JPH04280669A - 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
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- Semiconductor Integrated Circuits (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ック
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2μm
2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50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。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。渡辺らは特願平2−72462号明細書
で、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、辰巳は特願平2
−24915号明細書で、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を示している。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100オングストロームの酸化膜で十分な
容量と低いリーク電流値を得ている。
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ック
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2μm
2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50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。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。渡辺らは特願平2−72462号明細書
で、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、辰巳は特願平2
−24915号明細書で、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を示している。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100オングストロームの酸化膜で十分な
容量と低いリーク電流値を得ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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555℃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、辰巳
の方法においても、アモルファスシリコン層の形成後、
基板の加熱前の行程で、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。
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555℃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、辰巳
の方法においても、アモルファスシリコン層の形成後、
基板の加熱前の行程で、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。
【0004】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去し、広い形成条件で表面積の大きな多結晶シリコン
膜を形成する方法を提供することにある。
除去し、広い形成条件で表面積の大きな多結晶シリコン
膜を形成する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の多結晶シリコン
膜の形成方法は、真空中で基板上にアモルファスシリコ
ン層を形成した後、その表面をフッ酸水溶液に浸した後
、真空中で加熱し、多結晶化することを特徴とする。
膜の形成方法は、真空中で基板上にアモルファスシリコ
ン層を形成した後、その表面をフッ酸水溶液に浸した後
、真空中で加熱し、多結晶化することを特徴とする。
【0006】
【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。また、表面の汚染不純物をブランソン洗浄液によっ
て除去する際、同様に表面に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、結果的に辰巳の方法で示すようなア
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。また、表面の汚染不純物をブランソン洗浄液によっ
て除去する際、同様に表面に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、結果的に辰巳の方法で示すようなア
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。
【0007】これに対し本発明者は、基板上にアモルフ
ァスシリコン膜を形成した後、一旦大気中に取り出され
た基板の表面をフッ酸水溶液に浸し、再度真空中で基板
を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を持つ多結晶シリコンにな
ることを見出した。
ァスシリコン膜を形成した後、一旦大気中に取り出され
た基板の表面をフッ酸水溶液に浸し、再度真空中で基板
を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を持つ多結晶シリコンにな
ることを見出した。
【0008】これは、以下の原理に基づいている。アモ
ルファスシリコンの表面に形成された酸化膜は、フッ酸
水溶液に浸すことによってエッチングされ、さらに図1
(a)のように、アモルファス絶縁膜14上のアモルフ
ァスシリコン膜11の表面電子は、水素原子12あるい
はフッ素原子13によって終端される。このような状態
のアモルファスシリコン表面は不活性であり、大気中に
放置されても酸化膜が形成されない。これを再度真空中
で加熱すると、表面の水素あるいはフッ素原子はアモル
ファスシリコンの結晶化温度より低い温度で脱離するた
め、結晶化の際には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。
ルファスシリコンの表面に形成された酸化膜は、フッ酸
水溶液に浸すことによってエッチングされ、さらに図1
(a)のように、アモルファス絶縁膜14上のアモルフ
ァスシリコン膜11の表面電子は、水素原子12あるい
はフッ素原子13によって終端される。このような状態
のアモルファスシリコン表面は不活性であり、大気中に
放置されても酸化膜が形成されない。これを再度真空中
で加熱すると、表面の水素あるいはフッ素原子はアモル
ファスシリコンの結晶化温度より低い温度で脱離するた
め、結晶化の際には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。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について具体的に説明する。
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。試料ウエハは、表面上に熱酸化によって厚さ20
00オングストロームの酸化膜を形成した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オングストローム/s
のシリコン分子線を照射し、酸化膜上に厚さ2000オ
ングストロームのアモルファスシリコン層を形成した。 その基板を大気中に取り出し15時間放置した後、5%
フッ酸水溶液に30秒間浸し、その後直ちに表面を乾燥
窒素ガスにより乾燥させ、再度真空槽内で650℃で1
0分間加熱し、アモルファスシリコン層を多結晶化させ
た。
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。試料ウエハは、表面上に熱酸化によって厚さ20
00オングストロームの酸化膜を形成した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オングストローム/s
のシリコン分子線を照射し、酸化膜上に厚さ2000オ
ングストロームのアモルファスシリコン層を形成した。 その基板を大気中に取り出し15時間放置した後、5%
フッ酸水溶液に30秒間浸し、その後直ちに表面を乾燥
窒素ガスにより乾燥させ、再度真空槽内で650℃で1
