JPH1070249A - キャパシタの製造方法及び半導体装置 - Google Patents

キャパシタの製造方法及び半導体装置

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JPH1070249A
JPH1070249A JP9167195A JP16719597A JPH1070249A JP H1070249 A JPH1070249 A JP H1070249A JP 9167195 A JP9167195 A JP 9167195A JP 16719597 A JP16719597 A JP 16719597A JP H1070249 A JPH1070249 A JP H1070249A
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JP
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capacitor
forming
hsg
film
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JP9167195A
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Banseki Kyo
姜晩錫
Shoshun An
安承濬
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/60Electrodes
    • H01L28/82Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation
    • H01L28/84Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation being a rough surface, e.g. using hemispherical grains
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
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    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor

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Abstract

(57)【要約】 【課題】半球型のグレ−ン膜を備える半導体装置のキャ
パシタ製造方法を提供する。 【解決手段】キャパシタの下部電極にド−ピング濃度の
低いシリコン層を形成してHSGを形成した後に、その
HSGを熱処理するか、HSGに導電性不純物をイオン
注入することにより、HSGのド−ピング濃度を高め
る。これにより、キャパシタのキャパシタンスを増加さ
せると共にキャパシタのキャパシタンスの最小/最大の
比(C′値)を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び半導体装置に係り、特に半導体装置のキャパシ
タ製造方法及び該キャパシタを含む半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、特にメモリ装置において、
キャパシタは情報の保持手段として用いられる。しかし
ながら、メモリセルにおけるキャパシタの占有面積は半
導体装置の高集積化に伴って減少している。これは、キ
ャパシタのキャパシタンスの減少をもたらす。しかしな
がら、メモリセルの機能を十分に果たすためには、一定
のキャパシタンスを確保すべきであり、α線により発生
するソフトエラー及び雑音に対する十分なマージンを確
保するためにはキャパシタンスを増加させなければなら
ない。したがって、キャパシタのキャパシタンスを増加
させるために、誘電率の高い強誘電膜を用いる方法や、
キャパシタンスの電極面積を増加させる方法などが提案
されている。特に、半球型のグレーン膜(HSG膜)を
用いてキャパシタの電極面積を増加させる方法が強く求
められている。
【0003】以下、図1乃至図4を参照して従来の技術
によるHSGを用いた半導体装置のキャパシタ製造方法
を説明する。
【0004】まず、図1に示したように、半導体基板1
0にフィールド酸化膜12を形成して半導体基板10を
活性領域とフィールド領域とに区分する。次いで、半導
体基板10の全面に層間絶縁膜14を形成した後に、そ
の層間絶縁膜14の全面に活性領域の一部を露出させる
第1フォトレジストパターン16を形成する。次いで、
その第1フォトレジストパターン16を食刻マスクとし
て用いて層間絶縁膜14を食刻して活性領域の一部を露
出させるコンタクトホール18を形成する。
【0005】次に、図2に示したように、第1フォトレ
ジストパターン16を取り除いた後に、コンタクトホー
ル18を埋め込む導電層20を層間絶縁膜14の全面に
形成する。この導電層20は、ドーピングされたシリコ
ン層で形成する。また、導電層20のドーピングの程度
は、後続の工程で形成されるHSGのサイズを考慮して
決めなければならない。
【0006】一般に、HSGのサイズは、ドーピング濃
度が低くなるほど大きくなる。しかしながら、ドーピン
グ濃度が低すぎる場合には、キャパシタのキャパシタン
