JPH0689984A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体装置の製造方法であって、不均一な厚
さを有するシリコン酸化膜１３をシリコン膜上１２に形
成する工程と、ＷＦ₆を含むガスによってシリコン酸化
膜１３の少なくとも一部を還元し、かつ、ＷＦ₆とシリ
コン膜１２の露出した表面とを不均一に反応させなが
ら、タングステン膜１４をシリコン膜１２上に成長させ
る工程と、タングステン膜１４を除去する工程とを包含
する。 【効果】 再現性よく、シリコン膜１２の表面積を増加
することができる。

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、より詳細には、半導体装置に使用されるシリコン
部材の表面積を増加させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に使用されるキャパシタ、例
えば、ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ（ＤＲ
ＡＭ）に使用されるスタック型メモリセルのキャパシタ
の電荷蓄積電極として、シリコン膜が広く使用されてい
る。メモリセルのサイズを縮小することにより半導体装
置の集積度向上を図るためには、これらのキャパシタの
容量を低下させずに、キャパシタのサイズを縮小する必
要がある。このために、キャパシタの電荷蓄積電極の面
積、すなわち、シリコン膜の表面積を増加させる技術が
検討されている。

【０００３】化学的気相成長法によりシリコン膜を堆積
する時に、その堆積温度を調整することにより堆積され
たシリコン膜の表面に凹凸を形成し、それによってキャ
パシタの電極の面積を増加させた半導体装置が、例え
ば、H.Watanabe, et al., Sym.on VLSI Tech. page 873
(1990)に開示されている。図８は、ノンドープシリコ
ン膜の堆積温度と、堆積されたノンドープシリコン膜を
電荷蓄積電極として有するキャパシタの容量との関係を
示すグラフである。このグラフから、堆積温度が５５０
℃を中心にした±０．４℃の範囲内にある場合、ノンド
ープシリコン膜の表面積が顕著に増加していることがわ
かる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術によれば、シリコン膜の表面積増加に適した堆
積温度が、５５０℃を中心にした±０．４℃の狭い範囲
内にあり、その範囲外の温度では、シリコン膜の表面に
は大きな凹凸が形成されない。このように狭い範囲内に
堆積温度を制御することは困難である。また、シリコン
膜の表面の凹凸の程度は、堆積されるシリコン膜の含有
する不純物の濃度に応じて変動する。これらの理由か
ら、従来技術にはキャパシタの容量を再現性よく増加さ
せることができないという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、シリコンの
表面積を再現性よく容易に増加させることのできる半導
体装置の製造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】本発明の半導体装置の製
造方法は、不均一な厚さを有する酸化膜をシリコン上に
形成する工程と、金属元素を含有するガスによって該酸
化膜の少なくとも一部を還元し、かつ、該ガスと該シリ
コンの露出した表面とを反応させながら、該金属元素を
含む金属膜を該シリコン上に成長させる工程と、該金属
膜を除去する工程とを包含し、そのことにより上記目的
が達成される。

【０００７】また、前記不均一な厚さを有する酸化膜を
前記シリコン上に形成する前記工程は、酸化性溶液によ
り該シリコンの表面を酸化し、それによって自然酸化膜
を形成する工程であってもよい。

【０００８】前記ガスとして、ＷＦ₆を含有するガスを
使用してもよい。前記金属膜除去工程後に、容量絶縁膜
を前記シリコン上に形成する工程と、該容量絶縁膜上に
導電膜を堆積し、それによって、該シリコンと該容量絶
縁膜と該導電膜とを有するキャパシタを形成する工程と
を更に包含していてもよい。

【０００９】前記シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程
と、該シリコンの表面の一部を露出させるコンタクトホ
ールを該絶縁膜中に形成する工程と、前記金属膜除去工
程後に、該コンタクトホールを介して露出する該シリコ
ンの該表面の上に導電材料を形成し、該シリコンと該導
電材料とを電気的に接続する工程とを更に包含していて
もよい。

【００１０】本発明の他の半導体装置の製造方法は、不
均一な厚さを有する酸化膜をシリコン上に形成する工程
と、金属元素を含有するガスによって該酸化膜の少なく
とも一部を還元し、かつ、該ガスと該シリコンの露出し
た表面とを反応させながら、該金属元素を含む金属膜を
該シリコン上に成長させる工程と、容量絶縁膜を該導電
膜上に形成する工程と、該容量絶縁膜上に導電膜を堆積
し、それによって、該シリコンと該金属膜と該容量絶縁
膜と該導電膜とを有するキャパシタを形成する工程とを
包含し、そのことによって上記目的が達成される。

【００１１】前記容量絶縁膜は、高誘電体膜であっても
よい。本発明の他の半導体装置の製造方法は、金属膜を
シリコン上に堆積させる工程と、該金属膜の融点以下の
温度で熱処理をすることにより、該金属膜の一部を該シ
リコン中に浸入させる工程と、該金属膜を除去する工程
とを包含し、そのことにより上記目的が達成される。

