JPH04252018A - 多結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜の形成方法Info
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスにおける
キャパシタの電極用等に用いる多結晶シリコンの形成方
法に関する。
キャパシタの電極用等に用いる多結晶シリコンの形成方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＲＡＭの高集積化に伴いセルサ
イズは縮小し、キャパシタの面積は小さくなる傾向にあ
る。そこで、十分な容量を確保するため、容量部面積が
大きく、耐α線特性や容量部間の干渉が少ないスタクト
キャパシタやトレンチキャパシタが用いられている。し
かし、６４ＭｂｉｔのＤＲＡＭではセル面積は２μｍ２
以下になると見込まれており、これらの構造を用いた
としても、容量絶縁膜として厚さ５０Ａ（オングストロ
ーム）という極めて薄い酸化膜が要求される。
イズは縮小し、キャパシタの面積は小さくなる傾向にあ
る。そこで、十分な容量を確保するため、容量部面積が
大きく、耐α線特性や容量部間の干渉が少ないスタクト
キャパシタやトレンチキャパシタが用いられている。し
かし、６４ＭｂｉｔのＤＲＡＭではセル面積は２μｍ２
以下になると見込まれており、これらの構造を用いた
としても、容量絶縁膜として厚さ５０Ａ（オングストロ
ーム）という極めて薄い酸化膜が要求される。
【０００３】そこで、容量部の面積を増やすことで容量
膜厚を現状維持する方法が提案されている。渡辺らは第
５１回応用物理学会学術講演会予稿集第２分冊５７４頁
の２６ｐ−Ｇ−２（１９９０年）においてＬＰＣＶＤに
おける多結晶シリコン形成温度をある温度範囲で行うと
、アモルファス領域からポリシリコンに変化する境界で
、表面に半円球状のグレインが稠密に成長し、表面積は
他の温度で成長した多結晶シリコンの約２倍になること
を示している。また、上記予稿集６０１頁の２７ａ−Ｆ
−９には同様な表面の半円球状グレインが、真空中のア
モルファスシリコンの形成と基板の加熱によって得られ
ることが示されている。これらの多結晶シリコンをスタ
ックトキャパシタの電極に適用することにより、厚さ１
００Ａの酸化膜で十分な容量と低いリーク電流値を得て
いる。
膜厚を現状維持する方法が提案されている。渡辺らは第
５１回応用物理学会学術講演会予稿集第２分冊５７４頁
の２６ｐ−Ｇ−２（１９９０年）においてＬＰＣＶＤに
おける多結晶シリコン形成温度をある温度範囲で行うと
、アモルファス領域からポリシリコンに変化する境界で
、表面に半円球状のグレインが稠密に成長し、表面積は
他の温度で成長した多結晶シリコンの約２倍になること
を示している。また、上記予稿集６０１頁の２７ａ−Ｆ
−９には同様な表面の半円球状グレインが、真空中のア
モルファスシリコンの形成と基板の加熱によって得られ
ることが示されている。これらの多結晶シリコンをスタ
ックトキャパシタの電極に適用することにより、厚さ１
００Ａの酸化膜で十分な容量と低いリーク電流値を得て
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題点】しかしながら、従来
例の前者の渡辺らの方法によると、半円球状のグレイン
が表面上に出現する条件は、成長温度が５４５℃から５
５５℃の僅か１０℃の範囲であり、生産に用いる場合、
ＬＰＣＶＤの温度管理が非常に難しいという問題点があ
った。また、従来例の後者の方法においても、アモルフ
ァスシリコン層の形成後、基板の加熱前の工程で、基板
を大気中に放置することができず、生産に用いる場合、
アモルファスシリコン層の形成と基板の加熱を、真空槽
内で連続的に行わなければならないという制約があった
。
例の前者の渡辺らの方法によると、半円球状のグレイン
が表面上に出現する条件は、成長温度が５４５℃から５
５５℃の僅か１０℃の範囲であり、生産に用いる場合、
ＬＰＣＶＤの温度管理が非常に難しいという問題点があ
った。また、従来例の後者の方法においても、アモルフ
ァスシリコン層の形成後、基板の加熱前の工程で、基板
を大気中に放置することができず、生産に用いる場合、
アモルファスシリコン層の形成と基板の加熱を、真空槽
内で連続的に行わなければならないという制約があった
。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去し、広い形成条件で制御良く表面積の大きな多結晶
シリコン膜を作成する方法を提供することにある。
除去し、広い形成条件で制御良く表面積の大きな多結晶
シリコン膜を作成する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空中で基板
上にアモルファスシリコン層を形成し、引き続き真空中
