ
ンをその最表面とされた状態で、半球状シリコンを形成
する熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。1. A method of manufacturing a semiconductor device using hemispherical silicon grains, wherein the hemispherical silicon grains are subjected to a heat treatment on amorphous silicon formed on a wafer surface.
In the step of forming hemispherical silicon on the surface of the amorphous silicon, in the step of forming hemispherical silicon, the back surface of the wafer is made of amorphous silicon deposited by vapor phase epitaxy as its outermost surface And performing a heat treatment for forming hemispherical silicon.
体装置の製造方法であって、 前記半球状シリコングレインは、ウェハー表面に形成さ
れているアモルファスシリコンに熱処理を施すことで、
前記アモルファスシリコン表面に半球状シリコンを形成
する工程で形成され、 前記半球状シリコンを形成する工程に際して、 ウェハー裏面は、エッチングにより、その最表面にシリ
コンが露呈された状態で、半球状シリコンを形成する熱
処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. A method of manufacturing a semiconductor device utilizing hemispherical silicon grains, wherein the hemispherical silicon grains are subjected to a heat treatment on amorphous silicon formed on a wafer surface.
In the step of forming hemispherical silicon on the surface of the amorphous silicon, in the step of forming hemispherical silicon, the hemispherical silicon is formed in a state where silicon is exposed on the outermost surface by etching the back surface of the wafer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing a heat treatment.
体装置の製造方法であって、 前記半球状シリコングレインは、ウェハー表面に形成さ
れているアモルファスシリコンに熱処理を施すことで、
前記アモルファスシリコン表面に半球状シリコンを形成
する工程で形成され、 前記半球状シリコンを形成する工程に際して、 ウェハー裏面は、研磨により、その最表面にシリコンが
露呈された状態で、半球状シリコンを形成する熱処理を
行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。3. A method of manufacturing a semiconductor device using hemispherical silicon grains, wherein the hemispherical silicon grains are subjected to heat treatment on amorphous silicon formed on a wafer surface.
In the step of forming hemispherical silicon on the surface of the amorphous silicon, in the step of forming hemispherical silicon, the backside of the wafer is polished to form hemispherical silicon with silicon exposed on the outermost surface. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a heat treatment.
ける、熱処理は、 所定の雰囲気と温度で第1の熱処理をし、 所定の雰囲気と温度で第2の熱処理をし、 所定の雰囲気と温度で第3の熱処理をすることでなされ
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。4. The heat treatment in the step of forming the hemispherical silicon includes: performing a first heat treatment at a predetermined atmosphere and temperature; performing a second heat treatment at a predetermined atmosphere and temperature; The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed by performing a third heat treatment.
請求項4に記載の半導体装置の製造方法。5. The heat treatment according to claim 4, wherein the first heat treatment atmosphere is vacuum, the second heat treatment atmosphere is SiH 4, and the third heat treatment atmosphere is vacuum. A method for manufacturing a semiconductor device.
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- 1998-11-20 JP JP33151398A patent/JP3189896B2/en not_active Expired - Fee Related
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