JPH09213892A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH09213892A
JPH09213892A JP8018513A JP1851396A JPH09213892A JP H09213892 A JPH09213892 A JP H09213892A JP 8018513 A JP8018513 A JP 8018513A JP 1851396 A JP1851396 A JP 1851396A JP H09213892 A JPH09213892 A JP H09213892A
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JP
Japan
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layer
surface area
grains
poly
thin film
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JP8018513A
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English (en)
Inventor
Katsusuke Sasaki
克祐 佐々木
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MIYAGI OKI DENKI KK
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
MIYAGI OKI DENKI KK
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電部の表面積を一層拡大することができ、
このことにより半導体素子の高集積化を図る。 【解決手段】 まず基体としての基板1上に、表面に酸
化薄膜3が形成されたPoly−Si層2(結晶質の半導体
層)を形成し、次いでPoly−Si層2上に複数のSiの
粒4を形成する。続いてSiの粒4をそれぞれエピタキ
シャル成長させて、Siの粒4の表面積を増大させ、そ
の後、酸化薄膜3を導電化処理することにより、表面積
が増大したSiの粒4とPoly−Si層2とからなる導電
部5を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体素子の製造
方法に関し、特に導電部の形成工程に適用する半導体素
子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体製造分野では、半導体素子
の高集積化が著しく進展しており、これに伴って回路内
の各部分の面積も縮小化されてきている。この面積の縮
小化により様々な問題が生じているが、回路のある部分
では、その表面積の拡大を図ることで上記問題を解決で
きるものもある。例えばDRAMのキャパシタでは、キ
ャパシタ容量を増加させて必要な容量値を確保するた
め、容量絶縁膜を薄膜化する方法や、キャパシタのスト
レージ電極の表面積を拡大する方法が一般的に採用され
ている。前者は、容量絶縁膜の生成膜厚を薄くするだけ
で容易にキャパシタ容量を増加させることができるが、
その反面、絶縁耐圧の劣化を引き起こしてしまうといっ
た不具合がある。
【0003】一方、後者には、その形成技術に様々な種
類があり、代表的なものとしてキャパシタをスタック、
トレンチ、フィン等の構造にすることによって、ストレ
ージ電極の表面積を拡大する技術がある。またこの他
に、キャパシタのストレージ電極となるポリシリコン
(Poly−Si)の表面を凹凸にすることでストレージ電
極の表面積の拡大を図り、キャパシタ容量を増加させる
技術も提案されている。例えば特開昭64−42161
号では、ストレージ電極となるPoly−Si層上に小石状
のシリコン(Si)粒を形成してストレージ電極の表面
積の拡大を図る方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Poly−
Si層上にSi粒を形成させる上記の半導体素子の製造
方法では、Si粒のサイズに限界があるため、さらなる
ストレージ電極の表面積の拡大を図ることができず、し
たがってこれ以上のキャパシタ容量が得られないといっ
た難点がある。キャパシタ容量の増大に限界があると、
今後、益々進展していくと考えられる半導体素子の高集
積化に伴う面積の縮小化に対応できなくなってしまうの
である。よって、ストレージ電極等の導電部の表面積を
一層拡大でき、半導体素子の高集積化を進めることがで
きる半導体素子の製造方法の開発が切望されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体素子の
製造方法では、まず基体上に、表面に酸化薄膜が形成さ
れた結晶質の半導体層を形成し、次いでこの半導体層上
に複数のSiの粒を形成する。続いてSiの粒をそれぞ
れエピタキシャル成長させて、このSiの粒の表面積を
増大させ、その後、酸化薄膜を導電化処理することによ
り、表面積が増大したSiの粒と上記半導体層とからな
る導電部を形成することを上記課題の解決手段とした。
【0006】一般に、Siのエピタキシャル成長は下地
の選択性を持っており、アモルファス状の酸化膜よりも
面方位を持ったSi上に選択的に成長することが知見さ
れている。この発明では、表面に酸化薄膜が形成された
半導体層上にSiの粒を形成するため、その後のエピタ
キシャル成長によって、Siの粒と粒の間の酸化薄膜に
Siが成長することなく、Siの粒のみが成長する。よ
ってSiの粒の表面積が増大し、表面積が拡大した導電
部が得られる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体素子の
製造方法の実施形態を図面を用いて説明する。図1は本
発明の一実施形態を示す図であり、本発明をDRAMの
キャパシタの形成に適用した例を示したものである。D
RAMのキャパシタを形成するには、本発明の基体とし
てSiの基板1を用い、まず従来法により図1(a)に
示すごとく、基板1上に結晶質の半導体層となるPoly−
Si層2を形成する。ここでは減圧CVD装置を用い、
窒素(N2 )またはヘリウム(He)で20%に希釈し
たモノシラン(SiH4 )ガスを反応ガスとし、雰囲気
圧力を0.8Torr、温度を680℃とした条件に
て、基板1上にPoly−Si層2を0.2μm程度の膜厚
に形成する。
【0008】次いで、減圧CVD装置から一旦、基板1
を取り出して、空気中の酸素により1μm程度〜オング
ストローム単位の極薄い自然酸化膜からなる酸化薄膜3
をPoly−Si層2の表面に形成する。あるいは、硫酸と
過酸化水素水との混合液等の薬液を用いた湿式酸化によ
り、Poly−Si層2の表面に上記のような極めて薄い酸
化薄膜3を形成する。続いてCVD法により、Poly−S
i層2上に酸化薄膜3を介して複数のSiの粒4を形成
する。具体的には、減圧CVD装置の処理室内に基板1
を設置し、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 )ガスを2
0cc/minの流量で処理室内に導入し、圧力を0.
