JPH0794735A - Mos structure - Google Patents
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- JPH0794735A JPH0794735A JP26186593A JP26186593A JPH0794735A JP H0794735 A JPH0794735 A JP H0794735A JP 26186593 A JP26186593 A JP 26186593A JP 26186593 A JP26186593 A JP 26186593A JP H0794735 A JPH0794735 A JP H0794735A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＭＯＳ（Metal Oxide
Semiconductor）構造に関し、その酸化膜の絶縁破壊を
発生し難くくしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a MOS (Metal Oxide)
Semiconductor) structure, which makes it difficult for dielectric breakdown of the oxide film to occur.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＭＯＳ構造は、単結晶シリコンウェーハ
のウェーハ表面部にゲート酸化膜を介して電極を形成し
たものである。近年、ＭＯＳ構造を有する半導体デバイ
スは高集積化する傾向にある。このため、ＭＯＳ構造も
微細化し、ＭＯＳ構造のゲート酸化膜の薄膜化が進んで
いる。このゲート酸化膜の薄膜化に伴い、ゲート酸化膜
に印加される電界強度が高くなる。この結果、ゲート酸
化膜の絶縁破壊が発生し易くなる。したがって、ゲート
酸化膜にとって、半導体デバイスの高集積化は、より過
酷な条件に相当する。そして、このゲート酸化膜の絶縁
破壊が発生する電界強度は、半導体デバイスの電気的特
性を表す重要なパラメータの一つである。したがって、
絶縁破壊が起こりにくいゲート酸化膜を得ることはこれ
までにも増して重要である。2. Description of the Related Art A MOS structure is one in which electrodes are formed on the surface of a single crystal silicon wafer through a gate oxide film. In recent years, semiconductor devices having a MOS structure tend to be highly integrated. Therefore, the MOS structure is also miniaturized, and the gate oxide film of the MOS structure is becoming thinner. As the gate oxide film becomes thinner, the electric field strength applied to the gate oxide film increases. As a result, dielectric breakdown of the gate oxide film is likely to occur. Therefore, for gate oxide films, higher integration of semiconductor devices corresponds to more severe conditions. The electric field strength that causes the dielectric breakdown of the gate oxide film is one of the important parameters representing the electrical characteristics of the semiconductor device. Therefore,
It is more important than ever to obtain a gate oxide film that does not easily cause dielectric breakdown.
【０００３】通常、ＭＯＳ構造のゲート酸化膜としては
熱酸化膜が用いられる。この熱酸化膜は、酸化性雰囲気
中でシリコンウェーハを熱処理することにより、ウェー
ハ表面部に形成される。そして、ゲート酸化膜の絶縁破
壊は、通常、Ａモード、ＢモードおよびＣモードの３種
類に分類される。Ａモードは、製造されたＭＯＳ構造自
体の不良であり、０〜２ＭＶ／ｃｍ程度の低い電界強度
で破壊するグループである。また、Ｂモードは５ＭＶ／
ｃｍ付近に中心を持つグループであり、ゲート酸化膜を
ウェーハ表面部に形成する前に、ウェーハ表面部に存在
したある種の結晶欠陥に起因する不良であるとされてい
る。詳しくは、熱酸化前にウェーハ表面部に存在した結
晶欠陥が熱酸化過程でゲート酸化膜に取り込まれる。こ
の結果、ゲート酸化膜の性質が劣化し、その絶縁破壊電
界強度が低下するものと考えられている。また、Ｃモー
ドは、結晶欠陥に起因しない真性の（酸化膜本来の性質
を反映した）破壊であり、測定条件にもよるが、通常、
９ＭＶ／ｃｍ以上の値を有する。Usually, a thermal oxide film is used as the gate oxide film of the MOS structure. This thermal oxide film is formed on the surface of the wafer by heat treating the silicon wafer in an oxidizing atmosphere. Then, the dielectric breakdown of the gate oxide film is usually classified into three types of A mode, B mode and C mode. The A mode is a group in which the manufactured MOS structure itself is defective and is destroyed by a low electric field strength of about 0 to 2 MV / cm. Also, B mode is 5 MV /
It is a group having a center in the vicinity of cm, and is considered to be a defect due to a certain type of crystal defect existing on the wafer surface before forming the gate oxide film on the wafer surface. Specifically, the crystal defects existing on the wafer surface portion before the thermal oxidation are taken into the gate oxide film during the thermal oxidation process. As a result, it is considered that the properties of the gate oxide film deteriorate and the dielectric breakdown electric field strength thereof decreases. In addition, the C mode is an intrinsic breakdown (reflecting the original properties of the oxide film) that is not caused by crystal defects, and usually depends on the measurement conditions,
It has a value of 9 MV / cm or more.
