JPH05110026A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05110026A
JPH05110026A JP3293765A JP29376591A JPH05110026A JP H05110026 A JPH05110026 A JP H05110026A JP 3293765 A JP3293765 A JP 3293765A JP 29376591 A JP29376591 A JP 29376591A JP H05110026 A JPH05110026 A JP H05110026A
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JP
Japan
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capacitor
layer
semiconductor device
polysilicon layer
manufacturing
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JP3293765A
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Masaaki Takizawa
正明 滝沢
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 小さい占有面積で、大容量のキャパシタを有
する半導体装置を、きわめて容易に製造すること。 【構成】 表面に多数の微細な凹部9と凸部11とが形
成される条件で、化学気相成長法により、ポリシリコン
層12を基板電極層4上に形成し、微細な凹部9と凸部
11とが形成してあるポリシリコン層12の表面にマス
ク層14を形成し、上記凹部9に入り込んでいるマスク
層14を残して、マスク層14を除去し、ポリシリコン
層12の凸部11を露出させ、上記凹部9に入り込んで
いるマスク層14をマスクとして、ポリシリコン層12
および基板電極層4をエッチングし、表面に多数の微細
なキャパシタ用凹所を形成し、このキャパシタ用凹所に
入り込むように、絶縁層を介して上部電極層を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に、半導体装置に用いられる大容量のキャ
パシタを容易に製造することができる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、例えばDRAMには、各メ
モリ素子毎に記憶用キャパシタを形成する必要がある。
記憶用キャパシタは、高集積化の要請から、占有面積が
小さいにも拘らず、大容量であることが望まれる。
【0003】半導体装置に用いるキャパシタとして、特
定条件の化学気相成長法(CVD法)により得られたポ
リシリコン層表面の微小凹凸を利用し、一方のキャパシ
タ用電極として用いられるポリシリコン層の表面に形成
してある微小凹凸に、絶縁層と他方のキャパシタ用電極
とを積層させることにより、DRAM用キャパシタを形
成する技術が開発されている。
【0004】このようなDRAM用キャパシタでは、ポ
リシリコン層表面の微小凹凸により、微小凹凸が形成さ
れていないDRAM用キャパシタに比較し、キャパシタ
面積が約2倍程度に増大し、容量も約2倍程度に向上す
ることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
DRAM用キャパシタでは、特定条件のCVD法により
得られるポリシリコン層表面の微小凹凸をそのまま利用
しているのみであるため、キャパシタの容量増大として
は、約2〜3倍程度の容量増大しか得られず、それ以上
の容量増大は困難であった。
【0006】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、小さい占有面積で、大容量のキャパシタを有する半
導体装置を、きわめて容易に製造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。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に多数の微
細な凹部と凸部とが形成される条件で、化学気相成長法
により、ポリシリコン層を基板電極層上に形成し、微細
な凹部と凸部とが形成してあるポリシリコン層の表面に
マスク層を形成し、上記凹部に入り込んでいるマスク層
を残して、マスク層を除去し、ポリシリコン層の凸部を
露出させ、上記凹部に入り込んでいるマスク層をマスク
として、ポリシリコン層および基板電極層をエッチング
し、表面に多数の微細なキャパシタ用凹所を形成し、こ
のキャパシタ用凹所に入り込むように、絶縁層を介して
上部電極層を形成することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、特定条件
のCVD法によりポリシリコン層の表面に形成される微
細な凹部および凸部をそのまま利用するのではなく、こ
の微細な凹部および凸部を利用してさらに深い溝をエッ
チングなどで形成し、この深い溝に入り込むように、絶
縁層を介してキャパシタ用上部電極層を形成する。この
ため、平坦面で構成されるキャパシタに比較し、同じ占
有面積で、数倍以上の容量を有するキャパシタを持つ半
導体装置を製造することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係る半導体装置の