8Torr、温度800℃とした条件により処理を行
う。このような処理により直径が0.03μm〜0.0
6μm程度の小石状Siの粒4をPoly−Si層2上に複
数形成する。
【0009】次に処理室内を減圧状態に保持したまま、
図1(b)に示すように、Siの粒4の形成に連続して
複数のSiの粒4をエピタキシャル成長させ、粒4の表
面積を増大させる処理を行う。このエピタキシャル成長
では、Siの粒4がPoly−Si層2の面に沿う方向より
もPoly−Si層2と反対の側に向けて大きく成長する条
件で行うことが好ましい。これは、Siの粒4がPoly−
Si層2の面に沿う方向に大きく成長してしまうと、粒
4同士が接触する部分が生じてしまい、粒4の表面積の
増大による後述するストレージ電極の表面積の拡大効果
が薄れるおそれがあるためである。
【0010】上記エピタキシャル成長は、例えばH2
スおよびSiH4 ガスを用い、H2ガスの流量をSiH
4 ガスの流量の10倍以上とし、圧力を0.1Torr
〜0.5Torr程度、温度を500℃〜700℃とし
た条件にて行う。前述したように、Siのエピタキシャ
ル成長は下地の選択性を持っており、アモルファス状の
酸化薄膜3よりも面方位を持ったSi上に選択的に成長
することが知見されている。したがって、Siの粒4の
形成後、上記のごとくエピタキシャル成長を行うと、S
iの粒4と粒4の間の酸化薄膜3上にSiが成長するこ
となく、Siの粒4のみが成長し、Siの粒4の表面積
が増大する。
【0011】Siの粒4をエピタキシャル成長させた後
は、酸化薄膜3を導電化処理する工程を行う。この酸化
薄膜3は極薄いため、通常の半導体素子の製造プロセス
で行う基板1やPoly−Si層2への不純物導入処理や、
熱処理等によって容易に導電化することができる。ここ
では、成長させたSiの粒4およびPoly−Si層2に、
熱拡散法やイオン注入法等の従来法により不純物を導
入、拡散させて低抵抗化する処理に兼ねた形で酸化薄膜
3を導電化する。例えば熱拡散法を用いて不純物として
リンを導入する場合、オキシ塩化リン(POCl3 )を
原料とし、875℃、30分の条件で行う。この工程に
より、表面積が増大したSiの粒4とPoly−Si層2と
が導通状態となり、Siの粒4とPoly−Si層2とから
なる導電部5が形成される。そして、リソグラフィとエ
ッチングとによって導電部5をパターニングして、図1
(c)に示すごとくキャパシタのストレージ電極6を形
成する。
【0012】その後は、従来技術によって、ストレージ
電極6上に容量絶縁膜7を形成し、さらに容量絶縁膜7
上にセルプレート電極8を形成して、ストレージ電極
6、容量絶縁膜7およびセルプレート電極8からなるキ
ャパシタ9を得る。なお、容量絶縁膜7は、例えば窒化
シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2 )、タン
タル酸化膜(Ta2 5)等の単層膜や、熱SiN膜と
SiNのCVD膜とSiO2 膜とがこの順に積層されて
なる多層膜で形成し、セルプレート電極8は、例えばPo
ly−Si等により形成する。
【0013】上記した実施形態の方法では、エピタキシ
ャル成長法を用いることによってSiの粒4のみを成長
させてその表面積を増大させるので、従来技術に比較し
てストレージ電極6の表面積を一層拡大することがで
き、DRAMのさらなるキャパシタ容量の増加を図るこ
とができる。したがって、この方法によれば、半導体素
子の高集積化に伴うセル面積の縮小化に対応させてキャ
パシタ容量を増加させることができるため、半導体素子
の高集積化を一層進展させることができる。
【0014】なお、この実施形態では、本発明における
結晶質の半導体層をPoly−Si層としたが、単結晶のシ
リコン層であってもよく、またGaAsやInP等の化
合物半導体層であってもよい。また、この実施形態では
本発明をキャパシタの形成工程に適用したが、この例に
限定されない。例えば、図2に示すように本発明を導電
部5からなる導電パターン10とこの上層に形成する配
線13とのコンタクト部の形成工程に適用することもで
き、また図3に示すように、抵抗配線14の形成工程に
適用することもできる。
【0015】例えば本発明を図2に示すように、導電パ
ターン10と配線13とのコンタクト部の形成工程に適
用する場合には、まず上記実施形態と同様にして、基板
1上のPoly−Si層2上に酸化薄膜3を介してエピタキ
シャル成長により表面積が増大したSiの粒4を形成
し、酸化薄膜3を導電化処理し、Siの粒4とPoly−S