【０００４】シリコンウェーハ中には、通常のデバイス
工程で受ける熱処理によって種々の結晶欠陥が導入され
る。シリコンウェーハの熱酸化によって導入される結晶
欠陥にはＯＳＦ（Oxidation-induced Stacking Fault）
があり、また、酸素析出反応によって導入される結晶欠
陥には、種々の酸素析出物または転位ループなどがあ
る。そして、酸素析出反応によって導入される結晶欠陥
を積極的に利用するＩＧ（Intrinsic Gettering）法
は、酸素析出反応によって導入される結晶欠陥をゲート
酸化膜の形成前にウェーハ表面部から除去している。こ
のため、一般に、ＩＧ法では高温の前熱処理が用いられ
ている。この高温の前熱処理は、ＩＧ熱処理前のシリコ
ンウェーハに施される熱処理であり、ウェーハ表面部の
格子間酸素を外方拡散させて、格子間酸素の濃度を低下
させるものである。この後、ＩＧ熱処理を施すと、ウェ
ーハ表面部の結晶欠陥の発生が抑制され、ウェーハ表面
部に無欠陥層（ＤＺ）が形成される。したがって、通常
は、ゲート酸化膜を形成する熱酸化過程において、酸素
析出に関連する結晶欠陥をゲート酸化膜に取り込まない
ようにするため、この高温の前熱処理をシリコンウェー
ハに施していた。Various crystal defects are introduced into a silicon wafer by a heat treatment which is performed in a normal device process. OSF (Oxidation-induced Stacking Fault) is caused by crystal defects introduced by thermal oxidation of silicon wafers.
In addition, the crystal defects introduced by the oxygen precipitation reaction include various oxygen precipitates or dislocation loops. The IG (Intrinsic Gettering) method, which positively utilizes the crystal defects introduced by the oxygen precipitation reaction, removes the crystal defects introduced by the oxygen precipitation reaction from the wafer surface before the formation of the gate oxide film. . Therefore, in general, high-temperature preheat treatment is used in the IG method. This high-temperature pre-heat treatment is a heat treatment performed on the silicon wafer before the IG heat treatment, and causes interstitial oxygen on the surface of the wafer to diffuse outward to reduce the concentration of interstitial oxygen. After that, when IG heat treatment is performed, generation of crystal defects on the wafer surface portion is suppressed, and a defect-free layer (DZ) is formed on the wafer surface portion. Therefore, in order to prevent crystal defects associated with oxygen precipitation from being taken into the gate oxide film in the thermal oxidation process for forming the gate oxide film, the silicon wafer is usually subjected to this high-temperature pre-heat treatment.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
温の前熱処理によっても、高耐圧のＭＯＳ構造を実現で
きない場合があった。長い間その理由は不明であった。
しかし、最近の測定技術の進歩により、高温の前熱処理
を施したシリコンウェーハに、ＩＧ熱処理を施したとき
のウェーハ表面部のＤＺにも低密度ながら種々の結晶欠
陥を残留させていることが判明した。すなわち、ＩＧ熱
処理によるウェーハ表面部は完全な無欠陥層とならな
い。そして、これら残留欠陥としては、ＯＳＦと、ＩＧ
熱処理に起因した種々の酸素析出物および転位ループ
と、低密度ながらシリコン単結晶棒の製造時から既に存
在するＡｓ−ｇｒｏｗｎ欠陥とが考えられる。ここで、
ＯＳＦとは、ウェーハ表面部の熱酸化過程によって生成
された格子間シリコン原子が板状に集合したものであ
る。このＯＳＦの形状は、図６に示すように、円盤状で
ある。このＯＳＦ１は、図７に略して示すように、円周
部の転位ループ２と、この転位ループ２に囲まれた面状
の積層欠陥３と、この積層欠陥３の略中心部に１個だけ
存在する酸素析出物（ＯＳＦ中心の酸素析出物）４と、
で構成される。また、ＩＧ熱処理に起因した板状の酸素
析出物は、上記ＯＳＦ中心の酸素析出物４とは異なるも
のである。この板状の酸素析出物とは、シリコンウェー
ハ中に過剰に存在する格子間酸素原子が熱処理中に拡
散、集合し、板状の酸化シリコンとして析出したもので
ある。また、これらの残留欠陥の中には、その構造が明
らかにされていないものも含まれる。したがって、ゲー
ト酸化膜にも、これら残留欠陥が取り込まれる可能性が
高い。この残留欠陥と、ゲート酸化膜の絶縁破壊電界強
度と、の関係が注目されている。しかし、どの残留欠陥
がゲート酸化膜の絶縁破壊にどう影響するかに関して
は、系統だてて調べられておらず、統一的な理解には至
っていない。However, in some cases, even with the above-mentioned high-temperature preheat treatment, a high breakdown voltage MOS structure cannot be realized. The reason was unknown for a long time.
However, due to recent advances in measurement technology, it has been revealed that various crystal defects remain in the DZ on the surface of the wafer when the IG heat treatment is performed on the silicon wafer that has been subjected to the high temperature pre-heat treatment, even though the density is low did. That is, the wafer surface portion by the IG heat treatment does not become a perfect defect-free layer. The residual defects include OSF and IG.
