JPH065805A - 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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JPH065805A
JPH065805A JP4162336A JP16233692A JPH065805A JP H065805 A JPH065805 A JP H065805A JP 4162336 A JP4162336 A JP 4162336A JP 16233692 A JP16233692 A JP 16233692A JP H065805 A JPH065805 A JP H065805A
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Shuichi Oya
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Abstract

(57)【要約】 【目的】積層型キャパシタを有するDRAMセルの記憶
容量値を増大するために、キャパシタ下層電極の表面積
を簡単に効率よく増加させ得る製造方法を提供する。 【構成】リンを含んだ多結晶シリコン膜1と第1の非晶
質シリコン膜2を積層に堆積した後、所望の電極形状に
パターニングする。次いで第2の非晶質シリコン膜3を
堆積し、異方性エッチングにより積層パターンの側壁部
にのみ第2の非晶質シリコン膜3を残す。次いで減圧雰
囲気中で高温短時間アニールすることにより非晶質シリ
コン膜の表面に微小なシリコン結晶粒が成長する。その
後の製造工程中の熱処理により多結晶シリコン膜1から
表面を包む非晶質シリコン膜2,3へリンが拡散し、全
体がn型にドーピングされた下層電極5が完成する。

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
に関し、特にDRAMの積層型キャパシタの製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】DRAM(ダイナミックメモリ)の蓄積
容量構造として積層型キャパシタ構造が使用されてい
る。その容量値を増大するために、積層キャパシタを形
成する下層電極の表面積を増大する技術がいくつか考案
されている。その一つに、下層電極を非晶質シリコンで
形成した後に減圧雰囲気中で高温アニールして非晶質シ
リコン表面に微小なシリコン結晶粒を成長させる技術が
ある。これは、例えば91年春応用物理学会予稿集P.
714,31A−T−5に記載されている。本技術によ
る、DRAM積層キャパシタの製造方法を図4,図5を
用いて説明する。本DRAMキャパシタは0.4μmの
最小加工寸法の技術を用いて作られている。図4は、非
晶質シリコンの下層電極パターニング後の断面図、図5
は平面図である。図4(A)のようにパターニングした
後10-6torrの高真空中で600度1分間の短時間
加熱を行なうと、非晶質シリコンの表面に約直径50n
mのシリコン結晶粒が成長し、下層電極は図4(B),
図5(B)に示すように多数の凸凹を表面に有する形状
となる。ここで図5(B)は、下層電極以外のパターン
を省略している。その後、n型不純物であるリンをイオ
ン打ち込みによって導入して下層電極に導電性を付与す
る。この結果、下層電極の表面積は、図4(A)の凸凹
のない形状の約2倍となる。ここで用いたDRAMセル
の平面サイズは短辺0.8μm,長辺1.6μm,平面
積1.28μm2 である。その中に設置される下層電極
のサイズは短辺0.4μm,長辺1.2μm,平面積
0.48μm2 ,また下層電極用の非晶質シリコン膜の
厚さは0.4μmとしたから、計算上の下層電極の全表
面積は、図4(A)の状態で1.76μm2 ,図4
(B)のように凸凹に形成した後で、約3.52μm2
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の積層キャパ
シタの製造方法では、パターニングによって形成され
た、核となる非晶質シリコンパターン表面に凸凹を形成
してその表面積を約2倍に増加させることができるが、
核となるパターンの形成は、許容される最小加工寸法の
範囲でしか行えない。
【0004】例えば、従来技術の説明に用いたDRMA
セルのキャパシタの下層電極は、0.4μmの最小加工
寸法の範囲で最大に、0.4μm×1.2μmに設計さ
れており、平面サイズをこれ以上大きくできない。した
がって、さらに大きな電極表面積を得るには、下層電極
の厚さを増してパターン側部の表面積を増加させねばな
らない。この場合の不都合は、デバイスの表面段差が増
大し、他の微細加工に障害を及ぼすことである。
【0005】他の問題点として、凸凹化された下層電極
への不純物導入方法がある。従来は、n型化のためにリ
ンをイオン打ち込みしているが、このイオン打ち込み量
をあまり増加させると表面の凸凹がなまってくる現象を
呈する。この現象に関して理由は解明されていないが、
表面積をできる限り大きくする目的からは不都合とな
る。さらに、下層電極のパターニング後にリンイオン打
ち込みを行うために、リンイオンが導入されてはならな
い領域を覆い隠す工程が必要であった。すなわち、製造
工程数が増加するという欠点を有していた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にn型導電型不純物を含んだシ
リコン材料からなる核を形成する工程と、このシリコン
材料からなる核の露出表面を不純物を含まない非晶質シ
リコン膜で選択的に被覆する工程と、減圧雰囲気中で高
温短時間アニールすることにより非晶質シリコン表面に
微小な結晶粒を成長させる工程と、高温処理によりシリ
コン材料の核から非晶質シリコン膜へn型導電型不純物
を拡散させて非晶質シリコン膜をn型化する工程とを有
している。
【0007】
【作用】n型導電型のシリコン材料からなる核の表面に
選択的に形成される非晶質シリコン膜は、電極の初期パ
ターンを自己整合的に拡大して、表面積を増大させる。
また、非晶質シリコン膜への不純物導入が、核となるシ
リコン材料からの拡散によって達成されるから、余分な
不純物導入工程を必要としない。
【0008】
【実施例】次に、本発明の製造方法を図面を用いて説明
する。本実施例は、0.4μmの最小加工寸法を用いて
設計された積層型キャパシタを有するDRAMセルの製
法に関するものである。セルサイズが0.8μm×1.
