JP3221376B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/82—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation
- H01L28/90—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions
- H01L28/92—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions made by patterning layers, e.g. by etching conductive layers
-
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ型のキャ
パシタを備えた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
パシタを備えた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、高容量化を図るため、シリンダ型
のキャパシタを有したメモリ装置が提案されている(例
えば、特開平5−218333号公報等)。すなわち、
キャパシタの下部電極の形状をシリンダ型にすることに
より、誘電体膜を介した上部電極と下部電極との接触面
積をキャパシタの占有面積を大きくすることなく大きく
し、キャパシタの容量を確保しながら集積度の向上を図
っているものである。このようなシリンダ型の下部電極
は、一般的にストリッジ電極と呼ばれている。
のキャパシタを有したメモリ装置が提案されている(例
えば、特開平5−218333号公報等)。すなわち、
キャパシタの下部電極の形状をシリンダ型にすることに
より、誘電体膜を介した上部電極と下部電極との接触面
積をキャパシタの占有面積を大きくすることなく大きく
し、キャパシタの容量を確保しながら集積度の向上を図
っているものである。このようなシリンダ型の下部電極
は、一般的にストリッジ電極と呼ばれている。
【0003】ここで、従来のシリンダ型のキャパシタの
製造方法について説明する。図6,7は、従来のシリン
ダ型のキャパシタの製造工程を示す断面図である。両図
において(a)〜(e)は、製造工程の一連のステップ
を示す。
製造方法について説明する。図6,7は、従来のシリン
ダ型のキャパシタの製造工程を示す断面図である。両図
において(a)〜(e)は、製造工程の一連のステップ
を示す。
【0004】まず、ステップ(a)に示される構成は、
通常の製造方法によって作られているため、その構成に
ついてのみ簡単に説明する。シリコン基板1にゲート酸
化膜2、ゲート電極3、拡散層4等が形成されて素子が
構成されている。このような素子は、図中では1個しか
記載されていないが実際には複数作製されている。各素
子はその間に素子分離膜5が形成されて互いに電気的に
分離されている。
通常の製造方法によって作られているため、その構成に
ついてのみ簡単に説明する。シリコン基板1にゲート酸
化膜2、ゲート電極3、拡散層4等が形成されて素子が
構成されている。このような素子は、図中では1個しか
記載されていないが実際には複数作製されている。各素
子はその間に素子分離膜5が形成されて互いに電気的に
分離されている。
【0005】そして、これらの素子や素子分離膜5の上
には、層間絶縁膜6および酸化膜7が形成され、これら
2つの膜を貫通して拡散層4に達する深さのコンタクト
ホール14が開孔されている。このコンタクトホール1
4の側面には、電気的特性をよくするために酸化膜8が
形成されている。
には、層間絶縁膜6および酸化膜7が形成され、これら
2つの膜を貫通して拡散層4に達する深さのコンタクト
ホール14が開孔されている。このコンタクトホール1
4の側面には、電気的特性をよくするために酸化膜8が
形成されている。
【0006】そして、このコンタクトホール14を埋め
尽くすとともに、酸化膜7の上には所定の膜厚のポリシ
リコンからなるシリコン膜9が形成され、その上には所
定の幅の酸化膜30およびポリシリコンからなるシリコ
ン膜13が形成されている。また、酸化膜30およびシ
リコン膜13の両側には、酸化シリコンからなるサイド
ウォール15aが形成されている。
尽くすとともに、酸化膜7の上には所定の膜厚のポリシ
リコンからなるシリコン膜9が形成され、その上には所
定の幅の酸化膜30およびポリシリコンからなるシリコ
ン膜13が形成されている。また、酸化膜30およびシ
リコン膜13の両側には、酸化シリコンからなるサイド
ウォール15aが形成されている。
【0007】次に、ステップ(b)においては、酸化膜
7をエッチングストッパとしてシリコン膜9をエッチン
グし、酸化膜30をエッチングストッパとしてシリコン
膜13をエッチングする。ステップ(c)において、エ
ッチングによって酸化膜30を除去する。
7をエッチングストッパとしてシリコン膜9をエッチン
グし、酸化膜30をエッチングストッパとしてシリコン
膜13をエッチングする。ステップ(c)において、エ
ッチングによって酸化膜30を除去する。
【0008】ステップ(d)において、サイドウォール
15aをエッチングマスクとしてシリコン膜9をエッチ
ングし、底部に所定の厚さのシリコン膜9が残るように
開孔してストリッジ電極16を作製する。ステップ
(e)において、ストリッジ電極16の表面に誘電体膜
18を形成した後に、さらにその上にセルプレート電極
19を形成することによってシリンダ型のキャパシタが
できあがる。
15aをエッチングマスクとしてシリコン膜9をエッチ
ングし、底部に所定の厚さのシリコン膜9が残るように
開孔してストリッジ電極16を作製する。ステップ
(e)において、ストリッジ電極16の表面に誘電体膜
18を形成した後に、さらにその上にセルプレート電極
19を形成することによってシリンダ型のキャパシタが
できあがる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来例においては、ステップ(d)におけるシリコン
