JPS598341A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS598341A JPS598341A JP57116193A JP11619382A JPS598341A JP S598341 A JPS598341 A JP S598341A JP 57116193 A JP57116193 A JP 57116193A JP 11619382 A JP11619382 A JP 11619382A JP S598341 A JPS598341 A JP S598341A
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- semiconductor device
- film
- silicon nitride
- nitride film
- sample
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
- H10P14/69—Inorganic materials
- H10P14/694—Inorganic materials composed of nitrides
- H10P14/6943—Inorganic materials composed of nitrides containing silicon
- H10P14/69433—Inorganic materials composed of nitrides containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、500℃以下の低温で形成した窒化シリコ
ン膜を有する半導体装置に関し、更に詳細には半導体装
置の動作特性を安定に保つことのできる信頼性の高い窒
化シリコン膜を有する半導体装#に関するものである。
ン膜を有する半導体装置に関し、更に詳細には半導体装
置の動作特性を安定に保つことのできる信頼性の高い窒
化シリコン膜を有する半導体装#に関するものである。
従来、半導体装置の最終保護膜あるいは層間絶縁膜とし
てCVD法(Chemical vapour dep
osition)による低温酸化膜(SiO3膜)やC
’VD法による燐添加ガラス膜(以下VCはこれをPS
G膜と略記する)のほか、プラズマC’VD法によるプ
ラズマ窒化シリコン膜(以下にはこれをP −SiN
と略記する)が用いられてきた。こ1%らのうち、q!
fにP−8iN膜UNaイオンのトリフートに対する阻
止効果、ステ、ブカノ・レッジ(すなわち段部に対する
被稼件)、ピンホール等の膜欠陥密度の阻止効果、非吸
湿性、絶縁耐圧などの点でSiO□膜やPSG膜にくら
べて格段に優れている上、膜内部尾、力が用縮応力であ
るため耐亀裂性も高い、というf:l’i々の長所をイ
jしているので従来、樹脂封止型゛1′導体装置の素子
最終保]俣としてもしくは多層配線間の層間絶縁膜とし
て使用され、該半導体装置の信頼性の向上に寄与してい
る。
てCVD法(Chemical vapour dep
osition)による低温酸化膜(SiO3膜)やC
’VD法による燐添加ガラス膜(以下VCはこれをPS
G膜と略記する)のほか、プラズマC’VD法によるプ
ラズマ窒化シリコン膜(以下にはこれをP −SiN
と略記する)が用いられてきた。こ1%らのうち、q!
fにP−8iN膜UNaイオンのトリフートに対する阻
止効果、ステ、ブカノ・レッジ(すなわち段部に対する
被稼件)、ピンホール等の膜欠陥密度の阻止効果、非吸
湿性、絶縁耐圧などの点でSiO□膜やPSG膜にくら
べて格段に優れている上、膜内部尾、力が用縮応力であ
るため耐亀裂性も高い、というf:l’i々の長所をイ
jしているので従来、樹脂封止型゛1′導体装置の素子
最終保]俣としてもしくは多層配線間の層間絶縁膜とし
て使用され、該半導体装置の信頼性の向上に寄与してい