スの最小値(CMIN)と最大値(CMAX)の比(以下、
C′という)が小さくなる。このC′が小さい場合に
は、ソフトエラーなどに対するキャパシタの抵抗能力が
小さくなり、キャパシタに貯蔵されているデータの消失
の危険性が高くなる。したがって、下部電極のドーピン
グ濃度を低くするには限界がある。
【0007】また、導電層20は半導体基板10と接触
して電気的な通路となるため、ドーピング濃度を低くす
ることにより抵抗が高くなると、キャパシタの動作速度
が低下し、メモリセルの全体動作が遅延することもあ
る。
【0008】そこで、導電層20のドーピング濃度が一
般のドーピング濃度より若干高い1019〜1021原子/
cm3程度になるようにドーピングする。このようなド
ーピング濃度の場合、C′は0.9程度である。
【0009】次いで、導電層20をキャパシタの下部電
極としてパタニングするための第2フォトレジストパタ
ーン22を導電層20の上に形成する。その後、第2フ
ォトレジストパターン22を食刻マスクとして導電層2
0を食刻して、図3に示したようにキャパシタの下部電
極パターン20aを形成した後に、第2フォトレジスト
パターン22を取り除く。
【0010】その後、図3に示す結果物が置かれた反応
チャンバ内にシラン(SiH4)またはジシラン(Si2
6)ガスを供給して、下部電極パターン20aの全面
にグレーン核(grain seedling)を形成する。次に、グ
レーン核を形成するためのガス供給を止め、グレーン核
が形成されている下部電極パターン20aを一定の温度
でアニーリングする。その結果、グレーン核を中心にし
てHSGが形成されることにより、下部電極パターン2
0aの全面にHSG膜26が形成される。
【0011】上述したように、従来の技術によるキャパ
シタの製造方法は、一定のC′値を確保するために下部
電極のドーピング濃度を1019〜1021原子/cm3
度に高く設定しなければならない。一方、HSGのサイ
ズと再現性は下部電極のドーピング濃度と略反比例する
ので、ドーピング濃度が低くなるほどHSGが大きくな
る。
【0012】したがって、従来の技術によるキャパシタ
の製造方法でキャパシタを製造する場合、HSGのサイ
ズを大きくすることができないのみならず、HSG膜の
再現性も劣る。再現性の低下は、形成される各キャパシ
タの表面積に差を生じさせるため、キャパシタ毎にキャ
パシタンスが異なることになる。その結果、高集積化が
加速化している現状況では、キャパシタの信頼性を確保
することが困難になっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の技術によるキャパシタの製造方法で発生する問題点
に鑑みてなされたものであり、下部電極の面積を増加さ
せてキャパシタンスを高めると共に、キャパシタンスの
最大値と最小値の比(C′)を増加させて再現性と動作
の安定性の確保を図る半球型のグレーン膜(HSG膜)
を備える半導体装置のキャパシタ製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、半球型のグレーン膜を用いてキャパシタ
のキャパシタンスを増加させる半導体装置のキャパシタ
製造方法において、層間絶縁膜上に第1物質層を形成
し、前記第1物質層上に、該第1物質層よりドーピング
濃度の低い第2物質層を形成し、第1及び第2物質層を
パタニングして第1及び第2物質層パターンを形成し、
その後、前記第1物質層パターンには第1HSG膜を形
成し、前記第2物質層パターンには前記第1HSG膜と
は表面積の異なる第2HSG膜を形成する。
【0015】前記第1及び第2HSG膜は、前記第1及
び第2物質層パターンの全面にグレーン核を形成した後
に、前記グレーン核が形成されている前記第1及び第2
物質層パターンをアニーリングすることにより形成する
ことが好ましい。この際、前記第1及び第2HSG膜の
ドーピング濃度は、例えば熱処理工程或いはイオン注入
工程を施すことにより増加することが好ましい。
【0016】本発明の他の実施の形態によれば、ドーピ
ング濃度が前記第1物質層パターンより低い第3物質層
パターンとしてのスペーサを前記第1及び第2物質層パ
ターンの側面に形成し、前記第1物質層パターンにHS
G膜を形成し、前記HSG膜のドーピング濃度を高め
る。
【0017】本発明によれば、キャパシタの下部電極の
表面積を増加させることによりキャパシタンスを増加さ
せることができると共に、キャパシタのC′値も大きく
してキャパシタの再現性を良好にすることができるた
め、キャパシタの動作安定性を確保することができ、キ
ャパシタの信頼性を高めることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
好適な実施の形態を説明する。
【0019】[第1の実施の形態]まず、図5乃至図8
を参照して本発明の第1の実施の形態による半導体装置
のキャパシタ製造方法を詳しく説明する。
【0020】図5は、コンタクトホール48を形成する
段階を示す。具体的には、先ず、半導体基板40にフィ
ールド酸化膜42を形成して半導体基板40の全面を活
性領域とフィールド領域とに区分する。次いで、フィー
ルド酸化膜42が形成されている半導体基板40の全面
に層間絶縁膜44を形成した後に、層間絶縁膜44の全
面に活性領域の一部を露出させるための第1フォトレジ