【００１２】前記金属膜を除去する前記工程の後に、容
量絶縁膜を前記シリコン上に形成する工程と、該容量絶
縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シリコンと
該容量絶縁膜と該導電膜とを有するキャパシタを形成す
る工程とを更に包含していてもよい。

【００１３】前記シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程
と、該シリコンの表面の一部を露出させるためのコンタ
クトホールを該絶縁膜中に形成する工程と、前記金属膜
除去工程後に、該コンタクトホールを介して露出する該
シリコンの該表面の上に導電材料を形成し、該シリコン
と該導電材料とを接続する工程とを更に包含していても
よい。

【００１４】前記金属膜を成長させる工程は、アルミニ
ウム合金膜を前記シリコン上に堆積する工程であっても
よい。

【００１５】本発明の他の半導体装置の製造方法は、あ
る温度に於ける固溶度以上の量の材料を含有する金属膜
を該シリコン上に堆積させる工程と、該温度で熱処理を
することにより、該材料を該シリコン上に析出させる工
程と、該金属膜を除去する工程とを包含し、そのことに
よって上記目的が達成される。

【００１６】前記金属膜を除去する前記工程の後に、容
量絶縁膜を前記シリコン上に形成する工程と、該容量絶
縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シリコンと
該容量絶縁膜と該導電膜とを有するキャパシタを形成す
る工程とを更に包含していてもよい。

【００１７】前記シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程
と、該絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前
記金属膜除去工程後に、該コンタクトホールを介して露
出する前記シリコン上に導電材料を形成し、該シリコン
と該導電材料とを接続する工程とを更に包含していても
よい。

【００１８】前記金属膜を成長させる工程は、アルミ合
金膜を前記シリコン上に堆積する工程であってもよい。

【００１９】前記他の材料は、４価の半導体であっても
よい。本発明の他の半導体装置の製造方法は、不均一な
厚さを有する酸化膜をシリコン上に形成する工程と、ガ
スによって該酸化膜の少なくとも一部を還元し、かつ、
該ガスと該シリコンの露出した表面とを反応させなが
ら、誘電体膜を該シリコン上に成長させる工程と、該誘
電体膜上に導電性膜を堆積し、それによって、該シリコ
ンと該誘電体膜と該導電性膜とを有するキャパシタを形
成する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達
成される。

【００２０】前記容量絶縁膜は、高誘電体膜であっても
よい。

【００２１】

【作用】本発明によれば、シリコン膜の堆積温度を狭い
範囲内で制御することなく、シリコン膜の表面に大きな
凹凸を容易に形成することができる。また、表面に形成
される凹凸の程度はシリコンの不純物濃度に依存しな
い。こうして、本発明の方法によれば、再現性よく電荷
蓄積電極の表面積を拡大し、キャパシタの容量を増加す
ることができる。また、コンタクトホールの開口面積を
拡大することなく、コンタクト界面の面積を実質的に拡
大し、それによってコンタクト抵抗を低減することがで
きる。

【００２２】

【実施例】（実施例１）図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明
の第１の実施例の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。以下に、図１を参照して本実施例の半導体装
置の製造方法を説明する。

【００２３】まず、減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコン
膜１２を基板１１上に堆積した後、基板１１を過酸化水
素水と硫酸との混合溶液（約１３０℃）に浸す。この結
果、図１（ａ）に示されるように、多結晶シリコン膜１
２の表面は混合溶液により酸化され、多結晶シリコン膜
１２の表面に薄い酸化シリコン膜１３が形成される。

【００２４】減圧ＣＶＤ法により形成された多結晶シリ
コン膜１２は多数の柱状結晶粒から構成されており、各
結晶粒の間には不純物の析出しやすい結晶粒界が存在し
ている。この結果、多結晶シリコン膜１２の表面の酸化
レートは、表面における位置に応じて異なる。このた
め、形成された薄い酸化シリコン膜１３の厚さは不均一
であり、また、多孔性であることもある。酸化シリコン
膜１３の厚さは、好ましくは、１０オングストローム〜
５０オングストロームである。

【００２５】多結晶シリコン膜１２の表面を過酸化水素
水と硫酸との混合溶液（約１３０℃）に浸さなくとも、
大気との接触により、多結晶シリコン膜１２の表面に
は、自然酸化膜が形成される。しかし、過酸化水素水と
硫酸との混合液を用いて、多結晶シリコン膜１２の表面
を酸化する工程を行うことにより、不均一な厚さを有す
る酸化シリコン膜１３を再現性良く形成することができ
る。酸化シリコン膜１３を形成するには、過酸化水素水
と硫酸との混合液以外に、酸化性溶液又は酸化性気体を
用いてもよい。酸化性気体を用いる方法としては、例え
ば、ウェット酸化法又はドライ酸化法などの方法があ
る。また、酸化シリコン膜１３を形成する工程をする代
わりに、適当な時間、大気と多結晶シリコン膜１２とを
室温で接触させることにより形成される自然酸化膜を酸
化シリコン膜１３として使用することも可能である。