Various oxygen precipitates and dislocation loops caused by the heat treatment and As-grown defects that are already present at the time of manufacturing the silicon single crystal ingot, although having a low density, are considered. here,
The OSF is an interstitial silicon atom generated by a thermal oxidation process on the surface of a wafer, which is gathered in a plate shape. The shape of this OSF is disk-shaped, as shown in FIG. As shown schematically in FIG. 7, the OSF 1 has only one dislocation loop 2 in the circumferential portion, a planar stacking fault 3 surrounded by the dislocation loop 2, and one stacking fault 3 at the substantially central portion thereof. Existing oxygen precipitates (OSF-centered oxygen precipitates) 4,
Composed of. Further, the plate-shaped oxygen precipitates caused by the IG heat treatment are different from the OSF-centered oxygen precipitates 4. The plate-shaped oxygen precipitates are those in which interstitial oxygen atoms existing in excess in the silicon wafer are diffused and aggregated during the heat treatment and precipitated as plate-shaped silicon oxides. In addition, some of these residual defects include those whose structure has not been clarified. Therefore, it is highly possible that these residual defects are also incorporated into the gate oxide film. Attention has been focused on the relationship between this residual defect and the dielectric breakdown field strength of the gate oxide film. However, it has not been systematically investigated as to which residual defect affects the dielectric breakdown of the gate oxide film, and a unified understanding has not been reached.
【０００６】[0006]
【課題解決のための知見】そこで、本願発明者は、シリ
コンウェーハの残留欠陥からＡｓ−ｇｒｏｗｎ欠陥の影
響を排除する方法を用いて、その構造が既知であるＯＳ
Ｆ、板状の酸素析出物が酸化膜の絶縁破壊に及ぼす影響
の知見を得た。詳しくは、ＤＺを除去し、ＩＧ熱処理に
起因する欠陥層を露出させたシリコンウェーハにＭＯＳ
構造のゲート酸化膜を形成し、ＯＳＦまたは板状の酸素
析出物をゲート酸化膜に取り込むとともに、その電極面
積を、図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、電極面積
（ＳE）を４×５ｍｍ2から、例えば、０．４×０．５ｍ
ｍ2などの小さなものに変更する。このとき、ゲート酸
化膜の絶縁破壊電界強度（ＭＶ／ｃｍ）分布を測定する
と、図８の（Ａ）のような複数のピークから、図８の
（Ｂ）のような単一のピークを得ることができる。この
（Ｂ）のように、電極面積が小さい場合、低密度のＡｓ
−ｇｒｏｗｎ欠陥が含まれないので、単一のピークは、
ＩＧ熱処理で導入されたＯＳＦまたは板状の酸素析出物
に起因するものである。この結果、Ａｓ−ｇｒｏｗｎ欠
陥の影響を除いたＯＳＦまたは板状の酸素析出物と、ゲ
ート酸化膜の絶縁破壊電界強度と、の関係を調べること
が可能である。DISCLOSURE OF THE INVENTION Therefore, the inventor of the present application uses a method of eliminating the influence of As-grown defects from residual defects of a silicon wafer, and the structure of the OS is known.
F, the knowledge of the influence of plate-like oxygen precipitates on the dielectric breakdown of the oxide film was obtained. Specifically, the DZ is removed, and the silicon wafer on which the defect layer caused by the IG heat treatment is exposed is exposed to the MOS.
A gate oxide film having a structure is formed, and OSF or plate-like oxygen precipitates are taken into the gate oxide film, and the electrode area thereof is changed to the electrode area (S E as shown in FIGS. 8A and 8B). ) From 4 × 5 mm 2 , for example 0.4 × 0.5 m
Change to a smaller one such as m 2 . At this time, when the dielectric breakdown field strength (MV / cm) distribution of the gate oxide film is measured, a single peak as shown in FIG. 8B is obtained from a plurality of peaks as shown in FIG. be able to. As shown in (B), when the electrode area is small, As of low density
Since no -grown defects are included, the single peak is
This is due to the OSF or the plate-shaped oxygen precipitates introduced by the IG heat treatment. As a result, it is possible to investigate the relationship between the OSF or plate-shaped oxygen precipitates without the influence of As-grown defects and the dielectric breakdown field strength of the gate oxide film.
【０００７】この関係を調べた結果、ＯＳＦに関して
は、ゲート酸化膜の絶縁破壊を決定するものは、ゲート
酸化膜にＯＳＦ中心の酸素析出物を取り込むか否かであ
ることが判明した。すなわち、図９に示すようにゲート
酸化膜５にＯＳＦ１の一部が取り込まれ、このＯＳＦ１
の一部には、ＯＳＦ１の酸素析出物４が含まれるとき、
ゲート酸化膜５が絶縁破壊し易いものである。また、図
１０に示すように、ゲート酸化膜５にＯＳＦ１の一部が
取り込まれ、このＯＳＦ１の一部には、ＯＳＦ１の酸素
析出物４が含まれないとき、ゲート酸化膜５が絶縁破壊
し難いものである。一方、板状の酸素析出物の平均辺長
と酸化膜の厚さを特定の関係にしたときも、酸化膜は絶
縁破壊し難くなることが判明した。このように、ＯＳ
Ｆ、板状の酸素析出物の残留欠陥がゲート酸化膜の絶縁
破壊の電界強度にどう影響するかに関しては、系統だて
て調べることができ、統一的な理解に寄与することが可
能である。As a result of investigating this relationship, it was found that, regarding the OSF, it is whether or not the oxygen precipitates in the center of the OSF are taken into the gate oxide film, which determines the dielectric breakdown of the gate oxide film. That is, as shown in FIG. 9, a part of OSF1 is taken into the gate oxide film 5, and this OSF1
When some of the oxygen precipitates 4 of OSF1 are included,
The gate oxide film 5 easily causes dielectric breakdown. Further, as shown in FIG. 10, when a part of OSF1 is taken into the gate oxide film 5 and the oxygen precipitates 4 of OSF1 are not included in this part of OSF1, the gate oxide film 5 undergoes dielectric breakdown. It's difficult. On the other hand, it was found that even when the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates and the thickness of the oxide film have a specific relationship, the oxide film is less likely to cause dielectric breakdown. In this way, the OS
F, how residual defects of plate-like oxygen precipitates affect the electric field strength of the dielectric breakdown of the gate oxide film can be systematically investigated and contribute to a unified understanding. .
