制造具有半球形颗粒的半导体器件的工艺制造技术

首先把原料气体输送进入配置在用于化学汽相淀积的装置中的反应部分中。然后，在原料气体流进反应部分的方向上游边温度高于其下游边的温度的条件下，在晶片上淀积硅膜。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造具有适用于电容器的电极的半球形颗粒(HSG)的半导体器件的工艺，特别涉及制造具有HSG的半导体器件的工艺，其中抑制了HSG尺寸的变化。近来，在诸如半导体存储器的半导体器件中，例如动态RAM(DRAM)，要求非常高的集成度。为此，各个存储器单元所需要的面积大大减少。例如，在1M DRAM或4M DRAM情况下，采用这样的设计准则即最小设计宽度将为0.8μm。在16 DRAM情况下，采用这样的设计准则即最小设计宽度将为0.6μm或更小。相反，当存储器单元的面积减少时，能够累积在存储器单元中的电荷数量也减少了。这样，当集成度增高时，保证存储器单元需要的电荷数量则更加困难。为此，提出了具有槽式或叠层式电容器的存储器单元，而且使保证存储器单元需要的电荷数量成为可能。具有叠层式电容器的存储器单元的抗软错误(soft error)性高于具有槽式电容器的存储器单元的抗软错误性。具有叠层式电容器的存储单元具有这样的结构即该结构对硅衬底的损坏也比具有槽式电容器的存储器单元小。这样，在将来就希望用具有叠层式电容器的存储器单元作为存储器单元。已经研究发现通过把槽式电容器制成叠层式槽式结构，可以提高槽的抗α-射线性。因此，叠层式存储器单元有可能成为下一发展阶段的技术。作为能用于具有64M或更多的电容量的DRAM的叠层式电容器，已经提出了使用半球形颗粒(HSG)技术的叠层式电容器。在HSG技术中，许多半球形颗粒或蘑茹状颗粒形成在累积电极的表面上，从而使累积电极的表面面积增大。这样，就可以保证了大的电容量。例如，日本专利申请特许公开3-272165公开了一种制造具有半球形颗粒的累积电极的工艺。在该现有技术中，半球形颗粒是在利用LPCVD生长硅膜的步骤中，在硅膜从非晶态过渡到多晶态的温度时形成的。这个硅膜用作叠层式电容器的下电极。这样，电极的表面面积显著增大，从而累积电荷的数量也增加了。日本专利申请特许公开3-263370指出，它利用LPCVD生长硅膜的步骤中，在硅膜从非晶态过渡到多晶态的温度时，具有不整齐的粗糙状态的表面的电极表面面积增加了。其后由Watanabe等人在1992年发表的文章“对半球形颗粒硅的器件应用及结构观察(Device application and structure observation for hemispherical grained Si)”“应用物理”第71卷第7期3538-3543页，使半球形或蘑茹状颗粒的生长机理变得很显然。根据这篇文章，构成Si表面的粗糙(roughness)的颗粒不是在利用CVD生长硅膜的步骤中形成的，而是象下面那样形成的。在生长硅膜之后立即进行的退火步骤中，热形成晶核，然后迁移到Si表面上迁移的硅原子被晶核捕获，从而形成构成Si表面的粗糙表面的颗粒。这些公报和文章表明，为形成电极表面上的粗糙表面，把温度控制到非晶硅过渡到多晶硅的很窄的温度范围内是很重要的。下面说明制造具有粗糙的电极表面的叠层式电容器的这些现有技术工艺。首先在具有诸如MOSFET的半导体元件的半导体衬底上形成层间绝缘膜。在这个层间绝缘膜的给定位置，形成接触孔，然后淀积硅膜，该硅膜最后将通过接触孔与半导体元件电连接。接下来，构图此硅膜，从而形成下电极。此时，利用例如现有技术所述方式在下电极的表面上形成粗糙表面。之后，相继形成容性绝缘膜和上电极，由此得到叠层式电容器。如上所述，构成粗糙表面的半球形或蘑茹状颗粒可以在很窄的过渡温度范围内形成，在该温度范围内，硅膜从非晶态向多晶态过渡。但是，当炉内温度被准确设置在非晶硅向多晶硅过渡的温度，这是在日本专利申请特许公开3-272165中公开的，并且然后利用LPCVD装置一次在多个晶片表面上企图形成粗糙表面时，会有这样的问题，即器件的性能随着炉内晶片的各个位置而变化。当具有正常加热管的用于批处理的LPCVD装置用于淀积硅膜时，为了提高加热炉内硅膜厚度的均匀性，在原料气流的下游边的温度一般高于在原料气流上游边的温度。这是因为，在用于批处理的膜淀积装置中，当气体在加热炉中流动时，消耗膜形成原料气体，从而形成膜，因而，原料气体的浓度在气流的下游边下降。换言之，如果反应炉内的温度是一致的，由于原料气体的浓度的差别，在气流上游边的膜厚大于在下游边的膜厚。