JPH06275778A - キャパシタの形成方法 - Google Patents

キャパシタの形成方法

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JPH06275778A
JPH06275778A JP5064082A JP6408293A JPH06275778A JP H06275778 A JPH06275778 A JP H06275778A JP 5064082 A JP5064082 A JP 5064082A JP 6408293 A JP6408293 A JP 6408293A JP H06275778 A JPH06275778 A JP H06275778A
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JP
Japan
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silicon
thin film
polysilicon
film
capacitor
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JP5064082A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Yamagishi
弘明 山岸
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 メモリセルの集積度を落とすことなくキャパシタ容量を
増大させるキャパシタ形成方法を提供する。 【目的】 【構成】シリコンからなる薄膜8を形成する工程と、水
素化ケイ素と酸化窒素とを反応させて、上記シリコンか
らなる薄膜上に複数個のポリシリコン粒10を形成する
工程と、上記ポリシリコン粒10および一部の前記シリ
コンからなる薄膜8をエッチング除去し、残存した上記
シリコンからなる薄膜8の表面上に凹凸を形成する工程
と、上記残存したシリコンからなる薄膜中に不純物を導
入して活性化する工程と、上記シリコンからなる薄膜に
所望のパターンを形成して電極とする工程とを、含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のキャパシ
タの形成方法に係り、特にキャパシタの容量を増大させ
る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体を用いたメモリLSI、特
にDRAM(Dynamic Random AccessMemory)LSIは
著しく高集積化が進み、最も小さな面積で実現できる1
個のスイッチングトランジスタと1個のキャパシタから
なるメモリセル(記憶素子の最小単位)が提案され、現
在主流になっている。このような構成のもとで、さらに
高い集積度を達成するため最近では平面面積を小さくし
ても容量が減少しないキャパシタの構造が種々提案され
ている。そのひとつの構造としてキャパシタを基板表面
より上方に形成する積層容量型(スタック型)のメモリ
セルがある。その一例が特開昭59−104156号に
開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記スタック型構造を
有するメモリセルの集積度を向上させるために、キャパ
シタの平面面積を小さくするが、これではキャパシタ容
量が小さくなるのでその代わりにキャパシタ絶縁膜の膜
厚を薄くすることにより同等のキャパシタ容量を確保し
ていた。しかし、膜厚が薄くなることはキャパシタ絶縁
膜を通して流れる洩れ電流の増大につながり、メモリセ
ルの記憶性能を低下させる原因となる。従ってキャパシ
タ絶縁膜の薄膜化にも限界があり、例えば64メガビッ
トDRAMをスタック型構造で実現することはキャパシ
タ容量の確保が難しく困難な状況となっている。
【0004】そこで本発明は、メモリセルの集積度を落
すことなくキャパシタ容量を増大させるキャパシタの形
成方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、シリコンからなる薄膜を形成する工程と、水素化ケ
イ素と酸化窒素とを反応させて、前記シリコンからなる
薄膜上に複数個のポリシリコン粒を形成する工程と、前
記ポリシリコン粒および一部の前記シリコンからなる薄
膜をエッチング除去して残存した前記シリコンからなる
薄膜の表面上に凹凸を形成する工程と、前記残存したシ
リコンからなる薄膜中に不純物を導入して活性化する工
程と、前記シリコンからなる薄膜に所望のパターンを形
成して電極とする工程とを、含むことを特徴とするキャ
パシタの形成方法によって解決される。
【0006】また上記課題は本発明によれば、前記水酸
化ケイ素がSiH4であり、前記酸化窒素がN2Oである
ことを特徴とするキャパシタ形成方法によって好適に解
決される。
【0007】また上記課題は本発明によれば、前記Si
4/N2O流量比が1/40以上であることを特徴とす
るキャパシタ形成方法によって好適に解決される。
【0008】また上記課題は本発明によれば、前記Si
4導入時に、所定の時間のみSiH4/N2O流量比を
1/40以上にすることを特徴とするキャパシタ形成方
法によって好適に解決される。
【0009】
【作用】本発明によれば、図1(b)および図2に示す
ようにシリコンからなる薄膜8を形成した後に水酸化水
素として例えばSiH4と、酸化窒素として例えばN2