膜9のエッチングの際に、エンドポイントの検出ができ
ないため、ストリッジ電極16の底部のシリコン膜の肉
厚を安定的に制御することが困難という問題点がある。
すなわち、底部のシリコン膜厚が薄すぎると抵抗が高く
なってメモリホールドの不良の原因となり、逆に厚すぎ
るとストリッジ電極16の内側の面積が小さくなってキ
ャパシタの容量が低下する。本発明は、このような課題
を解決するためのものであり、エッチングの際にエンド
ポイントを検出することができ、エッチングの深さを容
易に制御することができる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
な従来例においては、ステップ(d)におけるシリコン
膜9のエッチングの際に、エンドポイントの検出ができ
ないため、ストリッジ電極16の底部のシリコン膜の肉
厚を安定的に制御することが困難という問題点がある。
すなわち、底部のシリコン膜厚が薄すぎると抵抗が高く
なってメモリホールドの不良の原因となり、逆に厚すぎ
るとストリッジ電極16の内側の面積が小さくなってキ
ャパシタの容量が低下する。本発明は、このような課題
を解決するためのものであり、エッチングの際にエンド
ポイントを検出することができ、エッチングの深さを容
易に制御することができる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1に係る本発明の半導体装置の製造方
法は、半導体基板に素子を形成する工程と、この素子の
上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜に半
導体基板に達する深さのコンタクトホールを開孔する工
程と、このコンタクトホールを埋め尽くすとともに、層
間絶縁膜上に所定の膜厚の第1のシリコン膜を形成する
工程と、この第1のシリコン膜の上に、ストリッジ電極
とは異なる材料によって形成されるとともに、ストリッ
ジ電極のエッチングの際にエッチングストッパとして機
能することのない程度の膜厚の第1のエンドポイントマ
ーカ層を形成する工程と、この第1のエンドポイントマ
ーカ層の上に、第2のシリコン膜を形成する工程と、こ
の第2のシリコン膜の上に、ストリッジ電極とは異なる
材料によって形成されるとともに、ストリッジ電極のエ
ッチングの際にエッチングストッパとして機能すること
のない程度の膜厚の第2のエンドポイントマーカ層を形
成する工程と、この第2のエンドポイントマーカ層の上
に、第3のシリコン膜を形成する工程と、この第3のシ
リコン膜を、エッチングされた物質の種類をモニタする
とともにその濃度変化に基づいてエッチングし、コンタ
クトホールの上方に所定の幅のシリコン膜を形成する工
程と、この所定の幅のシリコン膜の両側に、酸化シリコ
ンからなるサイドウォールを形成する工程と、第1のシ
リコン膜を、エッチングされた物質の種類をモニタする
とともにその濃度変化に基づいてエッチングし、第1の
シリコン膜に所定の深さの開孔を施すことによってスト
リッジ電極を形成する工程と、サイドウォールを除去し
た後に、ストリッジ電極の表面に誘電体膜を形成し、さ
らにこの誘電体膜の上にセルプレート電極を形成する工
程とを備えたものである。このように構成することによ
り、請求項1に係る本発明は、エンドポイントを検出す
ることができるため、エッチングの深さを容易に制御す
ることができる。また、上部に配置された第2のエンド
ポイントマーカ層が、ストリッジ電極の加工時にシリコ
ン膜と一緒にエッチングされてしまうため、このエンド
ポイントマーカ層を除去するための新たな工程を用意す
る必要がない。
るために、請求項1に係る本発明の半導体装置の製造方
法は、半導体基板に素子を形成する工程と、この素子の
上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜に半
導体基板に達する深さのコンタクトホールを開孔する工
程と、このコンタクトホールを埋め尽くすとともに、層
間絶縁膜上に所定の膜厚の第1のシリコン膜を形成する
工程と、この第1のシリコン膜の上に、ストリッジ電極
とは異なる材料によって形成されるとともに、ストリッ
ジ電極のエッチングの際にエッチングストッパとして機
能することのない程度の膜厚の第1のエンドポイントマ
ーカ層を形成する工程と、この第1のエンドポイントマ
ーカ層の上に、第2のシリコン膜を形成する工程と、こ
の第2のシリコン膜の上に、ストリッジ電極とは異なる
材料によって形成されるとともに、ストリッジ電極のエ
ッチングの際にエッチングストッパとして機能すること
のない程度の膜厚の第2のエンドポイントマーカ層を形
成する工程と、この第2のエンドポイントマーカ層の上
に、第3のシリコン膜を形成する工程と、この第3のシ
リコン膜を、エッチングされた物質の種類をモニタする
とともにその濃度変化に基づいてエッチングし、コンタ
クトホールの上方に所定の幅のシリコン膜を形成する工
程と、この所定の幅のシリコン膜の両側に、酸化シリコ
ンからなるサイドウォールを形成する工程と、第1のシ
リコン膜を、エッチングされた物質の種類をモニタする
とともにその濃度変化に基づいてエッチングし、第1の
シリコン膜に所定の深さの開孔を施すことによってスト
リッジ電極を形成する工程と、サイドウォールを除去し
た後に、ストリッジ電極の表面に誘電体膜を形成し、さ
らにこの誘電体膜の上にセルプレート電極を形成する工
程とを備えたものである。このように構成することによ
り、請求項1に係る本発明は、エンドポイントを検出す
ることができるため、エッチングの深さを容易に制御す
ることができる。また、上部に配置された第2のエンド
ポイントマーカ層が、ストリッジ電極の加工時にシリコ
ン膜と一緒にエッチングされてしまうため、このエンド
ポイントマーカ層を除去するための新たな工程を用意す
る必要がない。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図1は、本発明に係る半
導体装置の製造工程を示す断面図である。同図中の
(a)〜(h)は、製造工程の一連のステップを示す。