【００２６】次に、１００ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）
ガスにより希釈した１０ｓｃｃｍの六フッ化タングステ
ン（ＷＦ₆）ガス中に、基板１１を置く。ガスの温度
は、２５０℃〜３００℃に設定し、その圧力は２５０ｍ
Ｔｏｒｒに設定する。この条件のもとでは、図１（ｂ）
に示されるように、多結晶シリコン膜１２上にタングス
テン膜１４が成長する。この成長は、（化１）で示され
る反応による生じる。

【００２７】

【化１】

【００２８】上記反応は、薄い酸化シリコン膜１３の少
なくとも一部がガスで還元されることにより形成された
孔、または、酸化シリコン膜１３中に最初から形成され
ていた孔を介して、ガスと多結晶シリコン膜１２との接
触が生じることにより開始する。上述したように、酸化
シリコン膜１３の厚さは不均一である。このため、酸化
シリコン膜１３のうち比較的薄い部分（厚さが約２０オ
ングストローム以下の部分）は、ある時間内で完全に還
元除去されるか、または、ガスがその比較的薄い部分を
突き抜けることにより、ガスと多結晶シリコン膜１２の
表面との接触が局所的に生じる。この接触の結果、ガス
は多結晶シリコン膜１２の表面と反応し、それによって
多結晶シリコン膜１２上に不均一にタングステンが成長
することとなる。反応の進行に伴い、多結晶シリコン膜
１２の表面からシリコンがＳｉＦ ₄として揮発する。一
方、酸化シリコン膜１３のうち比較的厚い部分はその時
間内には完全に還元除去されず、また、ガスはその比較
的厚い部分を突き抜けることができない。そのため、酸
化シリコン膜１３の比較的厚い部分に覆われた多結晶シ
リコン膜１２上には、タングステンが成長しない。この
ことは、M.L.Greenet al., J. Electrochem. Soc. 33,
2285 (1987)に報告されている。タングステン膜１４の
不均一な成長（シリコンとの反応）の結果、多結晶シリ
コン膜１２とタングステン膜１４との界面１５に、図１
（ｂ）に示される凹凸が形成される。凹部は、ガスと多
結晶シリコン１３との反応によりタングステンが成長し
た部分である。このような凹凸を形成するためには、タ
ングステン膜１４を成長させる代わりに、上記化学反応
式に示されるような反応と類似の反応によって、他の金
属膜を成長させてもよい。例えば、ＭｏＦ₅、ＭｏＣ
ｌ₃、ＴｉＣｌ₄、又はＴａＣｌ₅等のガスを使用すれ
ば、モリブデン膜、チタン膜、又はタンタル膜をシリコ
ン上に不均一に成長させることが可能である。

【００２９】この金属膜は成長後に除去される。このた
め、シリコンと反応しながら成長する膜であれば、金属
膜の代わりに金属以外の材料からなる膜を成長させても
よい。

【００３０】本実施例によれば、界面１５の凹凸の高低
段差は、５０ｎｍから１５０ｎｍ程度に達する。

【００３１】次に、過酸化水素水と硫酸との混合液（１
３０℃）を用いたウェットエッチングにより、図１
（ｃ）に示されるように、タングステン膜１４を選択的
に除去する。こうして、タングステン膜１４の成長工程
により表面積が拡大された多結晶シリコン膜１２を得る
ことができる。タングステン膜１４を選択的に除去する
ためには、過酸化水素水と硫酸との混合溶液以外の他の
溶液を用いてもよい。

【００３２】本実施例によれば、タングステン膜１４を
除去した後の多結晶シリコン膜１２の表面積は、堆積直
後の多結晶シリコン膜１２の表面積の１.６倍程度に拡
大された。本実施例によれば、酸化シリコン膜１３の形
成条件及びタングステン膜１４の成長条件を制御するこ
とにより、多結晶シリコン１２の表面積を１.２〜１.６
倍程度に拡大することができる。

【００３３】本発明の方法は、多結晶シリコン膜１２に
対してだけではなく、単結晶シリコン基板、若しくは膜
又は非晶質シリコン膜に対しても、その表面積を増加さ
せることができる。単結晶シリコン基板及び膜並びに非
晶質シリコン膜の表面の凹凸は、多結晶シリコン膜１２
の表面の凹凸に比べて、その程度が低いが、酸化性溶液
を用いた酸化処理によって、充分に不均一な酸化シリコ
ン膜１３を形成することができるので、それらの表面積
を増加することが可能である。