る。
しかしながら、p−8iN膜の使用が拡大するにつれて
p−5iNの使用により以下の如き問題の生ずることも
明らかにされており、従ってP−8iNの特性Vこ関し
ては更に種々の面から研究を行うことが必要となってき
た。
p−5iNの使用により以下の如き問題の生ずることも
明らかにされており、従ってP−8iNの特性Vこ関し
ては更に種々の面から研究を行うことが必要となってき
た。
現在1でのところ、P−8iN膜を有する半導体装置に
於ては次のような現象を生ずることカニ報告さJしてい
る。
於ては次のような現象を生ずることカニ報告さJしてい
る。
(i、)SiゲートNチャンネルMO8型半導体装置c
’cおけるしきい値電圧(vth)の変動。
’cおけるしきい値電圧(vth)の変動。
(ii)MOSダイオードにおけるフィールド反転。
(iji) AIゲートNチャンネルMO8+−ランジ
スタVCおけるチャンネルdepletion化。
スタVCおけるチャンネルdepletion化。
しかしながら、これらの現象に関してなさ1した研究報
告に於ては、その現象とp −siNの物理化学的組成
との対応関係や境界条件が必ずしも明らかにされていな
いため、どのような物理化学的特性のP −SiNを形
成すれば前記の如き不安定現象全半導体装置に生じさせ
ないか、という問題点は未だ解明されていなかったが、
この問題点の解明ばP −SiNの物理化学的特性及び
組成並びに膜形成条件等における境界条件を明ら力・に
すると同時[P−8iNの評価方法を確立することにも
つなかるため、極めて重要である。
告に於ては、その現象とp −siNの物理化学的組成
との対応関係や境界条件が必ずしも明らかにされていな
いため、どのような物理化学的特性のP −SiNを形
成すれば前記の如き不安定現象全半導体装置に生じさせ
ないか、という問題点は未だ解明されていなかったが、
この問題点の解明ばP −SiNの物理化学的特性及び
組成並びに膜形成条件等における境界条件を明ら力・に
すると同時[P−8iNの評価方法を確立することにも
つなかるため、極めて重要である。
この発明の目的は前記の如き種々の不安定現象
′を生じさせる恐れのない物理化学的性質のP−8iN
膜を備えた半導体装置を提供することにある。
′を生じさせる恐れのない物理化学的性質のP−8iN
膜を備えた半導体装置を提供することにある。
不発明者らは、p−5iNの光学的重性がP −SiN
の物理化学的組成を最も的確に表すことに着目し、P
−SiNの光学的特性を調査することにより前記不安定
現象を半導体装置に生じさせないP−8−iNの物理化
学的特性の境界条件を見出し、その結果、[)1局(2
不安定現象を生じる恐れのないp−5iN膜盆イ」した
゛1′導体装置を得ることができた。すなわち、この発
明による半導体装置は特許請求の範囲第1項及び第4項
に記載された光学的特性のP−3iN膜を有したもので
あり、この光学的特性すな4−)ち物理的性Jjlを有
するP−8iN膜を形成することにより前記不安定現象
を生じない信頼性の高い半導体装置を提供することがで
きる。
の物理化学的組成を最も的確に表すことに着目し、P
−SiNの光学的特性を調査することにより前記不安定
現象を半導体装置に生じさせないP−8−iNの物理化
学的特性の境界条件を見出し、その結果、[)1局(2
不安定現象を生じる恐れのないp−5iN膜盆イ」した
゛1′導体装置を得ることができた。すなわち、この発
明による半導体装置は特許請求の範囲第1項及び第4項
に記載された光学的特性のP−3iN膜を有したもので
あり、この光学的特性すな4−)ち物理的性Jjlを有
するP−8iN膜を形成することにより前記不安定現象
を生じない信頼性の高い半導体装置を提供することがで
きる。
この発明の詳細な説明する前VC第1図乃至第41¥l
参照してこの発明の基礎となる事実及びそれに関連する
