JP2827181B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、より詳しくは、スタック型のキャパシタ
を有する半導体装置及びその製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a stacked capacitor and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】スタック型のキャパシタの蓄積電極の表
面積は、水平方向の面以外にワード線等の下地の段差に
よる湾曲効果と蓄積電極の側面効果があり、3次元的な
寄与がある。これらは、何れも段差増大という犠牲を払
って蓄積電極の表面積の増大に寄与している。2. Description of the Related Art The surface area of a storage electrode of a stacked capacitor has a three-dimensional contribution, in addition to a horizontal surface, a curved effect due to a step difference of a base such as a word line and a side effect of a storage electrode. All of these contribute to the increase in the surface area of the storage electrode at the expense of increasing the step.
【0003】ここで、最小の犠牲で最大の効果を得るに
は、例えば蓄積電極の2辺に比例する上下面の湾曲効果
よりも、4辺に比例する側面効果を利用する方がよく、
こうして厚い蓄積電極を用いるDRAMセルをイメージ
したのが図12である。Here, in order to obtain the maximum effect with the minimum sacrifice, it is better to use the side effect proportional to the four sides, for example, rather than the bending effect of the upper and lower surfaces proportional to the two sides of the storage electrode.
FIG. 12 illustrates a DRAM cell using a thick storage electrode in this manner.
【0004】図12において、DRAMセルのキャパシ
タ101 の蓄積電極102 は一層の膜からなり、その周囲に
は誘電体膜103 が形成され、さらに周囲には対向電極10
4 が形成されている。この場合の蓄積電極103 の膜厚は
厚く形成され、その側面が容量に大きく寄与するような
高さとなっている。In FIG. 12, a storage electrode 102 of a capacitor 101 of a DRAM cell is formed of a single layer, a dielectric film 103 is formed therearound, and a counter electrode 10 is further formed therearound.
4 is formed. In this case, the thickness of the storage electrode 103 is formed to be large, and the side surface thereof has a height that greatly contributes to the capacitance.
【0005】なお、蓄積電極102 は転送トランジスタ10
5 の一方のソース/ドレイン層106に接続されており、
その他方のソース/ドレイン層107 には、キャパシタ10
1 を覆う層間絶縁膜108 に形成されたビット線コンタク
トホール109 を通してビット線110 が形成されている。The storage electrode 102 is connected to the transfer transistor 10
5 is connected to one of the source / drain layers 106,
The other source / drain layer 107 has a capacitor 10
A bit line 110 is formed through a bit line contact hole 109 formed in an interlayer insulating film 108 that covers the semiconductor device 1.
【0006】これを見ると、ビット線コンタクトホール
109 のアスペクトがいかにも厳しくて、製造の容易性が
損なわれることが予測される。そこで、厚い蓄積電極に
細工して段差を軽減することを考える。Looking at this, it can be seen that the bit line contact hole
It is expected that the 109 aspects will be so severe that manufacturability will be compromised. Therefore, it is considered to work a thick storage electrode to reduce the step.
【0007】細工には、蓄積電極に水平な溝を設けるフ
ィン(fin)型のものがあり、本出願人は、特殊な技
術を一切使用せず、ポリシリコン、SiO2の成長回数を変
更することによりマスク工程を増加することなくフィン
を何枚でも形成する技術を、特願昭62−306416
号等において提案している。There is a fin type in which a horizontal groove is formed in the storage electrode, and the present applicant changes the number of times of growth of polysilicon and SiO 2 without using any special technique. Accordingly, a technique for forming any number of fins without increasing the number of mask steps is disclosed in Japanese Patent Application No. 62-306416.
No. has been proposed.
【0008】その製造工程の一例を図13、13に基づ
いて説明する。まず、図13(A) に示すように、半導体
層111 の活性領域に、絶縁膜112 を介してゲート電極11
3 を形成した後に、その両側の半導体層111 に不純物を
導入してソース/ドレイン(S/D)層114,115 を設
け、これらによりDRAMの転送トランジスタを構成す
る。この場合、ゲート電極113 を延長したものがワード
線となる。An example of the manufacturing process will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 13A, a gate electrode 11 is formed in an active region of a semiconductor layer 111 via an insulating film 112.
After forming 3, a source / drain (S / D) layer 114, 115 is provided by introducing an impurity into the semiconductor layer 111 on both sides thereof, and these constitute a transfer transistor of the DRAM. In this case, an extension of the gate electrode 113 becomes a word line.
【0009】さらに、全体に層間絶縁膜117 を積層した
後に、一方のS/D層114 の上にコンタクトホール118
を形成してここにビット線119 を接続する。次に、図1
3(B) に示すように、窒化膜120 及びSiO2膜121 を積層
し、ついで、多結晶シリコン膜122 とSiO2膜123 を少な
くとも一層交互に積層してから、ビット線119 を接続し
ないS/D層115 の上にフォトリソグラフィーにより開
口部124 を形成する。Further, after an interlayer insulating film 117 is entirely stacked, a contact hole 118 is formed on one of the S / D layers 114.
Is formed, and the bit line 119 is connected here. Next, FIG.
As shown in FIG. 3 (B), a nitride film 120 and an SiO 2 film 121 are stacked, and then a polycrystalline silicon film 122 and an SiO 2 film 123 are alternately stacked at least one layer. An opening 124 is formed on the / D layer 115 by photolithography.
【0010】この後に、全体に多結晶シリコン膜125 を
積層してから、蓄積電極を区画する領域にある多結晶シ
リコン膜122,125 とそれに挟まれるSiO2膜123 を選択的
にエッチングして溝116 を形成し(図13(C))、つづい
て窒化膜120 上のSiO2膜121,123 を弗酸により選択的に
除去する(図14(D))。After that, a polycrystalline silicon film 125 is laminated on the whole, and then the polycrystalline silicon films 122 and 125 in the region defining the storage electrode and the SiO 2 film 123 sandwiched therebetween are selectively etched to form the trench 116. Then, the SiO 2 films 121 and 123 on the nitride film 120 are selectively removed with hydrofluoric acid (FIG. 14D).
【0011】これにより、多結晶シリコン膜122,125 は
断面フィン状になり、これを蓄積電極126 とする。この
後に、蓄積電極126 の周囲にSi3N4 、SiO2等の絶縁材よ
りなる誘電体膜127 を薄く形成し(図14(E))、さらに
全体に多結晶シリコン膜をCVD法により成長させてこ
れをパターニングして対向電極128 を形成する(図14
(F))。As a result, the polycrystalline silicon films 122 and 125 have a fin-shaped cross section, which is used as the storage electrode 126. Thereafter, a thin dielectric film 127 made of an insulating material such as Si 3 N 4 or SiO 2 is formed around the storage electrode 126 (FIG. 14E), and a polycrystalline silicon film is entirely grown by CVD. This is patterned to form a counter electrode 128 (FIG. 14).
(F)).
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、導体装置に
おけるセルの集積度を向上させるためには、セル面積を
縮小するとともに、各セルのキャパシタの蓄積電極126
の水平方向の面積も小さくする必要があり、充分な蓄積
容量を確保するためにはフィンの枚数を増やしてその総
表面積を大きくすればよい。By the way, in order to improve the degree of integration of cells in a conductor device, the cell area is reduced and the storage electrode 126 of the capacitor of each cell is reduced.
It is necessary to reduce the horizontal area of the fins, and in order to secure a sufficient storage capacity, the number of fins may be increased to increase the total surface area.
【0013】しかし、その枚数の増加により蓄積電極12
6 が高くなり、蓄積電極126 を区画する溝116 のアスペ
クト比が急激に増大してしまい、加工が困難となる。さ
らに、メモリセル領域とその他の領域との高低差が大き
くなって、フォトレジスト露光の焦点深度の観点から、
複数のセルに跨がる対向電極128 やその上方の配線電極
(不図示)のパターン形成が困難になる。However, the increase in the number of the storage electrodes 12
6 becomes high, and the aspect ratio of the groove 116 for partitioning the storage electrode 126 sharply increases, which makes processing difficult. Furthermore, the height difference between the memory cell area and the other areas increases, and from the viewpoint of the depth of focus of the photoresist exposure,
It becomes difficult to form a pattern of the counter electrode 128 extending over a plurality of cells and a wiring electrode (not shown) thereabove.
【0014】したがって、蓄積電極126 の高さを抑えつ
つ、蓄積電極126 の表面積を増加することが極めて重要
であり、そのためにはフィンの厚さを可能な限り薄くす
ることが最も効果的である。Therefore, it is extremely important to increase the surface area of the storage electrode 126 while suppressing the height of the storage electrode 126. For this purpose, it is most effective to reduce the thickness of the fin as much as possible. .
【0015】しかしながら、フィンの薄膜化を推進する
に際して、何が問題となるかといった技術的課題でさえ
明確でないのが現状である。本発明はこのような事情に
鑑みてなされたものであって、スタック型キャパシタの
蓄積電極の薄膜化が図れる半導体装置及びその製造方法
を提供することを目的とする。[0015] However, at present, it is not clear even technical issues such as what is a problem in promoting the thinning of fins. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the thickness of a storage electrode of a stacked capacitor and a method of manufacturing the same.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
手段によって達成する。第1に、図3(H) に例示するよ
うに、成膜当初から多結晶である半導体膜よりもグレー
ンサイズが大きな多結晶の半導体膜15,18 からなり、且
つ、側断面がフィン状に形成されている第一の電極20
と、前記第一の電極20の表面に形成された誘電体膜23
と、前記誘電体膜23を覆う第二の電極とを備えたスタッ
ク型キャパシタを有することを特徴とする半導体装置に
よる。第2に、前記グレーンサイズが大きな多結晶の半
導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化してなる半導体膜で
あることを特徴とする第1の半導体装置による。The above-mentioned object is achieved by the following means. First, as illustrated in FIG. 3 (H), it is composed of polycrystalline semiconductor films 15 and 18 having a larger grain size than the polycrystalline semiconductor film from the beginning of film formation, and has a fin-shaped side section. First electrode 20 being formed
And a dielectric film 23 formed on the surface of the first electrode 20
And a second capacitor covering the dielectric film 23 with a stacked capacitor. Second, the first semiconductor device is characterized in that the polycrystalline semiconductor film having a large grain size is a semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film.
【0017】第3に、図11(A) に例示する装置を形成す
るために、一導電型の半導体基板1中に反対導電型の不
純物導入層7を形成する工程と、前記半導体基板1の上
に第一の絶縁膜8,13を形成する工程と、前記第一の絶
縁膜8,13をパターニングして前記不純物導入層7の一
部を露出するコンタクトホール17を形成する工程と、前
記第一の絶縁膜8,13の上から前記コンタクトホール17
を通して前記不純物導入層7表面に続く非晶質半導体膜
を積層する工程と、前記非晶質半導体膜の成長時又は成
長後に、不純物を前記非晶質半導体膜に導入する工程
と、前記非晶質半導体膜をパターニングして、前記コン
タクトホール17を含む領域に残存させた前記非晶質半導
体膜をキャパシタ用の第一の電極30とする工程と、前記
第一の電極30の表面に前記キャパシタ用の誘電体膜32を
形成する工程と、前記誘電体膜32を覆う前記キャパシタ
用の第二の電極34を形成する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法による。Third, in order to form the device illustrated in FIG. 11A, a step of forming an impurity introduction layer 7 of the opposite conductivity type in the semiconductor substrate 1 of one conductivity type, Forming a first insulating film 8, 13 thereon, patterning the first insulating film 8, 13 to form a contact hole 17 exposing a part of the impurity introduction layer 7, The contact holes 17 are formed on the first insulating films 8 and 13 from above.