ストパターン46を形成する。次いで、第1フォトレジ
ストパターン46を食刻マスクとして用いて前記層間絶
縁膜44を食刻して前記活性領域の一部を露出させるコ
ンタクトホール48を層間絶縁膜44に形成する。
【0021】図6は、キャパシタの下部電極を限定する
段階を示す。具体的には、先ず、図5に示す結果物から
第1フォトレジストパターン46を取り除く。次いで、
層間絶縁膜44の全面に、コンタクトホール48を埋め
込む第1物質層50を形成する。その後、in-situ方式
により第1物質層50の全面に第2物質層52を形成す
る。
【0022】第1及び第2物質層50,52は、夫々in
−situ方式によりドーピングされた所定の厚さのシリコ
ン層で形成する。第1物質層50の厚さは、300〜1
0000Å程度に形成することが望ましく、6000Å
程度で形成することがより望ましい。また、第2物質層
52の厚さは、10〜1000Å程度のドーピングされ
たシリコン層で形成することが望ましく、1000Åの
厚さで形成することがより望ましい。
【0023】第1及び第2物質層50,52のドーピン
グに用いられる物質としては、周期律表の3族または5
族に属する元素を用いることが望ましく、リン(P)、
砒素(As)及びボロン(B)よりなる一群から選ばれ
るいずれか一つを用いることがより望ましくい。
【0024】本発明の観点からみると、第2物質層52
のドーピング濃度を第1物質層50のドーピング濃度よ
り低くする必要がある。したがって、第1物質層50
は、例えば1019〜1021原子/cm3の濃度でドーピ
ングし、第2物質層52は、例えば1019原子/cm3
以下でドーピングする。
【0025】第1物質層50を形成するために用いられ
るソースガスとしては、シラン(SiH4)またはジシ
ラン(Si26)ガスを単独で、或いは、シランとジシ
ランとの混合ガスをフローさせて用いても良い。
【0026】第2物質層52を形成するために用いられ
るソースガスとしては、第1物質層50の形成に用いる
ソースガスと異なるガスを用いることができるが、本実
施の形態では同一のソースガスを用いる。
【0027】第1及び第2物質層50,52は、in-sit
u方式により形成されるが、このin-situ方式は、例えば
470〜530℃、0.3〜1.2Torrの条件で行われ
る。
【0028】次いで、第1及び第2物質層50,52
を、キャパシタの下部電極を形成するようにパタニング
するための第2フォトレジストパターン54を第2物質
層52の上に形成する。
【0029】図7は、第1及び第2物質層パターン50
a,52aを形成する段階を示す。具体的には、先ず、
第2フォトレジストパターン54を食刻マスクとして用
いて、層間絶縁膜44の表面を蝕刻の終了点として、第
2及び第1物質層52,50を順に異方性食刻する。こ
の結果、第2フォトレジストパターン54の形状が第2
及び第1物質層52,50に転写されて、第2フォトレ
ジストパターン54と略同様の形状を有する第1及び第
2物質層パターン50a,52aが形成される。この異
方性食刻が完了した後に、第2フォトレジストパターン
54を取り除く。
【0030】図8は、第1及び第2HSG膜(G1,G
2)を形成する段階を示す。第1及び第2物質層パター
ン50a,52aに多数のHSGを形成するためには、
HSGの成長の中心となるグレーン核を第1及び第2物
質層パターン50a,52aの全面に形成する必要があ
る。
【0031】そこで、第1及び第2物質層パターン50
a,52aが形成されている半導体基板40を真空状態
のホットウェル型の反応チャンバにローディングした後
に、所定量のシラン或いはジシランガスを略一定の温度
下で所定時間だけフローさせる。本実施の形態では、例
えば、18sccm(standard cubic cm)程度のシラ
ンまたはジシランを600℃の温度で約185秒間ほど
フローさせる。この結果、第1及び第2物質層パターン
50a,52aの全面にグレーン核が形成される。
【0032】次いで、このグレーン核をHSGに成長さ
せるために、結果物をin-situ方式により略一定の温度
で所定時間だけアニーリングを行う。この実施の形態で
は、例えば、グレーン核が形成されている結果物を60
0℃で420秒間だけアニーリングを行うことにより、
周囲のシリコン原子がグレーン核を中心として集中して
HSGが形成される。
【0033】上述したように、物質層のドーピング濃度
に応じて、形成されるHSGのサイズが変わる。すなわ
ち、ドーピング濃度の高い物質層に形成されるHSGの
サイズよりも、ドーピング濃度の低い物質層に形成され
るHSGのサイズが大きくなる。したがって、第1物質
層パターン50aに形成される第1HSGは、第2物質
層パターン52aに形成される第2HSGより小さい。
【0034】第1物質層パターン50aに形成された第
1HSG膜(G1)は、従来の技術による方法で形成し
たHSG膜と略同一のサイズ、即ち、同一の表面積を有
する。一方、第2HSG膜(G2)は、第1HSG膜
(G1)より大きい。即ち、第1HSG膜と略同サイズ
のHSG膜のみが下部電極の全面に形成される従来の技
術とは異なり、この実施の形態では、第1HSG膜(G
1)より大きい第2HSG膜(G2)が下部電極に形成
されるので、下部電極の表面積を増加させることができ
る。
【0035】本発明の第1の実施の形態によるキャパシ