【０００８】[0008]
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、Ａｓ−ｇｒｏ
ｗｎ欠陥の影響を除いた残留欠陥とゲート酸化膜の絶縁
破壊の電界強度との関係を調べることにより、耐圧の劣
化をもたらす欠陥に関する知見を通して、高耐圧のＭＯ
Ｓ構造を提供することである。OBJECTS OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is As-gro.
By investigating the relationship between the residual defects excluding the influence of wn defects and the electric field strength of the dielectric breakdown of the gate oxide film, the high breakdown voltage MO
It is to provide an S structure.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、単結晶シリコンウェーハに酸化膜を介して電極を形
成したＭＯＳ構造において、上記酸化膜には、ＯＳＦ中
心の酸素析出物が含まれないものである。すなわち、酸
化膜にあっては、ＯＳＦを全く含まれない場合、また
は、ＯＳＦの一部を取り込むが、このＯＳＦの一部にＯ
ＳＦ中心を含まない場合がある。According to a first aspect of the present invention, in a MOS structure in which an electrode is formed on a single crystal silicon wafer through an oxide film, the oxide film contains oxygen precipitates in the OSF center. It is not possible. That is, in the oxide film, when the OSF is not contained at all or when a part of the OSF is taken in, the O
It may not include SF center.
【００１０】また、請求項２に記載した発明は、単結晶
シリコンウェーハに酸化膜を介して電極を形成したＭＯ
Ｓ構造において、上記ＭＯＳ構造には、板状の酸素析出
物が取り込まれ、この板状の酸素析出物の平均辺長を上
記酸化膜の厚さで除した値が９０％以下である。すなわ
ち、板状の酸素析出物は、酸化膜、単結晶シリコンウェ
ーハ、または、酸化膜および単結晶シリコンウェーハに
取り込まれる。Further, the invention described in claim 2 is an MO in which an electrode is formed on a single crystal silicon wafer through an oxide film.
In the S structure, plate-like oxygen precipitates are taken into the MOS structure, and the value obtained by dividing the average side length of the plate-like oxygen precipitates by the thickness of the oxide film is 90% or less. That is, the plate-shaped oxygen precipitates are incorporated into the oxide film, the single crystal silicon wafer, or the oxide film and the single crystal silicon wafer.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１に記載した発明に係るＭＯＳ構造にあ
っては、酸化膜にＯＳＦ中心の酸素析出物が含まれな
い。このため、このＭＯＳ構造の酸化膜は絶縁破壊し難
いものである。したがって、高耐圧のＭＯＳ構造を得る
ことができる。In the MOS structure according to the first aspect of the present invention, the oxide film does not contain OSF-centered oxygen precipitates. Therefore, the oxide film of this MOS structure is hard to cause dielectric breakdown. Therefore, a high breakdown voltage MOS structure can be obtained.
【００１２】また、請求項２に記載した発明に係るＭＯ
Ｓ構造にあっては、ＭＯＳ構造に板状の酸素析出物が取
り込まれる。この板状の酸素析出物の平均辺長を上記酸
化膜の厚さで除した値が９０％以下である。このとき、
ＭＯＳ構造の絶縁破壊電界強度は８ＭＶ／ｃｍ以上であ
る。この結果、このＭＯＳ構造の酸化膜は絶縁破壊し難
いものである。したがって、高耐圧のＭＯＳ構造を得る
ことができる。Further, the MO according to the invention described in claim 2
In the S structure, plate-like oxygen precipitates are incorporated in the MOS structure. A value obtained by dividing the average side length of the plate-shaped oxygen precipitate by the thickness of the oxide film is 90% or less. At this time,
The dielectric breakdown field strength of the MOS structure is 8 MV / cm or more. As a result, the oxide film of this MOS structure is hard to cause dielectric breakdown. Therefore, a high breakdown voltage MOS structure can be obtained.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造を
説明する。まず、シリコンウェーハに故意に導入したＯ
ＳＦが、シリコンウェーハの酸化膜の絶縁破壊耐圧に及
ぼす影響を調べた結果を示す。EXAMPLE A MOS structure according to an example of the present invention will be described below. First, O intentionally introduced into a silicon wafer
The result of having investigated the influence which SF has on the dielectric breakdown voltage of the oxide film of the silicon wafer is shown.
