JP2771964B2 - 半導体素子のキャパシター製造方法 - Google Patents
半導体素子のキャパシター製造方法Info
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Description
ー製造方法に関し、特に高集積化された半導体素子でキ
ャパシターの静電容量を確保するために不純物がドーピ
ングされた層と、ドーピングされない層のエッチング選
択比の差を用いたエッチング工程を用いて表面積が増加
したキャパシターを形成する技術に関する。
の大きさの減少により貯蔵電極の表面積に比例する静電
容量を充分に確保することが次第に難しくなっている。
とキャパシターで構成されるディーラム(DRAM)素
子においては、静電容量を増加させながらキャパシター
が占める面積を低減することが高集積化の重要な課題と
して現われている。
数とキャパシターの面積に比例し誘電体の厚さに反比例
するので、キャパシターの静電容量を増加させるため誘
電常数が高い誘電体を用いたり、誘電体の厚さを薄く形
成したり又は、キャパシターの表面積を増加させる等の
方法を用いてきた。
法等は全て夫々の問題点を有している。
えば、Ta2 O5 、TiO2 、又は、SrTiO3 等は
信頼度及び薄膜特性等が確実に明らかにされておらず、
実際素子への適用が困難な問題があり、誘電体の厚さを
減少させる方法は素子動作の際、誘電体が破壊されキャ
パシターの信頼度に深刻な影響を及ぼす問題があった。
ターの表面積を増加させるためシリンダ型キャパシター
を形成する方法が開発されている。
ター製造工程を説明する。
ング工程で下部絶縁層が形成された半導体基板の予定部
分を露出するコンタクトホールを形成する。また、前記
コンタクトホールを介して前記半導体基板に接続する第
1導電層を形成する。さらに、貯蔵電極マスクを用いた
エッチング工程で前記第1導電層上部に酸化膜パターン
を形成する。また、前記酸化膜をマスクにし、前記下部
絶縁層をエッチング障壁にして前記第1導電層をエッチ
ングする。さらに、全体表面の上部に第2導電層を一定
厚さに蒸着する。その次に、前記第2導電層を異方性エ
ッチングして前記酸化膜側壁に前記第1導電層に接続す
る第2導電層スペーサーを形成する。また、前記酸化膜
を除去してシリンダ型貯蔵電極を形成した。後工程で、
前記シリンダ型貯蔵電極表面に誘電体膜とプレート電極
を形成することによりシリンダ型キャパシターを形成し
た。また、前記シリンダ型キャパシターを形成する工程
を用いて多数のシリンダを有するキャパシターを形成し
た。しかし、このような方法では半導体素子の高集積化
に必要な静電容量を充足させることができない問題点が
あった。
題点を解決し、湿式エッチング比の差を用いたエッチン
グ工程を用いて表面積が増加した貯蔵電極を形成し、後
工程で半導体素子の高集積化に充分な静電容量を有する
キャパシターを形成することにより、半導体素子の高集
積化を可能にする半導体素子のキャパシター製造方法を
提供することにある。
本発明の半導体素子のキャパシター製造方法は、半導体
基板の予定部分が露出するよう半導体基板上部に形成さ
れた下部絶縁層を除去してコンタクトホールを形成する
工程と、前記下部絶縁層の上部および前記コンタクトホ
ールにより露出した前記半導体基板の上部に不純物がド
ーピングされた第1非晶質導電層と、不純物がドーピン
グされない第1非晶質導電層を交互に複数層形成する
が、最上部にはドーピングされた第1非晶質導電層が来
るよう形成する工程と、前記最上部の第1非晶質導電層
上部に貯蔵電極マスクを用いたエッチング工程で一つの
絶縁膜パターンを形成する工程と、全体表面上部に不純
物がドーピングされない第2非晶質導電層と、不純物が
ドーピングされた第2非晶質導電層を交互に複数層形成
する工程と、前記絶縁膜と下部絶縁層をエッチング障壁
にして前記第1、第2非晶質導電層をその全体厚さほど
エッチングする工程と、前記絶縁膜を湿式方法で除去す
る工程と、前記第1、第2非晶質導電層を予定温度で一