タの製造方法を用いると、従来の技術によるキャパシタ
の製造方法より大きいキャパシタンスを有するキャパシ
タを製造することができる。
【0036】しかしながら、このように製造されたキャ
パシタでは、最小キャパシタンス値と最大キャパシタン
ス値の比(C′)が小さい。これは第2HSG膜(G
2)が図7に示す第2物質層パターン52aに形成され
るため、第2HSG膜(G2)に含有されている導電性
不純物のドーピング濃度が、一般に形成されるHSG膜
に含有されている導電性不純物のドーピング濃度より低
いからである。その結果、上述したようにC′値が小さ
くなり、キャパシタの使用中に発生するソフトエラーの
ようなキャパシタの障害要因に対する耐性が低下するこ
とにより、保持されているデータの損失の危険性が大き
くなる。
【0037】本発明の第1の実施の形態においては、こ
のようなC′の低下を防止するために、熱処理工程或い
はイオン注入工程を施して第2HSG膜(G2)のドー
ピング濃度を高める。
【0038】この熱処理工程の一例を挙げると、例え
ば、第2HSG膜(G2)が形成されている結果物を7
50〜950℃で熱処理する方法が好適である。この熱
処理工程により、高濃度でドーピングされた第1物質層
パターン50aからドーピング物質が第2HSG膜(G
2)に拡散するため、第2HSG膜(G2)のドーピン
グ濃度を高くすることができる。この熱処理工程によ
り、第2HSG膜(G2)のドーピング濃度は、例えば
1019原子/cm3以上に高くなる。したがって、この
方法によりキャパシタのC′値を0.9以上とすること
により、キャパシタの動作中におけるソフトエラーのよ
うな障害要因に対するキャパシタの耐性を高めることが
できる。
【0039】次いで、上記のイオン注入工程の一例を挙
げると、例えば、第2HSG膜(G2)が形成されてい
る結果物の全面にリン(P)、砒素(As)及びボロン
(B)よりなる一群から選ばれるいずれか一つの元素を
注入する方法が好適である。第2HSG膜(G2)は、
第2物質層(図6の52参照)の厚さ、即ち、10〜1
000Åで形成されるため、第2HSG膜(G2)の表
面から一定の深さ、例えば1000Åの範囲内でイオン
が分布するようにイオン注入エネルギーを制限する。こ
れにより、イオン注入により第2HSG膜(G2)のド
ーピング濃度を1019原子/cm3以上に高くすること
ができる。このイオン注入工程の実行により、上記の熱
処理工程の場合と同様に1に近いキャパシタのC′値が
得られるため、キャパシタの耐性を高めることができ
る。
【0040】即ち、第1及び第2HSG膜(G1,G
2)を形成した後に、熱処理工程又はイオン注入工程を
施すことにより、従来に比べてキャパシタのキャパシタ
ンスを増加させることができる。さらに、これらの方法
によれば、1に近いC′値が得られるため、外部の障害
要因に対する耐性が高まり信頼性を確保することができ
る。その上、第2HSG膜を低濃度状態の基底層に形成
するため、ドーピング濃度が増えるにつれて再現性が悪
くなるという問題を克服することができる他、キャパシ
タの製造工程を容易化することもできる。
【0041】[第2の実施の形態]次に、本発明の第2
の実施の形態によるキャパシタの製造方法を図9乃至図
11を参照して説明する。この第2の実施の形態は、第
1及び第2物質層パターン(図7の50a,52a参
照)の側面にドーピング濃度の低い第3物質層を形成す
る点で第1の実施の形態と異なる。即ち、この実施の形
態では、第1の実施の形態の図5乃至図7に示した方法
と同様に第1及び第2物質層パターンまで形成した後
に、図9に示したように、結果物の全面に第3物質層5
6を形成する。
【0042】第3物質層56は、in-situ方式によりド
ーピングされたシリコン層で形成されるが、その厚さは
10〜1000Å程度である。第3物質層56のドーピ
ングに用いられる導電性不純物としては、リン、砒素及
びボロンよりなる一群から選ばれるいずれか一つを用い
る。
【0043】第3物質層56のドーピング程度は、10
19原子/cm3以下でドーピングする。シリコン層(第
3物質層56)のドーピングに用いられるソースガスと
しては、例えば、シランやジシランを単独で、或いは、
混合して用いることができる。
【0044】第3物質層56は、第1物質層パターン5
0aの側面を活用するために形成する物質層である。し
たがって、第2の実施の実施の形態に係るキャパシタの
製造方法によれば、第1の実施の形態に比べてキャパシ
タのキャパシタンスを増加させることができる。
【0045】次に、図10に示したように、第1及び第
2物質層パターン50a,52aの側面に第3物質層パ
ターンを形成する。具体的には、層間絶縁膜44の表面
を蝕刻の終了点として図9に示す結果物の全面を異方性
食刻することにより、第3物質層(図9の56参照)
は、異方性食刻の性質により平らな部分が完全に取り除
かれ、第1及び第2物質層パターン50a,52aの側
面に第3物質層パターンとしてのスペーサ56aが形成
される。すなわち、ドーピング濃度が低いスペーサ56
aがドーピング濃度の高い第1物質層パターン50aの
側面に形成されるため、キャパシタの下部電極の全面
に、従来のものより大きいHSGが形成される。
【0046】次いで、図11に示したように、第3HS
G膜(G3)を形成する。具体的には、図11に示す結
