JP3416929B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3416929B2
JP3416929B2 JP33562497A JP33562497A JP3416929B2 JP 3416929 B2 JP3416929 B2 JP 3416929B2 JP 33562497 A JP33562497 A JP 33562497A JP 33562497 A JP33562497 A JP 33562497A JP 3416929 B2 JP3416929 B2 JP 3416929B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はダイナミックラム
(DRAM)等の情報蓄積部としてのキャパシタを有す
る半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a capacitor as an information storage unit such as a dynamic RAM (DRAM).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のLSIの高集積化に伴い素子面積
の縮小化が進められているため、1トランジスタ、1キ
ャパシタで構成されているDRAMでは、情報蓄積部で
あるキャパシタの面積が縮小され、情報の記憶機能を損
なう結果になる。そこで、素子面積を縮小してもキャパ
シタの容量を減少させない工夫が提案されている。例え
ば、特開平6−204402号公報、特開平7−153
916号公報や、シンポジウム・オン・ブイエルエスア
イ・テクノロジー・ダイジェスト・オブ・テクニカル・
ペーペーズ(Symposium on VLSI Technology Digest of
Technical papers )に記載のマイクロ・ビラス・パタ
ーニング・テクノロジー・フォー・256メガヒット・
ダイナミックRAM・スタックセル(Micro Villus PAt
terning(MVP) Technology for 256Mb DRAM Stack cell
)に開示されているように、キャパシタ電極にフォト
リソグラフィ技術の解像度を超えた微小な柱を形成し、
実効的なキャパシタ電極の表面積を増やすことによっ
て、容量を増加させるキャパシタ構造が提案されてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, with the trend toward higher integration of LSIs, the area of elements has been reduced. Therefore, in a DRAM composed of one transistor and one capacitor, the area of a capacitor serving as an information storage section has been reduced. As a result, the memory function of information is impaired. Therefore, there has been proposed a device that does not reduce the capacitance of the capacitor even if the element area is reduced. For example, JP-A-6-204402 and JP-A-7-153.
No. 916 Bulletin and Symposium on BUILS Technology Digest of Technical.
Papers (Symposium on VLSI Technology Digest of
Micro paper patterning technology for 256 mega hits described in Technical papers)
Dynamic RAM / Stack cell (Micro Villus PAt
terning (MVP) Technology for 256Mb DRAM Stack cell
), A micro pillar beyond the resolution of photolithography technology is formed on the capacitor electrode,
A capacitor structure has been proposed in which the capacitance is increased by increasing the effective surface area of the capacitor electrode.

【0003】図6はこの種のDRAMのメモリセルの製
造工程断面図であり、ここでは、C.O.B(Capacito
r Over Bit-Line )構造のメモリセルを例として説明す
る。先ず、図6(a)において、1はP型シリコン基
板、2はフィールド酸化膜、3はゲート電極、4はn型
拡散層、5は二酸化シリコン膜、6はBPSG膜、7は
ビット線、8はBPSG膜、9は二酸化シリコン膜であ
り、公知のMOSトランジスタとして構成されている。
しかる上で、前記二酸化シリコン膜9、BPSG膜8,
6、二酸化シリコン膜5にわたって前記n型拡散層4に
達するコンタクトホール10を開口し、P(リン)ドー
プトボリシリコン膜11、二酸化シリコン膜12を順次
積層し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望のパター
ンに形成してキャパシタ電極を得る。その後、全面にア
モルファスシリコン膜を堆積してアニールし、半球状グ
レインを有するシリコン膜(Hemi-Spherical Grained s
ilicon, 以下HSGシリコン膜と記す)13を形成す
る。
FIG. 6 is a sectional view showing the steps of manufacturing a memory cell of a DRAM of this type. O. B (Capacito
A memory cell having an r Over Bit-Line structure will be described as an example. First, in FIG. 6A, 1 is a P-type silicon substrate, 2 is a field oxide film, 3 is a gate electrode, 4 is an n-type diffusion layer, 5 is a silicon dioxide film, 6 is a BPSG film, 7 is a bit line, Reference numeral 8 is a BPSG film, and 9 is a silicon dioxide film, which is configured as a known MOS transistor.
Then, the silicon dioxide film 9, the BPSG film 8,
6, a contact hole 10 reaching the n-type diffusion layer 4 is opened over the silicon dioxide film 5, a P (phosphorus) -doped polysilicon film 11 and a silicon dioxide film 12 are sequentially stacked, and a desired photolithography technique is used. Formed in a pattern to obtain a capacitor electrode. After that, an amorphous silicon film is deposited on the entire surface and annealed to form a silicon film (Hemi-Spherical Grained s) having hemispherical grains.
Silicon, hereinafter referred to as HSG silicon film) 13 is formed.