6μm,キャパシタの下層電極サイズの0.4μm×
1.2μmであり、先に述べた従来例と同一の大きさに
設計されている。図1(A)〜(D)が断面図、図2
(A)〜(D)が平面図である。図1および図2におい
ては、図面が繁雑になるのを避けるために、キャパシタ
電極構造に関わらない他のDRAMセル構成要素は省略
してある。それらは、従来例に示した図4,図5と同じ
である。
【0009】1020/cm3 以上の濃度にリンを含んだ
多結晶シリコン膜1を0.3μmの厚さに、その上に第
1の非晶質シリコン膜2を0.2μmの厚さに堆積した
後に、その積層膜を所望の電極形状に通常のPR技術に
よってパターニングしたものが図1(A),図2(A)
である。次いで第2の非晶質シリコン膜3をLPCVD
法で0.1μmの厚さに堆積して図1(B)となる。次
いで、塩素系のガスを用いた異方性ドライエッチによ
り、全面をエッチバックし、多結晶シリコン膜1と第1
の非晶質シリコン膜2から成る積層パターンの側部にの
み第2の非晶質膜3を残すと、図1(C),図2(C)
となる。この全面エッチバック工程では、電極間を完全
に分離するために、非晶質シリコン膜をおよそ0.2μ
mの厚さだけエッチングした。したがって、残された積
層膜の厚さは約0.4μmとなった。次いで、薄い弗酸
により第1および第2の非晶質シリコンの表面をクリー
ニングした後に、10-6torr600度の真空中で1
分間アニールすると表面に粒径が約50nmの微小なシ
リコン結晶粒4を有する凸凹の下層電極5が形成され図
1(D),図2(D)となる。この後、キャパシタ用絶
縁膜の形成から通常のDRAMセル製造工程によって装
置全体を完成させる。この製造工程の熱処理は、およそ
900℃20分程度に相当し、この間にリンを含んだ多
結晶シリコン膜1から、第1の非晶質シリコン膜2およ
び第2の非晶質シリコン膜3中へリンが拡散し、凸凹の
下層電極5全体が均一に1020/cm3 程度のリンを含
む構造となる。
【0010】本実施例においては、第2の非晶質シリコ
ン膜3として、0.1μmの厚さを用いたから、PR技
術によって最初にパターニングされた電極形状から自己
整合的に0.1μm拡大された下層電極5が得られる。
図2(A)に示したように、多結晶シリコン膜1と第1
の非晶質シリコン膜2との積層パターンの間隔が0.4
μmであるから本実施例の場合には第2の非晶質シリコ
ン膜3を0.2μm以上の厚さにするとパターン間が埋
まってしまう。さらに、最終的に表面に50nm(0.
