JPH0917975A - 凸凹シリコン膜の形成方法と半導体メモリデバイス - Google Patents
凸凹シリコン膜の形成方法と半導体メモリデバイスInfo
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Abstract
さが十分大きく表面積の大きな凸凹ポリシリコン膜を形
成する方法を提供する。 【構成】 基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、
このアモルファスシリコン膜上に極薄膜の金属または化
合物を成膜する。続いて、アモルファスシリコン膜表面
をドライエッチングすることにより凸凹アモルファスシ
リコン膜を形成し、これを加熱し多結晶化することで凸
凹ポリシリコン膜を形成する。 【効果】 従来のような膜除去のためのエッチング工程
が不要であり、簡単なプロセスで形成できる。さらに、
ドライエッチングに対する選択性が強いため、凸凹高さ
を制御性良く形成でき、ドライエッチング量を多くする
ことによって、柱状の凸凹表面の高さを増大させること
ができ、それによって大きなキャパシタ容量が得られ
る。
Description
ャパシタの電極に用いる凸凹シリコン膜形成方法と、そ
のシリコン膜を用いた半導体メモリデバイスに関する。
AMの高集積化に伴いメモリサイズは縮小化し、キャパ
シタの面積が小さくなり、それに伴う容量の減少を抑え
るために容量膜を薄くしたり、電極をスタック構造のよ
うに立体化すること、さらにはこの電極表面を凸凹にす
ることによって電極表面積を増大する方法が提案されて
いる。
発明者らによる特願平6−263032号の明細書に記
載されている。上述した方法は図3に示すように、LP
CVD法(減圧化学気相成長法)で成長した膜厚400
0Åのアモルファスシリコン膜3上に膜厚1500Åの
クロム(Cr)膜4をスパッタ法で成膜し、このクロム
膜4をCl2/O2/H2の混合ガスを用いてドライエッ
チング法により除去する。
をSP6/Cl2/H2の混合ガスを用いてドライエッチ
ングすることにより、深さ3000Åまでエッチングす
る。その結果、高さ約1500Åの針状の凸凹表面構造
をもったアモルファスシリコン膜5が形成される。この
あと熱処理によってアモルファスシリコン膜5をポリシ
リコンに、この凸凹ポリシリコン膜6を電極として用い
てDRAM用のキャパシタを作製し、凸凹なしのキャパ
シタ電極に対して約3倍の容量を得ている。
ァスシリコン膜5が得られる理由は、クロム膜4のドラ
イエッチングでアモルファスシリコン膜3の表面にクロ
ムシリサイドが不均一または島状に形成され、これがア
モルファスシリコン膜3のドライエッチングの選択マス
クとなるためである。
方法では選択マスクのエッチング選択性が悪く、300
0Åのエッチングに対して凸凹の高さはせいぜい150
0Åが限度であり、それ以上では表面全体がエッチング
されてしまい、凸凹高さの制御がかなり困難である。
マスク層を残すということで、プロセスが複雑で再現性
を確保することがかなり困難であるという欠点があっ
た。
解消し、簡単な工程で制御性良く、凸凹の高さが十分に
大きく表面積の大きな凸凹ポリシリコン膜を形成する方
法とそれを用いた半導体メモリデバイスを提供する。
め、本発明に係る凸凹シリコン膜の形成方法は、膜厚が
不均一または島状に形成された金属膜または化合物膜を
ドライエッチングの選択マスクとしてシリコン膜表面を
凸凹にする凸凹シリコン膜の形成方法であって、選択マ
スクとして、物理的または化学的薄膜成長法で50Å以
下に成膜した金属膜を酸化した金属酸化膜または直接成
膜した50Å以下の金属酸化膜を用いるものである。
シリコンまたはポリシリコンである。
ン,モリブデンのいずれかである。
タン,モリブデンの酸化膜のいずれかである。
は、前記凸凹シリコン膜を容量電極として用いたもので
ある。
コン膜またはポリシリコン膜を形成し、このシリコン膜
上に50Å以下の金属膜または金属酸化膜を成膜し、ま
たは前記金属膜を酸化し、前記アモルファスシリコン膜
かポリシリコン膜のシリコン膜をドライエッチングする
ことはよって凸凹シリコン膜を形成する。
明する。
造工程順に示す断面図である。まず図1(a)に示すよ
うに、表面上に熱酸化によって厚さ1000Åのアモル
ファス絶縁膜(SiO2)2を形成したn型シリコン
(001)基板1上に、LPCVD法(減圧化学気相成
長法)を用いて厚さ4000Åのアモルファスシリコン
膜3を形成する。
ング法でアモルファスシリコン膜33上に極薄タングス
テン(W)膜7を厚さ20Å成膜する。その後、30日
間室温の空気中に放置した。続いて、HBr/Cr2/
He混合ガスを用いたドライエッチング法により、深さ
2000Å間でエッチングすることにより、図1(c)
に示すように、ほぼエッチング深さに相当する高さ約2
000Åの柱状の凸凹表面構造をもったアモルファスシ
リコン膜5が形成される。
ン膜5表面および断面を電子顕微鏡(倍率5万倍)で観
察した結果を示す。ここで、アモルファスシリコン膜3
表面に成膜される極薄タングステン膜7表面が自然酸化
され、タングステン酸化層が形成していることがX線光
電子分光法(XPS)によって確認されている。この凸
凹表面構造の形成のメカニズムは、極薄タングステン膜
7の膜厚が非常に薄いため、そのタングステン酸化層の
厚さが不均一または島状に形成されているために、これ
が選択マスクとなって凸凹表面構造が形成されたと考え
られる。
で5分間加熱し、凸凹アモルファスシリコン膜5を多結
晶化させ凸凹ポリシリコン膜6を形成する。本実施例に
おいて、極薄タングステン膜7の膜厚を10Å〜70Å
の範囲で10Å毎変化させて、同様の実験をしたとこ
ろ、膜厚の増加とともに凸凹アモルファスシリコン膜5
の溝幅が減少していき、60Å,70Åではほとんど凸
凹アモルファスシリコン膜5が形成されなかった。
ングステン膜7を成膜後、空気中に放置する時間を1日
以内としてドライエッチングしたところ、凸凹アモルフ
ァスシリコン膜5は形成されなかった。このことは、例
えばタングステンの酸化がある程度以上進展することが
凸凹アモルファスシリコン膜5を形成するために必要な