【0004】次いで、図6(b)に示すように、前記H
SGシリコン膜13を全面エッチングバックし、半球状
グレインの凹部に相当する部分の前記二酸化シリコン膜
12の一部を露出させる。更に、二酸化シリコン膜12
のエッチングを進行させることで二酸化シリコン膜13
を前記半球状グレインに従ってパターン形成し、続いて
そのパターニングされた二酸化シリコン膜12をマスク
に前記ポリシリコン膜11の表面部位を異方性エッチン
グして図7(a)のように、複数の柱状突起23を形成
する。
Next, as shown in FIG.
The SG silicon film 13 is entirely etched back to expose a part of the silicon dioxide film 12 in a portion corresponding to the concave portion of the hemispherical grain. Further, the silicon dioxide film 12
Of silicon dioxide film 13 by advancing the etching of
Are patterned according to the hemispherical grains, and then the surface portion of the polysilicon film 11 is anisotropically etched using the patterned silicon dioxide film 12 as a mask to form a plurality of pillars as shown in FIG. The protrusion 23 is formed.

【0005】その後、図7(b)に示すように、ウェッ
トエッチングを施して二酸化シリコン膜12をエッチン
グ除去し、キャパシタ電極24を得る。さらに、表面に
窒化シリコン膜21を堆積し、その上に導電膜を形成し
てプレート電極22を形成する。これにより、キャパシ
タ電極24に形成された複数本の柱状突起23の周面を
利用したキャパシタが形成され、対向面積の大きな、容
量の増大されたキャパシタを得ることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, wet etching is performed to remove the silicon dioxide film 12 by etching to obtain a capacitor electrode 24. Further, a silicon nitride film 21 is deposited on the surface and a conductive film is formed on the silicon nitride film 21 to form a plate electrode 22. As a result, a capacitor using the peripheral surfaces of the plurality of columnar protrusions 23 formed on the capacitor electrode 24 is formed, and a capacitor having a large facing area and an increased capacitance can be obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の構造
では、キャパシタ電極の柱状突起23を形成するための
マスクとして利用するHSGシリコン膜13にはグレイ
ンの大小が混在しているため、柱状突起23の大きさに
ばらつきが生じる。このため、極小の柱状突起において
は、その力学的強度が乏しく、例えばマスク二酸化シリ
コン膜12をウェットエッチングにより除去する際や、
パーティクル除去を行う洗浄工程等により柱状突起の折
損が生じ、歩留り低下の要因となっていた。また、キャ
パシタの容量をより増大するためには、柱状突起23の
高さをより高くする必要があるが、柱状突起23の高さ
を大きくすればそれだけ柱状突起23の機械的な強度が
低下されることになり、充分なキャパシタ容量を実現す
ることが困難となる。
In such a conventional structure, since the HSG silicon film 13 used as a mask for forming the columnar protrusions 23 of the capacitor electrode has mixed grains of different sizes, the columnar protrusions are mixed. 23 varies in size. Therefore, the mechanical strength of the extremely small columnar projection is poor, and for example, when the mask silicon dioxide film 12 is removed by wet etching,
The cleaning process for removing particles causes breakage of the columnar protrusions, which causes a reduction in yield. Further, in order to further increase the capacitance of the capacitor, it is necessary to make the height of the columnar projections 23 higher. However, if the height of the columnar projections 23 is made larger, the mechanical strength of the columnar projections 23 is reduced accordingly. Therefore, it becomes difficult to realize a sufficient capacitor capacity.

【0007】この点、前記した特開平6−204402
号公報に記載の技術では、HSGシリコン膜のグレイン
を利用し、このグレインの凹部に埋設された絶縁膜をマ
スクとして利用してキャパシタ電極に凹部を形成し、表
面積の増大を図る技術が提案されているが、この技術で
はマスクとしての絶縁膜はグレインの周囲で膜厚が薄く
なるために、キャパシタ電極をエッチングする際にHS
Gシリコン膜のエッチング進行に伴ってマスクとしての
絶縁膜の形が崩れてしまい、凹部を形成する際の好適な
マスクとして機能することが難しく、所望の寸法の凹部
を形成することが難しいとともに、実際に複数の凹部を
有する電極を実現することが難しいものとなっている。
また、単に凹部を形成するのみでは、素子が更に微細化
されたときに充分な容量を確保することは困難である。
In this respect, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-204402
In the technique described in the publication, a technique is proposed in which a grain of an HSG silicon film is used, and a recess is formed in a capacitor electrode by using an insulating film buried in the recess of the grain as a mask to increase the surface area. However, in this technique, the insulating film as a mask has a thin film thickness around the grains, and therefore, when the capacitor electrode is etched, HS is used.
As the etching of the G silicon film progresses, the shape of the insulating film as a mask collapses, it is difficult to function as a suitable mask when forming a recess, and it is difficult to form a recess having a desired size. Actually, it is difficult to realize an electrode having a plurality of recesses.
Further, it is difficult to secure a sufficient capacity when the element is further miniaturized by simply forming the concave portion.