Laminating an amorphous semiconductor film following the surface of the impurity-introduced layer 7 through the step of: introducing an impurity into the amorphous semiconductor film during or after the growth of the amorphous semiconductor film; Patterning the amorphous semiconductor film, the amorphous semiconductor film remaining in the region including the contact hole 17 as a first electrode 30 for a capacitor, the capacitor on the surface of the first electrode 30 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a dielectric film 32 for use in a semiconductor device; and forming a second electrode 34 for the capacitor that covers the dielectric film 32.
【0018】第4に、一枚のフィンを有する蓄積電極を
備えたキャパシタを形成するため、一導電型の半導体基
板1中に反対導電型の不純物導入層7を形成する工程
と、前記半導体基板1の上に第一の絶縁膜8,13及び第
二の絶縁膜14を順に積層する工程と、前記第一及び第二
の絶縁膜8,13、14をパターニングして前記不純物導入
層7の一部を露出するコンタクトホール17を形成する工
程と、前記第二の絶縁膜14の上面から前記コンタクトホ
ール17を通して前記不純物導入層7に続く非晶質半導体
膜18を積層する工程と、前記非晶質半導体膜18の成長時
又は成長後に、不純物を前記非晶質半導体膜18に導入す
る工程と、前記非晶質半導体膜18をパターニングして、
前記コンタクトホール17を含む領域に残存させた前記非
晶質半導体膜18をキャパシタ用の第一の電極20とする工
程と、前記第一の電極20の側方を通してエッチング液を
供給して前記第二の絶縁膜14を等方性エッチングして選
択的に除去する工程と、前記第一の絶縁膜8,13の上方
にある前記第一の電極20の表面全体に前記キャパシタ用
の誘電体膜23を形成する工程と、前記誘電体膜23を覆う
前記キャパシタ用の第二の電極24を形成する工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法による。Fourth, a step of forming an impurity introduction layer 7 of the opposite conductivity type in the semiconductor substrate 1 of one conductivity type to form a capacitor having a storage electrode having one fin; A step of sequentially laminating a first insulating film 8, 13 and a second insulating film 14 on the substrate 1 and patterning the first and second insulating films 8, 13, 14 to form the impurity-introduced layer 7. Forming a contact hole 17 exposing a part thereof, laminating an amorphous semiconductor film 18 following the impurity introduction layer 7 from the upper surface of the second insulating film 14 through the contact hole 17, During or after the growth of the amorphous semiconductor film 18, a step of introducing impurities into the amorphous semiconductor film 18, and patterning the amorphous semiconductor film 18,
A step of using the amorphous semiconductor film 18 left in the region including the contact hole 17 as a first electrode 20 for a capacitor, and supplying an etching solution through a side of the first electrode 20 to form the first electrode 20. A step of selectively removing the second insulating film 14 by isotropic etching; and a step of forming a dielectric film for the capacitor on the entire surface of the first electrode 20 above the first insulating films 8 and 13. 23. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second electrode 24 for the capacitor covering the dielectric film 23;
【0019】第5に、図1〜3に例示するように、一導
電型の半導体基板1表面に反対導電型の不純物導入層7
を形成する工程と、前記半導体基板1の上に第一の絶縁
膜8,13を形成する工程と、前記第一の絶縁膜8,13の
上に直接又は第二の絶縁膜14を介して、第一の非晶質半
導体膜15と第三の絶縁膜膜16を順に少なくとも1層ずつ
交互に積層する工程と、最上の前記第三の絶縁膜16から
前記第一の絶縁膜8,13までをパターニングして前記不
純物導入層7の一部を露出するコンタクトホール17を形
成する工程と、最上の前記第三の絶縁膜16の上から前記
コンタクトホール17を通して前記不純物導入層7上面に
続く第二の非晶質半導体膜18を積層する工程と、最上の
前記第三の絶縁膜16から前記第一の非晶質半導体膜18ま
での層をパターニングして前記コンタクトホール17を含
む領域に残存し、前記第一及び第二の非晶質半導体膜1
5, 18からなる側断面フィン状のキャパシタ用の第一の
電極20を形成する工程と、前記第一の電極20の側方を通
してエッチング液を供給し、前記第一の絶縁膜8, 13の
上方にある前記絶縁膜14, 16を等方性エッチングして選
択的に除去する工程と、前記第一の絶縁膜8, 13の上方
にある前記第一の電極20の表面全体に前記キャパシタ用
の誘電体膜23を形成する工程と、前記誘電体膜23を覆う
前記キャパシタ用の第二の電極24を形成する工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法による。Fifth, as shown in FIGS. 1 to 3, an impurity introduction layer 7 of the opposite conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of one conductivity type.
Forming the first insulating films 8 and 13 on the semiconductor substrate 1, and directly or via the second insulating film 14 on the first insulating films 8 and 13. A step of alternately laminating at least one layer of the first amorphous semiconductor film 15 and the third insulating film 16 in order, and To form a contact hole 17 exposing a part of the impurity-doped layer 7, and from the uppermost third insulating film 16 to the upper surface of the impurity-doped layer 7 through the contact hole 17. A step of laminating a second amorphous semiconductor film 18 and patterning a layer from the uppermost third insulating film 16 to the first amorphous semiconductor film 18 to a region including the contact hole 17 Remaining, the first and second amorphous semiconductor film 1
A step of forming a first electrode 20 for a capacitor having a fin-shaped cross section composed of 5 and 18, and supplying an etching solution through the side of the first electrode 20 to form a first insulating film 8, 13. A step of selectively removing the upper insulating films 14 and 16 by isotropic etching, and a step of forming the capacitor for the entire surface of the first electrode 20 above the first insulating films 8 and 13; And a step of forming a second electrode 24 for the capacitor that covers the dielectric film 23.
【0020】第6に、前記非晶質半導体膜15, 18は、非
晶質シリコン膜であり、成長温度400〜550℃の範
囲でSi2H6 をソースガスとして用いる減圧CVD法によ
り成長されるか、または、成長温度350〜500℃の
範囲でSi3H8 をソースガスとして使用する減圧CVD法
により成長されることを特徴とする第3〜第5の半導体
装置の製造方法による。Sixth, the amorphous semiconductor films 15 and 18 are amorphous silicon films, and are grown at a growth temperature of 400 to 550 ° C. by a low pressure CVD method using Si 2 H 6 as a source gas. Or a third to fifth method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being grown at a growth temperature of 350 to 500 ° C. by a low pressure CVD method using Si 3 H 8 as a source gas.
【0021】第7に、前記非晶質半導体膜15, 18は、成
長後に不純物を導入することを特徴とする第5の半導体
装置の製造方法による。第8に、前記非晶質半導体膜1
5, 18の上に積層される前記絶縁膜16は、前記非晶質半
導体膜15, 18の成長温度と同一の温度又は100℃以下
の温度差で成長されていることを特徴とする第3〜第5
の半導体装置の製造方法による。[0021] Seventh, the amorphous semiconductor film 15, 18, by the manufacturing method of the fifth semiconductor device you characterized by introducing impurities after growth. Eighth, the amorphous semiconductor film 1
The third film is characterized in that the insulating film 16 laminated on the first and second semiconductor layers 5 and 18 is grown at the same temperature as the growth temperature of the first and second amorphous semiconductor films 15 and 18 or at a temperature difference of 100 ° C. or less. -Fifth
The semiconductor device manufacturing method.
【0022】第9に、外部から前記蓄積電極20, 30に加
わる応力以上の降服応力を前記非晶質半導体膜15, 18に
与える温度以下で前記誘電体膜23を成長することを特徴
とする第3〜第5の半導体装置の製造方法による。Ninth, the dielectric film 23 is grown at a temperature lower than the temperature at which the amorphous semiconductor films 15 and 18 are subjected to a lowering stress than the stress applied to the storage electrodes 20 and 30 from the outside. According to the third to fifth methods of manufacturing a semiconductor device.
【0023】第10に、一導電型の半導体基板表面に反
対導電型の不純物導入層を形成する工程と、前記半導体
基板の上に第一の絶縁膜を形成する工程と、前記第一の
絶縁膜の上に直接又は第二の絶縁膜を介して、第一の半
導体膜と第三の絶縁膜膜を少なくとも1層ずつ交互に同
一の温度下で成長する工程と、最上の前記第三の絶縁膜
から前記第一の絶縁膜までをパターニングして前記不純
物導入層の一部を露出するコンタクトホールを形成する
工程と、最上の前記第三の絶縁膜の上から前記コンタク
トホールを通して前記不純物導入層上面に続く第二の半
導体膜を積層する工程と、最上の前記第三の絶縁膜から
前記第一の半導体膜までをパターニングして前記コンタ
クトホールを含む領域に残存させ、前記第一及び第二の
半導体膜からなる側断面フィン状のキャパシタ用の第一
の電極を形成する工程と、前記第一の電極の側部を通し
てエッチング液を供給して前記第一の絶縁膜の上方にあ
る前記絶縁膜を等方性エッチングして選択的に除去する
工程と、前記第一の絶縁膜の上方にある前記第一の電極
の表面全体に、外部から加わる応力以下の降服応力を前
記半導体膜に生じさせない温度で前記キャパシタ用の誘
電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜を覆う前記キャ
パシタ用の第二の電極を形成する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法による。Tenth, a step of forming an impurity introducing layer of the opposite conductivity type on the surface of the semiconductor substrate of one conductivity type, a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate, and a step of forming the first insulating film. Growing a first semiconductor film and a third insulating film alternately at the same temperature at least one layer at a time directly on the film or via the second insulating film; and Patterning from the insulating film to the first insulating film to form a contact hole exposing a part of the impurity introducing layer; and introducing the impurity through the contact hole from above the uppermost third insulating film. Laminating a second semiconductor film following the upper surface of the layer, patterning from the uppermost third insulating film to the first semiconductor film and leaving it in the region including the contact hole, the first and second Consisting of two semiconductor films Forming a first electrode for a capacitor having a fin-shaped cross section, and supplying an etching solution through a side portion of the first electrode to isotropically etch the insulating film above the first insulating film; And selectively removing the capacitor and the capacitor at a temperature at which the semiconductor film does not generate a breakdown stress less than an externally applied stress on the entire surface of the first electrode above the first insulating film. And a step of forming a second electrode for the capacitor covering the dielectric film.