果物をホットウェル型の反応チャンバにローディングす
る。その後、第2物質層パターン52aとスペーサ56
aの全面にグレーン核を形成して、その結果物をin-sit
u方式によりアニーリングして、グレーン核をHSGに
成長させる。
【0047】該グレーン核を形成するためには、例えば
ホットウェル型の反応チャンバに略一定量のシランやジ
シランを所定の温度下で所定の時間だけフローさせれば
良い。具体的には、例えば、ホットウェル型の反応チャ
ンバを使用し、18sccmのジシラン(Si26)を
600℃の温度で185秒間フローさせれば良い。
【0048】この実施の形態では、上記のようにして形
成されたグレーン核を、第1の実施の形態で述べたよう
にin-situアニーリング方式で略一定の温度(例えば、
600℃)でグレーン核を形成する場合よりも長時間
(例えば、420秒)アニーリングする。その結果、該
グレーン核は、サイズの大きな第3HSG(G3)に成
長する。
【0049】第3HSG(G3)は、第2物質層パター
ン52aとスペーサ56aの全面に形成される。ところ
で、第2物質層パターン52aとスペーサ56aのドー
ピング濃度は、1019原子/cm3以下であり、一般の
ドーピングシリコン層のドーピング濃度よりも低い。上
述したように、HSGのサイズはベースとなる物質層の
ドーピング濃度が低くなるほど大きくなる。したがっ
て、第3HSGのサイズは、第1物質層パターン50a
に直接形成される場合よりも大きくなる。その結果、キ
ャパシタ電極の表面積が増加するため、キャパシタンス
も増加する。
【0050】しかしながら、キャパシタの表面積の増加
によりキャパシタンスを増加させる一方で、実際のキャ
パシタの動作で重要な要素となるC′値は小さくなる。
これは、第3HSG膜が形成されているベース物質層に
ドーピングされた不純物の濃度が低いからである。そこ
で、この問題を解決するため、第1の実施の形態と同様
に熱処理工程やイオン注入工程を付加することが好まし
い。
【0051】上記熱処理工程を施すことにより、第2物
質層パターン52aとスペーサ56aよりも高濃度でド
ーピングされた第1物質層パターン50aから第3HS
G膜(G3)にドーピング物質が拡散する。したがっ
て、第3HSG膜(G3)のドーピング濃度は、1019
原子/cm3以上となり、その結果、キャパシタのC′
値を従来のキャパシタの製造方法におけるC′値と略同
様の水準に高めることができる。
【0052】一方、第2の実施の形態におけるイオン注
入工程においては、イオン注入エネルギーは、イオンが
第2物質層パターン52aの一定の深さ内に分布するよ
うに調節される。例えば、このイオンは第3HSG膜
(G3)の表面から1000Åの範囲内の深さに分布す
る程度のエネルギーで注入される。このようなイオン注
入エネルギーを採用すると、大部分のイオンが第3HS
G膜(G3)に分布することになるため、第3HSG膜
(G3)のドーピング濃度を高めることができる。
【0053】しかしながら、上記イオン注入方法を用い
る場合において、半導体基板40に垂直方向にイオンを
注入する場合には、第1物質層パターン50aの上部に
形成されている第3HSG膜(G3)のイオン濃度を増
加させることは容易であるが、第1物質層パターン50
aの側面に形成されている第3HSG膜(G3)のイオ
ン濃度は相対的低い濃度となる。そこで、第1物質層パ
ターン50aの側面に形成されている第3HSG膜(G
3)のドーピング濃度を高めるため、イオン注入の際に
半導体基板40を斜めにするか、或いは半導体基板40
に対してイオン注入に用いられるイオン源自体を斜めに
することが好ましい。
【0054】本発明の第2の実施の形態に係るキャパシ
タの製造方法によれば、従来の技術によるキャパシタの
製造方法に比べてキャパシタのキャパシタンスを増加さ
せると共に下部電極の側面の表面積を効率よく増大させ
ることができる。したがって、第1の実施の形態に係る
キャパシタの製造方法よりもキャパシタのキャパシタン
スをさらに増加させることができる。
【0055】[ドーピング濃度とHSGのサイズとの関
係]第1及び第2の実施の形態に係るキャパシタの製造
方法における第2物質層52の形成段階において、ドー
ピング濃度を変化させた場合のHSGのサイズの変化を
図12の(A)及び(B)を参照して詳しく説明する。
【0056】図12の(A)及び(B)は、走査電子顕
微鏡(SEM)写真である(5500倍率)。図12の
(A)は、第1及び第2の実施の形態に基づいて第2物
質層52を形成する際に、in-situ方式で不純物を注入
する過程で導電性不純物、例えばPH3(0.8%、窒
素(N2)ベース、50sccm)をフローさせた場合
に形成されるHSGの写真である。一方、図12の
(B)は、PH3(0.8%、窒素(N2)ベース、36
sccm)をフローさせた場合に形成されるHSGの写
真である。
【0057】図12の(A)及び(B)を比較すると、
HSGの外周(サイズ)は、第2物質層52のドーピン
グ濃度の低い方が大きいということがわかる。すなわ
ち、HSGの形成に用いられるベース物質のドーピング
濃度が低いほど、形成されるHSGのサイズは大きくな
り、大きな表面積を有するHSGを得ることができる。
【0058】次に、この結果を実際のキャパシタに適用
する場合を説明する。図12の(A)に示す例において