定時間アニーリングして結晶化された第1、第2導電層
を形成するが、不純物が拡散しないようにする工程と、
湿式方法で前記不純物がドーピングされた導電層を一定
幅エッチングして凹凸状を形成する工程と、前記不純物
がドーピングされない第1、第2導電層に不純物をドー
ピングさせることにより、側壁に凹凸が形成されたシリ
ンダ型の貯蔵電極を形成する工程を含むことにある。
法の他の特徴は、半導体基板の予定部分が露出するよう
半導体基板上部に形成された下部絶縁層を除去してコン
タクトホールを形成する工程と、前記下部絶縁層の上部
および前記コンタクトホールにより露出した前記半導体
基板の上部に不純物がドーピングされた第1非晶質導電
層と、不純物がドーピングされない第1非晶質導電層を
交互に複数層形成するが、最上部にはドーピングされた
第1非晶質導電層が来るよう形成する工程と、前記最上
部の第1非晶質導電層上部に貯蔵電極マスクを用いたエ
ッチング工程で多数の絶縁膜パターンを形成する工程
と、全体表面上部に不純物がドーピングされない第2非
晶質導電層と、不純物がドーピングされた第2非晶質導
電層を交互に複数層形成する工程と、前記絶縁膜と下部
絶縁層をエッチング障壁にして前記第1、第2非晶質導
電層をその全体厚さほどエッチングする工程と、前記絶
縁膜を湿式方法で除去する工程と、前記第1、第2非晶
質導電層を予定温度で一定時間アニーリングして結晶化
された第1、第2導電層を形成するが、不純物が拡散し
ないようにする工程と、湿式方法で前記不純物がドーピ
ングされた導電層を一定幅エッチングして凹凸状を形成
する工程と、前記不純物がドーピングされない第1、第
2導電層に不純物をドーピングさせることにより、側壁
に凹凸が形成された多重シリンダ型の貯蔵電極を形成す
る工程とを含むことにある。
特徴及び利点は添付図面と関連した次の詳細な説明を通
じて一層明らかになる。
の一実施形態を詳細に説明する。
る半導体素子のキャパシター製造工程を示した断面図で
ある。
部に下部絶縁層(13)を形成する。この際、前記下部
絶縁層(13)は素子分離絶縁膜(図示せず)、ゲート
電極(図示せず)及び不純物拡散領域(図示せず)が形
成されたものである。その次に、コンタクト マスク
(図示せず)を用いたエッチング工程で前記下部絶縁層
(13)をエッチングし、前記半導体基板(11)の予
定部分が露出するようコンタクトホール(15)を形成
する。
(15)を介して前記半導体基板(11)に接続するよ
う高濃度のn型不純物がドーピングされた第1非晶質シ
リコン膜(17)と、不純物がドーピングされない第1
非晶質シリコン膜(19)を交互に積層する。この際、
前記高濃度のn型不純物がドーピングされた第1非晶質
シリコン膜(17)と、不純物がドーピングされない第
1非晶質シリコン膜(19)は望む厚さで望む層数だけ
形成する。また、最上部には不純物がドーピングされた
第1非晶質シリコン膜(17)を形成する。
7、19)形成工程はシリコン ソース ガスのSiH
4 、Si2 H6 又は、Si3 H8 と不純物ソース ガス
のPH3 ガス(gas)を用いて450乃至550℃の
温度でin−situ工程のLPCVD方法により行わ
れたものである。さらに、PH3 ガスのオン−オフ フ
ローを介したin−situ工程で除去する。この際、
前記PH3 に含まれた燐(P:Phosphorus)が不純物に
用いられる。
を形成する他の方法としてプラズマ蒸着方法を用いたP
ECVD方法がある。前記第1非晶質シリコン膜(1
7、19)は相当する蒸着装備を用いて不純物がドーピ
ングされたものとドーピングされないものに夫々形成す
る。
成された不純物がドーピングされた第1非晶質シリコン
膜(17)上部に酸化膜(21)を形成する。この際、
前記酸化膜(21)は前記下部絶縁膜(13)よりエッ
チングが容易な酸化膜で形成されたものである。例え
ば、前記下部絶縁層(13)をH.T.O(HTO:Hi
gh Temperature Oxide、以下でHTOという)で形成す