【0024】第11に、前記非晶質半導体膜15, 18は、
成長時に不純物を同時に導入していることを特徴とする
第5、10の半導体装置の製造方法による。第12に、
図5に例示するように、前記コンタクトホール17は、第
一の電極20の上面の中心の下方に位置することを特徴と
する第3〜第5、第10の半導体装置の製造方法によ
る。Eleventh, the amorphous semiconductor films 15 and 18 are
The feature is that impurities are simultaneously introduced during growth.
Fifth and tenth semiconductor device manufacturing methods. Twelfth,
As illustrated in FIG. 5, the contact holes 17 are located below the center of the upper surface of the first electrode 20, according to the third to fifth and tenth semiconductor device manufacturing methods.
【0025】[0025]
【作 用】第1の発明によれば、成膜当初から多結晶で
ある半導体膜よりもグレーンサイズが大きな多結晶の半
導体膜15, 18によって蓄積電極20を構成している。According to the first aspect, the storage electrode 20 is constituted by the polycrystalline semiconductor films 15 and 18 having a larger grain size than the polycrystalline semiconductor film from the beginning of film formation.
【0026】この場合、その大きさのグレーンサイズは
非晶質半導体層を多結晶化して得られるものであり、こ
れによれば図6(B) に示すように3nm程度の膜厚であっ
ても容量が低下することはない。In this case, the grain size of that size is obtained by polycrystallizing the amorphous semiconductor layer. According to this, as shown in FIG. Also, the capacity does not decrease.
【0027】第2の発明によれば、第1の発明をフィン
型の蓄積電極に適用している。この場合、グレーンサイ
ズの大きな半導体膜は降服応力が大きく、図7(A) に示
すようにフィンに湾曲が生じ難くくなる。尚、フィンの
湾曲は、図7(B) に説明される現象であり、本願発明者
が新規に見出したものである。この発生機構は、以下の
実施例説明によって明らかになるであろう。According to the second aspect, the first aspect is applied to a fin-type storage electrode. In this case, the semiconductor film having a large grain size has a large yield stress, and the fin is unlikely to be curved as shown in FIG. The curvature of the fin is a phenomenon described in FIG. 7B and is newly found by the present inventor. This generating mechanism will become apparent from the following description of the embodiments.
【0028】第3〜5の発明によれば、非晶質の半導体
膜を成長してこれをキャパシタのフィン状の第一の電極
(蓄積電極)20として用いている。非晶質の膜はその
表面状態が良く、しかも、その後のアニールにより多結
晶化した場合には降服応力が大きくなるため、薄層化さ
れる蓄積電極20に適している。According to the third to fifth aspects, an amorphous semiconductor film is grown and used as the fin-shaped first electrode (storage electrode) 20 of the capacitor. The amorphous film has a good surface condition, and when it is polycrystallized by subsequent annealing, the yield stress increases. Therefore, the amorphous film is suitable for the storage electrode 20 to be thinned.
【0029】なお、第3の発明は、下面に誘電体膜を設
けない構造の蓄積電極を形成するものである。第4の発
明は、1枚のフィンを有する蓄積電極を形成するもの
で、第5の発明は、複数枚のフィンを有する蓄積電極の
形成に関するものである。According to a third aspect of the present invention, a storage electrode having a structure in which a dielectric film is not provided on a lower surface is formed. A fourth invention relates to formation of a storage electrode having one fin, and a fifth invention relates to formation of a storage electrode having a plurality of fins.
【0030】第6の発明によれば、非晶質シリコン膜1
5,18 を成長する際に、ソースガスとしてSi2H6 を使用
してその成長温度を400℃〜550℃となし、或い
は、ソースガスとしてSi3H8 を用いてその成長温度を3
50℃〜500℃としている。これによれば、膜の成長
速度が大きく、スループットが良くなる。According to the sixth invention, the amorphous silicon film 1
In growing 5,18, the growth temperature is set to 400 ° C. to 550 ° C. using Si 2 H 6 as a source gas, or the growth temperature is set to 3 using Si 3 H 8 as a source gas.
The temperature is 50 ° C to 500 ° C. According to this, the film growth rate is high, and the throughput is improved.
【0031】第7の発明によれば、非晶質半導体膜15,1
8 の成長後に不純物を導入しているので、その半導体膜
15,18 の低抵抗化が図れる。第8、10の発明によれ
ば、蓄積電極20、31を構成する半導体膜を形成する場合
に、その上下に積層する絶縁膜の成長温度を半導体膜成
長温度と同一、或いはそれに近づけている。このため、
絶縁膜の成長によって半導体膜に誘起される応力が小さ
く抑えられ、蓄積電極のフィンの湾曲が生じにくくな
る。According to the seventh aspect, the amorphous semiconductor films 15, 1
Since impurities are introduced after the growth of 8, the semiconductor film
15,18 low resistance can be achieved. According to the eighth and tenth aspects, when forming the semiconductor films forming the storage electrodes 20 and 31, the growth temperatures of the insulating films stacked above and below the storage films are the same as or close to the semiconductor film growth temperatures. For this reason,
The stress induced in the semiconductor film due to the growth of the insulating film is reduced, and the fin of the storage electrode is less likely to bend.
【0032】第9、10の発明によれば、蓄積電極の周
囲に付着させる誘電体膜の成長温度を調整して、蓄積電
極のフィンの降服応力の低下を小さくしている。このた
めに、蓄積電極のフィンの湾曲が抑制される。According to the ninth and tenth aspects of the invention, the growth temperature of the dielectric film attached to the periphery of the storage electrode is adjusted to reduce the decrease in the yield stress of the fin of the storage electrode. For this reason, the curvature of the fin of the storage electrode is suppressed.
【0033】第10、11の発明によれば、低抵抗化の
ための不純物を膜の成長と同時に導入している。このた
め、後から導入する場合に比べて内部の応力が小さくな
り、湾曲を抑制するためには効果的である。According to the tenth and eleventh aspects, the impurity for lowering the resistance is introduced simultaneously with the growth of the film. For this reason, the internal stress is reduced as compared with the case where it is introduced later, which is effective for suppressing the bending.
【0034】第12の発明によれば、不純物導入層7に
接続するコンタクトホール17を蓄積電極20の中央に設け
ているため、その位置がずれている場合に比べて湾曲が
生じにくくなる。According to the twelfth aspect, since the contact hole 17 connected to the impurity-doped layer 7 is provided at the center of the storage electrode 20, the bending is less likely to occur as compared with the case where the position is shifted.
【0035】[0035]
【実施例】そこで、最初にフィン状スタックトキャパシ
タを有するDRAMセルの形成工程を図面に基づいて簡
単に説明し、ついでキャパシタの蓄積電極についての形
成条件等を詳細に述べる。 (a)本発明の一実施例装置の製造工程の説明 図1〜3は、本発明の一実施例装置の製造工程を示す断
面図である。First, a process for forming a DRAM cell having a fin-shaped stacked capacitor will be briefly described with reference to the drawings, and then conditions for forming a storage electrode of a capacitor will be described in detail. (A) Description of the manufacturing process of the device of one embodiment of the present invention FIGS. 1 to 3 are sectional views showing the manufacturing process of the device of one embodiment of the present invention.
【0036】図1(A) において符号1は、シリコンより
なるp型の半導体層で、この半導体層1の上面には、活
性領域Xを囲むSiO2フィールド酸化膜2が選択酸化法に
より400nmの厚さに形成されている。In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a p-type semiconductor layer made of silicon. On the upper surface of the semiconductor layer 1, an SiO 2 field oxide film 2 surrounding an active region X is formed to a thickness of 400 nm by a selective oxidation method. It is formed to a thickness.
【0037】この状態で、まず、活性領域の半導体層の
上面に10nm程度のSiO2よりなるゲート酸化膜3を熱酸
化法により形成し、この後に100nmの厚さの多結晶シ
リコン膜4をCVDにより成長し、さらに燐を雰囲気中
に1×1020/cc導入して熱拡散法によりその多結晶シ
リコン膜4を低抵抗化する。In this state, first, a gate oxide film 3 of about 10 nm made of SiO 2 is formed on the upper surface of the semiconductor layer in the active region by a thermal oxidation method, and thereafter a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 100 nm is formed by CVD. Then, phosphorus is introduced into the atmosphere at 1 × 10 20 / cc, and the resistance of the polycrystalline silicon film 4 is reduced by a thermal diffusion method.
【0038】そして、フォトリソグラフィー技術を用い
て多結晶シリコン膜4をパターニングし、これによりゲ
ート電極と兼用するワード線(WL)5を形成する。つい
で、ワード線5をマスクにしてその両脇の半導体層1に
燐を3×1013/cm2 程度イオン注入し、これにより半
導体層1中にn+ 型のソース/ドレイン(S/D)層
6,7を形成する。これにより転送トランジスタが完成
する。Then, the polycrystalline silicon film 4 is patterned by using a photolithography technique, thereby forming a word line (WL) 5 also serving as a gate electrode. Then, using the word line 5 as a mask, phosphorus is ion-implanted into the semiconductor layer 1 on both sides thereof at about 3 × 10 13 / cm 2 , whereby an n + -type source / drain (S / D) is introduced into the semiconductor layer 1. Layers 6 and 7 are formed. Thereby, the transfer transistor is completed.
【0039】次に、図1(B) に示すように、SiO2よりな
る層間絶縁膜8をCVD法により100nm程度積層した
後に、ワード線5の両側のS/D層6,7のうちの一方
の上の層間絶縁膜をフォトリソグラフィー法により開口
してビット線コンタクトホール9を形成する。ついで、
CVD法により多結晶シリコン膜10を50nm、タング
ステンシリサイド(WSi)膜11を100nmの厚さに順
に成長した後に、燐を加速エネルギー70keV 、ドーズ
量4×1015/cm2 でイオン注入してその多結晶シリコ
ン膜10を低抵抗化する。Next, as shown in FIG. 1B, after an interlayer insulating film 8 made of SiO 2 is laminated to a thickness of about 100 nm by the CVD method, the S / D layers 6 and 7 on both sides of the word line 5 are formed. The upper interlayer insulating film is opened by photolithography to form a bit line contact hole 9. Then
After a polycrystalline silicon film 10 and a tungsten silicide (WSi) film 11 are sequentially grown to a thickness of 50 nm and a thickness of 100 nm by the CVD method, phosphorus is ion-implanted at an acceleration energy of 70 keV and a dose of 4 × 10 15 / cm 2. The resistance of the polycrystalline silicon film 10 is reduced.
【0040】そして、WSi膜11と多結晶シリコン膜1
0をフォトリソグラフィー法によりパターニングし、ビ
ット線コンタクトホール9内を通るビット線(BL)12
を形成する。この状態の層間絶縁膜を省略した平面図の
一例を示すと図4、図5のようになる。Then, the WSi film 11 and the polycrystalline silicon film 1
0 is patterned by photolithography, and a bit line (BL) 12 passing through a bit line contact hole 9 is formed.
To form FIGS. 4 and 5 show an example of a plan view in which the interlayer insulating film in this state is omitted.