【0008】本発明の目的は、キャパシタ電極の力学的
強度を高める一方で、容量の増大を可能にしたキャパシ
タ構造を備える半導体装置とその製造方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a capacitor structure capable of increasing the capacitance while increasing the mechanical strength of the capacitor electrode, and a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第1の導電膜と、前記第1の導電膜の表面上に被着され
た容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜の表面上に被着された
第2の導電膜とで構成されるキャパシタを有する半導体
装置において、前記第1の導電膜の表面には、表面から
下面に向けて複数の井戸状をした凹部が形成され、かつ
前記凹部の内面を含む第1の導電膜の表面には半球状グ
レインを有するシリコン膜が形成されている。また、前
記複数の凹部は、それぞれ前記第1の導電膜の下面にま
で達することがない深さに形成され、前記第1の導電膜
前記凹部の各々の周囲において相互に連結された状態
にある。また、前記複数の凹部は前記第1の導電膜の表
面上にそれぞれ独立状態に形成される。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A capacitor including a first conductive film, a capacitive insulating film deposited on the surface of the first conductive film, and a second conductive film deposited on the surface of the capacitive insulating film is formed. In the semiconductor device having the above, a plurality of well-shaped recesses are formed on the surface of the first conductive film from the surface to the lower surface, and a hemispherical surface is formed on the surface of the first conductive film including the inner surface of the recesses. A silicon film having a grain shape is formed. The plurality of recesses are formed to a depth that does not reach the lower surface of the first conductive film, and the first conductive films are connected to each other around each of the recesses. is there. In addition, the plurality of recesses are independently formed on the surface of the first conductive film.

【0010】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板に形成されている絶縁膜上に第1の導電膜を形成す
る工程と、前記第1の導電膜の表面上に半球状グレイン
を有するシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜
を異方性エッチングして島状パターンを形成する工程
と、前記島状パターンをマスクに前記第1の導電膜の表
面を浅くエッチングして前記島状パターン以外の領域に
浅い溝を形成する工程と、前記第1の導電膜上に被膜を
形成する工程と、前記島状パターンと前記被膜の一部を
エッチング除去して前記浅い溝内に前記被膜を埋設する
工程と、前記被膜をマスクにして前記第1の導電膜の表
面をエッチングし、前記第1の導電膜の表面に複数の凹
部を形成する工程と、前記複数の凹部の内面を含む第1
の導電膜の表面に容量絶縁膜を被着する工程と、前記容
量絶縁膜上に第2の導電膜を被着する工程を含んでい
る。ここで、前記第1の導電膜上に複数の井戸状の凹部
を形成した後、前記複数の凹部の表面を含む前記第1の
導電膜の表面に半球状グレインを有する第2のシリコン
膜を形成し、この第2のシリコン膜の表面に前記容量絶
縁膜及び第2の導電膜を被着する工程を含むことが好ま
しい。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first conductive film on an insulating film formed on a semiconductor substrate, and a hemispherical grain on the surface of the first conductive film. Forming a silicon film; anisotropically etching the silicon film to form an island pattern; and using the island pattern as a mask to shallowly etch the surface of the first conductive film to form the island pattern. Forming a shallow groove in a region other than the pattern; forming a film on the first conductive film; etching the island pattern and part of the film to remove the film in the shallow groove; Including a step of burying a plurality of recesses, a step of etching the surface of the first conductive film using the coating film as a mask to form a plurality of recesses on the surface of the first conductive film, and an inner surface of the plurality of recesses. First
And a step of depositing a capacitive insulating film on the surface of the conductive film, and a step of depositing a second conductive film on the capacitive insulating film. Here, after forming a plurality of well-shaped recesses on the first conductive film, a second silicon film having hemispherical grains is formed on the surface of the first conductive film including the surfaces of the plurality of recesses. It is preferable to include a step of forming and depositing the capacitance insulating film and the second conductive film on the surface of the second silicon film.

【0011】本発明の半導体装置では、第1の導電膜の
表面に井戸状の複数の凹部が第1の導電膜の下面にまで
達することがない深さに形成され、第1の導電膜は前記
凹部の各々の周囲において相互に連結された状態にあ
り、かつこの凹部の各々の内面には半球状のグレインを
有するHSGシリコン膜が形成され、この凹部の内面を
含む表面において容量絶縁膜を介して第2の導電膜に対
向されたキャパシタが構成されているので、第1の導電
膜は凹部の周囲において連結された状態にあることによ
、キャパシタ電極としての力学的強度が向上される一
方で、井戸状の凹部の内面の半球状のグレインによりキ
ャパシタとしての対向面積が増大でき、充分なキャパシ
タ容量の確保が可能となる。
In the semiconductor device of the present invention, a plurality of well-shaped recesses are formed in the surface of the first conductive film to a depth that does not reach the lower surface of the first conductive film. The above
HSG silicon films each having a hemispherical grain are formed on the inner surface of each of the recesses and are connected to each other around the periphery of each of the recesses. Since the capacitor opposed to the second conductive film is formed, the first conductive film is connected around the recess .
Ri, while mechanical strength of the capacitor electrodes can be improved, can be increased opposing area of the capacitor by hemispherical grains of the inner surface of the well-shaped recesses, it is possible to secure a sufficient capacitance.

