JP2612098B2 - 絶縁膜の製造方法 - Google Patents
絶縁膜の製造方法Info
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Description
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に使用される
絶縁膜、特に、窒化膜上に酸化膜を形成する絶縁膜の製
造方法に関する。
絶縁膜、特に、窒化膜上に酸化膜を形成する絶縁膜の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】メモリ機能を有する半導体装置におい
て、データの記憶保持に重要な役割を担うのが絶縁膜を
利用して構成されるキャパシタセルである。特に最近で
は、高集積化に伴い、セル面積が縮小し、必要なキャパ
シタンス容量を維持するために、従来からの酸化膜に加
え、より誘電率の高い窒化膜が用いられるようになっ
た。しかし、窒化膜中には多くのトラップやピンホール
が存在するため、窒化膜単層で用いられることはなく、
基板上に設けた窒化膜表面を酸化して形成する二層構造
や、酸化膜の間に窒化膜を挟む三層構造が用いられてい
る。例えば、不揮発メモリのキャパシタ絶縁膜に前記二
層構造を用いた場合について説明する。
て、データの記憶保持に重要な役割を担うのが絶縁膜を
利用して構成されるキャパシタセルである。特に最近で
は、高集積化に伴い、セル面積が縮小し、必要なキャパ
シタンス容量を維持するために、従来からの酸化膜に加
え、より誘電率の高い窒化膜が用いられるようになっ
た。しかし、窒化膜中には多くのトラップやピンホール
が存在するため、窒化膜単層で用いられることはなく、
基板上に設けた窒化膜表面を酸化して形成する二層構造
や、酸化膜の間に窒化膜を挟む三層構造が用いられてい
る。例えば、不揮発メモリのキャパシタ絶縁膜に前記二
層構造を用いた場合について説明する。
【0003】電極側のポリシリコンに正の電圧を印加す
ると、基板側ポリシリコンに電子が蓄積されるが、この
時の電荷保持特性は電極側にある酸化膜の膜厚に大きく
依存し、この酸化膜が薄いほどトンネル効果が増加し、
電子が電極側のポリシリコンにトンネリングパスし特性
が劣化する。また、このような場合、リーク電流も増大
することが知られている。以上の理由から、キャパシタ
絶縁膜の膜厚は30オングストローム以上が望ましいと
されている。一方、キャパシタ絶縁膜に三層構造を用い
る場合を図6から図9を用いて説明する。
ると、基板側ポリシリコンに電子が蓄積されるが、この
時の電荷保持特性は電極側にある酸化膜の膜厚に大きく
依存し、この酸化膜が薄いほどトンネル効果が増加し、
電子が電極側のポリシリコンにトンネリングパスし特性
が劣化する。また、このような場合、リーク電流も増大
することが知られている。以上の理由から、キャパシタ
絶縁膜の膜厚は30オングストローム以上が望ましいと
されている。一方、キャパシタ絶縁膜に三層構造を用い
る場合を図6から図9を用いて説明する。
【0004】図6のように、シリコン基板301上に三
層構造の絶縁膜、即ち、酸化膜302、窒化膜303、
酸化膜304を堆積し、その上にポリシリコン305を
形成する。続いて、ケミカルドライエッチングにより電
極配線加工を行うと、エッチング目標のポリシリコン膜
305の下地の酸化膜304までエッチングが進むが、
図7のように、酸化膜304が薄いと窒化膜303上部
までエッチングされてしまう場合がある。この時、局所
的に窒化膜が薄くなったウィークスポット306がある
と、図8のように、この後の酸化処理工程を経たとき、
窒化膜が酸化され、その異常酸化領域308はシリコン
基板301に達することがある。すると、図9のよう
に、シリコン基板301の表面に凹凸309が形成さて
しまう。この後の工程で、このような凹凸上にゲート酸
化膜が形成されると、酸化膜の電気的耐圧劣化や信頼性
低下の原因となる可能性がある。そのため、キャパシタ
ー容量を極端に小さくしない程度の電極側酸化膜304
を厚く形成する必要がある。
層構造の絶縁膜、即ち、酸化膜302、窒化膜303、
酸化膜304を堆積し、その上にポリシリコン305を
形成する。続いて、ケミカルドライエッチングにより電
極配線加工を行うと、エッチング目標のポリシリコン膜
305の下地の酸化膜304までエッチングが進むが、
図7のように、酸化膜304が薄いと窒化膜303上部
までエッチングされてしまう場合がある。この時、局所
的に窒化膜が薄くなったウィークスポット306がある
と、図8のように、この後の酸化処理工程を経たとき、
窒化膜が酸化され、その異常酸化領域308はシリコン
基板301に達することがある。すると、図9のよう