ると前記酸化膜(21)はP.S.G(PSG:Phosph
o Silicate glass、以下でPSGという)で形成する。
さらに、前記酸化膜(21)は前記第1非晶質シリコン
膜(17、19)の全体厚さより厚く形成する。その次
に、前記酸化膜(21)上部に貯蔵電極マスク(図示せ
ず)を用いたエッチング工程で感光膜パターン(23)
を形成する。
(23)をマスクにして前記酸化膜パターン(21′)
を形成する。また、前記感光膜パターン(23)を除去
する。
がドーピングされない第2非晶質シリコン膜(25)
と、高濃度のn型不純物がドーピングされた第2非晶質
シリコン膜(27)を交互に積層して望む厚さだけ形成
する。この際、前記第2非晶質シリコン膜(25、2
7)は前記第1非晶質シリコン膜(17、19)と同様
な方法で形成する。また、前記第2非晶質シリコン膜
(25、27)は側面に形成されたセルとの距離を考慮
して層数及び厚さを決定する。唯、この際、前記第2非
晶質シリコン膜(25、27)の全体厚さは、側面に形
成された他のセルとの短絡を防止するため側面のセルと
の距離の半分より少なく形成しなければならない。
するよう前記第2非晶質シリコン膜(25、27)をそ
の全体厚さだけ乾式方法で全面エッチングする。その次
に、前記第1非晶質シリコン膜(17、19)を乾式方
法で全面エッチングして前記下部絶縁層(13)を露出
させる。この際、前記酸化膜(21)は前記非晶質シリ
コン膜(17、19、25、27)とのエッチング選択
比の差が非常に大きいので、殆どエッチングされずマス
クの役割を果たす。
(17、19、25、27)と酸化膜(21)とのエッ
チング選択比の差を用いた湿式方法で前記酸化膜(2
1)を除去する。この際、前記酸化膜(21)除去工程
はHF又はB.O.E.(BOE:Buffered Oxide Etc
hant)溶液を用いて行う。
00乃至700℃の温度範囲に30分乃至5時間の間、
図7の全体構造をアニーリング(annealing )させる。
この際、前記非晶質シリコン膜(17、27)に含まれ
ている不純物が活性化される。この過程で前記非晶質シ
リコン等(17、19、25、27)は結晶化された多
結晶シリコン状態となる。
多結晶シリコン膜(17、19、25、27)の全体的
な構造はシリンダ型となる。
OH/HF溶液でエッチング選択比の差を用いて前記不
純物がドーピングされた多結晶シリコン膜(17、2
7)を一定幅エッチングする。その結果、前記シリンダ
型構造の側壁はピン型のように凹凸が形成される。その
次に、600乃至1500℃温度で充分な熱工程を加え
て前記多結晶シリコン膜(17、27)に含まれた不純
物を前記多結晶シリコン膜(19、25)に拡散させド
ーピングすることにより表面積が増加したシリコン型貯
蔵電極(29)を形成する。
5)のドーピング工程はポクル(POCl3 )ドーピン
グを行ったり、600乃至1500℃の高温で不純物ソ
ースガスのPH3 ガスをフローさせて燐を前記多結晶シ
リコン膜(19、25)にドーピングさせる。
(図示せず)とプレート電極を順次形成することによ
り、半導体素子の高集積化に充分な静電容量を確保する
ことができるキャパシターを形成する。この際、前記誘
電体膜は誘電特性が優秀な物質で形成する。ここで、前
記誘電体膜はNO又は、ONO複合構造に形成されたも
のである。また、プレート電極は多結晶シリコン、ポリ
サイド、又はこれと類似な電導物質に形成することがで
きる。
工程で形成した酸化膜(21)の大きさを調節して多数
個形成し、前記実施形態のような工程で貯蔵電極(図示
せず)を形成することにより凹凸構造を有する二つ乃至
四つのシリンダを有する多重シリンダ型貯蔵電極を形成
することができる。
コン膜の最上部層を不純物がドーピングされた層を用
い、第2非晶質シリコン膜の最下部層を不純物がドーピ
ングされない層を用いているがそれと逆に用いることも
できる。
導体素子のキャパシター製造方法に伴い、不純物がドー
ピングされたシリコン層とドーピングされないシリコン