i層2とからなる導電部5を形成する。そしてリソグラ
フィとエッチングとによって導電部5をパターニング
し、導電パターン10を得る。次いで、導電パターン1
0を覆って基板1上に例えばSiO2 膜やリンガラス膜
等からなる層間絶縁膜11を形成し、リソグラフィとエ
ッチングとによって、導電パターン10に到達するコン
タクトホール12を層間絶縁膜11に形成する。次に、
例えばスパッタリング法等によって層間絶縁膜11上
に、コンタクトホール12内を覆うようにして例えばア
ルミニウム(Al)やAlの合金等からなる導電材料層
を形成する。そしてリソグラフィとエッチングとによっ
て導電材料層をパターニングし、導電パターン10に直
に接続する配線13を形成する。
【0016】この場合には、表面積が拡大した導電パタ
ーン10が得られることから、導電パターン10と配線
13との接合面積を増加させることができるので、コン
タクト抵抗を下げることができる。よって、半導体素子
の高集積化によりコンタクトホール12の径が縮小化さ
れても、コンタクト抵抗の増大を抑制することができる
ので、信号の伝播遅延等が防止された半導体素子を得る
ことができる。
【0017】また図3に示すように、本発明を抵抗配線
の形成に適用する場合には、上記実施形態と同様にして
導電パターン10を形成した後、例えばスパッタリング
法等によって導電パターン10上に抵抗配線14を形成
する。この場合には、表面積が拡大した導電パターン1
0上に抵抗配線14を形成するので、平面視した状態に
おいて従来と同じ距離、面積に抵抗配線14を形成した
場合、抵抗配線14は従来のものに比較して抵抗値の高
いものとなる。よって、平面的に従来よりも短い距離、
小さい面積で従来と同等の抵抗値の抵抗配線14を形成
できるので、半導体素子の高集積化を進展させるうえで
非常に有効である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る半導
体素子の製造方法によれば、表面に酸化薄膜が形成され
た半導体層上にSiの粒を形成するので、その後のエピ
タキシャル成長によって、Siの粒のみを成長させてそ
の表面積を増大させることができ、この結果、導電部の
表面積を拡大することができる。よって、例えば導電部
をキャパシタのストレージ電極とした場合、半導体素子
の高集積化に伴い面積を縮小化させても、ストレージ電
極の表面積の拡大により所望のキャパシタ容量を得るこ
とができるので、この発明は半導体素子の高集積化を進
展させるうえで非常に有効な方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は本発明に係る半導体素子の製
造方法の一実施形態を工程順に説明するための要部側断
面図である。
【図2】実施形態の変形例を示す要部側断面図(その
1)である。
【図3】実施形態の変形例を示す要部側断面図(その
2)である。
【符号の説明】
1 基板(基体) 2 Poly−Si層(結晶質の半導体層) 3 酸化薄膜 4 Siの粒 5 導電部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108 21/8242

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に、表面に酸化薄膜が形成された
    結晶質の半導体層を形成する第1工程と、 該半導体層上に複数のシリコンの粒を形成する第2工程
    と、 該シリコンの粒をそれぞれエピタキシャル成長させて、
    このシリコンの粒の表面積を増大させる第3工程と、 前記酸化薄膜を導電化処理し、前記シリコンの粒と前記
    半導体層とからなる導電部を形成する第4工程とを有し
    ていることを特徴とする半導体素子の製造方法。
JP8018513A 1996-02-05 1996-02-05 半導体素子の製造方法 Pending JPH09213892A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6524927B1 (en) 1998-09-04 2003-02-25 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and method of fabricating the same
JP2004014567A (ja) * 2002-06-03 2004-01-15 Murata Mfg Co Ltd 磁電変換素子

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