は、50sccmのPH3をフローさせた後であってH
SGを形成する前に測定したキャパシタンスは17fF
(femto Farad)であった。しかしながら、HSGを形
成した後のキャパシタンスは23fFであった。すなわ
ち、HSGの形成によりキャパシタンスが35%も増加
した。
【0059】図12の(B)に示す例においては、36
sccmのPH3をフローさせた後であって下部電極に
HSGを形成する前と後のキャパシタンスは、夫々16
fFと28fFであり、HSGの形成によりキャパシタ
ンスは75%も増加した。この結果から、ドーピング濃
度の低いシリコン層からHSGを形成する場合、キャパ
シタンスはさらに増加することがわかる。
【0060】しかしながら、図12の(A)及び(B)
の例におけるC′値は、夫々0.9、0.6であった。
このようなC′値の低下を防ぐために、上述のようにH
SGを形成した後に熱処理工程やイオン注入工程を施す
ことが好ましい。
【0061】以上、本発明の好適な実施の形態に係る半
導体装置のキャパシタ製造方法によれば、先ず、一般の
ドーピング濃度より低いドーピングレベルを有するシリ
コン層(0〜1019原子/cm3)を、相対的にドーピ
ング濃度の高い(1019〜1021原子/cm3)キャパ
シタの下部電極の表面にin-situ方式で形成する。次い
で、グレーン核を形成した後に、in-situ方式でアニー
リングを施して、大きいHSGを形成して下部電極の表
面積を増加させる。そして、更に、その結果物を熱処理
するか、全面にイオン注入を行うことにより、HSGの
ドーピング濃度を高める。
【0062】本発明は、上記の実施の形態に限定され
ず、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能で
ある。
【0063】
【発明の効果】本発明に拠れば、キャパシタのキャパシ
タンスのみならず、C′値も増大させることにより、キ
ャパシタの再現性及び動作の安定性を確保することがで
きる。ここで、大きいC′値とは、キャパシタの最大キ
ャパシタンスと最低キャパシタンスとの差が小さいこと
を示すので、キャパシタの動作中にキャパシタのキャパ
シタンスを低下させるソフトエラーのような要因が発生
しても、キャパシタに貯蔵されているデータの損失を防
ぐことができる。これにより、キャパシタの信頼性を高
める。
【0064】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術による半導体装置のキャパシタ製造
方法の段階を示す図面である。
【図2】従来の技術による半導体装置のキャパシタ製造
方法の段階を示す図面である。
【図3】従来の技術による半導体装置のキャパシタ製造
方法の段階を示す図面である。
【図4】従来の技術による半導体装置のキャパシタ製造
方法の段階を示す図面である。
【図5】本発明の第1実施例による半導体装置のキャパ
シタ製造方法の段階を示す図面である。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
キャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
キャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
キャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図9】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の
キャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
のキャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図11】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
のキャパシタ製造方法の段階を示す図面である。
【図12】ドーピング濃度と半球型のグレーン(HS
G)のサイズとの関係を示すSEM写真である。
【符号の説明】
10 半導体基板 12 フィールド酸化膜 14 層間絶縁膜 16 第1フォトレジストパターン 18 コンタクトホール 20 導電層 20a 下部電極パターン 22 第2フォトレジストパターン 26 HSG膜(半球型のグレーン膜) 40 半導体基板 42 フィールド酸化膜 44 層間絶縁層 46 第1フォトレジストパターン 48 コンタクトホール 50 第1物質層 50a 第1物質層パターン 52 第2物質層 52a 第2物質層パターン 54 第2フォトレジストパターン 56 第3物質層 56a スペーサ G1 第1HSG膜 G2 第2HSG膜 G3 第3HSG膜

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 HSG(半球型のグレーン膜)を有する
    半導体装置のキャパシタ製造方法であって、 (a)半導体基板にフィールド酸化膜を形成して前記半
    導体基板の全面を活性領域とフィールド領域とに区分す
    る段階と、 (b)前記半導体基板の全面に前記活性領域の一部を露
    出させるコンタクトホールを含む層間絶縁膜を形成する
    段階と、 (c)前記層間絶縁膜上に前記コンタクトホールを埋め