でその表面にプラズマ水素を照射した後、真空中で加熱
し、多結晶化することを特徴とする多結晶シリコン膜の
形成方法である。
上にアモルファスシリコン層を形成し、引き続き真空中
でその表面にプラズマ水素を照射した後、真空中で加熱
し、多結晶化することを特徴とする多結晶シリコン膜の
形成方法である。
【０００７】
【作用】本発明の原理について説明する。基板上に形成
されたアモルファスシリコン膜を大気中に放置すると、
大気中の酸素によって膜の表面に自然酸化膜が形成され
る。このようなアモルファスシリコン膜を真空中で加熱
しても、その表面の自然酸化膜はアモルファスシリコン
の結晶化温度では蒸発しない。そのため、表面のシリコ
ン原子は拡散することができず、アモルファスシリコン
表面での核形成および核成長が起こらず、半円球構造の
グレインは現れない。このように、多結晶シリコン膜の
表面の形態はアモルファスシリコン表面の清浄性に大き
く依存している。
されたアモルファスシリコン膜を大気中に放置すると、
大気中の酸素によって膜の表面に自然酸化膜が形成され
る。このようなアモルファスシリコン膜を真空中で加熱
しても、その表面の自然酸化膜はアモルファスシリコン
の結晶化温度では蒸発しない。そのため、表面のシリコ
ン原子は拡散することができず、アモルファスシリコン
表面での核形成および核成長が起こらず、半円球構造の
グレインは現れない。このように、多結晶シリコン膜の
表面の形態はアモルファスシリコン表面の清浄性に大き
く依存している。
【０００８】これに対し本発明者は、真空中で基板上に
アモルファスシリコン膜を形成した後、引き続き真空中
でその表面にプラズマ水素を照射した基板を、一旦大気
中に取り出した後、再度真空中に戻し加熱することを試
みた。その結果、アモルファスシリコン膜は半円球状の
グレイン持つ多結晶シリコンになることを見出した。
アモルファスシリコン膜を形成した後、引き続き真空中
でその表面にプラズマ水素を照射した基板を、一旦大気
中に取り出した後、再度真空中に戻し加熱することを試
みた。その結果、アモルファスシリコン膜は半円球状の
グレイン持つ多結晶シリコンになることを見出した。
【０００９】図１を用いてその原理を説明する。図１（
ａ）のように、アモルファスシリコン膜１１の形成直後
に、その表面を大気中にさらすことなくプラズマ水素１
２を照射すると、アモルファスシリコンの表面原子は水
素原子１３によって終端され不活性となり、たとえ大気
中に放置しても自然酸化膜の形成は抑止される。これら
の水素原子１３は、アモルファスシリコン層１１の結晶
化より低い温度で脱離するため、結晶化に先立って、清
浄表面が形成される。清浄表面上におけるシリコン原子
の拡散速度は極めて速く、アモルファスシリコン表面に
おいて核形成および核成長が起き、図１（ｂ）のような
、表面に表面積の大きい半円球状の結晶粒を持った多結
晶シリコン１５が形成される。
ａ）のように、アモルファスシリコン膜１１の形成直後
に、その表面を大気中にさらすことなくプラズマ水素１
２を照射すると、アモルファスシリコンの表面原子は水
素原子１３によって終端され不活性となり、たとえ大気
中に放置しても自然酸化膜の形成は抑止される。これら
の水素原子１３は、アモルファスシリコン層１１の結晶
化より低い温度で脱離するため、結晶化に先立って、清
浄表面が形成される。清浄表面上におけるシリコン原子
の拡散速度は極めて速く、アモルファスシリコン表面に
おいて核形成および核成長が起き、図１（ｂ）のような
、表面に表面積の大きい半円球状の結晶粒を持った多結
晶シリコン１５が形成される。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例について具体的に図１を用い
て説明する。ここでは４０ｃｃの電子銃を備えたＭＢＥ
装置を用いてアモルファスシリコン層の形成および基板
の加熱を行った。
て説明する。ここでは４０ｃｃの電子銃を備えたＭＢＥ
装置を用いてアモルファスシリコン層の形成および基板
の加熱を行った。
【００１１】試料ウエハは、表面上に熱酸化によって厚
さ２０００Ａの酸化膜（アモルファス絶縁膜（１４）を
形成した４インチのｎ型シリコン（００１）基板を用い
た。基板温度室温にて、電子銃式シリコン蒸着器から７
Ａ／ｓのシリコン分子線を照射し、酸化膜１４上に厚さ
２０００Ａのアモルファスシリコン層１１を形成した。 さらにその基板を大気中に取り出す前に電子サイクロト
ロン共鳴セルより発したプラズマ水素１２を表面に１０
秒間照射した。その後大気中で１０時間放置した後、再
度真空槽内において６５０℃で１０分間加熱し、アモル
ファスシリコン層を多結晶化させ多結晶シリコン１５を
形成した。
さ２０００Ａの酸化膜（アモルファス絶縁膜（１４）を
形成した４インチのｎ型シリコン（００１）基板を用い
た。基板温度室温にて、電子銃式シリコン蒸着器から７
Ａ／ｓのシリコン分子線を照射し、酸化膜１４上に厚さ