【0012】また、本発明の製造方法では、HSGシリ
コン膜を用いて第1の被膜とで島状パターンを形成し、
この島状パターンにより第1の導電膜の表面に浅い溝を
形成し、この浅い溝に第2の被膜を埋設した上で、この
第2の被膜をマスクにして第1の導電膜をエッチングし
て井戸状の凹部を形成しているため、第1の導電膜のエ
ッチング時にマスク形状が崩れることがなく、所望の形
状の凹部を確実に形成することが可能となる。このた
め、本発明方法では、前記した従来構成の半導体装置を
製造する場合においても有効となる。さらに、本発明は
従来の製造技術をそのまま利用して製造することが可能
である。
In the manufacturing method of the present invention, an HSG silicon film is used to form an island pattern with the first film,
With this island pattern, a shallow groove is formed on the surface of the first conductive film, a second film is buried in the shallow groove, and then the first conductive film is etched using the second film as a mask. Since the well-shaped recess is formed as a result, the mask shape does not collapse during etching of the first conductive film, and the recess having a desired shape can be reliably formed. Therefore, the method of the present invention is also effective when manufacturing the semiconductor device having the above-described conventional configuration. Further, the present invention can be manufactured by directly utilizing the conventional manufacturing technique.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1に本発明のキャパシタ構造を有
するDRAMの断面図である。図2はその製造工程断面
図であり、以下、製造工程に従って説明する。先ず、図
2(a)において、シリコン基板1上に素子分離領域2
を形成して素子領域を区画形成した後、その素子領域に
不純物ドープ領域4と、この不純物ドープ領域4間を流
れる電流を制御するゲート電極3とを有するMOSトラ
ンジスタを形成する。そして、前記ゲート電極3の表面
を覆うCVD二酸化シリコン等の第1の絶縁膜5及びB
PSG膜等の第2の絶縁膜6を形成した後、前記第1及
び第2の各絶縁膜5,6に前記不純物ドープ領域4の一
部に達するコンタクトホール10を開口し、このコンタ
クトホール10を通して前記不純物ドープ領域4に接続
されるアルミニウム等の導電膜によりビット線7を形成
し、その上にさらにBPSG膜等の第3の絶縁膜8及び
二酸化シリコン膜等の第4の絶縁膜9を形成する。そし
て、その上にP(リン)ドープポリシリコン膜からなる
第1の導電膜11を形成し、さらにその上にCVD法に
より二酸化シリコン膜からなる第1の被膜12を約50
0Å程度堆積し、しかる上でこれら第1の導電膜11及
び第1の被膜12をフォトエッチング技術により同時に
所望のパターンに加工する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a DRAM having a capacitor structure of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the manufacturing process, which will be described below according to the manufacturing process. First, in FIG. 2A, the element isolation region 2 is formed on the silicon substrate 1.
Is formed to partition the element region, and then a MOS transistor having an impurity-doped region 4 and a gate electrode 3 for controlling a current flowing between the impurity-doped regions 4 is formed in the element region. Then, a first insulating film 5 made of CVD silicon dioxide or the like and B for covering the surface of the gate electrode 3 is formed.
After forming the second insulating film 6 such as a PSG film, a contact hole 10 reaching a part of the impurity-doped region 4 is opened in each of the first and second insulating films 5 and 6, and the contact hole 10 is formed. The bit line 7 is formed of a conductive film such as aluminum connected to the impurity-doped region 4 through, and a third insulating film 8 such as a BPSG film and a fourth insulating film 9 such as a silicon dioxide film are further formed thereon. Form. Then, a first conductive film 11 made of a P (phosphorus) -doped polysilicon film is formed thereon, and a first coating film 12 made of a silicon dioxide film is further formed thereon by a CVD method to about 50.
About 0Å is deposited, and then the first conductive film 11 and the first coating 12 are simultaneously processed into a desired pattern by a photoetching technique.

【0014】次に、図2(b)のように、前記第1の被
膜12を含む全表面に、アモルファスシリコン膜を80
0Å〜1200Å程度成長した後、例えばN2 雰囲気中
で550℃程度で約20分程度のアニールを施す。これ
により、前記アモルファスシリコン膜は表面に微細な半
球状の凹凸が形成され、結果としてHSGシリコン膜か
らなる第2の被膜13が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, an amorphous silicon film 80 is formed on the entire surface including the first coating film 12.
After growing about 0Å to 1200Å, for example, annealing is performed in an N 2 atmosphere at about 550 ° C. for about 20 minutes. As a result, fine hemispherical irregularities are formed on the surface of the amorphous silicon film, and as a result, the second coating 13 made of the HSG silicon film is formed.

【0015】次いで、図3(a)のように、前記第2の
被膜13に対して異方性ドライエッチングを行うことに
より、第2の被膜であるHSGシリコン膜は凹凸の凸部
が残された状態で凹部がエッチングされることにより第
1の被膜12の一部が露出される。さらに、異方性ドラ
イエッチングを継続することにより、前記第1の被膜1
2が選択的にエッチングされ、結果として図5(a)に
斜線で示すような、前記HSGシリコン膜13の凸部に
対応した微小な円形をした多数個の島状パターン14が
形成される。このときに形成される島状パターン14の
大きさは約0.1〜0.2μm程度である。
Next, as shown in FIG. 3 (a), anisotropic dry etching is performed on the second coating 13 to leave convex and concave portions on the HSG silicon film as the second coating. The recess is etched in this state to expose a part of the first coating film 12. Further, by continuing the anisotropic dry etching, the first coating film 1 is formed.
2 is selectively etched, and as a result, a large number of island-shaped patterns 14 having a minute circle corresponding to the convex portions of the HSG silicon film 13 are formed as shown by the hatched lines in FIG. The size of the island-shaped pattern 14 formed at this time is about 0.1 to 0.2 μm.