【００３４】（実施例２）次に、図２（ａ）〜（ｃ）を
参照しながら、半導体記憶装置のメモリセル内のキャパ
シタの電荷蓄積電極を本発明の方法で形成する例を実施
例２として説明する。簡単のため、図２には、ある単一
のメモリセル内のスタック型キャパシタのみが示されて
いる。このキャパシタ以外の素子、例えば、トランジス
タや配線等は省略されている。キャパシタ以外の素子の
形成は、公知の方法により行われる。

【００３５】まず、図２（ａ）に示されるように、ＣＶ
Ｄ法により、不図示のトランジスタを覆うように絶縁膜
２２をシリコン基板２１上に形成した後、リソグラフィ
及びエッチング技術により絶縁膜２２の所定領域に開口
部を形成する。この開口部は、キャパシタの電荷蓄積電
極２３とシリコン基板２１とを接続するために用いられ
る。開口部を介してシリコン基板２１に接するようにリ
ンドープ多結晶シリコン膜を絶縁膜２２上に堆積した
後、リソグラフィ及びエッチング技術により多結晶シリ
コン膜をパターニングして電荷蓄積電極２３を形成す
る。電荷蓄積電極２３は、図２（ａ）に示されるよう
に、絶縁膜２３の開口部を介してシリコン基板２１に接
触している。より正確には、この電荷蓄積電極２３は、
シリコン基板２１の表面に形成された不純物拡散領域
（不図示）に電気的に接続されている。この不純物拡散
領域は、スイッチングトランジスタのソース／ドレイン
領域の一方に電気的に接続されているか、またはソース
／ドレインの一方として機能する。

【００３６】次に、実施例１の方法と同様の方法で、電
荷蓄積電極２３の表面上に酸化シリコン膜２４を形成す
る。その後、実施例１の方法と同様の方法で、図２
（ｂ）に示されるようにタングステン膜２５を電荷蓄積
電極２３上に成長させ、界面２６に凹凸を形成する。そ
の後、タングステン膜２５を除去し、電荷蓄積電極２３
の表面積を増加させる。

【００３７】次に、周知の方法で、容量絶縁膜２７を電
荷蓄積電極２３上に堆積した後、プレート電極２８を形
成することにより、電荷蓄積電極２３、容量絶縁膜２
５、及びプレート電極２８からなるキャパシタが形成さ
れる。容量絶縁膜２７としては、シリコンからなる電荷
蓄積電極２３の表面を酸化することにより形成される酸
化シリコン膜、又はそのような酸化膜と窒化膜とを含む
ＯＮＯ膜を使用することができる。

【００３８】このようにして形成されたキャパシタの電
荷蓄積電極２３は、従来に比べて拡大された表面積を有
しているため、キャパシタの容量は、その表面積の拡大
量に比例して拡大している。このため、本実施例の方法
で、ＤＲＡＭのメモリセルのキャパシタを形成すれば、
充分な電荷蓄積電極を有し、かつ、サイズの縮小された
メモリセルが提供される。

【００３９】本発明の方法により形成されたキャパシタ
のうち、６ｎｍのＯＮＯ膜を容量絶縁膜として有し、
３.０μｍ²というサイズを有するキャパシタの容量は、
２６.７フェムトファラッド（ｆＦ）であった。一方、
従来の方法により形成された同サイズのキャパシタの容
量は、１７.３ｆＦであった。このような容量の増加
は、電荷蓄積電極２３の表面積が約１.６倍に増加して
いるこによると考えられる。

【００４０】本実施例の方法では、タングステン膜２５
を除去した後、シリコンからなる電荷蓄積電極２３上に
容量絶縁膜２５を形成したが、タングステン膜２５を除
去することなく、タングステン膜２３上に直接に容量絶
縁膜２５を堆積してもよい。本発明の方法によりタング
ステン膜の成長を行うと、不均一な成長により、シリコ
ンからなる電荷蓄積電極２３の表面の凹凸が増加するだ
けでなく、タングステン膜２３の表面の凹凸も増加す
る。このため、そのようなタングステン膜２３上に直接
に容量絶縁膜２５を形成すれば、上記実施例の方法によ
り形成されたキャパシタの容量と同様かそれ以上の容量
が達成される。例えば、高誘電体材料の一つであるＴａ
₂Ｏ₅膜を、容量絶縁膜２５としてタングステン膜２３上
に形成してもよい。このようにタングステン膜２３を除
去しない方法によれば、タングステン膜２５の存在によ
って、容量絶縁膜２５とシリコンからなる電荷蓄積電極
２３との間の直接の接触が生じないため、シリコンと反
応するおそれのある誘電体材料を容量絶縁膜２５の材料
として使用することが可能となる。