２０００Ａのアモルファスシリコン層１１を形成した。 さらにその基板を大気中に取り出す前に電子サイクロト
ロン共鳴セルより発したプラズマ水素１２を表面に１０
秒間照射した。その後大気中で１０時間放置した後、再
度真空槽内において６５０℃で１０分間加熱し、アモル
ファスシリコン層を多結晶化させ多結晶シリコン１５を
形成した。
【００１２】上記サンプルが結晶化したかどうかの判断
は、高速反射電子線回折によるその場観察で行った。ま
た形成したサンプルを断面透過電子顕微鏡観察によって
評価した結果、サンプル表面は半円球状の凹凸表面構造
を呈しており、本発明の効果を確認した。
は、高速反射電子線回折によるその場観察で行った。ま
た形成したサンプルを断面透過電子顕微鏡観察によって
評価した結果、サンプル表面は半円球状の凹凸表面構造
を呈しており、本発明の効果を確認した。
【００１３】さらに、このようにして形成した多結晶シ
リコン上に厚さ１００Ａの酸化膜を形成し、キャパシタ
を作製してその容量を測定した。図２はアモルファスシ
リコン堆積後の加熱温度と容量の関係を、本発明の実施
例の場合と、本発明に従わず大気中に出した後真空中で
加熱し形成した場合とを比較したものである。本発明に
従って形成した多結晶シリコン膜では、基板の加熱によ
って、加熱温度の広い範囲に渡り、約２倍以上の容量が
得られた。これは、本発明に従って多結晶化したサンプ
ルにおいて、多結晶化が終了するまで大気中にさらさな
かったアモルファスシリコン表面の清浄性と同程度の清
浄性が、保存されていたことを意味している。一方、本
発明に従わず一度大気中に出したサンプルの場合は、基
板を真空中で加熱しても容量は増えず、ほぼアモルファ
スシリコン形成直後と同じである。これより、本発明が
、大気に放置したアモルファスシリコン膜に対しも、そ
のキャパシタの容量を増加させるために極めて有効であ
ることが確認できた。
リコン上に厚さ１００Ａの酸化膜を形成し、キャパシタ
を作製してその容量を測定した。図２はアモルファスシ
リコン堆積後の加熱温度と容量の関係を、本発明の実施
例の場合と、本発明に従わず大気中に出した後真空中で
加熱し形成した場合とを比較したものである。本発明に
従って形成した多結晶シリコン膜では、基板の加熱によ
って、加熱温度の広い範囲に渡り、約２倍以上の容量が
得られた。これは、本発明に従って多結晶化したサンプ
ルにおいて、多結晶化が終了するまで大気中にさらさな
かったアモルファスシリコン表面の清浄性と同程度の清
浄性が、保存されていたことを意味している。一方、本
発明に従わず一度大気中に出したサンプルの場合は、基
板を真空中で加熱しても容量は増えず、ほぼアモルファ
スシリコン形成直後と同じである。これより、本発明が
、大気に放置したアモルファスシリコン膜に対しも、そ
のキャパシタの容量を増加させるために極めて有効であ
ることが確認できた。
【００１４】なお、本実施例では、シリコンウエハを対
象としたが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在
するＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉ
ｒｅ）基板や、さらに一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然利用で
きる。 さらに、本実施例ではＭＢＥ装置内で電子銃式シリコン
蒸着装置を用いてアモルファスシリコン層の形成を行っ
たが、ガスソースＭＢＥ、ＬＰＣＶＤ、スパッターで形
成したアモルファスシリコン層でも同様の効果が確認さ
れた。
象としたが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在
するＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉ
ｒｅ）基板や、さらに一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然利用で
きる。 さらに、本実施例ではＭＢＥ装置内で電子銃式シリコン
蒸着装置を用いてアモルファスシリコン層の形成を行っ
たが、ガスソースＭＢＥ、ＬＰＣＶＤ、スパッターで形
成したアモルファスシリコン層でも同様の効果が確認さ
れた。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に述べた通り、本発明によれば
、一旦大気中に放置したアモルファスシリコン膜に対し
ても、その表面に半円球状の凹凸を形成することができ
る。すなわち、特定の温度条件によらず、かつ真空中で
のアモルファスシリコン層の形成と加熱を連続的な工程
に限定することなく、独立な工程として遂行することが
可能となる。それによって、広い作製条件下で、容量の
大きいキャパシタの蓄電電極を作製することができる。