実験結果等について説明しておく。
参照してこの発明の基礎となる事実及びそれに関連する
実験結果等について説明しておく。
第1図はP −SiN膜を有する半導体装置の電気的特
性を調査するための試料として製作したMNStN(M
etal−Nitride−8emiconducto
r )の夕゛イメー−ドの断面図であり、該ダイオード
は以下のようにシテ作らn fc。まず、AM、T社P
LASMA−’11100平行平板型プラズマCVD装
置にP型半導体基板1を装入し、(S IH,s 十N
H3+ N2 )を成分とする反応ガスを用いて該基板
1上に約1000^厚さのP −SiN膜2を形成した
。次に、その全面に、AIを蒸着し、更に該Al ’f
fフォトエツチングしてその一部を残すことによりAI
電極6を形成した。しかる後、このダイオ−ドラ485
℃のN2ガ・ス雰囲気中で30分間加熱処理して試料と
した。試料は反応ガス組W、を変えることにより15f
、!I!類のものを製作し、各試料に対して以下のよう
にI−V特性とC−V特性とを調査した。
性を調査するための試料として製作したMNStN(M
etal−Nitride−8emiconducto
r )の夕゛イメー−ドの断面図であり、該ダイオード
は以下のようにシテ作らn fc。まず、AM、T社P
LASMA−’11100平行平板型プラズマCVD装
置にP型半導体基板1を装入し、(S IH,s 十N
H3+ N2 )を成分とする反応ガスを用いて該基板
1上に約1000^厚さのP −SiN膜2を形成した
。次に、その全面に、AIを蒸着し、更に該Al ’f
fフォトエツチングしてその一部を残すことによりAI
電極6を形成した。しかる後、このダイオ−ドラ485
℃のN2ガ・ス雰囲気中で30分間加熱処理して試料と
した。試料は反応ガス組W、を変えることにより15f
、!I!類のものを製作し、各試料に対して以下のよう
にI−V特性とC−V特性とを調査した。
第2図は該試料のI−V特性(電流−電圧特性)を示す
図で、同図に於て縦座標は電流■の対数値10デ■を表
し、横座標は電界強度Eの平方根Jを表している。、ま
た、同図の各線の添字#1.tt2・・・・・・は試料
番号を表している。
図で、同図に於て縦座標は電流■の対数値10デ■を表
し、横座標は電界強度Eの平方根Jを表している。、ま
た、同図の各線の添字#1.tt2・・・・・・は試料
番号を表している。
6告 第2図から、P−3iNの高電界下におけるキ
ャリヤの伝導機構がPool−Frenkel伝導に従
っていることかわかる。また、反応ガスの組成により同
一電界強度に対する電気伝導度が9〜10桁も異なって
くるのがわかった。従って、この事実から、P −Si
Nの絶縁性はP−8iN形成時の反応ガス組□成に犬き
く依存していることが明らかになった。
ャリヤの伝導機構がPool−Frenkel伝導に従
っていることかわかる。また、反応ガスの組成により同
一電界強度に対する電気伝導度が9〜10桁も異なって
くるのがわかった。従って、この事実から、P −Si
Nの絶縁性はP−8iN形成時の反応ガス組□成に犬き
く依存していることが明らかになった。
第6図は各試料に対する電界強度とF、1at、 Ba
nd電圧V の変動量ΔVFBとの関係を示したもので
B あり、△VFBは各試料に電界を印加した時のC−v特
性から求めたものである。なお、各試料のC−v特性の
測定は各試料を室温にて1分間だけ電界を印加した後に
行ったものである。
nd電圧V の変動量ΔVFBとの関係を示したもので
B あり、△VFBは各試料に電界を印加した時のC−v特
性から求めたものである。なお、各試料のC−v特性の
測定は各試料を室温にて1分間だけ電界を印加した後に
行ったものである。
第6図を参照すると、各試料の■FB変動は印加し
電界強度の増大とともに増ン2、かつ注入型となってお