【００４１】（実施例３）次に、本発明をコンタクトの
形成に適用した例を実施例３として説明する。

【００４２】一般に、コンタクト抵抗は、コンタクト界
面の面積に反比例する。このため、コンタクト界面の凹
凸を増加させ、それによってコンタクト面積を実質的に
増加させることができれば、コンタクトホールの開口面
積を一定に維持したまま、コンタクト抵抗を低下させる
ことができる。以下に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しな
がら、その方法を説明する。

【００４３】まず、図３（ａ）に示されるように、基板
３１上にリンドープ多結晶シリコン配線３２を形成す
る。基板３１と多結晶シリコン配線３２の間には、不図
示の絶縁膜が設けられている。次に、多結晶シリコン配
線３２を覆うように、層間絶縁膜３３を形成した後、コ
ンタクトホール３４を層間絶縁膜３３中に形成する。こ
の後、実施例１の方法と同様の方法により、コンタクト
ホール３４の底部にて露出する多結晶シリコン配線３２
の表面上に、タングステン膜３５を成長させる。図３
（ｂ）に示されるように、タングステン膜３５は、層間
絶縁膜３３上には成長せず、多結晶シリコン配線３２上
にのみ選択的に成長する。

【００４４】次に、タングステン膜３５を除去した後、
図３（ｃ）に示されるように、Ａｌ配線３６を層間絶縁
膜３３上に形成することにより、Ａｌ配線３６と多結晶
シリコン配線３２との電気的コンタクトを形成する。

【００４５】多結晶シリコン配線３２の凹凸の程度が増
加することにより、前述のように、多結晶シリコン配線
３２の表面積が従来の表面積の１.６倍に拡大すると、
コンタクト抵抗は、１.６分の１に低減されることにな
る。

【００４６】多結晶シリコン配線３２のコンタクト部分
の凹凸を増加させた後に、コンタクトホール３４を介し
て、不純物イオンを注入すれば、なお一層コンタクト抵
抗を低下させることができる。

【００４７】このように、本実施例によれば、コンタク
トホール３４の開口面積を縮小することなく、コンタク
ト抵抗を低減することができる。コンタクトホール３４
の開口面積を縮小すると、コンタクトホール３４内にア
ルミニウム配線３６を埋め込むことが困難となり、コン
タクト不良が増加するが、本実施例によれば、そのよう
な問題を回避することができる。

【００４８】（実施例４）次に、図４（ａ）〜（ｅ）を
参照しながら、本発明の実施例４を説明する。

【００４９】まず、図４（ａ）に示されるように、ＣＶ
Ｄ法により、不図示のトランジスタを覆うように絶縁膜
４２をシリコン基板４１上に形成した後、リソグラフィ
及びエッチング技術により絶縁膜４２の所定領域に開口
部を形成する。この開口部は、キャパシタの電荷蓄積電
極４３とシリコン基板４１とを接続するために用いられ
る。開口部を介してシリコン基板４１に接するようにリ
ンドープ多結晶シリコン膜を絶縁膜４２上に堆積した
後、リソグラフィ及びエッチング技術により多結晶シリ
コン膜をパターニングして電荷蓄積電極４３を形成す
る。電荷蓄積電極４３は、図４（ａ）に示されるよう
に、絶縁膜４３の開口部を介してシリコン基板４１に接
触している。より正確には、この蓄積電極４３は、シリ
コン基板４１の表面に形成された不純物拡散領域（不図
示）に電気的に接続されている。この不純物拡散領域
は、スイッチングトランジスタのソース／ドレイン領域
の一方に電気的に接続されているか、またはソース／ド
レインの一方として機能する。

【００５０】次に、図４（ｂ）に示されるように、電荷
蓄積電極４３を覆うように、スパッタ法により純アルミ
ニウム膜４４を絶縁膜４２上に形成する。

【００５１】純アルミニウム膜４４の融点以下の温度
で、例えば４５０℃で、熱処理を行う。その結果、電荷
蓄積電極４３の表面と純アルミニウム膜４４とが、不均
一に反応し、図４（ｃ）に示されるように、電荷蓄積電
極４３と純アルミニウム膜４４との界面の凹凸の程度が
増加する。

【００５２】アルミニウムに対するシリコンの固溶度
（以下、単に「固溶度」と略記する）は、温度に依存し
て変化する。熱処理工程中、アルミニウムとシリコンと
の界面近傍において、その熱処理温度における固溶度に
達するまで、シリコンがアルミニウム中に溶解（拡散）
してゆく。またアルミニウムは、シリコン中に溶解（拡
散）してゆく。こうして、アルミニウムとシリコンとの
間で物質の相互移動が生じる。この熱力学的物質移動現
象が上記界面で不均一に生じる結果、界面の凹凸の程度
が増加する。もし、アルミニウムがシリコンを充分に含
有してると、例えば、熱処理温度における固溶度に達す
る量のシリコンをあらかじめ含有していると、上記物質
移動が生じにくくなる。このため、アルミニウム膜は、
熱処理温度における固溶度以下の量のシリコンを含んで
いる必要がある。アルミニウム膜のシリコン含有量が熱
処理温度における固溶度以下である限り、アルミニウム
は他の物質、例えば、銅、スカンジウム等を含む合金で
あってもよい。