【0041】この後に、図1(C) に示すように、シリコ
ン窒化膜(Si3N4 膜)13を50nm程度積層し、これに
続いてSiO2膜14と非晶質のシリコン膜15をそれぞれ
30nm、20nmの厚さに形成する。これらの膜はCVD
法によって成長し、シリコン膜15の成長にはSiH4、Si
2H6 等のガスを用いる。ついで、燐を加速エネルギー5
keV 、ドーズ量4×1015/cm2 でイオン注入してシリ
コン膜15を低抵抗化した後に、SiO2膜16を30nm成
長する。Thereafter, as shown in FIG. 1C, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) 13 is laminated to a thickness of about 50 nm, and subsequently, an SiO 2 film 14 and an amorphous silicon film 15 are formed. It is formed to a thickness of 30 nm and 20 nm, respectively. These films are CVD
The silicon film 15 is grown by SiH 4 , Si
A gas, such as 2 H 6. Then, add phosphorus to the accelerating energy 5
After lowering the resistance of the silicon film 15 by ion implantation at keV and a dose of 4 × 10 15 / cm 2 , an SiO 2 film 16 is grown to 30 nm.
【0042】次に、最上のSiO2膜16から層間絶縁膜8
までをフォトリソグラフィー法によりパターニングし、
ビット線12を接続しないS/D層7の上に図2(D) に
示すようなコンタクトホール17を開口する。Next, from the uppermost SiO 2 film 16 to the interlayer insulating film 8
Patterning by photolithography
A contact hole 17 as shown in FIG. 2D is formed on the S / D layer 7 to which the bit line 12 is not connected.
【0043】この後に、コンタクトホール17の内面及
び底面と最上層のSiO2膜16の上に沿って非晶質のシリ
コン膜18を上記シリコン膜15と同一条件で20nmの
厚さに積層し、ついで、燐を上記したと同じ条件でイオ
ン注入してそのシリコン膜18を低抵抗化する。そし
て、図4に示す蓄積電極形成領域Yの境界とその領域以
外の部分に存在するシリコン膜18、SiO2膜16及びシ
リコン膜15を順にフォトリソグラフィー法によりエッ
チングして除去し、図2(E) に示すような分離溝19を
形成する。Thereafter, an amorphous silicon film 18 is laminated to a thickness of 20 nm along the inner and bottom surfaces of the contact hole 17 and the uppermost SiO 2 film 16 under the same conditions as the silicon film 15. Then, phosphorus is ion-implanted under the same conditions as described above to lower the resistance of the silicon film 18. Then, the silicon film 18, the SiO 2 film 16, and the silicon film 15 existing on the boundary of the storage electrode formation region Y shown in FIG. A separation groove 19 as shown in FIG.
【0044】次に、エッチングによって露出した部分を
通してSiO2膜14,16を弗酸により等方的に除去する
と、シリコン膜15,18は図2(F) に示すように断面
フィン状になり、これをキャパシタの蓄積電極20とす
る。Next, when the SiO 2 films 14 and 16 are isotropically removed with hydrofluoric acid through the portions exposed by etching, the silicon films 15 and 18 become fin-shaped in cross section as shown in FIG. This is the storage electrode 20 of the capacitor.
【0045】なお、ここではシリコン膜15,18を非
晶質にしたが、成膜直後にアニールして多結晶化しても
よい。また、この実施例ではシリコン膜15,18を2
層形成して2枚のフィン状の蓄積電極20を形成した
が、キャパシタの容量に応じて、シリコン膜を1層或い
は3層以上積層して1枚又は3枚以上のフィンにしても
よい。1枚の場合には、シリコン膜15を成長する前に
コンタクトホールを形成することになる。Although the silicon films 15 and 18 are made amorphous here, they may be annealed immediately after film formation to make them polycrystalline. In this embodiment, the silicon films 15 and 18 are
Although two fin-shaped storage electrodes 20 are formed by forming layers, one or three or more fins may be formed by laminating one or three or more silicon films depending on the capacitance of the capacitor. In the case of one, a contact hole is formed before the silicon film 15 is grown.
【0046】この後、図3(G) に示すように、シリコン
窒化膜8の上に露出している蓄積電極20の表面にCV
D法によりカバレッジの良い第二の窒化膜21を厚さ7
nmに一様に成長する。そして、800℃程度のウェット
酸素雰囲気中で30分熱処理し、そのシリコン窒化膜2
1の表面に1nm程度のSiO2膜22を成長し、それらによ
りキャパシタの誘電体膜23を構成する。この場合、シ
リコン窒化膜21表面のSiO2膜22によりリーク電流を
減少させる。Thereafter, as shown in FIG. 3G, the surface of the storage electrode 20 exposed on the silicon nitride film 8
The second nitride film 21 having good coverage is formed to a thickness of 7 by the D method.
Grow uniformly to nm. Then, heat treatment is performed for 30 minutes in a wet oxygen atmosphere at about 800 ° C. to form the silicon nitride film 2.
An SiO 2 film 22 having a thickness of about 1 nm is grown on the surface of the substrate 1 and a dielectric film 23 of the capacitor is formed by the grown SiO 2 film 22. In this case, the leakage current is reduced by the SiO 2 film 22 on the surface of the silicon nitride film 21.
【0047】次に、図3(H) に示すような状態にするた
めに、CVD法により全体に多結晶シリコン膜24を1
00nm程度成長し、熱拡散法により燐を1×1020/cc
導入してその多結晶シリコン膜24を低抵抗化する。こ
の段階では、蓄積電極23のフィンの隙間は完全に埋め
込まれるために、以下の工程ではフィンの湾曲の発生を
考慮する必要がなくなる。そして、多結晶シリコン膜2
4をパターニングし、少なくともキャパシタ形成領域に
これを残して対向電極とし、これによりキャパシタQが
完成する。Next, in order to obtain the state shown in FIG.
Grown to a thickness of about 100 nm, and phosphorus is added at 1 × 10 20 / cc by thermal diffusion.
Then, the resistance of the polycrystalline silicon film 24 is reduced. At this stage, since the gap between the fins of the storage electrode 23 is completely filled, it is not necessary to consider the occurrence of fin curvature in the following steps. Then, the polycrystalline silicon film 2
4 is patterned to leave a counter electrode at least in the capacitor forming region, thereby completing the capacitor Q.
【0048】さらに、全体にSiO2、BPSGの2層構造
の平坦化膜25を形成し、それにコンタクトホール(不
図示)、アルミニウム電極配線層26を形成すると、D
RAMセルが完成する。Further, a flattening film 25 having a two-layer structure of SiO 2 and BPSG is formed on the whole, and a contact hole (not shown) and an aluminum electrode wiring layer 26 are formed.
The RAM cell is completed.
【0049】ところで、上記した実施例においては、蓄
積電極20を構成する膜として非晶質シリコン膜15,
18を形成しているが、その上にSiO2等を成長する際の
熱や、或いはシリコン膜形成後や不純物注入後にアニー
ルを行うことによってその膜は多結晶に変化する。In the above embodiment, the amorphous silicon film 15 and the film constituting the storage electrode 20 are used.
Although 18 is formed, the film changes to polycrystalline by heat when growing SiO 2 or the like thereon, or by annealing after forming a silicon film or implanting impurities.
【0050】そして、結晶化したシリコン膜15,18
の上面に現れたグレーンサイズは1μm程度であり、成
長当初から多結晶とする場合に比べて500nm程度大き
くなる。Then, the crystallized silicon films 15, 18
The grain size appearing on the upper surface of the substrate is about 1 μm, which is about 500 nm larger than the case of forming a polycrystal from the beginning of growth.
【0051】ここで、フィンの薄膜化について種々の実
験検討を行ったところ、以下に述べるような結果が得ら
れた。 (b)蓄積電極を構成するシリコン膜の成長についての
説明 膜の成長条件とキャパシタの容量との関係 蓄積電極形成用のシリコン膜の成長方法を変えてキャパ
シタとして作用する最小膜厚を調べると、図6(B) に示
すような結果が得られた。この場合、図6(A)に示すよ
うに蓄積電極27のフィンを1枚となし、上述した誘電
体膜23と対向電極24をその上に成長し、対向電極2
4と蓄積電極27の下のS/D層の間の点x、yの容量
を調べた。Here, various experiments and examinations were conducted on the thinning of the fins, and the following results were obtained. (B) Description of Growth of Silicon Film Constituting Storage Electrode Relationship between Film Growth Conditions and Capacitance of Capacitor When the growth method of the silicon film for forming the storage electrode is changed and the minimum film thickness acting as a capacitor is examined, The result as shown in FIG. 6 (B) was obtained. In this case, as shown in FIG. 6A, one fin of the storage electrode 27 is formed, and the above-described dielectric film 23 and the counter electrode 24 are grown thereon.
4 and the capacitance at points x and y between the S / D layer below the storage electrode 27 were examined.
【0052】まず、低温下、例えば450℃でジシラン
(Si2H6 )ガスを使用して非晶質のシリコン膜を成長
し、これにより蓄積電極27を形成すると、図6(B) に
示すようにその膜厚が3nmであっても10nmの場合と殆
ど変わりない容量が得られた。First, an amorphous silicon film is grown at a low temperature, for example, at 450 ° C. using disilane (Si 2 H 6 ) gas, and the storage electrode 27 is formed by this . As shown in FIG.
As shown in the figure, even when the film thickness was 3 nm, a capacitance almost the same as that of the case of 10 nm was obtained.
【0053】これに対して、モノシラン(SiH4)ガスを
用いて650℃の温度で多結晶のシリコン膜を成長し、
これから蓄積電極27を形成すると、厚さ5nm以下で急
激な容量の低下が見られ、5nmの膜厚が蓄積電極27の
限界値となる。On the other hand, a polycrystalline silicon film is grown at a temperature of 650 ° C. using monosilane (SiH 4 ) gas,
From this, when the storage electrode 27 is formed, a sharp decrease in capacitance is observed at a thickness of 5 nm or less, and the film thickness of 5 nm becomes the limit value of the storage electrode 27.
【0054】この結果、シリコン膜の成長温度を下げて
非晶質化した方が蓄積電極として作用する最小膜厚を減
少でき、フィンを薄膜化できることが明らかとなった。 膜の成長条件とフィンの湾曲との関係 蓄積電極のフィンを図2(F) のように2枚にしてその湾
曲の程度について実験を行ったところ、図7に示すよう
な実験結果が得られた。この場合、コンタクトホール1
7からのフィンの長さは1.7μmとした。As a result, it was found that the lowering of the growth temperature of the silicon film to make it amorphous makes it possible to reduce the minimum film thickness acting as a storage electrode and to make the fin thinner. Relationship between film growth conditions and fin curvature When two storage electrode fins were used as shown in Fig. 2 (F) and an experiment was conducted on the degree of curvature, the experimental results shown in Fig. 7 were obtained. Was. In this case, contact hole 1
The length of the fin from No. 7 was 1.7 μm.
【0055】まず、450℃の温度下でSi2H6 ガスを使
用して非晶質のシリコン膜を形成し、これを蓄積電極2
0としたところ、その膜厚が数nmとなってもフィンに湾
曲は生じない。First, an amorphous silicon film is formed at 450 ° C. using Si 2 H 6 gas,
When it is set to 0, the fin does not bend even when its film thickness becomes several nm.