05μm)程度の突起が生ずることを考慮すると第2の
非晶質シリコン膜厚としては0.15μm以下にする必
要があった。通常、PR技術で加工できる下層電極パタ
ーンの間隔は、最小加工寸法Fで設計されるから、第2
の非晶質シリコン膜厚は一般にF/2−0.05μm以
下の厚さを選択できる。
【0011】また、本実施例において、微小なシリコン
結晶粒を成長するのに、10-6torrの真空中で加熱
したが、わずかにシランあるいはジシランガスを含んだ
減圧雰囲気で加熱した方が結晶粒を成長し易いことも判
っている。
【0012】以上、本実施例によって形成されたキャパ
シタ下層電極の表面積は図1(C)の状態で平面積が
0.6μm×1.4μm=0.84μm2 ,側面積が2
(0.6μm+1.4μm)×0.4μm=1.6μm
2 ,全表面積が2.44μm2、図1(D)の最終状態
で、2.44μm2 ×2=4.88μm2 となる。この
値は従来例図4(B)の値3.52μm2 の約1.4倍
である。
【0013】次に他の実施例について図3(A)−
(D)の断面図を用いて説明する。平面図は同一である
から省略する。リンを含んだ多結晶シリコン膜1を0.
3μm厚さに第1の非晶質シリコン膜2を0.1μmの
厚さに堆積し続いてシリコン酸化膜6を10nmの厚さ
に堆積する。その後所望の電極形状にパターニングした
のが図3(A)である。次いで第2の非晶質シリコン膜
3を0.1μmの厚さに堆積して図3(B)となる。次
いで全面エッチバックにより最初にパターニングした積
層膜電極パターンの側部にのみ第2の非晶質シリコン膜
3を残すと図3(C)となる。この全面エッチバック時
にシリコン酸化膜6は、下地となる第1の非晶質シリコ
ン膜2の表面がエッチングされるのを防止する。次いで
薄い弗酸によりシリコン酸化膜6の除去と表面クリーニ
ングを同時に行った後に、実施例1と同様の方法で凸凹
の下層電極5を形成する。
【0014】本実施例においては、第2の非晶質シリコ
ン膜エッチバック時に、第1の非晶質シリコン膜を保護
するためのシリコン酸化膜が存在するから、エッチバッ
クプロセスに余裕ができ、多少オーバーエッチを行って
も安定にパターンを形成できる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、リソグラ
フィー技術の限界でパターニングされる電極の核パター
ンのまわりに自己整合的に非晶質シリコンを形成するよ
うにしたので、従来技術のように該パターン表面を凸凹
化するのに比較して表面積増大効果が大きくなる。本実
施例で説明した0.4μmの加工技術の範囲では約1.
4倍の表面積増大となる。さらに、核パターンとして高
濃度にリンを含んだシリコン材料を用いてその表面を包
むように非晶質シリコン膜を形成できるようにしたので
非晶質シリコン膜へのリンの導入に特別な付加工程なし
に、製造工程中の熱処理によって内側から自動的に行う
ことが可能となった。これにより、製造工程数を削減で
きると同時に、凸凹化された表面が高濃度のリンイオン
注入によってなまる現象が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2のX−X′線に沿った、製造工程順の断面
図である。
【図2】本発明の一実施例の平面図である。
【図3】本発明の他の実施例の断面図である。
【図4】図5のX−X′線に沿った断面図である。
【図5】従来技術の平面図である。
【符号の説明】
1 リンを含んだ多結晶シリコン膜 2 第1の非晶質シリコン膜 3 第2の非晶質シリコン膜 4 シリコン結晶粒 5 凸凹な下層電極 6 シリコン酸化膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、一導電型不純物を含ん
    だシリコン材料からなる核を形成する工程と、該シリコ
    ン材料からなる核の露出表面を不純物を含まない非晶質
    シリコン膜で選択的に被覆する工程と、減圧雰囲気中で
    高温短時間アニールすることにより前記の非晶質シリコ
    ン膜表面に微小な結晶粒を成長させる工程と、高温処理
    によりシリコン材料の核から非晶質シリコン膜へ前記一
    導電型の不純物を拡張させて非晶質シリコン膜を前記一
    導電型とする工程とを含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100230363B1 (ko) * 1996-06-28 1999-11-15 윤종용 반도체장치의 커패시터 제조방법
US6335242B1 (en) 1998-05-20 2002-01-01 Nec Corporation Method for fabricating semiconductor device having a HSG layer
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KR100560583B1 (ko) * 1997-07-14 2006-03-14 마이크론 테크놀로지, 인크. 반구형 그레인 폴리실리콘 반도체 캐패시터 구조물 및 방법

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