【0016】続いて、図3(b)のように、前記島状パ
ターン14をマスクに前記第1の導電膜11の表面を約
500Å〜1000Å程度の深さまでエッチング除去す
る。この時、島状パターン14を構成している表面側の
HSGシリコン膜13を同時にエッチング除去する。こ
のエッチングにより、前記第1の導電膜11の表面は、
図5(a)に斜線で示した部分に短円柱状の突起が残さ
れ、それ以外の領域が浅い溝15とされた表面形状とな
る。その上で、前面に第3の被膜16として0.1μm
〜0.15μm程度の二酸化シリコン膜を、例えば減圧
CVD法(以下、LPCVD法と記す)を用いて堆積
し、前記第1の導電膜11の表面に形成された浅い溝1
5を完全に埋設する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the surface of the first conductive film 11 is etched and removed to a depth of about 500Å to 1000Å using the island pattern 14 as a mask. At this time, the HSG silicon film 13 on the surface side forming the island pattern 14 is simultaneously removed by etching. By this etching, the surface of the first conductive film 11 is
Short-cylindrical protrusions are left in the shaded portions in FIG. 5A, and the other region has a shallow groove 15. Then, a third coating 16 of 0.1 μm is formed on the front surface.
A silicon dioxide film having a thickness of about 0.15 μm is deposited by, for example, a low pressure CVD method (hereinafter referred to as an LPCVD method), and the shallow groove 1 formed on the surface of the first conductive film 11 is deposited.
5 is completely buried.

【0017】続いて、図4(a)のように、前記第3の
被膜16及び第1の被膜に全面エッチングバックを施
し、第1の被膜12を完全に除去する。これにより、前
記第1の導電膜11の表面には前記浅い溝15内にのみ
第3の被膜16が残される。すなわち、図5(b)に斜
線で示すように、前記島状パターンを反転したパターン
領域にのみ第3の被膜16が残された反転パターン17
が形成され、他の領域では第1の導電膜11の表面が露
呈される。なお、このとき、エッチング条件によっては
図4(a)のように、第1の導電膜11の側面には、第
2及び第3の被膜13,16が残される。
Subsequently, as shown in FIG. 4 (a), the third coating 16 and the first coating are subjected to full-face etching back to completely remove the first coating 12. As a result, the third film 16 is left on the surface of the first conductive film 11 only in the shallow groove 15. That is, as shown by hatching in FIG. 5B, the reverse pattern 17 in which the third coating film 16 is left only in the pattern region where the island pattern is reversed.
Are formed, and the surface of the first conductive film 11 is exposed in other regions. At this time, depending on the etching conditions, as shown in FIG. 4A, the second and third coatings 13 and 16 are left on the side surface of the first conductive film 11.

【0018】しかる上で、図4(b)のように、前記反
転パターン17をマスクにして第1の導電膜11に異方
性ドライエッチングを施し、第1の導電膜の表面に0.
1μm〜0.2μmの内径を有する多数個の円形をした
井戸状の凹部18を形成する。しかる上で、前記第3の
被膜及び第2の被膜に対してウェットエッチングを施
し、これら第3及び第2の被膜を完全に除去する。これ
により、図5(b)の非斜線領域において表面部位が除
去され、斜線領域相互に連結された状態にある第1の
導電膜からなるキャパシタ電極19が形成される。した
がって、キャパシタ電極19は、井戸状の凹部18の内
面だけその表面積が増大されたことになる。
Then, as shown in FIG. 4B, the first conductive film 11 is anisotropically dry-etched using the inversion pattern 17 as a mask, and the surface of the first conductive film is exposed to 0.
A large number of circular well-shaped recesses 18 having an inner diameter of 1 μm to 0.2 μm are formed. Then, the third coating and the second coating are wet-etched to completely remove the third coating and the second coating. Thus, a surface portion in the non-hatched region removed in FIG. 5 (b), the capacitor electrode 19 made of the first conductive film in a state of being connected to each other by the shaded region. Therefore, the surface area of the capacitor electrode 19 is increased only by the inner surface of the well-shaped recess 18.

