JPH01312838A - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体基板上に窒化膜と酸化膜とからなる多
層絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図（ａ）〜（ｅ）は各々窒化膜と酸化膜とからなる
多層絶縁膜を有する従来のＭＩＳキャパシタの製造方法
を示す断面図である。以下、同図を参照しつつ製造方法
を説明する。

まず、単結晶シリコン基板１の主面上にパッド酸化膜と
なるシリコン酸化膜２を成長させた後、このシリコン酸
化膜２上にシリコン窒化膜３を同図（ａ）に示すように
、選択的に形成する。

次に、シリコン基板１を熱酸化することにより、同図（
ｂ）に示すように、分ｍ酸化膜４を選択的に形成する。

そして、シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３を除去し
た後、例えば減圧ＣＶＤ法により膜厚１００人のシリコ
ン窒化ｇ！！５を形成する。このとき、シリコン酸化膜
２除去後シリコン窒化膜５堆積までの間に空気中の酸素
がシリコン基板１−［に付着しているため、同図（Ｃ）
に示すように、自然酸化ＦＪ６が同時に形成される。

次に、シリコン窒化膜５を、９００℃程度の温度による
熱酸化法により酸化し、３０人程度のシリコン酸化膜で
あるトップ酸化膜７を、同図（ｄ）に示すように形成す
る。

次に、トップ酸化膜７上にリンをドープしたポリシリコ
ン膜を成長させ、パターン形成することで゛、同図（ｃ
ｌに示すように、ゲート電極８を形成する。このように
して、トップ酸化膜７．シリコン窒化膜５および自然酸
化膜６からなる多層絶縁膜を有するＭＩＳキセバシタを
製造できる。このように絶縁膜を多層にすることで、絶
縁膜の耐久性が良くなり、ＭＩＳ型半導体装冒の信頼性
が向上覆る。

（発明が解決しようとする課題） 窒化膜と酸化膜による多層絶縁膜の形成は、従来、以上
のように行われており、シリコン窒化膜５を熱酸化する
ことで、シリコン窒化膜５上にトップ酸化膜７を形成し
でいた。このため、トップ酸化膜７形成中にトップ酸化
膜７とシリコン窒化膜５との界面に、密度の大きいトラ
ップ単位が発生する。その結梁、このトラップ単位にｔ
ｙｒ獲された電荷によりトップ酸化膜７またはシリコン
窒化膜５内に電界が生じ、多層絶縁膜としての耐久性に
支障を来たし、この多層絶縁膜により構成されるＭＩＳ
キャパシタ等のＭＩＳ型半導体装置の寿命に悪影響を与
えるという問題点があった。

この発明は−１−記のＪ、うな問題点を解決するために
なされたもので、窒化膜と酸化膜とからなり、かつ耐久
性が高い多層絶縁膜の形成方法を促供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる絶縁膜の形成方法は、窒化膜と酸化膜
とにより構成される多層絶縁膜を形成する方法であって
、半導体基板上に前記窒化膜を形成する工程と、前記窒
化膜上にＣＶＤ法により前記酸化膜を形成する工程とを
含んでいる。

〔作用〕

この発明においては窒化膜上にＣＶＤ法により酸化膜を
形成するため、この工程により発生するトラップ準位の
密度は小さい。

〔実１Ｍ　１Ａ） 第１図（ａ）〜（ｅ）は各々この発明の一実施例である
窒化膜、酸化膜からなる多層絶縁膜を有するＭＩＳキャ
パシタの製造方法を示す断面図である。

以下、同図を参照しつつ、製造方法を説明する。

まず、単結晶シリコン基板１の主面上にパッド酸化膜と
なるシリコン酸化膜２を成長させた後、このシリコン酸
化膜２上にシリコン窒化膜３を同図（ａ）に示ゴように
、選択的に形成する。

次に、シリコン基板１を熱酸化することにより、同図（
ｂ）に示すように、分１ｉ１１Ｆ！化膜４を選択的に形
成する。

そして、シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３を除去し
た後、例えば減圧ＣＶ　Ｄ法により膜厚１００人のシリ
コン窒化膜５を形成する。このとき、シリコン酸化ｇ！
２除去後シリコン窒化膜５堆積までの間に空気中の酸素
がシリコン基板１上に付着しているため、同図（Ｃ）に
示すように、自然酸化膜６が同時に形成される。

次に、シリコン窒化膜５上に減圧ＣＶＤ法により約３０
人のシリコン酸化膜からなるトップ酸化膜９を形成する
。３０人程度の薄さのｉ−ツブ酸化膜９も技術の遊歩に
伴い、減圧ＣＶＤ法により充分正確に形成することがで
きる。

次に、トップ酸化膜９上にリンをドープしたポリシリコ
ン膜を成長させ、バクーン形成することで、同図（ｅ）
に示すように、ゲート電極８を形成する。このようにし
て、トップ酸化膜９．シリコン窒化Ｆ！５．自然酸化模
６とによる多層絶縁膜を有するＭＩＳキｔ１バシタを製
造できる。