について図を用いて説明する。図1は、本発明に係る半
導体装置の製造工程を示す断面図である。同図中の
(a)〜(h)は、製造工程の一連のステップを示す。
【0012】まず、ステップ(a)においては、予めシ
リコン基板1にゲート酸化膜2、ゲート電極3、拡散層
4等が形成されて素子が構成されている。このような素
子は、図中では1個しか記載されていないが実際には複
数作製されており、各素子はその間に素子分離膜5が形
成されて互いに電気的に分離されている。
リコン基板1にゲート酸化膜2、ゲート電極3、拡散層
4等が形成されて素子が構成されている。このような素
子は、図中では1個しか記載されていないが実際には複
数作製されており、各素子はその間に素子分離膜5が形
成されて互いに電気的に分離されている。
【0013】そして、これらの素子や素子分離膜5の上
には、層間絶縁膜6およびノンドープの酸化膜7が形成
され、これら2つの膜を貫通して拡散層4に達する深さ
のコンタクトホール14が開孔されている。コンタクト
ホール14の側面には、電気的特性をよくするために酸
化膜8が形成されている。
には、層間絶縁膜6およびノンドープの酸化膜7が形成
され、これら2つの膜を貫通して拡散層4に達する深さ
のコンタクトホール14が開孔されている。コンタクト
ホール14の側面には、電気的特性をよくするために酸
化膜8が形成されている。
【0014】そして、希フッ酸によってコンタクトホー
ル14の底部に生じた自然酸化膜を除去した後に、この
コンタクトホール14を埋め尽くすとともに、酸化膜7
の上に所定の膜厚のシリコン膜9を形成する。さらに、
その上には順次エンドポイントマーカ層10、シリコン
膜11、エンドポイントマーカ層12、シリコン膜13
が順次形成されている。
ル14の底部に生じた自然酸化膜を除去した後に、この
コンタクトホール14を埋め尽くすとともに、酸化膜7
の上に所定の膜厚のシリコン膜9を形成する。さらに、
その上には順次エンドポイントマーカ層10、シリコン
膜11、エンドポイントマーカ層12、シリコン膜13
が順次形成されている。
【0015】ここで、例えばシリコン膜9、11、13
としてリンドープト・アモルファスシリコンを成長させ
る場合は、シランガスとホスフィンを含むガス系によ
り、成長温度を520〜530℃、成長圧力を0.5〜
2.0Torr、P濃度を1.0e20〜atoms/
ccとする。なお、シリコン膜13は、ドープまたはノ
ンドープの何れを用いてもよく、PE−CVDによって
アモルファスシリコン膜を成膜してもよい。また、後工
程でHSG処理を施さない場合は、シリコン膜9、1
1、13をポリシリコンによって形成してもよい。
としてリンドープト・アモルファスシリコンを成長させ
る場合は、シランガスとホスフィンを含むガス系によ
り、成長温度を520〜530℃、成長圧力を0.5〜
2.0Torr、P濃度を1.0e20〜atoms/
ccとする。なお、シリコン膜13は、ドープまたはノ
ンドープの何れを用いてもよく、PE−CVDによって
アモルファスシリコン膜を成膜してもよい。また、後工
程でHSG処理を施さない場合は、シリコン膜9、1
1、13をポリシリコンによって形成してもよい。
【0016】さらに、エンドポイントマーカ層10,1
2は、1〜2nm程度の酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜によって形成され、それらの下層のシリコン膜の成膜
途中でO2 やNH3 ガスを添加するだけで形成される。
また、シリコン膜の成長を中断してからO2 ガスを導入
し、シリコン膜表面にシリコン膜に表面に自然酸化膜を
形成することによっても得られる。したがって、シリコ
ン膜9,11,13を連続して成長させることができ
る。
2は、1〜2nm程度の酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜によって形成され、それらの下層のシリコン膜の成膜
途中でO2 やNH3 ガスを添加するだけで形成される。
また、シリコン膜の成長を中断してからO2 ガスを導入
し、シリコン膜表面にシリコン膜に表面に自然酸化膜を
形成することによっても得られる。したがって、シリコ
ン膜9,11,13を連続して成長させることができ
る。
【0017】ステップ(b)において、シリコン膜13
を異方性ドライエッチングによってコンタクトホール1
4の上方に所定の幅だけ残るように加工する。このと
き、エッチングされた物質のプラズマ中での発光(エン
ドポイントマーカ層12に酸化シリコンを用いたとき
は、酸素の発光をモニタする)を常時モニタし、エンド
ポイントマーカ層12に含まれる物質等の発光強度の変
化に応じてエッチングを停止する。なお、発光強度をモ
ニタする代わりに、エッチングされた物質の質量分析に
よってエンドポイントを検出してもよく、詳細は以下の
実施例に記載する。
を異方性ドライエッチングによってコンタクトホール1
4の上方に所定の幅だけ残るように加工する。このと
き、エッチングされた物質のプラズマ中での発光(エン
ドポイントマーカ層12に酸化シリコンを用いたとき
は、酸素の発光をモニタする)を常時モニタし、エンド
ポイントマーカ層12に含まれる物質等の発光強度の変
化に応じてエッチングを停止する。なお、発光強度をモ
ニタする代わりに、エッチングされた物質の質量分析に
よってエンドポイントを検出してもよく、詳細は以下の
実施例に記載する。
【0018】ステップ(c)において、シリコン膜13
の上に酸化膜15を形成する。例えば、既存の常圧CV
D、または、500℃以下のPE−CVDによって酸化
膜を成膜する。このとき、不純物としてPやBを用いる
ことにより、酸化膜15をBPSG膜とする。ステップ
(d)において、酸化膜15を異方性ドライエッチング
技術によってエッチバックし、サイドウォール15aを
形成する。
の上に酸化膜15を形成する。例えば、既存の常圧CV
D、または、500℃以下のPE−CVDによって酸化
膜を成膜する。このとき、不純物としてPやBを用いる
ことにより、酸化膜15をBPSG膜とする。ステップ