す、捷だ、各試料毎にVFB変動量が異なっていること
がわかる。このようなMNSダイオードの■FB変動ハ
Sl基板もし9<ハ電極からキャリヤがP−8iN中の
トラップに注入捕獲されて空間電荷を形成するために生
じると考えられるので、■FB変動の少ない試料はど、
そのP −SiN膜中のトラップも少なく且つ膜欠陥密
度も低いと結論できる。
す、捷だ、各試料毎にVFB変動量が異なっていること
がわかる。このようなMNSダイオードの■FB変動ハ
Sl基板もし9<ハ電極からキャリヤがP−8iN中の
トラップに注入捕獲されて空間電荷を形成するために生
じると考えられるので、■FB変動の少ない試料はど、
そのP −SiN膜中のトラップも少なく且つ膜欠陥密
度も低いと結論できる。
更に第2図及び第6図を参照すると、試別番号が増加す
るに従って電気伝導度と膜欠陥密度が共に減少する一方
、電気絶縁性は試料番号の増加に伴って増大し、試料番
号が大きいものほど電界に対し安定したP −SiN膜
を有していることがわかる。
るに従って電気伝導度と膜欠陥密度が共に減少する一方
、電気絶縁性は試料番号の増加に伴って増大し、試料番
号が大きいものほど電界に対し安定したP −SiN膜
を有していることがわかる。
以上のように、反応ガス組成の相異により、得られるP
−8iN膜の電気的性質が変化することが明らかになり
1.また反応ガス組成とp−5iNの電気的特性との対
応関係を得ることができたが、P−8iNの物理化学的
構造と電気的特性及び反応ガス組成との対応関係が得ら
れていないため、どのよう々物理化学的組成のp−5i
Nを形成すれば所望の電気的特性が実現されるかという
問題は第1図及び第2図のデータのみでは解決すること
ができない。
−8iN膜の電気的性質が変化することが明らかになり
1.また反応ガス組成とp−5iNの電気的特性との対
応関係を得ることができたが、P−8iNの物理化学的
構造と電気的特性及び反応ガス組成との対応関係が得ら
れていないため、どのよう々物理化学的組成のp−5i
Nを形成すれば所望の電気的特性が実現されるかという
問題は第1図及び第2図のデータのみでは解決すること
ができない。
そこで本発明者らUP−8iNの物理化学的構造と電気
的特性及び反応ガス組成との対応関係を把握するために
以下の如き実験によりP−3iNの光学的特性を測定し
、これによりp−5iNの化学的もしくは物理的構造と
その電気的特性との対応関係、及びP−8iNの化学的
及び物理的構造と膜形成条件との対応関係を得ることが
できた。その結果、所望の電気的特性を備えるためのP
−SiNの物理化学的構造の境界条件が得られ、また
、不安定現象を生じない半導体装置が得られた。
的特性及び反応ガス組成との対応関係を把握するために
以下の如き実験によりP−3iNの光学的特性を測定し
、これによりp−5iNの化学的もしくは物理的構造と
その電気的特性との対応関係、及びP−8iNの化学的
及び物理的構造と膜形成条件との対応関係を得ることが
できた。その結果、所望の電気的特性を備えるためのP
−SiNの物理化学的構造の境界条件が得られ、また
、不安定現象を生じない半導体装置が得られた。
試別となるP−8iN膜は厚さ1Mの透明石英板の上に
前記と同じ平行平板型プラズマCVD装置を使用して形
成した。作製した試料の種類は11種類であり、各試別
の番号はMNSダイオードの試料番号に対応している。
前記と同じ平行平板型プラズマCVD装置を使用して形
成した。作製した試料の種類は11種類であり、各試別
の番号はMNSダイオードの試料番号に対応している。
各試料のP−8iN膜は前記と同じ組成の反応ガス(す
なわち、SiH4+NH3,N2の各成分ガスを含み、
各成分ガスの含有比率を各試料毎に変えたもの)を用い
て前記MNSダイオードの試料作製と同じ条件で形成さ
れた。各試料のP −SiN膜の膜厚は前記MNSダイ
オードの場合の10倍の10000Xとした。