【００５３】熱処理工程の後、図４（ｄ）に示されるよ
うに、リン酸と酢酸との混合溶液を使用してアルミニウ
ム膜４４を選択的に除去する。シリコンに対してアルミ
ニウムを選択的にエッチングすることができるエッチャ
ントであれば、他の溶液またはガスを用いてもよう。こ
の後、周知の方法で、図４（ｅ）に示されるように、容
量絶縁膜４６を電荷蓄積電極４３上に堆積した後、プレ
ート電極４７を形成することにより、電荷蓄積電極４
３、容量絶縁膜４６、及びプレート電極４７からなるキ
ャパシタが形成される。

【００５４】このようにして形成されたキャパシタの電
荷蓄積電極４３は、従来に比べて拡大された表面積を有
しているため、キャパシタの容量は、その表面積の拡大
量に比例して拡大している。このため、本実施例の方法
で、ＤＲＡＭのメモリセルのキャパシタを形成すれば、
充分な電荷蓄積電極を有し、かつ、サイズの縮小された
メモリセルが提供される。

【００５５】上記実施例の方法では、多結晶シリコン膜
をパターニングして電荷蓄積電極４３を形成した後、ア
ルミニウム膜４４を形成したが、多結晶シリコン膜をパ
ターニングする前に、多結晶シリコン膜上にアルミニウ
ム膜４４を形成してもよい。その場合、熱処理工程及び
アルミニウム膜除去工程の後、上面に凹凸が形成された
多結晶シリコン膜をパターニングして電荷蓄積電極４３
を形成する。

【００５６】本実施例によれば、タングステン膜をシリ
コン上に成長させるための装置、例えば、化学的気相成
長による金属膜成長装置は不要であり、しかも、半導体
製造装置として製造ラインに導入されているＡｌスパッ
タ装置を使用することができる。

【００５７】（実施例５）次に、アルミニウムとシリコ
ンとの間に相互拡散によるのではなく、アルミニウムが
含有する物質をシリコン上に析出させることにより、シ
リコン表面の凹凸を増加させる方法を実施例５として説
明する。

【００５８】まず、図５（ａ）に示されるように、ＣＶ
Ｄ法により、不図示のトランジスタを覆うように絶縁膜
５２をシリコン基板５１上に形成した後、リソグラフィ
及びエッチング技術により絶縁膜５２の所定領域に開口
部を形成する。この開口部は、後に形成されるキャパシ
タの電荷蓄積電極５３とシリコン基板５１とを接続する
ために用いられる。開口部を介してシリコン基板５１に
接するようにリンドープ多結晶シリコン膜を絶縁膜５２
上に堆積した後、リソグラフィ及びエッチング技術によ
り多結晶シリコン膜をパターニングして電荷蓄積電極５
３を形成する。電荷蓄積電極５３は、図５（ａ）に示さ
れるように、絶縁膜５３の開口部を介してシリコン基板
５１に接触している。より正確には、この電荷蓄積電極
５３は、シリコン基板５１の表面に形成された不純物拡
散領域（不図示）に電気的に接続されている。この不純
物拡散領域は、スイッチングトランジスタのソース／ド
レイン領域の一方に電気的に接続されているか、または
ソース／ドレインの一方として機能する。

【００５９】次に、図５（ｂ）に示されるように、電荷
蓄積電極５３を覆うように、スパッタ法により、１０重
量パーセントのシリコンを含有したアルミニウム膜５４
を絶縁膜５２上に形成する。このアルミニウム膜５４
は、４５０℃における固溶度を超える量のシリコンを含
有している。

【００６０】次に図５（ｃ）に示されるように、アルミ
ニウム膜５４の融点以下の温度で、例えば４５０℃で、
熱処理工程を行う。この熱処理工程により、アルミニウ
ム膜５４から電荷蓄積電極５３の表面にシリコンが析出
する。以下に、図７（ａ）から（ｃ）を参照して、シリ
コンの析出現象を、より詳細に説明する。図７（ａ）
は、熱処理工程前の半導体装置の断面を示している。こ
の図は、図５（ｂ）に相当しているが、アルミニウム膜
５４が含有しているシリコンを模式的に示している。熱
処理工程中、図７（ｂ）に示されるように、アルミニウ
ム膜５４中に含有されるシリコンの一部が、電荷蓄積電
極５３の表面において析出核が形成された部分上でエピ
タキシャル成長する。こうして、シリコンの析出、すな
わち、シリコン析出物５５の成長が、電荷蓄積電極５３
上で不均一に生じる。熱処理工程後、図７（ｃ）に示さ
れるように、多数のシリコン析出物５５が形成され、表
面積の拡大した電荷蓄積電極５３が得られる。なお、シ
リコン析出物５５の高さは、堆積したアルミニウム膜５
３の膜厚に匹敵する。