層のエッチング選択比の差を用いたエッチング方法で側
壁に凹凸を形成して表面積が増加した貯蔵電極を形成
し、後工程で誘電体膜とプレート電極を形成することに
より半導体素子の高集積化が可能になり信頼性が向上す
る効果を得るようになる。
ため開示されたものであり、当業者であれば添付の特許
請求の範囲に開示された本発明の思想の範囲内において
各種修正、変更、代替及び付加が可能であろう。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
ー製造工程を示した断面図。
トホール、17…不純物がドーピングされた第1非晶質
シリコン膜、19…不純物がドーピングされない第1非
晶質シリコン膜、21…酸化膜、23…感光膜パター
ン、25…不純物がドーピングされた第2非晶質シリコ
ン膜、27…不純物がドーピングされない第2非晶質シ
リコン膜、29…貯蔵電極
Claims (14)
- 【請求項1】 半導体基板の予定された部分が露出する
よう半導体基板上部に形成された下部絶縁層を除去して
コンタクトホールを形成する工程と、前記下部絶縁層の上部および前記コンタクトホールによ
り露出した前記半導体基板の上部 に不純物がドーピング
された第1非晶質導電層と不純物がドーピングされない
第1非晶質導電層を交互に複数層を形成するが、最上部
にはドーピングされた第1非晶質導電層が来るよう形成
する工程と、 前記最上部の第1非晶質導電層上部に貯蔵電極マスクを
用いたエッチング工程で一つの絶縁膜パターンを形成す
る工程と、 全体表面上部に不純物がドーピングされない第2非晶質
導電層と不純物がドーピングされた第2非晶質導電層を
交互に複数層形成する工程と、 前記絶縁膜と下部絶縁層をエッチング障壁にして前記第
1、第2非晶質導電層をその全体厚さほどエッチングす
る工程と、 前記絶縁膜を湿式方法で除去する工程と、 前記第1、第2非晶質導電層を予定された温度で一定時
間アニーリングして結晶化された第1、第2導電層を形
成するが、不純物が拡散しないようにする工程と、 湿式方法で前記不純物がドーピングされた導電層を一定
幅エッチングして凹凸状を形成する工程と、 前記不純物がドーピングされない第1、第2導電層に不
純物をドーピングさせることにより側壁に凹凸が形成さ
れたシリンダ型の貯蔵電極を形成する工程を含む半導体
素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項2】 前記不純物がドーピングされない第1、
第2非晶質導電層はLPCVD方法でシリコン ソース
ガスを注入しながら形成することを特徴とする請求項
1記載の半導体素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項3】 前記シリコン ソース ガスはSiH
4 、Si2 H6 又はSi3 H8 含むことを特徴とする請
求項2記載の半導体素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項4】 前記不純物がドーピングされた第1、第
2非晶質導電層はLPCVD方法でシリコン ソース
ガスと不純物ソース ガスであるPH3 を同時に注入し
ながら形成することを特徴とする請求項1記載の半導体
素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項5】 前記絶縁膜は前記下部絶縁層よりエッチ
ングが容易な酸化膜で形成することを特徴とする請求項
1記載の半導体素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項6】 前記下部絶縁層にはHTOが用いられ、
前記絶縁膜にはPSGが用いられることを特徴とする請
求項1記載の半導体素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項7】 前記絶縁膜は前記第1非晶質導電層より
厚く形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体