なわち、SiH4+NH3,N2の各成分ガスを含み、
各成分ガスの含有比率を各試料毎に変えたもの)を用い
て前記MNSダイオードの試料作製と同じ条件で形成さ
れた。各試料のP −SiN膜の膜厚は前記MNSダイ
オードの場合の10倍の10000Xとした。
このようにして作製した試料に対して光を照射して透過
光を測定した。
光を測定した。
第4図は各試料の透過光スペクトルを示したもので、同
図に於て縦座標は透過率(%)、横座標は波長(nm)
を示す。
図に於て縦座標は透過率(%)、横座標は波長(nm)
を示す。
ここで透過光の強度を工、入射光の強度kI。。
P−8iN膜の膜厚ヲt、αを光学吸収係数とすると、
Beer −Lam1ertの法則により前記諸変数間
にはI=I。C−atなる関係式が成立する。
Beer −Lam1ertの法則により前記諸変数間
にはI=I。C−atなる関係式が成立する。
そこで第4図に於てα=10 /log eにとり、I
−0,11oとなる波長を光学吸収端と定義して読み取
ると、試料#2から試料#11にかけて光学吸収端は3
547i!772から227.5 nnl ’′!!で
変化しており、絶縁性にすぐれ且つ膜欠陥密度の少ない
試別はど、光学吸収端が紫外部まで伸びていることがわ
かった。M −J 、 Rand等の報告によると、化
学量論的な組成を有する513N4膜の光学吸収端は2
2511mであるとされているから、試料#11はほぼ
化学量論的組成のSi3N、に近い組成を有しているこ
とになる。
−0,11oとなる波長を光学吸収端と定義して読み取
ると、試料#2から試料#11にかけて光学吸収端は3
547i!772から227.5 nnl ’′!!で
変化しており、絶縁性にすぐれ且つ膜欠陥密度の少ない
試別はど、光学吸収端が紫外部まで伸びていることがわ
かった。M −J 、 Rand等の報告によると、化
学量論的な組成を有する513N4膜の光学吸収端は2
2511mであるとされているから、試料#11はほぼ
化学量論的組成のSi3N、に近い組成を有しているこ
とになる。
従って、光学吸収端が短波長側にある試料はど組成的に
は化学量論的組成に近く、また、光学吸収端が長波長側
にある試料はど化学量論的組成から離れた化学的構造を
有していることになる。
は化学量論的組成に近く、また、光学吸収端が長波長側
にある試料はど化学量論的組成から離れた化学的構造を
有していることになる。
それ故、このように化学量論的組成から外れた構造なイ
」した窒化ノリコン膜には5i−N結合以外に5i−8
I結合の形で存在する過剰Siが含まitていると考え
らノL、また、この過剰SiK局在するSiの不飽和結
合すなわちダングリングボンドの不安′iJ二挙動によ
りそこに電荷が捕獲されて前記(ii)の如きフィール
ド反転現象や絶縁性の劣化などが生ずるものと考えらJ
する。
」した窒化ノリコン膜には5i−N結合以外に5i−8
I結合の形で存在する過剰Siが含まitていると考え
らノL、また、この過剰SiK局在するSiの不飽和結
合すなわちダングリングボンドの不安′iJ二挙動によ
りそこに電荷が捕獲されて前記(ii)の如きフィール
ド反転現象や絶縁性の劣化などが生ずるものと考えらJ
する。
第4図に示した実験結果は、P−8IN中の過剰S1ダ
ングリングボンドの影響を推定させるものであり、前記
フィールド反転現象とP −SiN膜の物理化学的構造
との対応関係を確立するための資11とじで好適である
が、前記(1)の現象とp−5iNの物理化学的構造と
の対応は更に別の観点から明らかVこする必委がある。
ングリングボンドの影響を推定させるものであり、前記
フィールド反転現象とP −SiN膜の物理化学的構造
との対応関係を確立するための資11とじで好適である
が、前記(1)の現象とp−5iNの物理化学的構造と
の対応は更に別の観点から明らかVこする必委がある。