に、シリコン基板301の表面に凹凸309が形成さて
しまう。この後の工程で、このような凹凸上にゲート酸
化膜が形成されると、酸化膜の電気的耐圧劣化や信頼性
低下の原因となる可能性がある。そのため、キャパシタ
ー容量を極端に小さくしない程度の電極側酸化膜304
を厚く形成する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、窒化膜表面を酸化して二層ないし三層の絶縁膜を用
いる場合、窒化膜上の酸化膜を厚く形成することは極め
て重要である。
に、窒化膜表面を酸化して二層ないし三層の絶縁膜を用
いる場合、窒化膜上の酸化膜を厚く形成することは極め
て重要である。
【0006】この絶縁膜は、窒化膜形成後、酸化雰囲気
中の処理炉で窒化膜表面を酸化することにより形成する
が、窒化膜表面の酸化膜の成長速度が著しく遅いため、
従来、必要膜厚を得るためには高温の水蒸気を含んだ雰
囲気中で長時間酸化しなければならなかった。この時、
特に、不純物をドーピングした拡散層幅に大きな悪影響
を及ぼすため、周辺の素子に悪影響を与えることなく、
所望の厚い酸化膜を得ることはきわめて困難であるとい
う問題点があった。 [発明の構成]
中の処理炉で窒化膜表面を酸化することにより形成する
が、窒化膜表面の酸化膜の成長速度が著しく遅いため、
従来、必要膜厚を得るためには高温の水蒸気を含んだ雰
囲気中で長時間酸化しなければならなかった。この時、
特に、不純物をドーピングした拡散層幅に大きな悪影響
を及ぼすため、周辺の素子に悪影響を与えることなく、
所望の厚い酸化膜を得ることはきわめて困難であるとい
う問題点があった。 [発明の構成]
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明ではシリコン半導体基板または酸化膜上に第
1の窒化膜を形成する工程と、前記第1の窒化膜上に前
記第1の窒化膜よりもシリコンを豊富に含む第2の窒化
膜を形成する工程と、前記第2の窒化膜を酸化する工程
とを有する絶縁膜の製造方法を提供する。
め、本発明ではシリコン半導体基板または酸化膜上に第
1の窒化膜を形成する工程と、前記第1の窒化膜上に前
記第1の窒化膜よりもシリコンを豊富に含む第2の窒化
膜を形成する工程と、前記第2の窒化膜を酸化する工程
とを有する絶縁膜の製造方法を提供する。
【0008】
【作用】このように構成されたものにおいては、通常の
窒化膜上にシリコンを通常よりも豊富に含む窒化膜を堆
積した後、このシリコンを通常よりも豊富に含む窒化膜
を酸化することにより、より低温雰囲気中で短時間に、
窒化膜上の厚い酸化膜を成長させる事ができるようにし
たものである。
窒化膜上にシリコンを通常よりも豊富に含む窒化膜を堆
積した後、このシリコンを通常よりも豊富に含む窒化膜
を酸化することにより、より低温雰囲気中で短時間に、
窒化膜上の厚い酸化膜を成長させる事ができるようにし
たものである。
【0009】
【実施例】以下、図1から図5を参照しながら、本発明
の実施例を説明する。図1に示すように、シリコン半導
体基板101の上に、酸化膜102を適当な厚さで成長
させる。
の実施例を説明する。図1に示すように、シリコン半導
体基板101の上に、酸化膜102を適当な厚さで成長
させる。
【0010】次に、図2のように、通常の減圧下での気
相成長法で、例えば、アンモニアとジクロルシランのガ
ス流量比NH3 /SiH2 Cl2 を10程度で流し、S
i3N4 の窒化膜の化学量論比であるSi/Nのモル比
が0.75なる第1の窒化膜103を前記酸化膜102
上に堆積させる。続いて、シリコンを前記第1の窒化膜
に比べて豊富に含む、Si/Nのモル比が0.75を越
える第2の窒化膜104をアンモニアとジクロルシラン
のガス流量比3:1または2:1または1:1の雰囲気
中で堆積させる。
相成長法で、例えば、アンモニアとジクロルシランのガ
ス流量比NH3 /SiH2 Cl2 を10程度で流し、S
i3N4 の窒化膜の化学量論比であるSi/Nのモル比
が0.75なる第1の窒化膜103を前記酸化膜102
上に堆積させる。続いて、シリコンを前記第1の窒化膜
に比べて豊富に含む、Si/Nのモル比が0.75を越
える第2の窒化膜104をアンモニアとジクロルシラン
のガス流量比3:1または2:1または1:1の雰囲気
中で堆積させる。
【0011】この後、図3のように、第1の窒化膜10
3上の第2の窒化膜104を、800〜950℃程度の
酸化性雰囲気中で酸化膜105を成長させるが、この第
2の窒化膜104を酸化することにより得られる酸化膜
105の成長速度は従来の方法に比べて非常に早いもの
である。
3上の第2の窒化膜104を、800〜950℃程度の
酸化性雰囲気中で酸化膜105を成長させるが、この第