素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項8】 前記第2非晶質導電層は、全体厚さが隣
接した他のセルとの距離の半分より小さく形成されるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体素子のキャパシタ
ー製造方法。 - 【請求項9】 前記不純物がドーピングされない第1、
第2導電層に不純物をドーピングさせる段階は、600
乃至1500℃の高温で不純物ソース ガスをフローさ
せる工程を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体
素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項10】 前記不純物がドーピングされない第
1、第2導電層に不純物をドーピングさせる段階は、P
OCl3 をドーピングする段階を含むことを特徴とする
請求項1記載の半導体素子のキャパシター製造方法。 - 【請求項11】 前記下部絶縁層の上部および前記コン
タクトホールにより露出した前記半導体基板の上部に不
純物がドーピングされた第1非晶質導電層と不純物がド
ーピングされない第1非晶質導電層を交互に複数層を形
成するが、最上部にはドーピングされた第1非晶質導電
層が来るよう形成する工程に代えて、前記下部絶縁層の
上部および前記コンタクトホールにより露出した前記半
導体基板の上部に不純物がドーピングされた第1非晶質
導電層と不純物がドーピングされない第1非晶質導電層
を交互に複数層を形成するが、最上部にはドーピングさ
れない第1非晶質導電層が来るよう形成する工程を用い
ることを特徴とする請求項1記載の半導体素子のキャパ
シター製造方法。 - 【請求項12】 前記第2非晶質導電層最下部に不純物
がドーピングされた第2非晶質導電層が形成されること
を特徴とする請求項11記載の半導体素子のキャパシタ
ー製造方法。 - 【請求項13】 前記不純物がドーピングされた導電層
をエッチングして凹凸状を形成する工程は、前記不純物
がドーピングされない導電層と前記不純物がドーピング
された導電層とのエッチング選択比の差を用いてHNO
3 /CH3 COOH/HF溶液でエッチングする段階を
含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子のキャ
パシター製造方法。 - 【請求項14】 半導体基板の予定された部分が露出さ
れるよう半導体基板上部に形成された下部絶縁層を除去
してコンタクトホールを形成する工程と、前記下部絶縁層の上部および前記コンタクトホールによ
り露出した前記半導体基板の上部 に不純物がドーピング
された第1非晶質導電層と、不純物がドーピングされな
い第1非晶質導電層を交互に複数層形成するが、最上部
にはドーピングされた第1非晶質導電層が来るよう形成
する工程と、 前記最上部の第1非晶質導電層上部に貯蔵電極マスクを
用いたエッチング工程で多数の絶縁膜パターンを形成す
る工程と、 全体表面上部に不純物がドーピングされない第2非晶質
導電層と、不純物がドーピングされた第2非晶質導電層
を交互に複数層形成する工程と、 前記絶縁膜と下部絶縁層をエッチング障壁にして前記第
1、第2非晶質導電層をその全体厚さほどエッチングす
る工程と、 前記絶縁膜を湿式方法で除去する工程と、 前記第1、第2非晶質導電層を予定された温度で一定時
間アニーリングして結晶化された第1、第2導電層を形
成するが、不純物が拡散しないようにする工程と、 湿式方法で前記不純物がドーピングされた導電層を一定
幅エッチングして凹凸状を形成する工程と、 前記不純物がドーピングされない第1、第2導電層に不
純物をドーピングさせることにより側壁に凹凸が形成さ
れた多重シリンダ型の貯蔵電極を形成する工程を含む半
導体素子のキャパシター製造方法。
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