【0019】その後、図1に示したように、N2 雰囲気
中、550℃程度でアニールを施し、HSGシリコン膜
20をキャパシタ電極の井戸状の凹部18の内壁部に形
成する。これにより、前記井戸状の凹部18の内面に、
さらにHSGシリコン膜20のグレインからなる凹凸が
存在することになり、凹部18の内面の表面積が増大さ
れる。しかる上で、前記井戸状の凹部18を含む第1の
導電膜11の表面にCVD法により窒化シリコン膜を堆
積して容量絶縁膜20を形成し、さらにその上に第2の
導電膜を堆積してプレート電極21を形成する。これに
より、前記井戸状の凹部18の内面を含む面積におい
て、前記キャパシタ電極19とプレート電極21とが前
記容量絶縁膜20を介して対向配置され、キャパシタが
構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 1, annealing is performed at about 550 ° C. in an N 2 atmosphere to form the HSG silicon film 20 on the inner wall of the well-shaped recess 18 of the capacitor electrode. Thereby, on the inner surface of the well-shaped recess 18,
Furthermore, since the HSG silicon film 20 has irregularities made of grains, the surface area of the inner surface of the recess 18 is increased. Then, a silicon nitride film is deposited on the surface of the first conductive film 11 including the well-shaped recess 18 by a CVD method to form a capacitive insulating film 20, and a second conductive film is further deposited thereon. Then, the plate electrode 21 is formed. As a result, in the area including the inner surface of the well-shaped recess 18, the capacitor electrode 19 and the plate electrode 21 are arranged to face each other with the capacitance insulating film 20 interposed therebetween, thereby forming a capacitor.

【0020】なお、以上の工程の説明から明らかなよう
に、第1の被膜12は、凸凹を有する第2の被膜13を
エッチングバックする際のストッパーとしての役割をな
すため、第2の被膜13に対して高選択比を有すること
が望ましく、第1の被膜12及び第3の被膜3は第1の
導電膜に対して高選択比を有することが望ましい。ま
た、第1の被膜12及び第3の被膜16は互いに低選択
比であることが必要であり、同種の材料より成すことが
好ましい。第2の被膜13と第1の導電膜11も同様で
ある。このことにより、第1の導電膜11の表面に凹部
を形成する際に、島状パターンをなす第1の被膜12を
同時にエッチング除去することが可能となり、同様に第
3の被膜16を形成する際に、第1の導電膜11の凸部
に位置する第1の被膜12を同時にエッチング除去する
ことができ、工程が簡略化される。
As is clear from the above description of the steps, the first coating film 12 functions as a stopper when the second coating film 13 having irregularities is etched back, and therefore the second coating film 13 is formed. It is desirable that the first coating film 12 and the third coating film 3 have a high selection ratio with respect to the first conductive film. Further, the first coating film 12 and the third coating film 16 need to have low selection ratios to each other, and are preferably made of the same kind of material. The same applies to the second coating 13 and the first conductive film 11. This makes it possible to simultaneously remove the island-shaped first coating film 12 by etching when forming the recesses on the surface of the first conductive film 11, and similarly to form the third coating film 16. At this time, the first coating film 12 located on the convex portion of the first conductive film 11 can be simultaneously removed by etching, and the process is simplified.

【0021】このように構成された本発明のキャパシタ
の構造では、第1の導電膜11で構成されるキャパシタ
電極19は、その表面に多数個の円柱状の凹部が形成さ
れた、いわゆる蜂の巣状に形成されるため、柱状の突起
で構成される従来のキャパシタ電極のように、柱が折損
される等の強度の低下が生じることがない。したがっ
て、第2の被膜としてのHSGシリコン膜13にグレイ
ンの大小が混在している場合に、微小グレインの箇所で
は微小径の井戸状の凹部18が形成されるのみであり、
キャパシタ電極の強度が低下されることはない。また、
キャパシタの容量を見た場合には、HSGシリコン膜の
グレイン径に沿った井戸状の凹部18の内周面を利用す
る点では、従来技術と同じであり、容量を増大すること
は可能である。
In the structure of the capacitor of the present invention thus constructed, the capacitor electrode 19 formed of the first conductive film 11 has a so-called honeycomb shape in which a large number of cylindrical recesses are formed on the surface thereof. Therefore, unlike the conventional capacitor electrode composed of columnar protrusions, there is no reduction in strength such as breakage of the columns. Therefore, when the HSG silicon film 13 as the second coating has a mixture of large and small grains, well-shaped recesses 18 having a small diameter are only formed at the fine grains.
The strength of the capacitor electrode is not reduced. Also,
Looking at the capacitance of the capacitor, it is the same as the conventional technique in that the inner peripheral surface of the well-shaped recess 18 along the grain diameter of the HSG silicon film is used, and the capacitance can be increased. .

【0022】ここで、本発明者の検討によれば、HSG
シリコン膜で構成される島状パターン14の大きさは、
後に形成されるキャパシタ電極19の井戸状の凹部18
の内径を左右するが、径寸法があまり大きいとキャパシ
タ容量の増大効果は少なくなり、逆に径寸法が小さくな
ると井戸状凹部18の内面に容量絶縁膜20やプレート
電極21を形成することが難しくなるため、その径寸法
が0.05μm〜1μmの範囲であることが好ましく
0.08μm〜0.2μmの範囲であることがより好ま
しい。
Here, according to the study by the present inventor, HSG
The size of the island pattern 14 made of a silicon film is
Well-shaped recess 18 of capacitor electrode 19 which will be formed later
However, if the diameter is too large, it is difficult to form the capacitance insulating film 20 and the plate electrode 21 on the inner surface of the well-shaped recess 18 if the diameter is too large. Therefore, the diameter dimension is preferably in the range of 0.05 μm to 1 μm, and more preferably in the range of 0.08 μm to 0.2 μm.