【００１４】まず、引上速度１．０ｍｍ／分で育成した
シリコン単結晶棒から作成し、リング状にＯＳＦが多発
するシリコンウェーハを準備する。このシリコンウェー
ハに、酸化性雰囲気中、１１００℃、１時間の高温の熱
処理を施す。この結果、高密度のＯＳＦがウェーハの表
面付近およびウェーハ内部に形成される。次に、研磨お
よび化学エッチングで、このシリコンウェーハを表面か
ら２０μｍ除去した。この結果、ウェーハ内部のＯＳＦ
が露出する。このＯＳＦが露出したシリコンウェーハを
熱酸化する。この結果、ＯＳＦを含んだシリコンウェー
ハに、厚さ２５ｎｍの酸化膜が形成され、この酸化膜中
に、確実に、ＯＳＦの一部が取り込まれる。この酸化膜
上に、ＣＶＤにより、その厚さが３５０ｎｍで、その面
積が２．０×２．０ｍｍ2のポリシリコン電極を形成す
る。そして、酸化膜の絶縁破壊電界強度の測定は、判定
電流０．１ｍＡ／ｃｍ2で行う。この測定終了後、ＯＳ
Ｆに対して選択性を有するエッチング液で処理し、光学
顕微鏡で観察する。なお、この場合のシリコンウェーハ
中のＯＳＦの平均サイズは約６μｍである。ここで、Ｏ
ＳＦの平均サイズとは、その円盤状の直径である。First, a silicon wafer is prepared from a silicon single crystal ingot grown at a pulling rate of 1.0 mm / min, and a ring-shaped silicon wafer having a large number of OSFs is prepared. This silicon wafer is subjected to high temperature heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour in an oxidizing atmosphere. As a result, a high density OSF is formed near the surface of the wafer and inside the wafer. Next, the silicon wafer was removed by 20 μm from the surface by polishing and chemical etching. As a result, the OSF inside the wafer
Is exposed. This OSF thermally oxidizes the exposed silicon wafer. As a result, a 25 nm-thick oxide film is formed on the OSF-containing silicon wafer, and part of the OSF is reliably incorporated into the oxide film. A polysilicon electrode having a thickness of 350 nm and an area of 2.0 × 2.0 mm 2 is formed on the oxide film by CVD. Then, the measurement of the dielectric breakdown electric field strength of the oxide film is performed at a judgment current of 0.1 mA / cm 2 . After this measurement, OS
It is treated with an etching solution having selectivity for F and observed with an optical microscope. The average size of the OSF in the silicon wafer in this case is about 6 μm. Where O
The average size of SF is its disc-shaped diameter.
【００１５】図１は、酸化膜中に取り込まれたＯＳＦの
数に対する酸化膜の絶縁破壊電界強度を示すグラフであ
る。なお、酸化膜の厚さよりＯＳＦの平均サイズが大き
いので、ＯＳＦの一部が酸化膜中に取り込まれている。
図１に示すように、５０個程度以下のＯＳＦを取り込ん
だ酸化膜の絶縁破壊電界強度は、少数の例外を除いて、
８．０〜９．５ＭＶ／ｃｍである。これに対して、ＯＳ
Ｆを全く取り込まない酸化膜の絶縁破壊電界強度は、
８．５〜９．５ＭＶ／ｃｍ程度の値を示す。このよう
に、酸化膜にＯＳＦが全く取り込まれないときと、酸化
膜にＯＳＦが５０個程度以下しか取り込まれないとは、
酸化膜の絶縁破壊電解強度が殆ど同じである。なお、図
中ＯＳＦの数が０のときの２０は、図中の●が２０個あ
ることを示している。一方、５０個程度を超えたＯＳＦ
が酸化膜中に取り込まれた場合には、絶縁破壊の電解強
度は３．０〜８．０ＭＶ／ｃｍと著しく低下している。FIG. 1 is a graph showing the dielectric breakdown field strength of an oxide film with respect to the number of OSFs taken in the oxide film. Since the average size of the OSF is larger than the thickness of the oxide film, part of the OSF is incorporated in the oxide film.
As shown in FIG. 1, the dielectric breakdown field strength of an oxide film incorporating about 50 or less OSFs is, with a few exceptions,
It is 8.0 to 9.5 MV / cm. On the other hand, OS
The dielectric breakdown field strength of an oxide film that does not incorporate F is
The value is about 8.5 to 9.5 MV / cm. In this way, when the OSF is not incorporated into the oxide film at all, and when the OSF is incorporated into the oxide film by 50 or less,
The dielectric breakdown electrolytic strengths of the oxide films are almost the same. In the figure, 20 when the number of OSFs is 0 indicates that there are 20 ● in the figure. On the other hand, more than 50 OSFs
Is taken into the oxide film, the electrolytic strength of dielectric breakdown is remarkably lowered to 3.0 to 8.0 MV / cm.