【0056】これに対して、620℃の温度下でSiH4ガ
スを使用して多結晶シリコン膜を成長して蓄積電極20
を形成したところ、120nm以下の膜厚では図7に示す
ような湾曲が100%生じて蓄積電極として使用できな
いことがわかる。フィンを厚く形成するのも湾曲の抑制
には効果的だが、薄膜化の要請に相反する。On the other hand, a polycrystalline silicon film is grown using SiH 4 gas at a temperature of 620 ° C. to form a storage electrode 20.
It can be seen that when a film thickness of 120 nm or less is formed, 100% of the curvature as shown in FIG. 7 occurs and the film cannot be used as a storage electrode. Forming thick fins is also effective in suppressing curvature, but contradicts the demand for thinner fins.
【0057】この結果、蓄積電極のフィンの湾曲はシリ
コン膜の成長方法に大きく依存し、低温で成長して非晶
質にする方がはるかに発生し難いことが見出された。な
お、非晶質のシリコン膜15,18を用いて蓄積電極2
0を形成する場合でも、蓄積電極20の形成過程におけ
る650℃程度の熱によってその膜は多結晶化するが、
そのグレーンサイズは当初から多結晶膜とした場合に比
べて数百nm程度大きくなっている。As a result, it has been found that the curvature of the fin of the storage electrode greatly depends on the method of growing the silicon film, and it is much less likely that the fin becomes amorphous when grown at a low temperature. The storage electrode 2 is formed by using the amorphous silicon films 15 and 18.
Even when 0 is formed, the film is polycrystallized by the heat of about 650 ° C. in the process of forming the storage electrode 20,
The grain size is about several hundred nm larger than the case where a polycrystalline film is formed from the beginning.
【0058】ところで、フィン型の蓄積電極を形成する
場合には、図1(C)〜図2(E) に示すようにSiO2膜1
4,16とシリコン膜15,18を交互に成長するが、
それらの膜を形成した状態では膜相互に応力が働いてお
り、SiO2膜14,16を除去するとシリコン膜15,1
8の応力の支えが消失して曲がりが発生し易くなる。こ
の応力が、シリコン膜の降服応力以上の場合、シリコン
膜は塑性変形する。これがフィンの湾曲の基本的な発生
機構と考えられる。When a fin-type storage electrode is formed, as shown in FIGS. 1C to 2E, the SiO 2 film 1 is formed.
4, 16 and silicon films 15, 18 are grown alternately.
When these films are formed, stress acts on each other, and when the SiO 2 films 14 and 16 are removed, the silicon films 15 and 1 are removed.
The support of the stress of No. 8 disappears, and bending easily occurs. When this stress is equal to or higher than the yield stress of the silicon film, the silicon film is plastically deformed. This is considered to be the basic mechanism for generating the curvature of the fin.
【0059】このように、蓄積電極20のフィンの厚さ
に湾曲発生率が依存するのは、シリコン膜の降服応力が
その膜厚に比例するためである。また、シリコン膜の成
長方法によって湾曲の発生率に差が生じるのは、シリコ
ン膜自体の降服応力が異なるためと、SiO2膜との相互応
力の差が異なってくるためである。The reason why the curvature generation rate depends on the thickness of the fin of the storage electrode 20 is that the yield stress of the silicon film is proportional to the film thickness. Further, the difference in the rate of occurrence of curvature occurs depending on the method of growing the silicon film because the yield stress of the silicon film itself is different and the difference in mutual stress between the silicon film and the SiO 2 film is different.
【0060】なお、非晶質状態で成長するのが効果的で
あるが、多結晶シリコン膜による場合であっても、シリ
コン窒化膜やSiO2膜のフィン形成後のキャパシタ誘電体
膜の成長温度を低くしてシリコン膜の降服応力を与える
温度以下の熱処理を行えば、湾曲を抑制できることにな
り、これらについては後述する。Although it is effective to grow in an amorphous state, even when a polycrystalline silicon film is used, the growth temperature of the capacitor dielectric film after the fins of the silicon nitride film or SiO 2 film are formed. If the heat treatment is performed at a temperature lower than the temperature at which the yield stress of the silicon film is reduced by lowering the temperature, the curvature can be suppressed, and these will be described later.
【0061】不純物導入との関係 シリコン膜には不純物を導入して低抵抗化する必要があ
り、上記した製造工程ではイオン注入法によっている
が、これによれば多結晶シリコン膜の上層部が非晶質化
してその後の熱処理にて結晶化する。これもシリコン膜
の内部応力を変化させ、注意が必要である。一般に、内
部応力が増加して湾曲を助長すると考えられ、不純物を
導入しつつシリコン膜を成長するのが望ましい。Relationship with impurity introduction It is necessary to introduce an impurity into the silicon film to reduce the resistance. In the above-described manufacturing process, an ion implantation method is used. It is crystallized and crystallized by a subsequent heat treatment. This also changes the internal stress of the silicon film and requires attention. In general, it is considered that internal stress increases to promote bending, and it is desirable to grow a silicon film while introducing impurities.
【0062】成長条件例 次に、シリコン膜を成長する条件の例をあげる。非晶質
のシリコン膜を形成する際に、SiH4ガスを使用してもよ
いがその成長速度は小さく、Si2H6 の方が好ましい。Next, examples of conditions for growing a silicon film will be described. When forming an amorphous silicon film, SiH 4 gas may be used, but the growth rate is low, and Si 2 H 6 is more preferable.
【0063】一般的な縦型のCVD装置を使用してその
炉内温度を450℃、内部圧力を0.5Torrとし、Si2H6
ガスを40cc/min で炉内に導入すると、1.5nm/m
inの成長速度で非晶質のシリコン膜15,18が成長す
る。このとき、成長圧力を1.0〜0.01Torrの範囲で下げ
ると炉内のウェハー面やウェハー間の膜厚分布が改善さ
れ、湾曲のプロセス余裕を確保し易い。Si2H6 を使用す
る場合の最適な成長温度は400℃〜550℃である。The furnace temperature was set to 450 ° C., the internal pressure was set to 0.5 Torr, and Si 2 H 6
When gas is introduced into the furnace at 40 cc / min, 1.5 nm / m
The amorphous silicon films 15 and 18 grow at the growth rate of in. At this time, if the growth pressure is reduced in the range of 1.0 to 0.01 Torr, the wafer surface in the furnace and the film thickness distribution between the wafers are improved, and it is easy to secure a process margin for bending. Optimal growth temperature when using Si 2 H 6 is 400 ° C. to 550 ° C..
【0064】また、成長温度を下げた方が湾曲対策には
有利であるが、成長速度が小さくなり、スループットが
小さくなるという欠点がある。このため、より低温にす
る場合には、ソースガスとして成長速度が大きなトリシ
ラン(Si3H8)等を用いると効果的である。Si3H8 を用い
る場合の最適温度は350℃〜500℃であり、その成
長速度は0.1〜10nm/min である。Although a lowering of the growth temperature is advantageous for the measure against the curvature, there is a disadvantage that the growth rate is reduced and the throughput is reduced. Therefore, when lowering the temperature, it is effective to use trisilane (Si 3 H 8 ) or the like having a high growth rate as the source gas. The optimum temperature when using Si 3 H 8 is 350 ° C. to 500 ° C., and the growth rate is 0.1 to 10 nm / min.
【0065】さらに、ソースガスとしてSi2H6 を例えば
ヘリウム(He)のような不活性ガスによって希釈したも
のを使用してもよいが、Si2H6 のみを使用した方が膜厚
分布、カバレッジ等に優れ、湾曲に対して効果的であ
る。[0065] Further, it may be used after diluted with an inert gas such as, for example, helium Si 2 H 6 as a source gas (He), but better to use only Si 2 H 6 is the film thickness distribution, It has excellent coverage and is effective against bending.
【0066】ガス流量が大きいほど成長速度が大きくな
るが、ある量から飽和する傾向になり、成長膜厚の制御
性とスループットを勘案して条件を決定すると良い。ま
た、シリコン膜成長直後やシリコン膜へのイオン注入直
後、或いはその上のSiO2膜形成直後等に予め600〜7
00℃程度の温度でアニールを30〜180分行うと、
その後の工程における熱処理時のシリコン膜の結晶成長
を均一化でき、即ち内部応力を均一にでき、湾曲に対し
て効果的である。Although the growth rate increases as the gas flow rate increases, the growth rate tends to saturate from a certain amount, and it is preferable to determine the conditions in consideration of the controllability of the growth film thickness and the throughput. Immediately after the growth of the silicon film, immediately after the ion implantation into the silicon film, or immediately after the formation of the SiO 2 film thereon, 600 to 7
When annealing is performed at a temperature of about 00 ° C. for 30 to 180 minutes,
The crystal growth of the silicon film during the heat treatment in the subsequent process can be made uniform, that is, the internal stress can be made uniform, which is effective against bending.
【0067】なお、Si2H6 を導入する際にフォスフィン
(PH3)を同時に流して成長と不純物導入を同時に行う
と、湾曲に対して効果的である。また、CVD装置とし
ては横型のものを使用してもよいが、縦型の方が膜厚の
分布が良好であり、湾曲についてのプロセス余裕度が上
昇し好都合である。 (c)蓄積電極の形成工程においてシリコン膜を支持す
る絶縁膜の説明 蓄積電極となるシリコン膜の湾曲が生じるのは、その間
に形成されるSiO2膜との相互応力が相異するからである
ことは、既に述べた。また、この相互応力は主として、
SiO2膜とシリコン膜の熱膨張係数が異なることに起因す
る。It should be noted that, when introducing phosphine (PH 3 ) at the same time as introducing Si 2 H 6 to simultaneously carry out growth and impurity introduction, it is effective against bending. A horizontal CVD apparatus may be used, but a vertical CVD apparatus is more advantageous because the film thickness distribution is better and the process margin for bending increases. (C) Description of Insulating Film Supporting Silicon Film in Storage Electrode Forming Process The silicon film serving as the storage electrode is curved because the mutual stress with the SiO 2 film formed therebetween is different. That has already been mentioned. Also, this mutual stress is mainly
This is because the thermal expansion coefficients of the SiO 2 film and the silicon film are different.
【0068】このため、多結晶、非晶質に係わりなく、
シリコン膜とSiO2膜の熱膨張の差をできるだけ小さくな
るように、各々の成長温度を決定することが効果的であ
る。具体的には、SiO2膜14,16の成長温度を通常の
800℃ではなく、シリコン成長温度と同じか、又は1
00℃以下の温度差にすれば湾曲は抑制される。For this reason, regardless of whether it is polycrystalline or amorphous,
It is effective to determine the respective growth temperatures so as to minimize the difference in thermal expansion between the silicon film and the SiO 2 film. Specifically, the growth temperature of the SiO 2 films 14 and 16 is not 800 ° C., but the same as the silicon growth temperature or 1 ° C.
If the temperature difference is set to 00 ° C. or less, the bending is suppressed.