【0023】また、前記実施形態は、本発明をDRAM
のキャパシタ電極に形成した例を示しているが、DRA
Mに限られるものではなく、半導体装置に微細面積のキ
ャパシタを構成する際には本発明を同様に適用すること
が可能である。
In the above embodiment, the present invention is a DRAM.
It shows an example of forming on the capacitor electrode of
The present invention is not limited to M, and the present invention can be similarly applied when forming a capacitor having a fine area in a semiconductor device.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第1の導
電膜の表面に井戸状の複数の凹部が第1の導電膜の下面
にまで達することがない深さに形成され、前記第1の導
電膜は前記凹部の各々の周囲において相互に連結された
状態にあり、かつこの凹部の各々内面には半球状のグレ
インを有するHSGシリコン膜が形成され、この凹部の
各々の内面を含む表面において容量絶縁膜を介して第2
の導電膜に対向されたキャパシタが構成されているの
で、第1の導電膜は凹部の周囲において連結された状態
あることにより、キャパシタ電極としての力学的強度
が向上される一方で、井戸状の凹部の内面の半球状のグ
レインによりキャパシタとしての対向面積が増大でき、
充分なキャパシタ容量の確保が可能となる。また、本発
明の製造方法では、HSGシリコン膜を用いて第1の被
膜とで島状パターンを形成し、この島状パターンにより
第1の導電膜の表面に浅い溝を形成し、この浅い溝に第
2の被膜を埋設した上で、この第2の被膜をマスクにし
て第1の導電膜をエッチングして井戸状の凹部を形成し
ているため、第1の導電膜のエッチング時にマスク形状
が崩れることがなく、所望の形状の凹部を確実に形成す
ることが可能となる。さらに、本発明の製造方法では、
従来から提供されている工程を利用することができるた
め、容易に高強度でかつ高容量のキャパシタを製造する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention, a plurality of well-shaped recesses are formed in the surface of the first conductive film to a depth that does not reach the lower surface of the first conductive film. The conductive films of No. 1 are connected to each other around each of the recesses , and an HSG silicon film having hemispherical grains is formed on the inner surface of each of the recesses.
Secondly, through a capacitive insulating film on the surface including each inner surface.
Since the capacitor is formed so as to face the conductive film of, the first conductive film is connected around the recess, thereby improving the mechanical strength as the capacitor electrode and the well-like structure. The facing area as a capacitor can be increased by the hemispherical grains on the inner surface of the concave part of
It is possible to secure a sufficient capacitor capacity. Further, in the manufacturing method of the present invention, an HSG silicon film is used to form an island pattern with the first coating, and the island pattern forms a shallow groove on the surface of the first conductive film. Since the second conductive film is embedded in the first conductive film and the second conductive film is used as a mask to etch the first conductive film to form a well-shaped recess, a mask shape is formed when the first conductive film is etched. It is possible to surely form a concave portion having a desired shape without breaking. Furthermore, in the manufacturing method of the present invention,
Since the process provided conventionally can be used, it becomes possible to easily manufacture a high-strength and high-capacity capacitor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の実施形態の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の製造方法を工程順に示す断面図のその
1である。
FIG. 2 is a first cross-sectional view showing the manufacturing method of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の製造方法を工程順に示す断面図のその
2である。
FIG. 3 is a second cross-sectional view showing the manufacturing method of the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の製造方法を工程順に示す断面図のその
3である。
FIG. 4 is a third sectional view showing the manufacturing method of the present invention in the order of steps.

【図5】製造工程途中の表面構造を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a surface structure during a manufacturing process.

【図6】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図のその1である。
FIG. 6 is a first sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device in the order of steps.