【００１６】そして、この場合のＯＳＦ中心の酸素析出
物の平均サイズに対し、ＯＳＦの平均サイズは５０倍程
度の長さである。ここで、ＯＳＦ中心の酸素析出物の平
均サイズとは、その形状を球で近似した場合の直径であ
る。このため、ＯＳＦの一部が酸化膜に５０個程度取り
込まれると、ＯＳＦ中心の酸素析出物は平均１個取り込
まれることになる。したがって、ＯＳＦの一部が５０個
程度を超えた数だけ酸化膜に取り込まれば、ＯＳＦ中心
の酸素析出物が酸化膜に取り込まれると期待される個数
も１個を超える。よって、酸化膜の絶縁破壊を決定する
ものは、ＯＳＦ中心の酸素析出物が酸化膜に取り込まれ
るか否かである。したがって、酸化膜に取り込まれるＯ
ＳＦの一部からＯＳＦ中心の酸素析出物を除去すると、
酸化膜の絶縁破壊耐圧が向上するものである。The average size of the OSF is about 50 times the average size of the oxygen precipitates in the OSF center. Here, the average size of the oxygen precipitates at the center of the OSF is the diameter when the shape is approximated by a sphere. Therefore, when about 50 pieces of OSF are taken into the oxide film, one oxygen precipitate in the OSF center is taken in on average. Therefore, if some of the OSFs are incorporated into the oxide film in excess of about 50, the number of oxygen precipitates centered on the OSF is also expected to be incorporated into the oxide film exceeds one. Therefore, what determines the dielectric breakdown of the oxide film is whether or not the oxygen precipitates at the OSF center are taken into the oxide film. Therefore, O which is taken into the oxide film
When the oxygen precipitates in the OSF center are removed from a part of SF,
The dielectric breakdown voltage of the oxide film is improved.
【００１７】次に、シリコンウェーハに故意に導入した
板状の酸素析出物が、シリコンウェーハの酸化膜の絶縁
破壊耐圧に及ぼす影響を調べる。まず、１．４ｍｍ／分
の引上速度で育成したシリコン単結晶棒から作成したシ
リコンウェーハに、窒素雰囲気中にて、６００℃の低温
で、ｔ１時間、９００℃の高温で、ｔ２時間、の二段階
熱処理を施す。なお、ｔ１時間、ｔ２時間は、以下の表
１に示すとおりである。なお、表中のＤPPT／ＴOXの値
は、％を示している。Next, the influence of the plate-like oxygen precipitates intentionally introduced into the silicon wafer on the dielectric breakdown voltage of the oxide film of the silicon wafer is examined. First, a silicon wafer prepared from a silicon single crystal ingot grown at a pulling rate of 1.4 mm / min was subjected to a nitrogen atmosphere at a low temperature of 600 ° C. for t1 hours, at a high temperature of 900 ° C. for t2 hours. Perform a two-step heat treatment. Note that t1 hours and t2 hours are as shown in Table 1 below. The value of D PPT / T OX in the table indicates%.
【００１８】[0018]
【表１】 [Table 1]
【００１９】この結果、ウェーハ表面部にＤＺが、ウェ
ーハ内部に板状の酸素析出物がそれぞれ形成される。Ｄ
Ｚの厚さは断面ＴＥＭ法により約３μｍと測定される。
このシリコンウェーハを表面から２０μｍ研磨で除去
し、ウェーハ内部の板状の酸素析出物を露出させる。こ
の板状の酸素析出物が露出したシリコンウェーハに、ド
ライ酸素雰囲気中にて、厚さ（ＴOX）２５ｎｍまたは４
５ｎｍの熱酸化膜を形成し、さらに、ＣＶＤにより、そ
の厚さが３５０ｎｍで、その面積が面積（ＳE）０．５
×０．４ｍｍ2のポリシリコン電極を形成する。このＭ
ＯＳ構造の断面をＴＥＭで観察すると、確実に、この板
状の酸素析出物の一部または全部が酸化膜中に取り込ま
れている（図２参照）。各二段階熱処理による板状の酸
素析出物の平均辺長は、上記表１の通りである。ここ
で、板状析出物の平均辺長は、図３に示す板状の酸素析
出物の全ての辺の長さの平均値である。そして、酸化膜
の絶縁破壊の電界強度の測定は、判定電流０．１ｍＡ／
ｃｍ2で行う。このときの絶縁破壊電界強度は、表１に
示すとおりである。As a result, DZ is formed on the surface of the wafer and plate-like oxygen precipitates are formed inside the wafer. D
The thickness of Z is measured to be about 3 μm by the sectional TEM method.
This silicon wafer is removed from the surface by 20 μm polishing to expose plate-like oxygen precipitates inside the wafer. This plate-shaped oxygen precipitate was exposed to a silicon wafer in a dry oxygen atmosphere with a thickness (T ox ) of 25 nm or 4 nm.
A thermal oxide film having a thickness of 5 nm is formed, and further, the thickness is 350 nm and the area (S E ) is 0.5 by CVD.
A × 0.4 mm 2 polysilicon electrode is formed. This M
When the cross section of the OS structure is observed by TEM, it is certain that some or all of the plate-shaped oxygen precipitates are incorporated in the oxide film (see FIG. 2). The average side lengths of the plate-like oxygen precipitates obtained by each two-step heat treatment are shown in Table 1 above. Here, the average side length of the plate-like precipitate is an average value of the lengths of all sides of the plate-like oxygen precipitate shown in FIG. Then, the measurement of the electric field strength of the dielectric breakdown of the oxide film was performed with a judgment current of 0.1 mA /
Perform in cm 2 . The dielectric breakdown electric field strength at this time is as shown in Table 1.