(d)において、酸化膜15を異方性ドライエッチング
技術によってエッチバックし、サイドウォール15aを
形成する。
【0019】ステップ(e)において、サイドウォール
15aをエッチングマスクとして、シリコン膜11およ
び13をエッチングする。このとき、エッチングされた
物質の発光(エンドポイントマーカ層に酸化シリコンを
用いたときは、酸素の発光をモニタする)を常時モニタ
し、エンドポイントマーカ層10に含まれる物質の発光
強度に応じてエッチングを停止する。その結果、底部に
所定の厚さのシリコン膜を残したストリッジ電極が作製
される。なお、発光強度をモニタする代わりに、質量分
析によってエンドポイントを検出してもよく、詳細は以
下の実施例に記載する。
15aをエッチングマスクとして、シリコン膜11およ
び13をエッチングする。このとき、エッチングされた
物質の発光(エンドポイントマーカ層に酸化シリコンを
用いたときは、酸素の発光をモニタする)を常時モニタ
し、エンドポイントマーカ層10に含まれる物質の発光
強度に応じてエッチングを停止する。その結果、底部に
所定の厚さのシリコン膜を残したストリッジ電極が作製
される。なお、発光強度をモニタする代わりに、質量分
析によってエンドポイントを検出してもよく、詳細は以
下の実施例に記載する。
【0020】ステップ(f)において、サイドウォール
15aを選択的に除去する。このとき、酸化膜7をノン
ドープとし、サイドウォール15aをBPSGによって
形成しておけば、HFを用いてサイドウォール15aの
みを選択的に除去することができる。ステップ(g)に
おいて、HSG化の前処理として希フッ酸でストリッジ
電極16上の自然酸化膜を除去した後に、550〜60
0℃および1mTorr以下の下でシランガスを照射
し、ストリッジ電極16の表面に核17を付着させる。
15aを選択的に除去する。このとき、酸化膜7をノン
ドープとし、サイドウォール15aをBPSGによって
形成しておけば、HFを用いてサイドウォール15aの
みを選択的に除去することができる。ステップ(g)に
おいて、HSG化の前処理として希フッ酸でストリッジ
電極16上の自然酸化膜を除去した後に、550〜60
0℃および1mTorr以下の下でシランガスを照射
し、ストリッジ電極16の表面に核17を付着させる。
【0021】ステップ(h)において、ストリッジ電極
16の表面に核17を付着させた状態でアニール処理を
行い、凹凸形状のHSGグレイン17aを成長させる。
その後、ストリッジ電極16の表面に誘電体膜18を形
成してからセルプレート電極19を形成することによ
り、シリンダ型のキャパシタが形成される。なお、必ず
しもHSG処理を施す必要はなく、従来例のようにスト
リッジ電極にHSG処理を施さずに誘電体膜およびセル
プレート電極を形成してキャパシタを作製してもよい。
この場合には、シリコン膜をアモルファスシリコンで形
成しなくてもよい。
16の表面に核17を付着させた状態でアニール処理を
行い、凹凸形状のHSGグレイン17aを成長させる。
その後、ストリッジ電極16の表面に誘電体膜18を形
成してからセルプレート電極19を形成することによ
り、シリンダ型のキャパシタが形成される。なお、必ず
しもHSG処理を施す必要はなく、従来例のようにスト
リッジ電極にHSG処理を施さずに誘電体膜およびセル
プレート電極を形成してキャパシタを作製してもよい。
この場合には、シリコン膜をアモルファスシリコンで形
成しなくてもよい。
【0022】次に、本発明に係るその他の実施の形態に
ついて説明する。図4は、本発明に係るその他の実施の
形態を示す断面図である。同図において、図1における
同一符号のものは同一または同等のものを示し、コンタ
クト抵抗等を下げるためにシリコン膜9,11,13が
ドープト・アモルファスシリコンによって形成されたも
のである。また、エンドポイントマーカ層10,12と
シリコン膜11との界面には、それぞれノンドープト・
アモルファスシリコン膜20,21を形成している。
ついて説明する。図4は、本発明に係るその他の実施の
形態を示す断面図である。同図において、図1における
同一符号のものは同一または同等のものを示し、コンタ
クト抵抗等を下げるためにシリコン膜9,11,13が
ドープト・アモルファスシリコンによって形成されたも
のである。また、エンドポイントマーカ層10,12と
シリコン膜11との界面には、それぞれノンドープト・
アモルファスシリコン膜20,21を形成している。
【0023】さて、高濃度の不純物を含んだアモルファ
スシリコン膜を、酸化膜上に直接形成すると、膜成長、
HSGの核形成、HSG化アニール等の工程における高
温によって、酸化膜との界面からアモルファスシリコン
が結晶化しやすくなる。すなわち、図4(a)において
は、ドープト・アモルファスシリコンによって形成され
たシリコン膜9,11,13が結晶化することがある。
そして、ストリッジ電極16の表面にHSG処理を施す
場合、結晶化がストリッジ電極16の表面に達するとH
SGの成長が停止してしまうという問題が生ずることが
ある。
スシリコン膜を、酸化膜上に直接形成すると、膜成長、
HSGの核形成、HSG化アニール等の工程における高
温によって、酸化膜との界面からアモルファスシリコン
が結晶化しやすくなる。すなわち、図4(a)において
は、ドープト・アモルファスシリコンによって形成され
たシリコン膜9,11,13が結晶化することがある。
そして、ストリッジ電極16の表面にHSG処理を施す
場合、結晶化がストリッジ電極16の表面に達するとH
SGの成長が停止してしまうという問題が生ずることが
ある。
【0024】そのため、ストリッジ電極16の中で最も
表面積の大きいシリコン膜11においては、特に結晶化
するのを防止する必要がある。そこで、本願の発明者
は、エンドポイントマーカ層10,12とシリコン膜1
1との界面に、ノンドープト・アモルファスシリコン膜
20,21をそれぞれ形成することにより、シリコン膜
11の結晶化を防止する方法を見いだした。その結果、
酸化膜7,15と接したシリコン膜9,13が結晶化
(ポリシリコン22)することはあっても、ノンドープ