这样，在原料气体的浓度可能低的气流的下游边温度上升，从而提高了在下游边的膜形成效率，进而使膜厚均匀。但是，在一次在许多晶片的表面上形成粗糙表面的工艺中，当在原料气流的下游边的温度设置为高于在上游边的温度的某值时，膜厚的均匀性提高了，但是粗糙表面的均匀性被降低到相当的程度。当炉内温度均匀并且使用LPCVD装置用如上述方式在大量晶片中形成HSG时，颗粒的尺寸、密度和形状随着炉内晶片的各个位置而变化。晶片表面形状的差别使累积在电容器中的电荷的数量变化，这取决于当晶片在LPCVD装置中处理时炉内晶片的各个位置。另外，当原料气流的下游边的温度高于其上游边温度时，膜厚的均匀性提高了，但是形成的粗糙表面的状态变坏了。简言之，在制造半导体器件的现有技术工艺中，在硅膜表面上很难形成具有均匀性的粗糙表面，这取决于炉内晶片的位置。本专利技术的目的是提供制造具有HSG的半导体器件的工艺，即使在一次制造用作叠层式电容下电极的具有HSG的大量硅膜的情况下，也能使在取决于CVD装置内晶片的位置的每个晶片上形成均匀的HSG成为可能。根据本专利技术，制造具有HSG的半导体器件的工艺包括以下步骤将原料气体输送进配置在用于化学汽相淀积的装置中的反应部分中；在原料气体流进反应部分内部的方向的上游边的温度高于其方向的下游边的温度的条件下，在晶片上淀积硅膜。在本专利技术中，硅膜是在原料气流的上游边的温度高于其下游边的温度的条件下淀积在晶片上的。这样，即使多个晶片存在于反应部分中，也能在每个晶片的硅膜上形成均匀的HSG。图1是表示根据本专利技术第一实施例用在制造具有HSG的半导体器件的工艺中的直立式LPCVD装置的示意图。图2A是直立式LPCVD装置的示意图，图2B是表示温度分布和第二硅膜的形状。图3A是表示直立式LPCVD装置的示意图，图3B是表示温度分布和第二硅膜的形状。图4A是表示直立式LPCVD装置的示意图，图4B是表示温度分布和第二硅膜的形状。图5是表示根据本专利技术第二实施例用在制造具有HSG的半导体器件的上艺中的直立式LPCVD装置的示意图。下面参照附图说明本专利技术的实施例。图1是表示根据本专利技术第一实施例用在制造具有HSG的半导体器件的工艺中的直立式LPCVD装置的示意图。用在第一实施例中的直立式LPCVD装置1配备有进行硅膜淀积的垂直反应部分2。设置支架8配置在反应部分2的下面。晶片放置盘3位于设置支架8上。晶片4放置在盘3上。加热器5位于反应部分2的周围。反应部分2装有气体输入口，从而使反应气体(SiH4和N2/O2)可以从晶片4的下边进入反应部分2。在反应部分下部还装有气体排放管7。这个气体排放管7被连接到干泵6。在反应气体中SiH4气体是用于硅膜的原料气体。在具有上面结构的直立式LPCD装置中，放置晶片4的盘3利用设置支架8从其底部输送入反应部分2中。用干泵6把反应部分2排成真空，然后通过气体输入口把反应气体输入反应部分2中。同时，用加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有ＨＳＧ的半导体器件的工艺，包括下列步骤： 把原料气体输送进入配置在用于化学汽相淀积的装置中的反应部分中；和 在原料气体流进反应部分的方向上游边的温度高于所述方向的下游边的温度的条件下，在晶片上淀积硅膜。

【技术特征摘要】
JP 1997-7-18 194423/971.一种制造具有HSG的半导体器件的工艺，包括下列步骤把原料气体输送进入配置在用于化学汽相淀积的装置中的反应部分中；和在原料气体流进反应部分的方向上游边的温度高于所述方向的下游边的温度的条件下，在晶片上淀积硅膜。2.如权利要求1的制造具有HSG的半导体器件的工艺，其中所述原料气体包括由氧原子和硅原子组成的分子。3.如权利要求1的制造具有HSG的半导体器件的工艺，其中在原料气体流进反应部分的方向上，设置多个晶片。4.如权利要求1的制造具有HSG的半导体器件的工艺，其中用于化学汽相淀积的所述装置为用于批处理的低压化学汽相淀积装置。5.如权利要求1的制造具有HSG的半导体器件的工艺，还包括在输送所述原料的所述步骤之前，把所述原料气体加热到基本上与所述反应部分内部的温度相同的温度的步骤。6.如权利要求1的制造具有HSG的半导体器件的工艺，其中所述输送所...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡辺启仁，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]