R、B Fair 的の研究によれば、p−5rN中に
は焼結や高温C廿り等の方法で形成された窒化シリコン
)模と異なり、その組成中に20〜30 atorni
c係の水素”fsi−H及びN−Hの結合形態で含有し
ており、MO8半導体装置のチャンネル中で発生した熱
電子がP −SiN膜中に侵入した時に前記水素原子と
結合してP−8iNの物理化学的構造及び絶縁性を不安
定化し、その結果、該半導体装置の■。
は焼結や高温C廿り等の方法で形成された窒化シリコン
)模と異なり、その組成中に20〜30 atorni
c係の水素”fsi−H及びN−Hの結合形態で含有し
ており、MO8半導体装置のチャンネル中で発生した熱
電子がP −SiN膜中に侵入した時に前記水素原子と
結合してP−8iNの物理化学的構造及び絶縁性を不安
定化し、その結果、該半導体装置の■。
の変動が生ずるのであろうと菖われている。これを更に
ふえんすれば次のようになる。
ふえんすれば次のようになる。
一般にP −SiN中の水素は5i−HやN −Hの結
合形で“ 態−LPi−8iやNの不対電子を補償しているのでP
−8iNがその化学量論的組成からかけ離れた組成を有
していても初期C−■特性におけるトラ、プ密度は1×
10/cd以下となって比較的小さい値として現れる。
合形で“ 態−LPi−8iやNの不対電子を補償しているのでP
−8iNがその化学量論的組成からかけ離れた組成を有
していても初期C−■特性におけるトラ、プ密度は1×
10/cd以下となって比較的小さい値として現れる。
しかしながら、高電界を印加すると低温酸化膜や湿式酸
化膜におけると同様に次式の如<5l−n結合の解離が
起こり、Slの不対電子がトラップサイトとして作用す
ると考えられる。
化膜におけると同様に次式の如<5l−n結合の解離が
起こり、Slの不対電子がトラップサイトとして作用す
ると考えられる。
”I S 1− H””’% EE S’i +Hiこ
こにESiはN又は81と結合したS1原子であり、ま
た、I(1は格子間の水素原子、・は不対電子を示す。
こにESiはN又は81と結合したS1原子であり、ま
た、I(1は格子間の水素原子、・は不対電子を示す。
促って前記(])の現象とP−8−iNの物理化学的構
造及び組l戎とのχ;J応関係を明確にするためには、
P−8iN中の5I−n結合の数を推定できる実験を必
要とする。
造及び組l戎とのχ;J応関係を明確にするためには、
P−8iN中の5I−n結合の数を推定できる実験を必
要とする。
そit故、本発明者ラバ、P−8iN中ノ5i−I(結
合の看在数を観測するために以下の如き実験を行った、
この実験Vこ用いた試料は第4図の実験に用いた試別と
[1・]じであり、次のような条件で製作された。
合の看在数を観測するために以下の如き実験を行った、
この実験Vこ用いた試料は第4図の実験に用いた試別と
[1・]じであり、次のような条件で製作された。
すなわち、SII■4とN113及びN2ヲ含む反応ガ
スを用いてAIViT社PLASMA −iI平行平板
型プラズマCvD装置中で厚さ1Mの透明石英板上に厚
さ10000ÅのP−8iN膜を形成したものを試料と
した。他の条件&U1、成長温度360〜370℃。
スを用いてAIViT社PLASMA −iI平行平板
型プラズマCvD装置中で厚さ1Mの透明石英板上に厚
さ10000ÅのP−8iN膜を形成したものを試料と
した。他の条件&U1、成長温度360〜370℃。
tj ]” 、”yOk117.500W 、テボジン
ヨン圧力Q2torr。
ヨン圧力Q2torr。
Si II 150 re/mi nである。試料の種
類Ullfl類であり、各試f1のp−8iN膜の形成
に用いた反応ガスの組1戎は前記MNSダイオード及び
前記第4図の実験VC用いた試t1のf′[製に使った
反応ガス組成と同じであり、また、11!4形成条件も
同一である。