【0069】例えば温度450℃でSi2H6 ガスを使用し
て非晶質のシリコン膜15,18を形成する場合には、
その上又は下に形成するSiO2膜14,16の成長温度を
450℃にすればよい。For example, when forming amorphous silicon films 15 and 18 using Si 2 H 6 gas at a temperature of 450 ° C.,
The growth temperature of the SiO 2 films 14 and 16 formed thereon or below may be 450 ° C.
【0070】この結果、SiO2膜14,16とシリコン膜
15,18の成長方法を工夫し、これらの膜の成長温度
を同一又は近づければ、相互の応力を相殺できて効果的
である。 (d)誘電体膜、対向電極の成長についての説明 上記した製造工程の一実施例において、SiO2膜14,1
6を除去してフィンの応力の支えを消失させると、シリ
コン膜15,18にはこの応力に対応した弾性変形が生
じる。その応力がシリコン膜の降服応力以上の場合、シ
リコン膜は塑性変形して湾曲が生ずる。また、シリコン
膜の降服応力は、温度上昇と共に指数関数的に減少す
る。従って、誘電体膜23形成から対向電極24を形成
するまでの熱処理温度を抑制することが重要になる。As a result, if the growth methods of the SiO 2 films 14 and 16 and the silicon films 15 and 18 are devised and the growth temperatures of these films are made equal or close to each other, the mutual stress can be canceled out, which is effective. (D) Description of Growth of Dielectric Film and Counter Electrode In one embodiment of the above-described manufacturing process, the SiO 2 films 14 and 1
When the support of the fins is eliminated by removing 6, the silicon films 15 and 18 undergo elastic deformation corresponding to the stress. If the stress is equal to or higher than the yield stress of the silicon film, the silicon film is plastically deformed and curved. Further, the yield stress of the silicon film decreases exponentially with an increase in temperature. Therefore, it is important to suppress the heat treatment temperature from the formation of the dielectric film 23 to the formation of the counter electrode 24.
【0071】即ち、図8に示すように、フィンの湾曲は
キャパシタの誘電体膜23の成長時の熱処理条件に大き
く影響し、誘電体膜23の形成を低温にする程、湾曲を
抑制できることを見出した。That is, as shown in FIG. 8, the curvature of the fin greatly affects the heat treatment conditions during the growth of the dielectric film 23 of the capacitor, and the lower the temperature of the formation of the dielectric film 23, the more the curvature can be suppressed. I found it.
【0072】誘電体膜23の形成温度に湾曲発生率が依
存するのは、シリコン膜15,18の降服応力が温度上
昇とともに急激に減少するためである。したがって、原
理的には、外部からシリコン膜15,18にかかる応力
に等しかそれ以上の降服応力をそのシリコン膜15,1
8に与えられる温度以下に熱処理温度を抑えれば、フィ
ンの湾曲は回避できる。The reason why the curvature generation rate depends on the temperature at which the dielectric film 23 is formed is that the yield stress of the silicon films 15 and 18 sharply decreases as the temperature rises. Therefore, in principle, a breakdown stress greater than or equal to the stress applied to the silicon films 15 and 18 from the outside is applied.
If the heat treatment temperature is suppressed below the temperature given to 8, the curvature of the fin can be avoided.
【0073】誘電体膜23となるシリコン窒化膜21
は、一般に700〜800℃程度で成長するが、800
℃程度の高温度ではシリコン膜の降服応力が小さくな
り、塑性変形が起こりフィンが湾曲する可能性があり、
この温度以下に設定する。Silicon nitride film 21 to be dielectric film 23
Grows generally at about 700 to 800 ° C.,
At a high temperature of about ℃, the yield stress of the silicon film becomes small, plastic deformation may occur, and the fin may be curved,
Set below this temperature.
【0074】さらに、シリコン窒化膜21の表面を例え
ば800〜850℃程度の酸素雰囲気中で熱処理し、そ
の表面にリーク電流防止用のSiO2膜22を形成する処理
を行うが、この時、降服応力は更に小さくなるから、図
7(B) に示すような塑性変形はさらに生じやすくなり、
湾曲が発生する。700〜725℃程度でSiO2膜22を
形成すると図8に示すように変形が生じ難くなることが
わかる。Further, the surface of the silicon nitride film 21 is heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature of, for example, about 800 to 850 ° C. to form a SiO 2 film 22 for preventing leakage current. Since the stress is further reduced, plastic deformation as shown in FIG.
Curving occurs. It can be seen that when the SiO 2 film 22 is formed at about 700 to 725 ° C., deformation hardly occurs as shown in FIG.
【0075】ところで、シリコン窒化膜21の成長は6
50℃まで熱分解法によることも可能であり、シリコン
膜の降服応力は大きくなるが、成長速度が小さくなると
いう欠点がある。しかし、低温であるほど湾曲には有利
であり、集積度がさらに進んだとき、即ち、フィンをよ
り薄膜化したい場合には効果的である。また、酸化処理
は一定膜厚を成長することが重要であり、酸化速度の大
きいウェット酸化雰囲気、高圧酸化法等により低温処理
化が可能であり、湾曲に対して有効である。 (e)蓄積電極のサイズの説明 また、更に蓄積電極の湾曲は水平方向のサイズにも大き
く依存し、図9に示すようにフィンの長さが小さい程、
曲がりが抑制されることも見出した。なお、図9では多
結晶のシリコン膜による場合を示している。The growth of the silicon nitride film 21 is 6
It is also possible pyrogenic up to 50 ° C., although breakdown stress of the silicon film is increased, there is a disadvantage that <br/> that the growth rate decreases. However, the lower the temperature is, the more advantageous the bending is, and it is effective when the degree of integration is further advanced, that is, when it is desired to make the fin thinner. It is important for the oxidation treatment to grow to a constant film thickness, and a low-temperature treatment can be performed by a wet oxidation atmosphere with a high oxidation rate, a high-pressure oxidation method, or the like, which is effective for bending. (E) Description of the size of the storage electrode Further, the curvature of the storage electrode largely depends on the size in the horizontal direction, and as shown in FIG.
They also found that bending was suppressed. FIG. 9 shows a case of using a polycrystalline silicon film.
【0076】フィンのサイズに依存する理由は、応力の
絶対値がサイズに比例するためである。フィンのサイズ
を小さくすることも効果的であるが、容量を大きく確保
するとの要請とは、相反する。但し、微細化が、湾曲に
対して有利に作用することは特筆される。The reason for depending on the size of the fin is that the absolute value of the stress is proportional to the size. It is effective to reduce the size of the fins, but this conflicts with the demand for securing a large capacity. It should be noted, however, that miniaturization has an advantageous effect on curvature.
【0077】図4に示すように左右のフィンの長さをコ
ンタクトホール17に対して非対称にすれば、長い方が
湾曲を律側し、不利である。これに対して、図5に示す
ようにコンタクトホール17に対して左右対称なレイア
ウトとすれば、図4の蓄積電極20と同一面積であって
もフィンの長さl3 が小さくなる。最適な条件は、コン
タクトホール17を蓄積電極20の中心の下方に位置さ
せることである。As shown in FIG. 4, if the lengths of the left and right fins are made asymmetrical with respect to the contact hole 17, the longer one is more disadvantageous in controlling the curvature. On the other hand, if the layout is symmetrical with respect to the contact hole 17 as shown in FIG. 5, the length l 3 of the fin is reduced even if it has the same area as the storage electrode 20 of FIG. The optimum condition is that the contact hole 17 is located below the center of the storage electrode 20.
【0078】これは多結晶、非晶質にかかわらず曲がり
防止に重要である。 (f)蓄積電極の薄膜化実現の総合的な条件の説明 以上の実施例説明から明らかなように、蓄積電極の湾曲
の発生を抑制してフィンの薄膜化を実現するには、次の
条件が必要となる。This is important for preventing bending, regardless of whether it is polycrystalline or amorphous. (F) Description of Comprehensive Conditions for Realizing Thinning of Storage Electrode As is clear from the above description of the embodiment, the following conditions are required to realize the thinning of the fin while suppressing the occurrence of the bending of the storage electrode. Is required.
【0079】蓄積電極の応力を小さくする 非晶質又は多結晶のシリコン膜と酸化膜の成長方法を工
夫する。酸化膜とシリコン膜の成長温度を同一にすれ
ば、相互の応力を相殺でき、効果的である。A method of growing an amorphous or polycrystalline silicon film and an oxide film to reduce the stress of the storage electrode is devised. If the growth temperatures of the oxide film and the silicon film are made equal, mutual stress can be canceled out, which is effective.
【0080】また、シリコン膜には不純物を導入して、
低抵抗化する必要があるが、例えばイオン注入法を用い
ると、表面の注入部分が一旦は非晶質化し、その後の熱
処理にて結晶化する。これもシリコン膜の内部応力を変
化させ、注意が必要である。一般的には、内部応力が増
加し、湾曲を助長すると考えられ、不純物を導入しつつ
シリコン膜を成長するのが望ましい。Further, impurities are introduced into the silicon film,
Although it is necessary to lower the resistance, for example, when an ion implantation method is used, the implanted portion on the surface is once made amorphous and then crystallized by a heat treatment thereafter. This also changes the internal stress of the silicon film and requires attention. Generally, it is considered that internal stress increases and curvature is promoted. Therefore, it is desirable to grow a silicon film while introducing impurities.
【0081】シリコン膜の降服応力を大きくする。 蓄積電極のシリコン膜は、非晶質状態で成長するのが効
果的であることは既に述べた。The yield stress of the silicon film is increased. As described above, it is effective to grow the silicon film of the storage electrode in an amorphous state.
【0082】フィンを厚く形成することも湾曲の抑制に
は効果的だが、薄膜化の要請と相反する。ただし、フィ
ンのサイズとも関係するため、両者の間に一定のルール
を設けて適用することが実際的である。Forming thick fins is also effective in suppressing the curvature, but is contrary to the demand for thinner fins. However, since it is also related to the size of the fin, it is practical to set and apply a certain rule between the two.
【0083】誘電体膜形成等、フィン形成後から対向電
極で埋め込むまでの熱処理温度を抑制することも、効果
的である。原理的には、シリコン膜にかかる応力に等し
い、降服応力を与える温度以下に熱処理温度を抑えれ
ば、湾曲は回避できる。It is also effective to suppress the heat treatment temperature from fin formation to filling with a counter electrode, such as formation of a dielectric film. In principle, curving can be avoided if the heat treatment temperature is reduced to a temperature equal to or lower than the stress applied to the silicon film and at which the yield stress is applied.
【0084】、は単独でもよいが、複数組み合わせ
ればより効果的となる。以上をまとめてフィンの薄膜化
可能領域をフィン厚サイズに対して示すと、図10のよ
うになる。May be used alone, but it is more effective to combine a plurality of them. FIG. 10 shows the area where the fins can be made thinner with respect to the fin thickness size.