    込むドーピングされた第1物質層を形成する段階と、 (d)前記第1物質層上に、該第1物質層よりドーピン
    グ濃度の低い第2物質層を形成する段階と、 (e)前記第1及び第2物質層をパタニングして第1及
    び第2物質層パターンを形成する段階と、 (f)前記第1物質層パターンには第1HSG膜を形成
    し、前記第2物質層パターンには前記第1HSG膜とは
    表面積の異なる第2HSG膜を形成する段階と、 (g)前記第2HSG膜のドーピング濃度を高める段階
    と、 を含むことを特徴とする半導体装置のキャパシタ製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2物質層は、in−situ方
    式で形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置のキャパシタ製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2物質層パターンのドーピング濃
    度は、1019原子/cm3以下となるように形成するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置のキャパシ
    タ製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2物質層パターンは、10〜10
    00Å程度の厚さで形成することを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  5. 【請求項5】 前記(f)段階は、 (f′)前記第1及び第2物質層パターンの全面にグレ
    ーン核(grain seedling)を形成する段階と、 (f″)前記グレーン核が形成されている前記第1及び
    第2物質層パターンをアニーリングする段階と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
    キャパシタ製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1及び第2物質層は、in-situ方
    式でドーピングされたシリコン層で形成することを特徴
    とする請求項2に記載の半導体装置のキャパシタ製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記シリコン層は、シラン(SiH4
    とジシラン(Si2 6)よりなる一群から選ばれるいず
    れか一つのガスをソースガスとして用いて形成すること
    を特徴とする請求項2に記載の半導体装置のキャパシタ
    製造方法。
  8. 【請求項8】 前記シリコン層は、シラン(SiH4
    とジシラン(Si26 )との混合ガスをソースガスと
    して用いてドーピングすることを特徴とする請求項6に
    記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  9. 【請求項9】 前記シリコン層は、リン(P)、砒素
    (As)及びボロン(B)よりなる一群から選ばれるい
    ずれか一つを用いてドーピングすることを特徴とする請
    求項6に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  10. 【請求項10】 前記(f′)段階と前記(f″)段階
    は、in-situ方式により行われることを特徴とする請求
    項5に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  11. 【請求項11】 前記グレーン核は、シラン(Si
    4)とジシラン(Si26)よりなる一群から選ばれ
    るいずれか一つのガスを所定の温度で所定の時間だけフ
    ローさせることにより形成することを特徴とする請求項
    5に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  12. 【請求項12】 前記グレーン核は、シラン(SiH
    4 )とジシラン(Si 26)よりなる一群から選ばれる
    いずれか一つのガスを、約18sccm及び約600℃
    の条件で約185秒間フローさせることにより形成する
    ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置のキャ
    パシタ製造方法。
  13. 【請求項13】 前記(f″)段階は、約600℃で約
    420秒間行われることを特徴とする請求項5に記載の
    半導体装置のキャパシタ製造方法。
  14. 【請求項14】 前記(g)段階は、前記第1及び第2
    HSG膜が形成されている結果物を750〜950℃の
    温度で熱処理する段階を含むことを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  15. 【請求項15】 前記(g)段階は、前記第2HSG膜
    の全面に前記第1物質層パターンの表面から所定の深さ
    に不純物が分布するように導電性不純物をイオン注入す
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置のキャ