2の窒化膜104を酸化することにより得られる酸化膜
105の成長速度は従来の方法に比べて非常に早いもの
である。
【0012】酸化膜105の成長の様子を図10に示
す。図中、黒塗りの記号は従来の窒化膜上の酸化膜の成
長を示すものであり、この内、四角は850℃、丸は9
50℃で酸化処理をした値で、破線401のような成長
速度を示す結果が得られる。また、白抜きの記号は本発
明による窒化膜上の酸化膜の成長を示すものであり、こ
の内、四角は850℃、丸は950℃で酸化処理した値
で、直線402のような成長速度を示す結果が得られ
る。例えば、850℃で酸化処理した場合、40オング
ストロームの膜厚を得るためには従来の方法では70分
程度必要であったが、本発明によれば20分程度で成長
させることができ、低温でしかも極めて短時間に処理を
行うことができる。
す。図中、黒塗りの記号は従来の窒化膜上の酸化膜の成
長を示すものであり、この内、四角は850℃、丸は9
50℃で酸化処理をした値で、破線401のような成長
速度を示す結果が得られる。また、白抜きの記号は本発
明による窒化膜上の酸化膜の成長を示すものであり、こ
の内、四角は850℃、丸は950℃で酸化処理した値
で、直線402のような成長速度を示す結果が得られ
る。例えば、850℃で酸化処理した場合、40オング
ストロームの膜厚を得るためには従来の方法では70分
程度必要であったが、本発明によれば20分程度で成長
させることができ、低温でしかも極めて短時間に処理を
行うことができる。
【0013】図4のように、この上に電極としてポリシ
リコン膜106を堆積し、ケミカルドライエッチングで
配線加工を施しても、酸化膜105の膜厚を十分厚くす
ることができるのでエッチングを窒化膜103まで至ら
ないようにすることができる。従って、図5のように、
ポリシリコン膜106を酸化した後、絶縁膜を剥離した
ときに、均一な荒れのない基板表面を得ることができ
る。
リコン膜106を堆積し、ケミカルドライエッチングで
配線加工を施しても、酸化膜105の膜厚を十分厚くす
ることができるのでエッチングを窒化膜103まで至ら
ないようにすることができる。従って、図5のように、
ポリシリコン膜106を酸化した後、絶縁膜を剥離した
ときに、均一な荒れのない基板表面を得ることができ
る。
【0014】以上は酸化膜上の窒化膜表面を酸化するこ
とによって三層構造の絶縁膜を得る方法について述べた
が、基板上の窒化膜表面を酸化することにより二層構造
の絶縁膜を得る場合についてもまったく同様である。
とによって三層構造の絶縁膜を得る方法について述べた
が、基板上の窒化膜表面を酸化することにより二層構造
の絶縁膜を得る場合についてもまったく同様である。
【0015】
【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発
明によれば、窒化膜上にシリコンを通常よりも豊富に含
む窒化膜を堆積させ、この後にシリコンを豊富に含む窒
化膜を酸化することにより、必要な膜厚の酸化膜を窒化
膜上に低温雰囲気中で、より短時間に得られるようにな
る。この結果、酸化過程で周辺素子の拡散層幅に悪影響
をおよぼすことなく、所望の膜厚を得られる。
明によれば、窒化膜上にシリコンを通常よりも豊富に含
む窒化膜を堆積させ、この後にシリコンを豊富に含む窒
化膜を酸化することにより、必要な膜厚の酸化膜を窒化
膜上に低温雰囲気中で、より短時間に得られるようにな
る。この結果、酸化過程で周辺素子の拡散層幅に悪影響
をおよぼすことなく、所望の膜厚を得られる。
【0016】 また、被エッチング膜下地の酸化膜を十
分厚くでき、この後工程で電極としてポリシリコンを堆
積し、ケミカルドライエッチングで配線加工を施して
も、エッチングは窒化膜まで至らず、あるいは、エッチ
ングが窒化膜まで達したところで、ウィ−クスポットの
発生はほとんど無く、異常酸化による半導体基板の荒れ
を防ぐことができる。したがって、本発明によれば、絶
縁膜としての耐圧向上、信頼性向上を実現することがで
きるとともに、その後の工程を容易にすることができ
る。
分厚くでき、この後工程で電極としてポリシリコンを堆
積し、ケミカルドライエッチングで配線加工を施して
も、エッチングは窒化膜まで至らず、あるいは、エッチ
ングが窒化膜まで達したところで、ウィ−クスポットの
発生はほとんど無く、異常酸化による半導体基板の荒れ
を防ぐことができる。したがって、本発明によれば、絶
縁膜としての耐圧向上、信頼性向上を実現することがで
きるとともに、その後の工程を容易にすることができ
る。
【図1】本発明の実施例の工程断面図である。
【図2】本発明の実施例の工程断面図である。
【図3】本発明の実施例の工程断面図である。
【図4】本発明の実施例の工程断面図である。