【0085】即ち、蓄積電極に生じる湾曲の程度が実用
に耐え得るためには、コンタクトホールからのフィンの
長さとその膜厚とが図10に示す直線の下方範囲に入る
必要がある。それらの直線は、各成膜、熱処理条件にお
ける限界値を示している。 (g)その他の説明 上記した実施例では、フィンの上下に誘電体膜を形成す
るタイプの蓄積電極を例に挙げて説明したが、図11に
示すように蓄積電極30,31のフィンの最下面をシリ
コン窒化膜13に接触させてその上方の表面にだけ誘電
体膜32,33を形成するタイプについても、上記した
膜成長技術を適用できる。That is, in order for the degree of curvature generated in the storage electrode to be practical, the length of the fin from the contact hole and its film thickness must fall within the range below the straight line shown in FIG. These straight lines indicate the limit value under each film forming and heat treatment condition. (G) Other Descriptions In the above embodiment, the storage electrodes of the type in which a dielectric film is formed above and below the fins have been described as an example. However, as shown in FIG. The above-described film growth technique can be applied to a type in which the lower surface is brought into contact with the silicon nitride film 13 and the dielectric films 32 and 33 are formed only on the upper surface.
【0086】この場合、上述した工程との相違点はシリ
コン窒化膜13の直上にSiO2膜を形成しないことであ
る。なお、符号34,35は対向電極を示している。ま
た、上記実施例では、蓄積電極の側断面がフィン状であ
るキャパシタについて説明したが、箱型、縦溝型その他
の形状の蓄積電極を形成する場合にも同様な条件で形成
すれば、変形の少ないキャパシタを構成できる。In this case, the difference from the above-described process is that no SiO 2 film is formed immediately above the silicon nitride film 13. Reference numerals 34 and 35 indicate opposing electrodes. Further, in the above-described embodiment, the capacitor in which the side section of the storage electrode has a fin shape has been described. However, when a storage electrode having a box shape, a vertical groove shape, or another shape is formed under the same conditions, deformation may occur. Capacitor with less noise.
【0087】[0087]
【発明の効果】以上述べたように第1の発明によれば、
成膜当初から多結晶である半導体膜よりもグレーンサイ
ズが大きな多結晶の半導体膜によって蓄積電極を構成し
ているので、その大きさのグレーンサイズの半導体層に
よれば、表面状態が良く、数nm程度まで薄膜化しても容
量の低下を防止できる。As described above, according to the first aspect,
Since the storage electrode is composed of a polycrystalline semiconductor film having a larger grain size than a polycrystalline semiconductor film from the beginning of film formation, the grain size semiconductor layer has a good surface condition, Even if the thickness is reduced to about nm, a decrease in capacity can be prevented.
【0088】第2の発明によれば、第1の発明をフィン
型の蓄積電極に用いており、グレーンサイズの大きな半
導体膜は降服応力が大きいので、薄層化するフィンの湾
曲を生じ難くすることができる。According to the second invention, the first invention is used for a fin-type storage electrode, and since a semiconductor film having a large grain size has a large yield stress, it is difficult for the thinned fin to curve. be able to.
【0089】第3〜5の発明によれば、非晶質の半導体
膜を成長してこれをキャパシタのフィン状の蓄積電極と
して用いているので、その表面状態が良く、しかも、そ
の後の工程において多結晶化される場合には降服応力が
大きくなるので、薄層化される蓄積電極の容量を大きく
し、そのフィンの湾曲の発生を生じにくくすることがで
きる。According to the third to fifth aspects of the present invention, since an amorphous semiconductor film is grown and used as a fin-shaped storage electrode of a capacitor, its surface condition is good, and further, in the subsequent steps, When polycrystallization is performed, the yield stress increases, so that the capacity of the storage electrode to be thinned can be increased, and the fin can be less likely to be curved.
【0090】第6の発明によれば、非晶質シリコン膜を
成長する際に、ソースガスとしてSi 2H6 を使用してその
成長温度を400℃〜550℃となし、或いは、ソース
ガスとしてSi3H8 を用いてその成長温度を350℃〜5
00℃としているので、これによれば、非晶質半導体膜
の成長速度が大きく、スループットを良くすることがで
きる。According to the sixth invention, the amorphous silicon film is
When growing, use Si as the source gas. TwoH6Using that
Set the growth temperature between 400 ° C and 550 ° C, or source
Si as gasThreeH8The growth temperature from 350 ° C. to 5 ° C.
Since the temperature is set to 00 ° C., the amorphous semiconductor film
The growth rate is high and the throughput can be improved.
Wear.
【0091】第7、11の発明によれば、非晶質半導体
膜に不純物を導入しているので、結晶の応力に影響を与
えずに半導体膜の抵抗を低下することができる。第8、
10の発明によれば、蓄積電極を構成する半導体膜を形
成する場合に、その上に積層する絶縁膜の成長温度を半
導体膜の成長温度と同一、或いはそれに近づけているの
で、半導体膜に誘起される応力を低く抑えることがで
き、蓄積電極のフィンの湾曲を生じ難くすることができ
る。According to the seventh and eleventh aspects, since the impurity is introduced into the amorphous semiconductor film, the resistance of the semiconductor film can be reduced without affecting the crystal stress. Eighth,
According to the tenth aspect, when the semiconductor film forming the storage electrode is formed, the growth temperature of the insulating film laminated thereon is equal to or close to the growth temperature of the semiconductor film. Applied stress can be kept low, and the fin of the storage electrode can be hardly bent.
【0092】第9、10の発明によれば、蓄積電極の周
囲に付着させる誘電体膜の成長温度を調整して、蓄積電
極のフィンの降服応力の低下を小さくしているので、蓄
積電極のフィンの湾曲を抑制するとができる。According to the ninth and tenth aspects, the growth temperature of the dielectric film adhered to the periphery of the storage electrode is adjusted to reduce the decrease in the breakdown stress of the fin of the storage electrode. The curvature of the fin can be suppressed.
【0093】第10、11の発明によれば、低抵抗化の
ための不純物を多結晶半導体膜の成長と同時に導入して
いるので、後から導入する場合に比べて内部の応力を小
さくすることができ、湾曲を抑制することができる。According to the tenth and eleventh aspects, since the impurity for lowering the resistance is introduced simultaneously with the growth of the polycrystalline semiconductor film, the internal stress is reduced as compared with the case where the impurity is introduced later. And curving can be suppressed.
【0094】第12の発明によれば、不純物導入層に接
続するコンタクトホールを蓄積電極の中央に設けている
ので、その位置をずらす場合に比べてフィンの湾曲を抑
制することができる。According to the twelfth aspect, since the contact hole connected to the impurity-introduced layer is provided at the center of the storage electrode, the curvature of the fin can be suppressed as compared with the case where the position is shifted.
【図1】本発明の一実施例装置の製造工程を示す断面図
(その1)である。FIG. 1 is a sectional view (1) showing a manufacturing process of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例装置の製造工程を示す断面図
(その2)である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 2) illustrating a manufacturing process of the apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例装置の製造工程を示す断面図
(その3)である。FIG. 3 is a sectional view (No. 3) showing a step of manufacturing the apparatus according to the embodiment of the present invention;
【図4】本発明の一実施例装置を示す第1の平面図であ
る。FIG. 4 is a first plan view showing an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例装置を示す第2の平面図であ
る。FIG. 5 is a second plan view showing the apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図6】キャパシタの容量を調べる装置の断面図および
容量と膜の成長条件との関係を示す特性図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a device for examining the capacitance of a capacitor and a characteristic diagram showing a relationship between the capacitance and a film growth condition.
【図7】蓄積電極の湾曲の発生率と膜成長条件との関係
を示す特性図と、その湾曲の一例を示す断面図である。FIGS. 7A and 7B are a characteristic diagram showing a relationship between the occurrence rate of the curvature of the storage electrode and a film growth condition, and a cross-sectional view showing an example of the curvature.
【図8】誘電体膜となる酸化膜成長温度とフィンの湾曲
発生率との関係を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a growth temperature of an oxide film serving as a dielectric film and a rate of occurrence of fin curvature.
【図9】蓄積電極のフィンの長さと湾曲発生率との関係
を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the fin of the storage electrode and the curvature occurrence rate.
【図10】キャパシタとして使用できる蓄積電極のフィ
ンの膜厚とフィンの長さとの関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between the thickness of a fin of a storage electrode that can be used as a capacitor and the length of the fin.
【図11】本発明の他の実施例装置を示す断面図であ
る。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a device according to another embodiment of the present invention.
【図12】側面効果を利用するキャパシタを備えたDR
AMセルの一例を示す断面図である。FIG. 12 shows a DR having a capacitor utilizing a side effect.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of an AM cell.
【図13】フィン型キャパシタを有するDRAMセルの
従来の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 13 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a conventional method for manufacturing a DRAM cell having a fin-type capacitor.
【図14】フィン型キャパシタを有するDRAMセルの
従来の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 14 is a sectional view (part 2) showing a conventional method of manufacturing a DRAM cell having a fin-type capacitor.
1 半導体層 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 多結晶シリコン 5 ワード線 6、7 ソース/ドレイン層 8 層間絶縁膜 9 ビット線コンタクトホール 12 ビット線 13 シリコン窒化膜 14、16 SiO2膜 15、18 シリコン膜(半導体膜) 17 コンタクトホール 19 溝 20、30、31 蓄積電極(第一の電極) 23、32、33 誘電体膜 24、34、35 対向電極(第二の電極)Reference Signs List 1 semiconductor layer 2 field oxide film 3 gate oxide film 4 polycrystalline silicon 5 word line 6, 7 source / drain layer 8 interlayer insulating film 9 bit line contact hole 12 bit line 13 silicon nitride film 14, 16 SiO 2 film 15, 18 Silicon film (semiconductor film) 17 Contact hole 19 Groove 20, 30, 31 Storage electrode (first electrode) 23, 32, 33 Dielectric film 24, 34, 35 Counter electrode (second electrode)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 通有 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 野村 浩 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−67730(JP,A) 特開 平4−35059(JP,A) 特開 平3−272165(JP,A) 特開 平5−90490(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/108 H01L 21/8242──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toru Kono 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Within Fujitsu Limited (72) Inventor Hiroshi Nomura 1015 Kamikodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited (56) References JP-A-5-67730 (JP, A) JP-A-4-35059 (JP, A) JP-A-3-272165 (JP, A) JP-A-5-90490 (JP, A) ( 58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 27/108 H01L 21/8242
Claims (12)
グレーンサイズが大きな多結晶の半導体膜からなり、且
つ、側断面がフィン状に形成されている第一の電極と、
前記第一の電極の表面に形成された誘電体膜と、前記誘
電体膜を覆う第二の電極とを備えたスタック型キャパシ
タを有することを特徴とする半導体装置。A first electrode formed of a polycrystalline semiconductor film having a larger grain size than a polycrystalline semiconductor film from the beginning of film formation, and having a fin-shaped side section;
A semiconductor device having a stacked capacitor including a dielectric film formed on a surface of the first electrode and a second electrode covering the dielectric film.
半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化してなる半導体膜
であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said polycrystalline semiconductor film having a large grain size is a semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film.