【００６１】次に、６０℃程度のリン酸及び酢酸の混合
液を用いて、シリコン析出物５５を残しながら、アルミ
ニウム膜５４を選択的に除去する。シリコンに対してア
ルミニウムを選択的にエッチングすることができるエッ
チャントであれば、他の溶液またはガスを用いてもよ
い。こうして、図５（ｄ）に示されるように、多数のシ
リコン析出物５５により表面積の増加した電荷蓄積電極
５３が得られる（以下、シリコン析出物５５及び電荷蓄
積電極５４を総称して「電荷蓄積電極５４」と称するこ
とがある）。

【００６２】シリコン析出物５５の形成は、アルミニウ
ム膜５４が熱処理温度における固溶度以上の量のシリコ
ンを含有していれば生じる。このような析出物の形成
は、シリコンに限らず他の物質でも生じ得る。例えば、
アルミニウム膜５４が熱処理温度における固溶度以上の
量のゲルマニウムを含有していると、ゲルマニウム析出
物が電荷蓄積電極５３上に形成され、電荷蓄積電極５３
の表面積が増加する。また、アルミニウム膜５４は、析
出させる物質以外の物質、例えば、銅、スカンジウム等
を含む合金膜であってもよい。シリコン析出物５５に導
電性を与えるためには、シリコン析出物５５に対して、
不純物のドーピングを行えばよい。この不純物として、
電荷蓄積電極５３にドープされている不純物と同じ不純
物を用いることが好ましい。ドーピングは、アルミニウ
ム膜５４をエッチングにより除去する前、又は、除去し
た後に、イオン注入法により実行することが好ましい。

【００６３】この後、周知の方法で、図５（ｅ）に示さ
れるように、容量絶縁膜５６を電荷蓄積電極５３上に堆
積した後、プレート電極５７を形成することにより、電
荷蓄積電極５３、容量絶縁膜５６、及びプレート電極５
７からなるキャパシタが形成される。

【００６４】（実施例６）以下に、図６（ａ）〜（ｄ）
を参照しながら、コンタクトの形成方法を実施例６とし
て説明する。

【００６５】まず、図６（ａ）に示されるように、基板
６１上にリンドープ多結晶シリコン配線６２を形成す
る。基板６１と多結晶シリコン配線６２の間には、不図
示の絶縁膜が設けられている。次に、多結晶シリコン配
線６２を覆うように、層間絶縁膜６３を形成した後、コ
ンタクトホール６４を層間絶縁膜６３中に形成する。こ
の後、実施例４の方法と同様の方法により、コンタクト
ホール６４の底部にて露出する多結晶シリコン配線６２
の表面と接触するように、層間絶縁膜６３上にアルミニ
ウム膜６５を堆積させる（図６（ｂ））。

【００６６】次に、図６（ｃ）に示されるようにアルミ
ニウム膜６５を除去することにより、表面積の増加した
コンタクト面を露出させる。この後、図６（ｄ）に示さ
れるように、バリアメタル膜６７及びアルミニウム合金
膜６８を層間絶縁膜６３上に形成して、これらの膜６７
及び６８からなる配線を形成する。

【００６７】多結晶シリコン配線６２のコンタクト部分
の凹凸を増加させた後に、コンタクトホール６４を介し
て、不純物イオンを注入すれば、なお一層コンタクト抵
抗を低下させることができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、シリコン膜の堆積温度
を狭い範囲内で制御することなく、シリコン膜の表面に
大きな凹凸を容易に形成することができる。また、表面
に形成される凹凸の程度はシリコンの不純物濃度に依存
しない。こうして、本発明の方法によれば、再現性よく
電荷蓄積電極の表面積を拡大し、キャパシタの容量を増
加することができる。また、コンタクトホールの開口面
積を拡大することなく、コンタクト界面の面積を実質的
に拡大し、それによってコンタクト抵抗を低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図２】本発明の実施例２による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図３】本発明の実施例３による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図４】本発明の実施例４による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図５】本発明の実施例５による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図６】本発明の実施例６による半導体装置製造方法を
説明するための工程断面図