条件であることを示すものである。
テンの替わりに、チタンまたはモリブデン膜を用いて
も、ほぼ同様の凸凹アモルファスシリコン膜5が形成さ
れた。
したように、極薄タングステン膜7を長時間放置してお
かないとタングステンの酸化が進行せず、エッチングの
選択マスクとして有効に機能しないという問題があるこ
とが判明した。このため、この問題を解決するために、
極薄タングステン膜7を成膜後、表面酸化速度を速める
ために空気中で150℃,1時間加熱した。その後、実
施例1と同様にドライエッチングを行ったところ、同様
の凸凹アモルファスシリコン膜5が形成された。
リング法でArガス中に3%の酸素を混入することによ
ってタングステン膜の替わりに酸化タングステン膜を1
0Å〜50Åの膜厚になるように成膜した後、同様のド
ライエッチングをすることによって凸凹アモルファスシ
リコン膜5を形成することができた。
おいて、アモルファスシリコン膜3の替わりにポリシリ
コン膜を使用しても同様の凸凹ポリシリコン膜6の形成
ができた。
タクトをとり、実施例1または実施例2の方法で作製し
た高低差4000Åの凸凹ポリシリコン膜6をサイズ
0.5μm×1.3μmの電極とし、その上に膜厚50
Åのシリコン窒化膜を形成し、さらにその上に共通電極
としてポリシリコン膜を形成することによって、ダイナ
ミック ランダム アクセス メモリ(DRAM)用の
キャパシタセルアレイを作製し容量を測定した結果、凸
凹ポリシリコン膜6を用いない場合の4倍の容量値が得
られた。これは、きわめて安定した電荷保持特性を保証
する半導体メモリデバイスを提供するものである。
ば、膜厚50Å以下に成膜した金属膜を酸化するか、直
接成膜した同等レベルの膜厚の酸化膜をエッチングの選
択マイクとすることによって、きわめて選択性の強い微
細マスク効果によって、エッチング深さに相当した高低
差を有する凸凹ポリシリコン膜6を再現性良く作製する
ことができる。
用いた簡単な工程で作成可能である。その上、キャパシ
タ増大率も4倍以上と大きく、電荷保持時間の長いDR
AMデバイスを提供することを可能にするもので、半導
体メモリデバイスに対してその価値は大きいことが明ら
かである。
る。
リコン膜表面および断面の電子顕微鏡写真である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 膜厚が不均一または島状に形成された金
属膜または化合物膜をドライエッチングの選択マスクと
してシリコン膜表面を凸凹にする凸凹シリコン膜の形成
方法であって、 選択マスクとして、物理的または化学的薄膜成長法で5
0Å以下に成膜した金属膜を酸化した金属酸化膜または
直接成膜した50Å以下の金属酸化膜を用いることを特
徴とする凸凹シリコン膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記シリコン酸化膜は、アモルファスシ
リコンまたはポリシリコンであることを特徴とする請求
項1に記載の凸凹シリコン膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記金属膜は、タングステン,チタン,
モリブデンのいずれかであることを特徴とする請求項1
に記載の凸凹シリコン膜の形成方法。 - 【請求項4】 前記金属酸化膜は、タングステン,チタ
ン,モリブデンの酸化膜のいずれかであることを特徴と
する請求項1に記載の凸凹シリコン膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記凸凹シリコン膜を容量電極として用
いたことを特徴とする半導体メモリデバイス。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP7188329A JP3058057B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 凸凹シリコン膜の形成方法と半導体メモリデバイス |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0917975A true JPH0917975A (ja) | 1997-01-17 |
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---|---|
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6861270B2 (en) | 2000-06-01 | 2005-03-01 | Shiro Sakai | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor and light emitting element |
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US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-02-28 | Shiro Sakai | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
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JPH06283685A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体記憶装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP7188329A patent/JP3058057B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US8384111B2 (en) | 2009-03-23 | 2013-02-26 | Yamaguchi University | Method for forming sapphire substrate and semiconductor device |
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