【図5】本発明の実施例の工程断面図である。
【図6】従来の工程断面図である。
【図7】従来の工程断面図である。
【図8】従来の工程断面図である。
【図9】従来の工程断面図である。
【図10】従来技術と本発明の窒化膜上の酸化膜成長速
度を示す図である。
度を示す図である。
101、301 シリコン基板 102、105、107、302、304、307 酸
化膜 103 第1の窒化膜 104 第2の窒化膜 106、305 ポリシリコン膜 303 窒化膜 306 ウィークスポット 308 異常酸化 309 シリコン基板の荒れ
化膜 103 第1の窒化膜 104 第2の窒化膜 106、305 ポリシリコン膜 303 窒化膜 306 ウィークスポット 308 異常酸化 309 シリコン基板の荒れ
Claims (2)
- 【請求項1】 シリコン半導体基板または酸化膜上に第
1の窒化膜を形成する工程と、 前記第1の窒化膜上に、前記第1の窒化膜よりもシリコ
ンを豊富に含む第2の窒化膜を、シリコン及び窒素の原
料ガスのガス流量比を一定とした気相成長法で形成する
工程と、 前記第2の窒化膜の全体を酸化する工程とを有する絶縁
膜の製造方法。 - 【請求項2】 前記第1の窒化膜はSi/Nのモル比が
0.75であり、前記第2の窒化膜はSi/Nのモル比
が0.75より大きいことを特徴とする請求項1記載の
絶縁膜の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3000097A JP2612098B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 絶縁膜の製造方法 |
KR1019920000042A KR950003225B1 (ko) | 1991-01-07 | 1992-01-06 | 절연막의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3000097A JP2612098B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 絶縁膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04242935A JPH04242935A (ja) | 1992-08-31 |
JP2612098B2 true JP2612098B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=11464602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3000097A Expired - Fee Related JP2612098B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 絶縁膜の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2612098B2 (ja) |
KR (1) | KR950003225B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100840702B1 (ko) * | 2007-03-29 | 2008-06-24 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 반도체 소자 제조방법 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6176405U (ja) * | 1984-10-24 | 1986-05-22 | ||
JPS6269213A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光コネクタ |
-
1991
- 1991-01-07 JP JP3000097A patent/JP2612098B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-01-06 KR KR1019920000042A patent/KR950003225B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR920015483A (ko) | 1992-08-27 |
JPH04242935A (ja) | 1992-08-31 |
KR950003225B1 (ko) | 1995-04-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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