とを反応させるとシリコンからなる薄膜8上にポリシリ
コン粒10が形成されて、凹凸表面が形成される。ポリ
シリコン粒10がなくなるまでエッチバックすると、図
3(C)に示すようにシリコンからなる薄膜8aの表面
上に凹凸が形成されて、シリコンからなる薄膜8aの表
面積を大きくできるので、キャパシタの容量を増大させ
ることができる。
【0010】ポリシリコン粒10はSiH4/N2Oの流
量比が1/40以上の時に形成することができる。しか
し、それ未満の場合ではキャパシタの容量を増大させる
のに充分なポリシリコン粒は形成されない。またSiH
4導入時に、所定の時間SiH4/N2Oの流量比を1/
40以上にして、その後は1/40以下の流量比でもポ
リシリコン粒10として核形成される。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0012】図1は本発明に係るキャパシタの形成方法
を示す一実施例によるDRAMの製造工程断面図であ
る。
【0013】まず図1(a)に示すように、P型の(1
00)面方位を有するシリコン基板1の表面にLOCO
S法を用いて厚さ600nmのフィールド酸化膜2を熱
酸化法により形成する。次にゲート酸化膜となる厚さ2
5nmのシリコン酸化膜3を熱酸化法により形成する。
【0014】次にゲート電極となる厚さ300nmのポ
リシリコン膜4をCVD(化学気相成長)法により形成
し、その後ポリシリコン膜4に熱拡散法によりリン
(P)を導入し、導電性をもたせる。次に表面に形成さ
れたリンガラスを除去し、その後厚さ200nmのシリ
コン酸化膜5を形成する。次にリソグラフィーとドライ
エッチングの1つであるRIE(反応性イオンエッチン
グ)によりポリシリコン膜4とシリコン酸化膜5のパタ
ーンを形成する。
【0015】次にCVD法により、厚さ200nmのシ
リコン酸化膜を形成し、その後全面RIEによりエッチ
バックしポリシリコン膜4の側壁にのみシリコン酸化膜
6を残存させる。次にリソグラフィーおよびウェットエ
ッチ法によりシリコン酸化膜3のパターンを形成する。
次にイオン注入法によりヒ素(As)を選択的にシリコ
ン基板1に導入し、熱処理を行ってn型拡散層7を形成
し、LDD(LightlyDopect Domain)構造とする。以上
の工程によりDRAMのスイッチング用MOSトランジ
スタの形成が終了する。
【0016】次にDRAMのキャパシタの形成工程につ
いて説明する。まず、リソグラフィーとRIEにより所
定のn型拡散層7上のシリコン酸化膜3を除去する。次
に露出したn型拡散層7表面の汚染物質を除去するため
にRCA洗浄を行う。
【0017】次に図1(b)に示すように、減圧CVD
法により厚さ200nmのポリシリコン膜8を形成し、
下地電極とする。次に、縦型拡散炉による減圧CVD装
置を用いてSiH4(シラン)とN2O(亜酸化窒素)を
原料ガスとして、温度800°C、圧力0.8Tor
r、ガス比1:10の条件で厚さ5nmのシリコン酸化
膜9およびポリシリコン粒10を形成する。すると、図
2に示すようにそのポリシリコン粒10を核として、そ
の周りにシリコン酸化膜9が被膜形成される。
【0018】このポリシリコン粒10はN2Oガスと反
応しきれないSiH4が発生したときに形成される。S
iH4とN2Oからシリコン酸化膜(SiO2)9が形成
される時の反応式は以下のように示される。
【0019】 SiH4+2N2O→SiO2+2N2+2H2O この式によれば、SiH4/N2O流量比が1/2であれ
ば未反応のSiH4はできずに反応が進みポリシリコン
粒10は形成されないはずであるが、実際にはこの条件
でポリシリコン粒10が形成される。この場合ポリシリ
コン粒10が形成されるSiH4/N2O流量比の臨界ガ
ス流量比が1/40であることを実験により確認した。
従ってこの臨界ガス流量比よりも大きなガス流量比でS
iH4とN2Oを反応させることによりポリシリコン粒1
0を形成することができる。
【0020】次にポリシリコン膜8の表面に島状の凹凸
を形成する方法について説明する。シリコン酸化膜9と
ポリシリコン粒10とを形成した状態でHF(フッ化水
素酸):H2O=1:20からなるエッチング液に30
秒間浸漬し、シリコン酸化膜9を除去する。この状態が
図3(a)であり、ポリシリコン膜8上に0.1μmの
粒径のポリシリコン粒10が島状に存在する。次にRI
Eにより全面エッチバックすると、ポリシリコン粒10
およびポリシリコン膜8の表面がエッチングされ、図3
(b)に示すようにポリシリコン粒10aが徐々に小さ
くなり、最終的にはポリシリコン粒10aが無くなり、
図3(c)に示すようにポリシリコン粒10が転写され
てポリシリコン膜8aの凹部8cと凸部8dが形成さ
れ、ポリシリコン膜8aの表面積が増大する。
【0021】次に熱拡散法により、ポリシリコン膜8a
にリンを導入し、導電性をもたせる。次にポリシリコン
膜8aに形成されたリンガラスを除去する。次にリソグ
ラフィーとRIEにより、図1(c)に示すようにポリ
シリコン膜8aのパターンを形成し、第1の電極を構成
する。するとポリシリコン膜8aの表面積が増大した
分、それだけキャパシタ容量が増大する。
【0022】次にDRAMのキャパシタ絶縁膜の形成す
る工程を図1(d)を用いて説明する。まず、NH
3(アンモニア)ガスとSiH2Cl2(ジクロロシラ
ン)を用いた減圧CVD法により、ポリシリコン膜8a
表面に膜厚5nmの窒化膜を形成する。次に水素燃焼方