ト・アモルファスシリコン膜20,21によって挟まれ
たシリコン膜11が結晶化することはない。
表面積の大きいシリコン膜11においては、特に結晶化
するのを防止する必要がある。そこで、本願の発明者
は、エンドポイントマーカ層10,12とシリコン膜1
1との界面に、ノンドープト・アモルファスシリコン膜
20,21をそれぞれ形成することにより、シリコン膜
11の結晶化を防止する方法を見いだした。その結果、
酸化膜7,15と接したシリコン膜9,13が結晶化
(ポリシリコン22)することはあっても、ノンドープ
ト・アモルファスシリコン膜20,21によって挟まれ
たシリコン膜11が結晶化することはない。
【0025】なお、エンドポイントマーカ層10は、後
述のようにストリッジ電極16中に残ることになるが、
その膜厚は1〜2nmと極めて薄いため、電子がトンネ
ル電流として貫通するので寄生容量素子が形成されるこ
とはない。また、1nm以上の膜厚が有ればエンドポイ
ントマーカとして十分に検出可能である。
述のようにストリッジ電極16中に残ることになるが、
その膜厚は1〜2nmと極めて薄いため、電子がトンネ
ル電流として貫通するので寄生容量素子が形成されるこ
とはない。また、1nm以上の膜厚が有ればエンドポイ
ントマーカとして十分に検出可能である。
【0026】次に、ノンドープト・アモルファスシリコ
ン膜20、21の膜厚の決め方について説明する。図5
は、ノンドープト・アモルファスシリコン膜の膜厚と、
その上に形成されたHSGグレインの形状不良との関係
を示すグラフである。同図に示されるように、下地のド
ープト・アモルファスシリコンにおけるPの濃度によっ
て若干変化するが、30nm程度以上のノンドープト・
アモルファスシリコン膜20,21を形成すればHSG
グレインの形状不良を防止できることがわかる。
ン膜20、21の膜厚の決め方について説明する。図5
は、ノンドープト・アモルファスシリコン膜の膜厚と、
その上に形成されたHSGグレインの形状不良との関係
を示すグラフである。同図に示されるように、下地のド
ープト・アモルファスシリコンにおけるPの濃度によっ
て若干変化するが、30nm程度以上のノンドープト・
アモルファスシリコン膜20,21を形成すればHSG
グレインの形状不良を防止できることがわかる。
【0027】
【実施例】次に本発明に係る実施例について説明する。
なお、実施例1〜3におけるシリコン膜13,9の成膜
にはLP−CVDを用い、実施例4におけるシリコン膜
13の成膜にはプラズマCVDを用いている。 [実施例1]各層の材料および膜厚を以下のようにす
る。 シリコン膜13 :ドープト・アモルファスシリコン膜(430nm) エンドポイントマーカ層12:酸化シリコン膜(1〜2nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜21 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) シリコン膜11 :ドープト・アモルファスシリコン膜(490nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜20 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) エンドポイントマーカ層10:酸化シリコン膜(1〜2nm) シリコン膜9 :ドープト・アモルファスシリコン膜(150nm)
なお、実施例1〜3におけるシリコン膜13,9の成膜
にはLP−CVDを用い、実施例4におけるシリコン膜
13の成膜にはプラズマCVDを用いている。 [実施例1]各層の材料および膜厚を以下のようにす
る。 シリコン膜13 :ドープト・アモルファスシリコン膜(430nm) エンドポイントマーカ層12:酸化シリコン膜(1〜2nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜21 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) シリコン膜11 :ドープト・アモルファスシリコン膜(490nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜20 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) エンドポイントマーカ層10:酸化シリコン膜(1〜2nm) シリコン膜9 :ドープト・アモルファスシリコン膜(150nm)
【0028】また、発光強度をモニタする方法は以下の
とおりであり、エンドポイントマーカ層12,10の何
れとも(1)〜(3)の何れかで検出することができ
る。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、Pの発光をモニタし、強度の弱
くなったところをエンドポイントとする。モニタする光
の波長は、214,253[nm]等とする。
とおりであり、エンドポイントマーカ層12,10の何
れとも(1)〜(3)の何れかで検出することができ
る。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、Pの発光をモニタし、強度の弱
くなったところをエンドポイントとする。モニタする光
の波長は、214,253[nm]等とする。
【0029】また、質量分析によってモニタする方法は
以下のとおりであり、エンドポイント層12,9の何れ
とも(1)〜(3)の何れかで方法で検出することがで
きる。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、Pを質量数31でモニタし、強
度の弱くなったところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、SiPを質量数59でモニ
タし、強度の弱くなったところをエンドポイントとす
る。
以下のとおりであり、エンドポイント層12,9の何れ
とも(1)〜(3)の何れかで方法で検出することがで