類Ullfl類であり、各試f1のp−8iN膜の形成
に用いた反応ガスの組1戎は前記MNSダイオード及び
前記第4図の実験VC用いた試t1のf′[製に使った
反応ガス組成と同じであり、また、11!4形成条件も
同一である。
従ってこの実験の試料及び第4図の実験の試料並びに前
記MNSダイオードはすべて同一試料番号のものは対応
しており、同−滅相番号のものは同一実験条件で論する
ことができる。
記MNSダイオードはすべて同一試料番号のものは対応
しており、同−滅相番号のものは同一実験条件で論する
ことができる。
」二記のようにして作製した11神類の試享1に対して
光it投射し、各試料の赤外吸収スペクトルにおける2
、 150 cm 付近の5i−H結合に基く吸収ピ
ークを求めた。
光it投射し、各試料の赤外吸収スペクトルにおける2
、 150 cm 付近の5i−H結合に基く吸収ピ
ークを求めた。
ここで、■を吸収ピークの透過光強度、■oを入射光の
強度、tを膜厚、αを赤夕)吸収係数とすると、こnら
の変数間にはBeer−1,amhertの法則によっ
て■二■oc なる関係式が成立する。
強度、tを膜厚、αを赤夕)吸収係数とすると、こnら
の変数間にはBeer−1,amhertの法則によっ
て■二■oc なる関係式が成立する。
観測した吸収ピーク■の値によって各吸収ピークに対応
する赤外吸収係数αを求めたところ、第1表の如き結果
が得られた。
する赤外吸収係数αを求めたところ、第1表の如き結果
が得られた。
第1表
第1表において、赤外吸収係数αの値ばP −SiN中
の5l−H結合の数に比例することから、試料番号が大
きいものほど、51−H結合の数が少ないことを意味し
ており、、 P−8iN形成時の反応ガスの組成がP’
−3iNの物理化学的構造に大きく影響していることが
わかる。ま/ヒ、第2図、第6図、第4図の実験結果と
併せて検削すると、P−8iN中の5i−H結合の数が
少ないほど、P−8iNの絶縁性もよく、半導体装置に
安定した動作特性を与える事がわかった。
の5l−H結合の数に比例することから、試料番号が大
きいものほど、51−H結合の数が少ないことを意味し
ており、、 P−8iN形成時の反応ガスの組成がP’
−3iNの物理化学的構造に大きく影響していることが
わかる。ま/ヒ、第2図、第6図、第4図の実験結果と
併せて検削すると、P−8iN中の5i−H結合の数が
少ないほど、P−8iNの絶縁性もよく、半導体装置に
安定した動作特性を与える事がわかった。
本発明者らは、前記と同様な実験を層間絶縁膜に対して
も実施し、その結果全検詐・1したところ、加した後の
VFB変動量が±IV以下の場合にば、半導体装置の動
作特性に不安定性を生じないことがわ刀・った。
も実施し、その結果全検詐・1したところ、加した後の
VFB変動量が±IV以下の場合にば、半導体装置の動
作特性に不安定性を生じないことがわ刀・った。
また、最終保護膜は、上記の条件に於′τ十分に安定し
た動作特性を示した。
た動作特性を示した。
以上の如き実験結果のうち、第2図及び第3図の結果及
び第4図と第1表の結果とを併せて検討すると、試料7
と試f49との間に臨界点が存在しその臨界点以上のP
−SiNならば、半導体装置に前記の如き不安定性を
生じさせぬことがわかった。
び第4図と第1表の結果とを併せて検討すると、試料7
と試f49との間に臨界点が存在しその臨界点以上のP
−SiNならば、半導体装置に前記の如き不安定性を
生じさせぬことがわかった。
そこで、この臨界点に対応する光学吸収端と赤外吸収係
数を求めたところ、臨界光学吸収端は光学吸収係数ki
o’/logeとした場合は23572772 テあり
、また、臨界赤外吸収係数は450 cノn−1であっ
た。
数を求めたところ、臨界光学吸収端は光学吸収係数ki
o’/logeとした場合は23572772 テあり
、また、臨界赤外吸収係数は450 cノn−1であっ