純物導入層を形成する工程と、 前記半導体基板の上に第一の絶縁膜を形成する工程と、 前記第一の絶縁膜をパターニングして前記不純物導入層
の一部を露出するコンタクトホールを形成する工程と、 前記第一の絶縁膜の上から前記コンタクトホールを通し
て前記不純物導入層表面に続く非晶質半導体膜を積層す
る工程と、 前記非晶質半導体膜の成長時又は成長後に、不純物を前
記非晶質半導体膜に導入する工程と、 前記非晶質半導体膜をパターニングして、前記コンタク
トホールを含む領域に残存させた前記非晶質半導体膜を
キャパシタ用の第一の電極とする工程と、 前記第一の電極の表面に前記キャパシタ用の誘電体膜を
形成する工程と、 前記誘電体膜を覆う前記キャパシタ用の第二の電極を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。A step of forming an impurity introduction layer of an opposite conductivity type in a semiconductor substrate of one conductivity type; a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate; Patterning to form a contact hole exposing a part of the impurity introduction layer, and laminating an amorphous semiconductor film following the surface of the impurity introduction layer through the contact hole from above the first insulating film. During or after the growth of the amorphous semiconductor film, introducing an impurity into the amorphous semiconductor film; and patterning the amorphous semiconductor film to remain in a region including the contact hole. A step of using the amorphous semiconductor film as a first electrode for a capacitor; a step of forming a dielectric film for the capacitor on a surface of the first electrode; and a step of forming a dielectric film for the capacitor covering the dielectric film. Forming a second electrode.
純物導入層を形成する工程と、 前記半導体基板の上に第一の絶縁膜及び第二の絶縁膜を
順に積層する工程と、 前記第一及び第二の絶縁膜をパターニングして前記不純
物導入層の一部を露出するコンタクトホールを形成する
工程と、 前記第二の絶縁膜の上面から前記コンタクトホールを通
して前記不純物導入層に続く非晶質半導体膜を積層する
工程と、 前記非晶質半導体膜の成長時又は成長後に、不純物を前
記非晶質半導体膜に導入する工程と、 前記非晶質半導体膜をパターニングして、前記コンタク
トホールを含む領域に残存させた前記非晶質半導体膜を
キャパシタ用の第一の電極とする工程と、 前記第一の電極の側方を通してエッチング液を供給して
前記第二の絶縁膜を等方性エッチングして選択的に除去
する工程と、 前記第一の絶縁膜の上方にある前記第一の電極の表面全
体に前記キャパシタ用の誘電体膜を形成する工程と、 前記誘電体膜を覆う前記キャパシタ用の第二の電極を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。A step of forming an impurity introduction layer of an opposite conductivity type in a semiconductor substrate of one conductivity type; a step of sequentially stacking a first insulating film and a second insulating film on the semiconductor substrate; Patterning the first and second insulating films to form a contact hole exposing a part of the impurity introduction layer; and continuing from the upper surface of the second insulation film through the contact hole to the impurity introduction layer. Laminating an amorphous semiconductor film, introducing an impurity into the amorphous semiconductor film during or after the growth of the amorphous semiconductor film, patterning the amorphous semiconductor film, Using the amorphous semiconductor film left in the region including the contact hole as a first electrode for a capacitor; and supplying an etchant through a side of the first electrode to form the second insulating film. Isotropic d Step of selectively removing the dielectric film for the capacitor, forming a dielectric film for the capacitor on the entire surface of the first electrode above the first insulating film, and covering the dielectric film. Forming a second electrode for a capacitor.
不純物導入層を形成する工程と、 前記半導体基板の上に第一の絶縁膜を形成する工程と、 前記第一の絶縁膜の上に直接又は第二の絶縁膜を介し
て、第一の非晶質半導体膜と第三の絶縁膜膜を順に少な
くとも1層ずつ交互に積層する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜から前記第一の絶縁膜までをパ
ターニングして前記不純物導入層の一部を露出するコン
タクトホールを形成する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜の上から前記コンタクトホール
を通して前記不純物導入層上面に続く第二の非晶質半導
体膜を積層する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜から前記第一の非晶質半導体膜
までの層をパターニングして前記コンタクトホールを含
む領域に残存し、前記第一及び第二の非晶質半導体膜か
らなる側断面フィン状のキャパシタ用の第一の電極を形
成する工程と、 前記第一の電極の側方を通してエッチング液を供給し、
前記第一の絶縁膜の上方にある前記絶縁膜を等方性エッ
チングして選択的に除去する工程と、 前記第一の絶縁膜の上方にある前記第一の電極の表面全
体に前記キャパシタ用の誘電体膜を形成する工程と、 前記誘電体膜を覆う前記キャパシタ用の第二の電極を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。5. A step of forming an impurity introduction layer of an opposite conductivity type on the surface of a semiconductor substrate of one conductivity type; a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate; A step of alternately laminating a first amorphous semiconductor film and a third insulating film on at least one layer in order, either directly or via a second insulating film; and Patterning up to the first insulating film to form a contact hole exposing a part of the impurity introducing layer; and forming a contact hole over the uppermost third insulating film through the contact hole to the upper surface of the impurity introducing layer. Stacking a subsequent second amorphous semiconductor film, and patterning a layer from the uppermost third insulating film to the first amorphous semiconductor film to remain in a region including the contact hole; The first and second amorphous semiconductors Forming a first electrode for side section finned capacitor consisting supplies etching liquid through the side of the first electrode,
A step of selectively removing the insulating film above the first insulating film by isotropically etching; and forming the capacitor for the entire surface of the first electrode above the first insulating film. Forming a second electrode for the capacitor covering the dielectric film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
あり、成長温度400〜550℃の範囲でジシランをソ
ースガスとして用いる減圧CVD法により成長される
か、または、成長温度350〜500℃の範囲でトリシ
ランをソースガスとして使用する減圧CVD法により成
長されることを特徴とする請求項3乃至5記載の半導体
装置の製造方法。6. The amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film, which is grown by a low pressure CVD method using disilane as a source gas at a growth temperature of 400 to 550.degree. 6. The method according to claim 3, wherein the semiconductor device is grown by a low pressure CVD method using trisilane as a source gas in a temperature range of 500.degree.
導入することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の
製造方法。7. The method according to claim 5, wherein an impurity is introduced into the amorphous semiconductor film after the growth.
絶縁膜は、前記非晶質半導体膜の成長温度と同一の温度
又は100℃以下の温度差で成長されていることを特徴
とする請求項3乃至5記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the insulating film laminated on the amorphous semiconductor film is grown at the same temperature as the growth temperature of the amorphous semiconductor film or at a temperature difference of 100 ° C. or less. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein:
降服応力を前記非晶質半導体膜に与える温度以下で前記
誘電体膜を成長することを特徴とする請求項3乃至5記
載の半導体装置の製造方法。9. The semiconductor device according to claim 3, wherein said dielectric film is grown at a temperature lower than a temperature at which a stress applied to said storage electrode from outside is applied to said amorphous semiconductor film. Manufacturing method.
の不純物導入層を形成する工程と、 前記半導体基板の上に第一の絶縁膜を形成する工程と、 前記第一の絶縁膜の上に直接又は第二の絶縁膜を介し
て、第一の半導体膜と第三の絶縁膜膜を少なくとも1層
ずつ交互に同一の温度下で成長する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜から前記第一の絶縁膜までをパ
ターニングして前記不純物導入層の一部を露出するコン
タクトホールを形成する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜の上から前記コンタクトホール
を通して前記不純物導入層上面に続く第二の半導体膜を
積層する工程と、 最上の前記第三の絶縁膜から前記第一の半導体膜までを
パターニングして前記コンタクトホールを含む領域に残
存させ、前記第一及び第二の半導体膜からなる側断面フ
ィン状のキャパシタ用の第一の電極を形成する工程と、 前記第一の電極の側部を通してエッチング液を供給して
前記第一の絶縁膜の上方にある前記絶縁膜を等方性エッ
チングして選択的に除去する工程と、 前記第一の絶縁膜の上方にある前記第一の電極の表面全
体に、外部から加わる応力以下の降服応力を前記半導体
膜に生じさせない温度で前記キャパシタ用の誘電体膜を
形成する工程と、 前記誘電体膜を覆う前記キャパシタ用の第二の電極を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。10. A step of forming an impurity introduction layer of an opposite conductivity type on a surface of a semiconductor substrate of one conductivity type; a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate; A step of growing a first semiconductor film and a third insulating film alternately at least one layer at the same temperature directly or via a second insulating film on the third insulating film; Forming a contact hole exposing a part of the impurity-introduced layer by patterning from the first to the first insulating film; and an upper surface of the impurity-introduced layer from the uppermost third insulating film through the contact hole. Laminating a second semiconductor film following, and patterning from the uppermost third insulating film to the first semiconductor film and leaving it in a region including the contact hole, the first and second Side section made of semiconductor film Forming a first electrode for a fin-shaped capacitor; and supplying an etchant through the side of the first electrode to isotropically etch the insulating film above the first insulating film. And selectively removing the capacitor for the capacitor at a temperature at which the semiconductor film does not generate a breakdown stress less than an externally applied stress over the entire surface of the first electrode above the first insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a dielectric film; and forming a second electrode for the capacitor that covers the dielectric film.
を同時に導入していることを特徴とする請求項5、10
記載の半導体装置の製造方法。11. The amorphous semiconductor film according to claim 5, wherein impurities are introduced simultaneously during growth.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
上面の中心の下方に位置することを特徴とする請求項3
乃至5、10記載の半導体装置の製造方法。12. The contact hole according to claim 3, wherein the contact hole is located below a center of an upper surface of the first electrode.
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 5 to 10.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| EP97103295A EP0782195B1 (en) | 1991-07-25 | 1992-07-17 | Method for dynamic random access memory having a stacked fin capacitor with reduced fin thickness |
| EP92112279A EP0528183B1 (en) | 1991-07-25 | 1992-07-17 | Method for fabricating a dynamic random access memory having a stacked fin capacitor with reduced fin thickness |
| DE69230156T DE69230156T2 (en) | 1991-07-25 | 1992-07-17 | Manufacturing process for capacitor with stacked fin structure and with reduced fin thickness |
| KR1019920013316A KR960005243B1 (en) | 1991-02-19 | 1992-07-24 | Dynamic Random Access (DRAM) with stacked pin capacitors with reduced pin thickness |
| US08/141,691 US5661340A (en) | 1991-07-25 | 1993-10-26 | Dynamic random access memory having a stacked fin capacitor with reduced fin thickness |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3186155A JP2827181B2 (en) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0529569A JPH0529569A (en) | 1993-02-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2931371B2 (en) * | 1990-05-31 | 1999-08-09 | 三洋電機株式会社 | Semiconductor capacitive element and method of manufacturing the same |
| JP2692402B2 (en) * | 1991-02-26 | 1997-12-17 | 日本電気株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
| JPH0590490A (en) * | 1991-03-07 | 1993-04-09 | Miyazaki Oki Electric Co Ltd | Manufacture of semiconductor element |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP3186155A patent/JP2827181B2/en not_active Expired - Fee Related
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