    パシタ製造方法。
  16. 【請求項16】 HSG(半球型のグレーン膜)を有す
    る半導体装置のキャパシタ製造方法であって、 (a)半導体基板にフィールド酸化膜を形成して前記半
    導体基板の全面を活性領域とフィールド領域とに区分す
    る段階と、 (b)前記活性領域の一部を露出させるコンタクトホー
    ルを含む層間絶縁膜を、前記フィールド酸化膜が形成さ
    れている半導体基板の全面に形成する段階と、 (c)前記層間絶縁膜上に前記コンタクトホールを埋め
    込むドーピングされた第1物質層を形成する段階と、 (d)前記第1物質層上に、該第1物質層よりドーピン
    グ濃度の低い第2物質層を形成する段階と、 (e)前記第1及び第2物質層をパタニングして第1及
    び第2物質層パターンを形成する段階と、 (f)前記第1物質層パターンの側面に第1物質層パタ
    ーンより低いドーピング濃度を有する第3物質層パター
    ンであるスペーサを形成する段階と、 (g)前記パターンの全面にHSG膜を形成する段階
    と、 (h)前記HSG膜のドーピング濃度を高める段階と、 を含むことを特徴とする半導体装置のキャパシタ製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記第1及び第2物質層は、in-situ
    方式で形成することを特徴とする請求項16に記載の半
    導体装置のキャパシタ製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第2物質層パターン及びスペーサ
    は、1019原子/cm3以下の濃度となるように導電性
    不純物をドーピングすることを特徴とする請求項16に
    記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  19. 【請求項19】 前記第2物質層パターン及びスペーサ
    は、10〜1000Å程度の厚さで形成することを特徴
    とする請求項16に記載の半導体装置のキャパシタ製造
    方法。
  20. 【請求項20】 前記(g)段階は、 (g′)前記第2物質層パターン及びスペーサの全面に
    グレーン核を形成する段階と、 (g″)前記グレーン核が形成されている結果物をアニ
    ーリングする段階と、 を含み、これによりHSG膜を形成することを特徴とす
    る請求項16に記載の半導体装置のキャパシタ製造方
    法。
  21. 【請求項21】 前記(g′)段階及び(g″)段階
    は、in-situ方式により行われることを特徴とする請求
    項20に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  22. 【請求項22】 前記グレーン核は、シラン(SiH
    4 )とジシラン(Si 26)よりなる一群から選ばれる
    いずれか一つのガスを所定の温度で所定の時間だけフロ
    ーさせることにより形成することを特徴とする請求項2
    0に記載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  23. 【請求項23】 前記(g″)段階は、約600℃で約
    420秒間行われることを特徴とする請求項20に記載
    の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  24. 【請求項24】 前記(h)段階は、前記HSG膜が形
    成されている結果物を750〜950℃の温度で熱処理
    する段階を含むことを特徴とする請求項16に記載の半
    導体装置のキャパシタ製造方法。
  25. 【請求項25】 前記(h)段階は、前記HSG膜が形
    成されている結果物の全面に前記第1物質層パターンの
    表面から所定の深さに不純物が分布するように導電性不
    純物をイオン注入することを特徴とする請求項16に記
    載の半導体装置のキャパシタ製造方法。
  26. 【請求項26】 前記HSG膜の側面のドーピング濃度
    を高めるため、前記半導体基板を斜めにしてイオン注入
    を行うことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置
    のキャパシタ製造方法。
  27. 【請求項27】 前記HSG膜の側面のドーピング濃度
    を高めるため、前記イオン注入に用いるイオン源を前記
    半導体基板に対して斜めにしてイオン注入を行うことを
    特徴とする請求項25に記載の半導体装置のキャパシタ
    製造方法。
  28. 【請求項28】 前記第1及び第2物質層とスペーサ
    は、in-situ方式によりドーピングされたシリコン層で
    形成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装
    置のキャパシタ製造方法。
  29. 【請求項29】 請求項1乃至請求項28のいずれか1
    項に記載の製造方法により製造されるキャパシタと実質
    的に同一の構造を有するキャパシタを含む半導体装置。
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