製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法で
得られたキャパシタの要部断面図、図2〜5は同実施例
の半導体装置のキャパシタを製造する過程を示す要部断
面図、図6は同実施例の半導体装置のキャパシタを製造
する過程を示す要部断面斜視図、図7,8図は同実施例
のキャパシタを製造する過程で得られるポリシリコン層
の表面に形成される微小凹凸が形成される条件を示すグ
ラフ、図9は本発明の一実施例に係るキャパシタが適用
される他の例を示す回路図、図10は本発明のその他の
実施例に係るキャパシタが適用される半導体装置の要部
断面図である。
【0010】図1に示すように、本発明の一実施例に係
る半導体装置の製造方法で得られるキャパシタ2は、一
方のキャパシタ用電極となる基板電極層4の表面に、多
数の微細なキャパシタ用凹所6を形成してある。キャパ
シタ用凹所6が形成してある基板電極層4の表面には、
キャパシタ用凹所6内に、絶縁層8および他方のキャパ
シタ用電極となる電極層10が入り込むように積層して
ある。本実施例のキャパシタ2は、例えばDRAMの記
憶キャパシタとして用いられる。
【0011】図1に示すようなキャパシタ2を有する半
導体装置を製造するには、図2に示すように、基板電極
層4の表面に、特定条件下でのCVD法により、表面に
微細な凹部9と凸部11とを有するポリシリコン層12
を成膜する。基板電極層4は、特に限定されないが、例
えば単結晶シリコン基板、通常条件下のCVD法により
成膜される表面が平坦なポリシリコン薄膜、ないしはそ
の他の導電性基板あるいは導電性薄膜で構成される。
【0012】表面に微細な凹部9と凸部11とが形成さ
れるポリシリコン層12のCVD条件は、膜質が非晶質
から多結晶状態に変化する遷移状態となる条件である。
この条件は、特にCVDの温度条件に依存し、図7に示
すように、550〜580°C、好ましくは560〜5
75°C程度のCVD温度条件が望ましい。このような
CVD温度条件でポリシリコン層の成膜を行えば、グレ
インサイズ(図2に示す凸部11の粒径)が0.03〜
0.1μm程度の凹凸がポリシリコン層12の表面に形
成される。ポリシリコン層12を形成するための条件
は、CVD温度以外は、通常のポリシリコン層形成用の
CVD条件と同様な条件であり、例えばヘリウムHeに
より希釈されたモノシランガスSiH4 (20%)、1
気圧を雰囲気ガスとするCVD条件である。なお、表面
が平坦となるポリシリコン層を形成するためのCVD温
度条件は、600°C以上である。
【0013】ポリシリコン層12の膜厚は、特に限定さ
れないが、凸部11の粒径以上となることが好ましく、
0.06〜0.3μm程度が好ましい。図8に示すよう
に、ポリシリコン層12の膜厚と、グレインサイズと
は、一定の関係があり、膜厚が厚くなるとグレインサイ
ズも大きくなる傾向にある。したがって、後述するキャ
パシタ用凹所6を形成するために適したグレインサイズ
に基づき、膜厚が決定される。
【0014】上述したようなポリシリコン層12が形成
された後、図3に示すように、ポリシリコン層12の上
に、マスク層14が成膜される。マスク層14は、特に
限定されないが、酸化珪素膜、ホトレジスト膜、および
シリコンを含む有機系ポリマー樹脂(SOG膜など)膜
などで構成される。特に好ましくは、マスク層12は、
CVD法により成膜した酸化珪素膜で構成される。この
マスク層14の膜厚は、ポリシリコン層12の表面に形
成してある凹部9および凸部11を十分な厚さで覆う程
度の膜厚であり、具体的には、約1μm程度である。
【0015】次に、図4に示すように、ポリシリコン層
12の表面に成膜してあるマスク層14を、ホトリソグ
ラフィ法によりエッチバックし、凹部9に入り込んでい
るマスク層14を、表面から見て網目状に残して、ポリ
シリコン層の凸部11を露出させる。
【0016】次に、図5に示すように、凹部9に入り込
んでいる網目状のマスク層14をマスクとして、ポリシ
リコン層12および基板電極層4を、異方性RIE(Re
active Ion Ething)などの手段でエッチングし、表
面に多数の微細なキャパシタ用凹所6を形成する。キャ
パシタ用凹所6は、図6の斜視図に示すように、基板電
極層4の表面に、所定の深さでハニカム状に形成され
る。塩素系のガスを用いて異方性RIEを行えば、マス
ク層14を構成する酸化珪素とポリシリコン層12を構
成するポリシリコンとの選択比を10〜20程度にする
ことができるので、キャパシタ用凹所6の開口径の約2
〜3倍の深さで凹所6を形成することができる。キャパ
シタ用凹所6の開口径は、図4に示すポリシリコン層の
表面に形成してある凸部11の粒径とほぼ同じになるの
で、0.03〜0.1μm程度の大きさである。
【0017】次に、図1に示すように、キャパシタ用凹
所6に入り込むように、絶縁層8を介して上部電極層1
0を形成すれば、半導体装置に用いられるキャパシタ2
が完成する。絶縁層は、特に限定されないが、窒化珪素
膜、酸化珪素膜、熱窒化された酸化珪素膜、酸化タンタ
ル膜、および酸化珪素膜と窒化珪素膜との複合膜などで
構成される。絶縁層8の膜厚は、キャパシタを構成する
ために十分な膜厚とする。キャパシタの容量を増大させ
るためには薄いほど好ましいが、余りに薄いとリークが
生じるおそれがある。上部電極層10は、特に限定され
ず、例えばポリシリコン層などにより構成される。