、一旦大気中に放置したアモルファスシリコン膜に対し
ても、その表面に半円球状の凹凸を形成することができ
る。すなわち、特定の温度条件によらず、かつ真空中で
のアモルファスシリコン層の形成と加熱を連続的な工程
に限定することなく、独立な工程として遂行することが
可能となる。それによって、広い作製条件下で、容量の
大きいキャパシタの蓄電電極を作製することができる。
【図１】本発明を説明するための概念図である。
【図２】アモルファスシリコン堆積後の加熱温度と容量
との関係を各形成条件において比較した図である。
との関係を各形成条件において比較した図である。
１１ アモルファスシリコン
１２ プラズマ水素
１３ 水素原子
１４ アモルファス絶縁膜（酸化膜）１５ 多結晶
シリコン
シリコン
Claims (1)
- 【請求項１】 真空中で基板上にアモルファスシリコ
ン層を形成する工程と、引き続き真空中で、その表面に
プラズマ水素を照射する工程と、真空中で加熱し多結晶
化する工程とを有することを特徴とする多結晶シリコン
膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820091A JP2666572B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820091A JP2666572B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04252018A true JPH04252018A (ja) | 1992-09-08 |
| JP2666572B2 JP2666572B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=11686626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP820091A Expired - Fee Related JP2666572B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666572B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5543347A (en) * | 1993-12-27 | 1996-08-06 | Nec Corporation | Method of forming silicon film having jagged surface |
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
| US5858853A (en) * | 1994-10-31 | 1999-01-12 | Nec Corporation | Method for forming capacitor electrode having jagged surface |
| US6197118B1 (en) | 1997-11-16 | 2001-03-06 | Anelva Corporation | Thin film deposition apparatus |
| US7569440B2 (en) | 1995-04-20 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof |
| CN114864751A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-05 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP820091A patent/JP2666572B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
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| US6486076B1 (en) | 1997-11-16 | 2002-11-26 | Anelva Corporation | Thin film deposition apparatus |
| CN114864751A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-05 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
| CN114864751B (zh) * | 2022-05-19 | 2023-07-07 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2666572B2 (ja) | 1997-10-22 |
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