このように、トップ酸化ｌ１１９を減圧ＣＶＤ法により
形成することで、トップ酸化膜９形成時にトップ酸化膜
９とシリコン窒化膜７との界面に生じる１〜ラップ密度
はかなり小さくなる。従ってトラップ準位によりトップ
酸化膜９およびシリコン窒化膜５中に捕獲される電荷量
は非常に少ない。このため、トップ酸化Ｆ！９あるいは
シリコン窒化膜５中に発生する電界により多層絶縁膜に
支障を来たすことがなく、この多層絶縁膜により構成さ
れるＭｒＳキャパシタ等のＭＩＳ型半導体装置の寿命に
悪影響を与えない。

第２図は、この発明の実施例である第１図で示した製造
方法で製造されたＭＩＳキャパシタと従来例である第３
図で示した製造方法で製造されたＭＩＳキャパシタの寿
命をＴ　ＯＤ　Ｂ　（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　
Ｄｉｅｌｃｃｔｉｃ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法によッテ
測定した実験結果を示したグラフである。なお、このと
きの双方のＭＩＳキャパシタの活性領域面積は４００μ
ｍ２であり、実験は双方の〜１１８キャパシタのシリコ
ン基板１を接地電位に保ら、ゲート電極８を負または正
の電位とすることで、これらの間に負の高電界（−８〜
−１０Ｍ　Ｖ　／　ｃｊＩ）あるいは正の高電界（１２
−１４ＭＶ／Ｉ：Ｊｌ）を生じさせ、絶縁破壊に至るま
での時間を測定覆ることで行った。

第２図において、実線ｅ示した！１．１２が従来の絶縁
膜形成方法で製造されたＭ　Ｉ　Ｓ　ｔ＝ヤバシタの寿
命を示し、１１が負の高電界、１２が正の高電界が基板
１とゲート１１１ｉ極８との間に生成された場合である
。一方、破線で示した１３．１４がこの発明の実施例で
示した絶縁膜形成方法で製造されたＭｒＳキャパシタの
寿命を示し、Ｉ３が負の高電界、ｉ４が正の高電界が基
板１とゲート電極８との間に生成された場合である。な
Ｊ３、Ｅａｆ、はゲート電極８に印加した電圧を示し、
寿命は規格化値である。

同図に示すように、ゲート電極８に印加される−を界の
１．０にかかわらず、本実施例Ｃは従来例よりも寿命が
延び、信頼性が向上１．／　Ｔいることがわかる。

なお、この実施例では、シリコン窒化膜５上に形成され
るトップ酸化膜９を減圧ＣＶＤ法で・行った場合を示し
たが、常圧ＣＶＤ法簀の他のＣＶＤ法であっても、この
発明を適用することができ、同様の効果を秦ケる。

〔発明の効果〕

以Ｆ説明したように、この発明によれば、窒化膜上にＣ
Ｖ　Ｄ法で酸化膜を形成することで多層絶縁膜を形成す
るＩζめ、この工程中に発生するトラップ準位の密度は
非常に小さく、多層絶縁膜に悪影響を与えイ【い。従っ
て、より耐久性のある多層絶縁膜を形成でさる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は各々この発明の一実施例によっ
て窒化膜と酸化膜とからなる多層絶縁膜をイｊ−するＭ
ＩＳキャパシタを製造する方法を示す断面図、第２図は
第１図と第３図で示した製造方法で製造されたＭ　Ｉ　
Ｓ−＃セパシタの丁ＤＤＢ測定結果を示すグラフ、第３
図（ａ）〜（ｅ）は各々窒化膜と酸化膜とからなる多層
絶縁膜を有するＭＩＳキャパシタの従来の製造方法を示
す断面図である。 図において、１はシリコン基板、５はシリコン窒化膜、
９は減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜であ
る。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 （ａ））、 １　　　　　　　　　　　　　　１．１＝ニーｒ 一−−−−−−−、ノーーゝ−−−−−１−−−１−−
−−−−−−−帆−−−１−や−−２４第１図 ｑ 二一一一一一一一」 １　：　＞１ノコ〉基、２７に ５：シリコ〉窒化ｍ詔 ９−ヌ人ノモＣＶＤ士２文°ｌ二エリＹ′／ρＸコ４Ｔ
ニシリコンｎ２イこ縦笛　２　図 Ｅｅｆｆ　　（ＭＶ／ｃｍ） 第３０ ：１″ ２〜　　　　　　　−−−−一一一−リ１　−−　　　
　　、−一一一一〜−一」層−一−−−−−−〜へヘー
−−−−−一一一ニ第３図 手続補正書（自発） 昭和　　年　　月　　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に窒化膜と酸化膜とにより構成され
   る多層絶縁膜を形成する方法であつて、前記半導体基板
   上に前記窒化膜を形成する工程と、 前記窒化膜上にＣＶＤ法により前記酸化膜を形成する工
   程とを含む絶縁膜の形成方法。