式による水蒸気雰囲気において窒化膜表面に厚さ1nm
のシリコン酸化膜を形成する。ポリシリコン膜8a表面
には自然酸化膜が形成されているので、三層構造(シリ
コン酸化膜/窒化膜/自然酸化膜)からなる実質5nm
のキャパシタ絶縁膜11となる。
【0023】次にSiH4ガスを用いた低圧CVD法に
より厚さ350nmのポリシリコン膜12を形成し、熱
拡散法によりポリシリコン膜12にリンを導入して導電
性を持たせる。次にリソグラフィーとRIEによりポリ
シリコン膜12をパターニングし、第2の電極を形成す
る。
【0024】次に層間絶縁膜としてリンガラス13の形
成と、アルミニウム配線14の形成を周知の方法で行
う。上記工程を経て、DRAMのメモリセルが形成され
る。
【0025】なお上述したように、ポリシリコン粒10
形成のSiH4/N2Oガス流量比の臨界ガス流量比が1
/40であるが、この臨界ガス流量比よりも小さいガス
流量比にした場合でもSiH4の導入方法を調整するこ
とによりポリシリコン粒10を形成することができる。
これを以下に説明する。
【0026】図4はポリシリコン粒10形成時のSiH
4ガス流量のタイムチャートを示す図である。図4に示
すようにt=0においてN2Oガスの導入を開始し、例
えば1200cc/minで、縦型減圧CVD装置の炉
内にN2Oガスを供給する。t0においてSiH4ガスの
導入を開始した時、SiH4ガスの流量をコントロール
するマスフローコントローラーによって瞬時(t1
0:1秒以下)だけSiH4/N2Oガス流量比を1/
40以上例えば、最大ガス流量比1/10に設定して炉
内にオーバーシュートして流すことによってポリシリコ
ン粒10を形成することができる。SiH4の導入時の
瞬時の間に、ポリシリコン粒10が核形成されるからで
ある。
【0027】次に第1の電極8a表面上に凹凸を形成す
ることにより、キャパシタの容量の増大量を説明する。
ポリシリコン粒10を直径が0.1μm程度の球と想定
し、このポリシリコン粒10をエッチング除去して形成
される凸部は高さ0.1μm、直径0.1μmの円錐で
あると想定した時、この円錐の側面積は底面積の約2.
2(5の平方根)倍であるので第1の電極8a上に凸部
がびっしり形成されるとその表面積は約2.2倍とな
り、キャパシタ容量が最大で約2.2倍に増大する。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面に凹凸を有するシリコン膜を形成し、このシリコン膜
をキャパシタの電極として用いることにより、凹凸のな
いキャパシタに比べて最大で約2.2倍程度に容量を増
大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例によるDRAM製造工程断面図である。
【図2】図1(b)の一部の拡大断面図である。
【図3】ポリシリコン膜表面上の斜視図である。
【図4】SiH4ガス流量のタイムチャートを示す図で
ある。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 シリコン酸化膜 4 ポリシリコン(ゲート電極) 5 シリコン酸化膜 6 シリコン酸化膜 7 拡散層 8 ポリシリコン膜(第1の薄膜) 9 シリコン酸化膜 10 ポリシリコン粒 11 キャパシタ絶縁膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンからなる薄膜を形成する工程
    と、 水素化ケイ素と酸化窒素とを反応させて、前記シリコン
    からなる薄膜上に複数個のポリシリコン粒を形成する工
    程と、 前記ポリシリコン粒および一部の前記シリコンからなる
    薄膜をエッチング除去して残存した前記シリコンからな
    る薄膜の表面上に凹凸を形成する工程と、 前記残存したシリコンからなる薄膜中に不純物を導入し
    て活性化する工程と、 前記シリコンからなる薄膜に所望のパターンを形成して
    電極とする工程とを、 含むことを特徴とするキャパシタの形成方法。
  2. 【請求項2】 前記水酸化ケイ素がSiH4であり、前
    記酸化窒素がN2Oであることを特徴とする請求項1記
    載のキャパシタの形成方法。
  3. 【請求項3】 前記SiH4/N2O流量比が1/40以
    上であることを特徴とする請求項2記載のキャパシタの
    形成方法。
  4. 【請求項4】 前記SiH4導入時に、所定の時間のみ
    SiH4/N2O流量比を1/40以上にすることを特徴
    とする請求項2記載のキャパシタの形成方法。
JP5064082A 1993-03-23 1993-03-23 キャパシタの形成方法 Pending JPH06275778A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0732738A1 (en) * 1995-03-09 1996-09-18 Texas Instruments Incorporated DRAM capacitor electrode process
US6342714B1 (en) 1998-02-16 2002-01-29 Nec Corporation HSG lower electrode structure having a neck supported by a silicon layer

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