【００２０】図４は、板状の酸素析出物が酸化膜中に取
り込まれた場合の酸化膜の絶縁破壊電界強度の変化を示
している。図４の横軸は板状の酸素析出物の平均辺長
（ＤPP T）、その縦軸は酸化膜の絶縁破壊電界強度であ
る。なお、酸化膜の厚さ（ＴOX）は２５ｎｍ、４５ｎｍ
の２種類とし、図中●は２５ｎｍのものを△は４５ｎｍ
のものを示している。FIG. 4 shows changes in the dielectric breakdown electric field strength of the oxide film when the plate-shaped oxygen precipitates are taken into the oxide film. The horizontal axis of FIG. 4 is the average side length (D PP T ) of the plate-shaped oxygen precipitates, and the vertical axis thereof is the dielectric breakdown field strength of the oxide film. The thickness of the oxide film (T ox ) is 25 nm and 45 nm
There are two types, and ● in the figure is 25 nm and △ is 45 nm.
Is shown.
【００２１】この図から判断すると、酸化膜の厚さが異
なっても、板状の酸素析出物の平均辺長が短いほど、酸
化膜の絶縁破壊が起こり難いことである。また、酸化膜
の厚さが異なっても、板状の酸素析出物の平均辺長が長
いほど、酸化膜の絶縁破壊が発生し易く、やがて飽和す
る。また、酸化膜の厚さが２５ｎｍの曲線を、横軸方向
に平行移動すると、酸化膜の厚さが４５ｎｍの曲線とほ
ぼ一致する。さらに、薄い酸化膜の方より厚い酸化膜の
方が、板状の酸素析出物の平均辺長が拡大しても、酸化
膜の絶縁破壊の電界強度が減少しにくい。したがって、
酸化膜の絶縁破壊耐圧を決定しているものは、板状の酸
素析出物の平均辺長の絶対値ではなく、酸化膜の厚さに
対する板状の酸素析出物の平均辺長の相対値である。換
言すると、板状の酸素析出物の平均辺長と酸化膜厚との
比が酸化膜の絶縁破壊に影響を与えるものである。この
結果を図５に示す。この図は、酸化膜の厚さを板状の酸
素析出物の平均辺長で除した値に対する酸化膜の絶縁破
壊電界強度を示したものである。この図に示すように、
板状の酸素析出物の平均辺長が酸化膜厚の９０％以下で
ある場合には、絶縁破壊の電界強度は、減少率が低いう
えに、８ＭＶ／ｃｍ以上であり、その影響は無視できる
ほど小さい。一方、板状の酸素析出物の平均辺長が酸化
膜厚の９０％を超える場合には、絶縁破壊の電界強度
は、減少率が高くなるうえに、８ＭＶ／ｃｍ未満であ
り、その影響は大きい。Judging from this figure, even if the thickness of the oxide film is different, the dielectric breakdown of the oxide film is less likely to occur as the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates is shorter. Further, even if the thickness of the oxide film is different, as the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates is longer, the dielectric breakdown of the oxide film is more likely to occur and the oxide film is saturated soon. In addition, when the curve of the oxide film having a thickness of 25 nm is translated in the horizontal axis direction, the curve of the oxide film having a thickness of 45 nm substantially coincides with the curve. Further, the thick oxide film is more difficult to reduce the electric field strength of the dielectric breakdown of the oxide film in the thick oxide film than in the thin oxide film, even if the average side length of the plate-shaped oxygen precipitate is increased. Therefore,
What determines the dielectric breakdown voltage of an oxide film is not the absolute value of the average side length of the plate-like oxygen precipitates, but the relative value of the average side length of the plate-like oxygen precipitates with respect to the thickness of the oxide film. is there. In other words, the ratio of the average side length of the plate-like oxygen precipitate to the oxide film thickness affects the dielectric breakdown of the oxide film. The result is shown in FIG. This figure shows the dielectric breakdown electric field strength of the oxide film with respect to the value obtained by dividing the thickness of the oxide film by the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates. As shown in this figure,
When the average side length of the plate-like oxygen precipitates is 90% or less of the oxide film thickness, the electric field strength of the dielectric breakdown is 8 MV / cm or more in addition to the low reduction rate, and its influence can be ignored. Small enough. On the other hand, when the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates exceeds 90% of the oxide film thickness, the electric field strength of dielectric breakdown has a high decrease rate and is less than 8 MV / cm. large.
【００２２】そして、シリコンウェーハの残留欠陥に
は、上記のように、故意に導入したＯＳＦ、板状の酸素
析出物と同じ形態を有するものが含まれていると考えら
れる。ＭＯＳ構造の酸化膜の絶縁破壊耐圧の劣化は、酸
化膜に取り込まれるＯＳＦ中心の酸素析出物を除去し、
板状の酸素析出物の平均辺長を制御することにより、防
止することが可能である。It is considered that the residual defects of the silicon wafer include those having the same morphology as the intentionally introduced OSF and the plate-like oxygen precipitates as described above. The deterioration of the dielectric breakdown voltage of the oxide film of the MOS structure is caused by removing the oxygen precipitates in the OSF center taken into the oxide film.