きる。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、Pを質量数31でモニタし、強
度の弱くなったところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、SiPを質量数59でモニ
タし、強度の弱くなったところをエンドポイントとす
る。
【0030】[実施例2] 各層の材料および膜厚を以下のようにする。 シリコン膜13 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(430nm) エンドポイントマーカ層12:酸化シリコン膜(1〜2nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜21 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) シリコン膜11 :ドープト・アモルファスシリコン膜(490nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜20 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) エンドポイントマーカ層10:酸化シリコン膜(1〜2nm) シリコン膜9 :ドープト・アモルファスシリコン膜(150nm)
【0031】また、発光強度をモニタする方法は以下の
とおりである。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPの発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。エンドポイントマーカ層10
の検出にはPの発光をモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、そ
れぞれ214,253[nm]等とする。
とおりである。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPの発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。エンドポイントマーカ層10
の検出にはPの発光をモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、そ
れぞれ214,253[nm]等とする。
【0032】また、質量分析によってモニタする方法は
以下のとおりである。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPを質量数31でモニタし、強度が強くなった
ところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層9
の検出にはSiPを質量数59でモニタし、強度の強く
なったところをエンドポイントとする。
以下のとおりである。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPを質量数31でモニタし、強度が強くなった
ところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層9
の検出にはSiPを質量数59でモニタし、強度の強く
なったところをエンドポイントとする。
【0033】[実施例3] 各層の材料および膜厚を以下のようにする。 シリコン膜13 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(430nm) エンドポイントマーカ層12:窒化シリコン膜(1〜2nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜21 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) シリコン膜11 :ドープト・アモルファスシリコン膜(490nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜20 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) エンドポイントマーカ層10:窒化シリコン膜(1〜2nm) シリコン膜9 :ドープト・アモルファスシリコン膜(150nm)
【0034】また、発光強度をモニタする方法は以下の
とおりである。 (1)SiNの発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、4
41,405,409,413,420,424[n
m]等とする。 (2)エンドポイントマーカ層12の検出にはCNの発
光モニタし、強度が強くなったところをエンドポイント
とする。モニタする光の波長は,387,418,64
7,693,709,785[nm]等とする。なお、
上記CNのCは、製造工程においてレジストから供給さ
れたものである。
とおりである。 (1)SiNの発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、4
41,405,409,413,420,424[n
m]等とする。 (2)エンドポイントマーカ層12の検出にはCNの発
光モニタし、強度が強くなったところをエンドポイント
とする。モニタする光の波長は,387,418,64
7,693,709,785[nm]等とする。なお、
上記CNのCは、製造工程においてレジストから供給さ
れたものである。
【0035】また、質量分析によってモニタする方法は
以下のとおりである。 (1)窒素原子Nをモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。 (2)SiNをモニタし、強度が強くなったところをエ
ンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層1
2の検出にはSiPをモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPをモニタし、強度の強くなったところをエン