0分間加熱し、アモルファスシリコン層を多結晶化させ
た。
【0010】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。形
成したサンプルは、断面透過電子顕微鏡観察によって評
価した。
は、高速反射電子線回折によるその場観察で行った。形
成したサンプルは、断面透過電子顕微鏡観察によって評
価した。
【0011】上記サンプルの断面透過電子顕微鏡観察の
結果、サンプル表面は半円球状の凹凸構造を呈しており
、本発明の効果を確認した。
結果、サンプル表面は半円球状の凹凸構造を呈しており
、本発明の効果を確認した。
【0012】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100オングストロームの酸化膜を形成
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
、本発明に従って形成した場合と、加熱前に大気中に出
して本発明に従わず真空中で加熱し形成した場合、さら
には辰巳の方法に従って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わたり、
辰巳の方法と同程度の約2倍の容量が得られた。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、一度大気に出し、本
発明に従わなかったサンプルの場合は、基板を加熱して
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。これにより、本発明が、一度大気中に放置
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100オングストロームの酸化膜を形成
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
、本発明に従って形成した場合と、加熱前に大気中に出
して本発明に従わず真空中で加熱し形成した場合、さら
には辰巳の方法に従って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わたり、
辰巳の方法と同程度の約2倍の容量が得られた。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、一度大気に出し、本
発明に従わなかったサンプルの場合は、基板を加熱して
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。これにより、本発明が、一度大気中に放置
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。
【0013】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もにシリコンが存在
するSOS(Silicon on Sapphi
re)基板や、さらに一般にSOI(Silicon
on Insulator)基板等においても当然
利用できる。また、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。さらに今回は、アモルファスシリコン
層表面の酸化膜として、自然酸化膜の場合について述べ
たが、それ以外に熱酸化膜,ブランソン酸化膜,および
プラズマ酸素による酸化膜でも同様な効果が確認された
。
象としたが、本発明の方法は表面にもにシリコンが存在
するSOS(Silicon on Sapphi
re)基板や、さらに一般にSOI(Silicon
on Insulator)基板等においても当然
利用できる。また、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。さらに今回は、アモルファスシリコン
層表面の酸化膜として、自然酸化膜の場合について述べ
たが、それ以外に熱酸化膜,ブランソン酸化膜,および
プラズマ酸素による酸化膜でも同様な効果が確認された
。
【0014】
【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行程
に限定することなく、独立な行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行程
に限定することなく、独立な行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】本発明の概念を説明するための図である。
【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て比較した図である。
との関係を各形成条件におて比較した図である。
11 アモルファスシリコン膜
12 水素原子
13 フッ素原子
14 アモルファス絶縁膜
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
を形成した後、その表面をフッ酸水溶液に浸した後、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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06765791A JP3186077B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06765791A JP3186077B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280669A true JPH04280669A (ja) | 1992-10-06 |
JP3186077B2 JP3186077B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=13351307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06765791A Expired - Lifetime JP3186077B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3186077B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5517037A (en) * | 1992-03-25 | 1996-05-14 | Kanegafuchi Chemical Industry Co., Ltd. | Polysilicon thin film with a particulate product of SiOx |
US5656531A (en) * | 1993-12-10 | 1997-08-12 | Micron Technology, Inc. | Method to form hemi-spherical grain (HSG) silicon from amorphous silicon |
US6121081A (en) * | 1994-11-15 | 2000-09-19 | Micron Technology, Inc. | Method to form hemi-spherical grain (HSG) silicon |
US6197118B1 (en) | 1997-11-16 | 2001-03-06 | Anelva Corporation | Thin film deposition apparatus |
US6291849B1 (en) | 1994-03-11 | 2001-09-18 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor structures and apparatus having separated polysilicon grains |
US6333227B1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-12-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming hemispherical grain silicon electrodes by crystallizing the necks thereof |
US6930015B2 (en) | 1997-02-28 | 2005-08-16 | Micron Technology, Inc. | Diffusion-enhanced crystallization of amorphous materials to improve surface roughness |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP06765791A patent/JP3186077B2/ja not_active Expired - Lifetime
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