It can be prevented by controlling the average side length of the plate-shaped oxygen precipitates.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、酸化膜の絶縁破壊を発
生し難くすることができる。このため、高耐圧のＭＯＳ
構造を得ることができる。According to the present invention, the dielectric breakdown of the oxide film can be made difficult to occur. Therefore, high withstand voltage MOS
The structure can be obtained.
【図１】本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造のＯＳＦの
数に対する酸化膜の絶縁破壊電界強度を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing the dielectric breakdown field strength of an oxide film with respect to the number of OSFs in a MOS structure according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造の酸化膜に
取り込まれた板状の酸素析出物を示す図面代用写真であ
る。FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing a plate-shaped oxygen precipitate taken into an oxide film of a MOS structure according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造の酸化膜に
取り込まれた板状の酸素析出物の辺を示す図面代用写真
である。FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing a side of a plate-shaped oxygen precipitate taken into an oxide film of a MOS structure according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造の板状の酸
素析出物の平均辺長に対する酸化膜の絶縁破壊電界強度
を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the dielectric breakdown field strength of an oxide film with respect to the average side length of a plate-shaped oxygen precipitate of a MOS structure according to an example of the present invention.
【図５】本発明の一実施例に係るＭＯＳ構造の板状の酸
素析出物の平均辺長を酸化膜膜厚で除した値に対する酸
化膜の絶縁破壊電界強度を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the dielectric breakdown electric field strength of an oxide film with respect to a value obtained by dividing the average side length of a plate-shaped oxygen precipitate of a MOS structure according to one embodiment of the present invention by the oxide film thickness.
【図６】ＯＳＦを示す図面代用写真である。FIG. 6 is a drawing-substitute photograph showing an OSF.
【図７】図６の概略を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of FIG.
【図８】課題解決のための知見を説明するグラフであ
る。FIG. 8 is a graph illustrating knowledge for solving a problem.
【図９】課題解決のための知見を説明するグラフであ
る。FIG. 9 is a graph illustrating knowledge for solving a problem.
【図１０】課題解決のための知見を説明するグラフであ
る。FIG. 10 is a graph for explaining findings for solving a problem.
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成６年４月２２日[Submission date] April 22, 1994
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図２[Name of item to be corrected] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図２】本発明の一実施例に係る金属組織（ＭＯＳ構造
の酸化膜に取り込まれた板状の酸素析出物）を示す図面
代用写真である。FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing a metal structure (a plate-shaped oxygen precipitate taken into an oxide film of a MOS structure) according to an example of the present invention.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図３[Name of item to be corrected] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図３】本発明の一実施例に係る金属組織（ＭＯＳ構造
の酸化膜に取り込まれた板状の酸素析出物の辺）を示す
図面代用写真である。FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing a metal structure (a side of a plate-shaped oxygen precipitate taken into an oxide film of a MOS structure) according to an example of the present invention.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図６[Name of item to be corrected] Figure 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図６】金属組織（ＯＳＦ）を示す図面代用写真であ
る。FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing a metallographic structure (OSF).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 降屋 久 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内 (72)発明者 新行内 隆之 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hisashi Furuya 1-297 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama, Central Research Laboratory, Mitsubishi Materials Corporation (72) Inventor Takayuki Shingouchi 1-297 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama Central Research Laboratory, Mitsubishi Materials Corporation
Claims (2)
て電極を形成したＭＯＳ構造において、 上記酸化膜には、ＯＳＦ中心の酸素析出物が含まれない
ことを特徴とするＭＯＳ構造。1. A MOS structure in which an electrode is formed on a single crystal silicon wafer via an oxide film, wherein the oxide film does not contain oxygen precipitates at the center of OSF.
て電極を形成したＭＯＳ構造において、 上記ＭＯＳ構造には、板状の酸素析出物が取り込まれ、 この板状の酸素析出物の平均辺長を上記酸化膜の厚さで
除した値が９０％以下であることを特徴とするＭＯＳ構
造。2. In a MOS structure in which electrodes are formed on a single crystal silicon wafer via an oxide film, plate-like oxygen precipitates are taken into the MOS structure, and the average side length of the plate-like oxygen precipitates. Is 90% or less when divided by the thickness of the oxide film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26186593A JPH0794735A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Mos structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26186593A JPH0794735A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Mos structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794735A true JPH0794735A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=17367836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26186593A Withdrawn JPH0794735A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Mos structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794735A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020204240A1 (en) | 2019-04-05 | 2020-10-08 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Construction equipment |
| US11377816B2 (en) | 2017-09-08 | 2022-07-05 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Shovel |
| WO2022163322A1 (en) | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 日立建機株式会社 | Work machine |
| KR20230033461A (en) | 2021-09-01 | 2023-03-08 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Construction equipment |
| KR20230145740A (en) | 2022-04-11 | 2023-10-18 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Construction equipment |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP26186593A patent/JPH0794735A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20230048428A (en) | 2021-01-27 | 2023-04-11 | 히다치 겡키 가부시키 가이샤 | work machine |
| KR20230033461A (en) | 2021-09-01 | 2023-03-08 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Construction equipment |
| EP4148189A1 (en) | 2021-09-01 | 2023-03-15 | Volvo Construction Equipment AB | Construction equipment |
| KR20230145740A (en) | 2022-04-11 | 2023-10-18 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Construction equipment |
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