ドポイントとする。
以下のとおりである。 (1)窒素原子Nをモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。 (2)SiNをモニタし、強度が強くなったところをエ
ンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層1
2の検出にはSiPをモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPをモニタし、強度の強くなったところをエン
ドポイントとする。
【0036】[実施例4] 各層の材料および膜厚を以下のようにする。 シリコン膜13 :プラズマCVDノント゛ーフ゜ト・アモルファスシリコン膜(430nm) エンドポイントマーカ層12:自然酸化膜(1〜2nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜21 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) シリコン膜11 :ドープト・アモルファスシリコン膜(490nm) ノンドープト・アモルファスシリコン膜20 :ノンドープト・アモルファスシリコン膜(30nm) エンドポイントマーカ層10:酸化シリコン膜(1〜2nm) シリコン膜9 :ドープト・アモルファスシリコン膜(150nm)
【0037】また、発光強度をモニタする方法は以下の
とおりである。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPの発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。エンドポイントマーカ層10
の検出にはPの発光をモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
14,253[nm]等とする。
とおりである。 (1)酸素の発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。モニタする光の波長は、43
7,497,502,533,544,605,61
6,646,700,725,777[nm]等とす
る。 (2)SiO2 発光をモニタし、強度が強くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
41,234,249[nm]等とする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPの発光をモニタし、強度が強くなったところ
をエンドポイントとする。エンドポイントマーカ層10
の検出にはPの発光をモニタし、強度が弱くなったとこ
ろをエンドポイントとする。モニタする光の波長は、2
14,253[nm]等とする。
【0038】また、質量分析によってモニタする方法は
以下のとおりである。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPを質量数31でモニタし、強度が強くなった
ところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層9
の検出にはSiPを質量数59でモニタし、強度の強く
なったところをエンドポイントとする。
以下のとおりである。 (1)酸素原子Oを質量数16でモニタし、強度が強く
なったところをエンドポイントとする。 (2)SiO2 を質量数60でモニタし、強度が強くな
ったところをエンドポイントとする。 (3)ノンドープ層とドープ層におけるPの濃度の違い
を利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層12の
検出にはPを質量数31でモニタし、強度が強くなった
ところをエンドポイントとする。 (4)ノンドープ層とドープ層におけるSiPの濃度の
違いを利用する。すなわち、エンドポイントマーカ層9
の検出にはSiPを質量数59でモニタし、強度の強く
なったところをエンドポイントとする。
【0039】なお、実施例4においては、ノンドープト
・アモルファスシリコンをプラズマCVDによって成膜
しているため、LP−CVDに比べて低温での成長が可
能であり、犠牲シリコンであるシリコン膜13の形成時
に熱履歴が少なく、ストリッジ電極16中に結晶化が生
じにくいという効果を有する。
・アモルファスシリコンをプラズマCVDによって成膜
しているため、LP−CVDに比べて低温での成長が可
能であり、犠牲シリコンであるシリコン膜13の形成時
に熱履歴が少なく、ストリッジ電極16中に結晶化が生
じにくいという効果を有する。
【0040】 また、実施例1〜4におけるエッチング条件は、以下のとおりである。 エッチング装置 :平行平板型リアクティフ゛イオンエッチンク゛装置 圧力 :100mTorr 電極間ギャップ :80mm Cl2 :150sccm HBr :450sccm O2 :5sccm トップ(TOP )側パワー :500W ボトム(Bottom)側パワー:300W
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はHSG処
理の際に、ストリッジ電極内にエンドポイントマーカ層
を形成しているため、エッチング深さを安定的に制御す
ることができる。また、エンドポイントマーカ層は、ス
トリッジ電極の加工時にシリコン膜と一緒にエッチング
されてしまうため、除去するための新たな工程を用意す
る必要がない。さらに、シリコン膜内にノンドープト・
アモルファスシリコン膜を2箇所形成することによって
これら2つの膜によって挟まれたアモルファスシリコン
の結晶化を防止でき、HSGグレインの形状不良を抑制
することができる。
理の際に、ストリッジ電極内にエンドポイントマーカ層
を形成しているため、エッチング深さを安定的に制御す
ることができる。また、エンドポイントマーカ層は、ス
トリッジ電極の加工時にシリコン膜と一緒にエッチング
されてしまうため、除去するための新たな工程を用意す
る必要がない。さらに、シリコン膜内にノンドープト・