【図7】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図のその2である。
FIG. 7 is a second cross-sectional view showing the method of manufacturing the conventional semiconductor device in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 3 ゲート電極 4 不純物ドープ領域 5,6,8,9 絶縁膜 7 ビット線 10 コンタクトホール 11 第1導電膜 12 第1の被膜 13 第2の被膜(HSGシリコン膜) 14 島状パターン 15 浅い溝 16 第3の被膜 17 反転パターン 18 井戸状凹部 19 キャパシタ電極 20 HSGシリコン膜 21 容量絶縁膜 22 プレート電極 1 Silicon substrate 3 Gate electrode 4 Impurity doped region 5,6,8,9 Insulation film 7 bit line 10 contact holes 11 First conductive film 12 First coating 13 Second coating (HSG silicon film) 14 island pattern 15 shallow groove 16 Third film 17 inversion pattern 18 Well-shaped recess 19 Capacitor electrode 20 HSG silicon film 21 Capacitive insulating film 22 Plate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩佐 晋也 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7−202023(JP,A) 特開 平10−275901(JP,A)   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shinya Iwasa               5-7 Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo NEC               Within the corporation                (56) References JP-A-7-202023 (JP, A)                 Japanese Patent Laid-Open No. 10-275901 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の導電膜と、前記第1の導電膜の表
面上に被着された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜の表面
上に被着された第2の導電膜とで構成されるキャパシタ
を有する半導体装置において、前記第1の導電膜の表面
には、表面から下面に向けて複数の井戸状をした凹部が
前記第1の導電膜の下面にまで達することがない深さに
形成され、前記第1の導電膜は前記凹部の各々の周囲に
おいて相互に連結された状態にあり、かつ前記凹部の各
々の内面を含む前記第1の導電膜の表面には半球状を有
するシリコン膜が形成されていることを特徴とする半導
体装置。
1. A first conductive film, a capacitive insulating film deposited on the surface of the first conductive film, and a second conductive film deposited on the surface of the capacitive insulating film. In a semiconductor device having a configured capacitor, the surface of the first conductive film has a depth in which a plurality of well-shaped recesses from the surface to the lower surface do not reach the lower surface of the first conductive film. And the first conductive film is connected to each other around each of the recesses, and a hemispherical surface is formed on the surface of the first conductive film including the inner surface of each of the recesses. A semiconductor device having a silicon film formed thereon.
【請求項2】 前記複数の凹部は前記第1の導電膜の表
面上にそれぞれ独立状態に形成されている請求項1に記
載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of recesses are independently formed on the surface of the first conductive film.
【請求項3】 半導体基板上に形成された第1及び第2
の不純物ドープ領域と、前記第1及び第2の不純物ドー
プ領域を流れる電流を制御するゲート電極を有するMO
Sトランジスタと、前記MOSトランジスタ表面を覆う
絶縁膜とを備え、前記第1の導電膜は前記絶縁膜に開口
されたホールを通して前記第1の不純物ドープ領域から
前記絶縁膜の表面上にまで延長形成されており、前記第
1の導電膜、前記容量絶縁膜、前記第2の導電膜でキャ
パシタが構成され、前記MOSトランジスタとで1トラ
ンジスタ、1キャパシタのダイナミックラムが構成され
る請求項1または2に記載の半導体装置。
3. A first and a second formed on a semiconductor substrate.
An impurity-doped region and a gate electrode for controlling a current flowing through the first and second impurity-doped regions.
An S transistor and an insulating film covering the surface of the MOS transistor are provided, and the first conductive film extends from the first impurity-doped region to a surface of the insulating film through a hole opened in the insulating film. 3. The first conductive film, the capacitance insulating film, and the second conductive film form a capacitor, and the MOS transistor forms a dynamic transistor of one transistor and one capacitor. The semiconductor device according to.
【請求項4】 半導体基板に形成されている絶縁膜上に
第1の導電膜を形成する工程と、前記第1の導電膜の表
面上に第1の被膜を形成する工程と、前記第1の被膜上
に半球状グレインを有するシリコン膜を形成する工程
と、前記シリコン膜及び第1の被膜を異方性エッチング
して島状パターンを形成する工程と、前記島状パターン
をマスクに前記第1の導電膜の表面を浅くエッチングし
て前記島状パターン以外の領域に浅い溝を形成する工程
と、前記第1の導電膜上に第2の被膜を形成する工程
と、前記島状パターンと前記第2の被膜の一部をエッチ
ング除去して前記浅い溝内に前記第2の被膜を埋設する
工程と、前記第2の被膜をマスクにして前記第1の導電
膜の表面をエッチングし、前記第1の導電膜の表面に複
数の井戸状の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部の
内面を含む第1の導電膜の表面に容量絶縁膜を被着する
工程と、前記容量絶縁膜上に第2の導電膜を被着する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of forming a first conductive film on an insulating film formed on a semiconductor substrate, a step of forming a first coating film on a surface of the first conductive film, and the first step. Forming a silicon film having hemispherical grains on the film, forming an island pattern by anisotropically etching the silicon film and the first film, and using the island pattern as a mask. A step of shallowly etching the surface of the first conductive film to form a shallow groove in a region other than the island pattern; a step of forming a second film on the first conductive film; and the island pattern. Etching a part of the second coating to bury the second coating in the shallow groove; etching the surface of the first conductive film using the second coating as a mask; Forming a plurality of well-shaped recesses on the surface of the first conductive film And a step of depositing a capacitive insulating film on the surface of the first conductive film including the inner surfaces of the plurality of recesses, and a step of depositing a second conductive film on the capacitive insulating film. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項5】 前記第1の導電膜の表面に複数の凹部を
形成した後、前記複数の凹部の表面を含む前記第1の導
電膜の表面に半球状グレインを有する第2のシリコン膜
を形成し、この第2のシリコン膜の表面に前記容量絶縁
膜及び第2の導電膜を被着する工程を含むことを特徴と
する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. After forming a plurality of recesses on the surface of the first conductive film, a second silicon film having hemispherical grains is formed on the surface of the first conductive film including the surfaces of the plurality of recesses. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising the step of forming and depositing the capacitance insulating film and the second conductive film on the surface of the second silicon film.
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