【図７】本発明による半導体装置製造方法で行われる熱
処理工で生じるシリコン析出現象を説明するための工程
断面図

【図８】シリコン膜の堆積温度と堆積されたシリコン膜
の表面積との関係を示すグラフ

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 多結晶シリコン膜 １３ 酸化シリコン膜 １４ タングステン膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 満 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宮永 績 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 福本 正紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不均一な厚さを有する酸化膜をシリコン上
   に形成する工程と、 金属元素を含有するガスによって該酸化膜の少なくとも
   一部を還元し、かつ、該ガスと該シリコンの露出した表
   面とを反応させながら、該金属元素を含む金属膜を該シ
   リコン上に成長させる工程と、 該金属膜を除去する工程とを包含する半導体装置の製造
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の不均一な厚さを有する酸化
   膜を前記シリコン上に形成する前記工程は、酸化性溶液
   により該シリコンの表面を酸化し、それによって自然酸
   化膜を形成する工程である半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のガスとして、ＷＦ₆を含有
   するガスを使用することにより、前記金属膜としてタン
   グステン膜を成長させる半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の金属膜除去工程後に、容量
   絶縁膜を前記シリコン上に形成する工程と、 該容量絶縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シ
   リコンと該容量絶縁膜と該導電膜とを有するキャパシタ
   を形成する工程とを包含する半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の金属膜の成長工程前に前記
   シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程と、 該シリコンの表面の一部を露出させるコンタクトホール
   を該絶縁膜中に形成する工程と、 前記金属膜除去工程後に、該コンタクトホールを介して
   露出する該シリコンの該表面の上に導電材料を形成し、
   該シリコンと該導電材料とを電気的に接続する工程とを
   包含する半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】不均一な厚さを有する酸化膜をシリコン上
   に形成する工程と、 金属元素を含有するガスによって該酸化膜の少なくとも
   一部を還元し、かつ、該ガスと該シリコンの露出した表
   面とを反応させながら、該金属元素を含む金属膜を該シ
   リコン上に成長させる工程と、 容量絶縁膜を該金属膜上に形成する工程と、 該容量絶縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シ
   リコンと該金属膜と該容量絶縁膜と該導電膜とを有する
   キャパシタを形成する工程とを包含する半導体装置の製
   造方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の容量絶縁膜は、高誘電体膜
   である半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】金属膜をシリコン上に堆積させる工程と、 該金属膜の融点以下の温度で熱処理をすることにより、
   該金属膜の一部を該シリコン中に浸入させる工程と、 該金属膜を除去する工程とを包含する半導体装置の製造
   方法。
9. 【請求項９】請求項８記載の金属膜を除去する前記工程
   の後に、容量絶縁膜を前記シリコン上に形成する工程
   と、 該容量絶縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シ
   リコンと該容量絶縁膜と該導電膜とを有するキャパシタ
   を形成する工程とを包含する半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項８記載の金属膜の成長工程前に前
    記シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程と、 該シリコンの表面の一部を露出させるためのコンタクト
    ホールを該絶縁膜中に形成する工程と、 前記金属膜除去工程後に、該コンタクトホールを介して
    露出する該シリコンの該表面の上に導電材料を形成し、
    該シリコンと該導電材料とを接続する工程とを包含する
    半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項８記載の金属膜を成長させる工程
    は、アルミニウム合金膜を前記シリコン上に堆積する工
    程である半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】ある温度に於ける固溶度以上の量の材料
    を含有する金属膜を該シリコン上に堆積させる工程と、 該温度で熱処理をすることにより、該材料を該シリコン
    上に析出させる工程と、 該金属膜を除去する工程とを包含する半導体装置の製造
    方法。
13. 【請求項１３】請求項１２記載の金属膜を除去する前記
    工程の後に、容量絶縁膜を前記シリコン上に形成する工
    程と、 該容量絶縁膜上に導電膜を堆積し、それによって、該シ
    リコンと該容量絶縁膜と該導電膜とを有するキャパシタ
    を形成する工程とを包含する半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】請求項１２記載の金属膜の成長工程前に
    前記シリコンを覆う絶縁膜を形成する工程と、 該絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、 前記金属膜除去工程後に、該コンタクトホールを介して
    露出する前記シリコン上に導電材料を形成し、該シリコ
    ンと該導電材料とを接続する工程とを包含する半導体装
    置の製造方法。
15. 【請求項１５】請求項１２記載の金属膜を成長させる工
    程は、アルミ合金膜を前記シリコン上に堆積する工程で
    ある半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】請求項１２記載の他の材料は、４価の半
    導体である半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】不均一な厚さを有する酸化膜をシリコン
    上に形成する工程と、 ガスによって該酸化膜の少なくとも一部を還元し、か
    つ、該ガスと該シリコンの露出した表面とを反応させな
    がら、誘電体膜を該シリコン上に成長させる工程と、 該誘電体膜上に導電性膜を堆積し、それによって、該シ
    リコンと該誘電体膜と該導電性膜とを有するキャパシタ
    を形成する工程とを包含する半導体装置の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１７記載の容量絶縁膜は、高誘電
    体膜である半導体装置の製造方法。