アモルファスシリコン膜を2箇所形成することによって
これら2つの膜によって挟まれたアモルファスシリコン
の結晶化を防止でき、HSGグレインの形状不良を抑制
することができる。
【図1】 本発明に係る製造工程の一つの実施の形態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図2】 図1に引き続く製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図3】 図2に引き続く製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図4】 各層の膜厚を示す断面図である。
【図5】 ノンドープト・アモルファスシリコン膜の膜
厚と、その上に形成されたHSGグレインの形状不良と
の関係を示すグラフである。
厚と、その上に形成されたHSGグレインの形状不良と
の関係を示すグラフである。
【図6】 従来の製造工程を示す断面図である。
【図7】 図6に引き続く製造工程を示す断面図であ
る。
る。
1…シリコン基板、2…ゲート酸化膜、3…ゲート電
極、4…拡散層、5…素子分離膜、6…層間絶縁膜、
7,8,15…酸化膜、9,11,13…シリコン膜、
10,12…エンドポイントマーカ層、14…コンタク
トホール、15a…サイドウォール、16…ストリッジ
電極、17…核、17a…HSGグレイン、18…誘電
体膜、19…セルプレート電極。
極、4…拡散層、5…素子分離膜、6…層間絶縁膜、
7,8,15…酸化膜、9,11,13…シリコン膜、
10,12…エンドポイントマーカ層、14…コンタク
トホール、15a…サイドウォール、16…ストリッジ
電極、17…核、17a…HSGグレイン、18…誘電
体膜、19…セルプレート電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−266287(JP,A) 特開 平6−120172(JP,A) 特開 平8−124904(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/108 H01L 21/3065 H01L 21/8242
Claims (8)
- 【請求項1】 ストリッジ電極を有するキャパシタを、
半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法におい
て、前記半導体基板に素子を形成する工程と、 この素子の上に層間絶縁膜を形成する工程と、 この層間絶縁膜に前記半導体基板に達する深さのコンタ
クトホールを開孔する工程と、 このコンタクトホールを埋め尽くすとともに、前記層間
絶縁膜上に所定の膜厚の第1のシリコン膜を形成する工
程と、 この第1のシリコン膜の上に、前記ストリッジ電極とは
異なる材料によって形成されるとともに、前記ストリッ
ジ電極のエッチングの際にエッチングストッパとして機
能することのない程度の膜厚の第1のエンドポイントマ
ーカ層を形成する工程と、 この第1のエンドポイントマーカ層の上に、第2のシリ
コン膜を形成する工程と、 この第2のシリコン膜の上に、前記ストリッジ電極とは
異なる材料によって形成されるとともに、前記ストリッ
ジ電極のエッチングの際にエッチングストッパとして機
能することのない程度の膜厚の第2のエンドポイントマ
ーカ層を形成する工程と、 この第2のエンドポイントマーカ層の上に、第3のシリ
コン膜を形成する工程と、 この第3のシリコン膜を、エッチングされた物質の種類
をモニタしながらその濃度変化に応じてエッチングし、
前記コンタクトホールの上方に所定の幅のシリコン膜を
形成する工程と、 この所定の幅のシリコン膜の両側に、酸化シリコンから
なるサイドウォールを形成する工程と、 前記第1のシリコン膜を、エッチングされた物質の種類
をモニタしながらその濃度変化に応じてエッチングし、
前記第1のシリコン膜に所定の深さの開孔を施すことに
よってストリッジ電極を形成する工程と、 前記サイドウォールを除去した後に、前記ストリッジ電
極の表面に誘電体膜を形成し、さらにこの誘電体膜の上
にセルプレート電極を形成する工程とを備えたことを 特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記エンドポイントマーカ層は、その膜厚が1〜2nm
の酸化シリコンによって形成されていることを 特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1において、前記第1,第2および第3のシリコン膜は、不純物を含
むドープト・アモルファスシリコンによって形成されて
いる ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1において、前記第3のシリコン膜は、不純物を含まないノンドープ
ト・アモルファスシリコンによって形成されている こと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1において、 前記ストリッジ電極の表面に、HSGグレインを形成す
る ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項3において、前記不純物は、リンである ことを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5において、前記第1のエンドポイントマーカ層と前記第2のシリコ
ン膜との界面、および、前記第2のシリコン膜と前記第
2のエンドポイントマーカ層との界面に、それぞれ所定
の膜厚のノンドープト・アモルファスシリコン膜を形成
した ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項7において、前記ノンドープト・アモルファスシリコン膜の膜厚は、
30nm以上である ことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
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