【0018】理論上の計算によれば、特定条件のCVD
法により、ポリシリコン層12の表面に400個/μm
2 の凸部14を形成し、エッチングにより深さ約0.1
μmのキャパシタ用凹所6を形成したとすると、占有面
積が1μm2 の部分に、9μm2 のキャパシタ面積を有
するキャパシタ2を形成することができる。すなわち、
平坦面をキャパシタ面積とする従来のキャパシタに比較
すれば、約9倍程度の容量増大を期待できる。
【0019】本実施例のキャパシタは、例えばDRAM
の各メモリセル部分に形成され、記憶キャパシタとして
利用することができる。
【0020】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、本発明の製造方法により得られた
半導体装置用キャパシタは、DRAMの記憶キャパシタ
として用いられるのみでなく、例えば図9に示すよう
に、SRAMの各メモリセル20におけるアルファ線に
対するデータ消失防止用キャパシタ22として用いるこ
とができる。このデータ消失防止用キャパシタ22も、
小さい占有面積で大容量であることが望まれるからであ
る。
【0021】また、図10に示すように、例えばE2
ROMなどのように、フローティングゲート32とコン
トロールゲート34とを有するメモリセル30におい
て、フローティングゲート32とコントロールゲート3
4との間に、本発明の製造方法で得られたキャパシタ構
造を適用するようにしても良い。フローティングゲート
32とコントロールゲート34との間の容量結合を大き
くして、フローティングゲート32に対するデータの書
き込み特性を向上させるためである。
【0022】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特定条件のCVD法によりポリシリコン層の表面に
形成される微細な凹部および凸部をそのまま利用するの
ではなく、この微細な凹部および凸部を利用してさらに
深い溝をエッチングなどで形成し、この深い溝に入り込
むように、絶縁層を介してキャパシタ用上部電極層を形
成する。このため、平坦面で構成されるキャパシタに比
較し、同じ占有面積で、数倍以上の容量を有するキャパ
シタを持つ半導体装置を製造することができる。したが
って、DRAMなどのようにキャパシタの占める占有面
積が大きいLSIの集積度向上に寄与する。しかも、キ
ャパシタの製造に際しては、特定条件下のCVD法によ
り形成される微細な凹部と凸部とを利用して、さらに深
い溝を容易に形成するようにしているので、比較的製造
が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
で得られたキャパシタの要部断面図である。
【図2】同実施例の半導体装置のキャパシタを製造する
過程を示す要部断面図である。
【図3】同実施例の半導体装置のキャパシタを製造する
過程を示す要部断面図である。
【図4】同実施例の半導体装置のキャパシタを製造する
過程を示す要部断面図である。
【図5】同実施例の半導体装置のキャパシタを製造する
過程を示す要部断面図である。
【図6】同実施例の半導体装置のキャパシタを製造する
過程を示す要部断面斜視図である。
【図7】同実施例のキャパシタを製造する過程で得られ
るポリシリコン層の表面に形成される微小凹凸が形成さ
れる条件を示すグラフである。
【図8】同実施例のキャパシタを製造する過程で得られ
るポリシリコン層の表面に形成される微小凹凸が形成さ
れる条件を示すグラフである。
【図9】本発明の一実施例に係るキャパシタが適用され
る他の例を示す回路図である。
【図10】本発明のその他の実施例に係るキャパシタが
適用される半導体装置の要部断面図である。
【符号の説明】
2…キャパシタ 4…基板電極層 6…キャパシタ用凹所 8…絶縁層 9…凹部 10…上部電極層 11…凸部 12…ポリシリコン層 14…マスク層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に多数の微細な凹部と凸部とが形成
    される条件で、化学気相成長法により、ポリシリコン層
    を基板電極層上に形成し、 微細な凹部と凸部とが形成してあるポリシリコン層の表
    面にマスク層を形成し、 上記凹部に入り込んでいるマスク層を残して、マスク層
    を除去し、ポリシリコン層の凸部を露出させ、 上記凹部に入り込んでいるマスク層をマスクとして、ポ
    リシリコン層および基板電極層をエッチングし、表面に
    多数の微細なキャパシタ用凹所を形成し、 このキャパシタ用凹所に入り込むように、絶縁層を介し
    て上部電極層を形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 上記マスク層は、酸化珪素膜、ホトレジ
    スト膜、およびシリコンを含む有機系ポリマー樹脂膜の
    内から選ばれる一つで構成される請求項1に記載の半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記絶縁層は、窒化珪素膜、酸化珪素
    膜、熱窒化された酸化珪素膜、酸化タンタル膜、および
    酸化珪素膜と窒化珪素膜との複合膜の内から選ばれる一
    つで構成される請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
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