た。
以上の試料作製に用いた平行平板型プラズマCVD装置
は前記り、fcヨうにAMT社PLASMA−11であ
るが、他の装置例えばI)WS社GL−450を用いた
場合にも、臨界光学吸収端が235 nmであり、臨界
赤外吸収係数が45 Q o〃−1であることは変りが
なかった。例えばGL−450を用い成長温度380℃
。
は前記り、fcヨうにAMT社PLASMA−11であ
るが、他の装置例えばI)WS社GL−450を用いた
場合にも、臨界光学吸収端が235 nmであり、臨界
赤外吸収係数が45 Q o〃−1であることは変りが
なかった。例えばGL−450を用い成長温度380℃
。
RF 440− kHz 250 j)7A 、デポジ
ション圧力1.Otorr。
ション圧力1.Otorr。
ガス総量1400cc/rninの条件の下で、光学吸
収端が235ツノ2ツノ以下となるのはNH3/51f
(4比が11以上の場合であり、赤外吸収係数が450
c)x−1以下であるのはNH3/S i H4此が
11〜12の場合であった。
収端が235ツノ2ツノ以下となるのはNH3/51f
(4比が11以上の場合であり、赤外吸収係数が450
c)x−1以下であるのはNH3/S i H4此が
11〜12の場合であった。
この発F!Aは前記の如きP−8INK関する種々の研
究の結果に基いて得られたものであり、この発明は前記
の如き臨界点以上のP−8iNを層間絶縁膜もしくは最
終保護膜として備えた半導体装置を提供するものである
。
究の結果に基いて得られたものであり、この発明は前記
の如き臨界点以上のP−8iNを層間絶縁膜もしくは最
終保護膜として備えた半導体装置を提供するものである
。
以1にはこの発明によるP −SiN膜を有する半導体
装置の実施例を示す。
装置の実施例を示す。
実施例1
本発明の半導体装置の動作特性と本発明を適用し、ない
半導体装置とを比較するために二行類の半導体装置を製
作してその動作特性に比較した。実験に供する半導体装
置の母体として従来一般的に製造されているA1ゲー)
NチャネルMO8のエンハンスメント型トランジスタを
選び、これに光学吸収端λが23072772のP−3
iN’に最終保護膜として被着した本発明適用の第一の
供試体を製作するとともに、該母体に光学吸収端λ8が
354727720P−8iN′f1:最終保護膜とし
て被着した本発明不適用の第二の供試体を製作した。そ
して、これら二種類の供試体に温度150℃で1.5
MV/cmの電界強度を印加して両供試体のしきい値(
@hre sho ldl e ye L) V、hの
時間的変化を観測した。
半導体装置とを比較するために二行類の半導体装置を製
作してその動作特性に比較した。実験に供する半導体装
置の母体として従来一般的に製造されているA1ゲー)
NチャネルMO8のエンハンスメント型トランジスタを
選び、これに光学吸収端λが23072772のP−3
iN’に最終保護膜として被着した本発明適用の第一の
供試体を製作するとともに、該母体に光学吸収端λ8が
354727720P−8iN′f1:最終保護膜とし
て被着した本発明不適用の第二の供試体を製作した。そ
して、これら二種類の供試体に温度150℃で1.5
MV/cmの電界強度を印加して両供試体のしきい値(
@hre sho ldl e ye L) V、hの
時間的変化を観測した。
第5図はその結果を図示したもので、同図に於て縦座標
はしきい値電圧■th+横座標は時間(hour )の
対数である。また、曲線C7は光学吸収端λ8が364
n7nのP−SiN膜を有する本発明不適用の第二の
供試体のvth変化を示し、曲線り、は光学吸収端λ8
が23υ2mのP−8iN膜を有する本発明の供試体の
vth変、化全示す。
はしきい値電圧■th+横座標は時間(hour )の
対数である。また、曲線C7は光学吸収端λ8が364
n7nのP−SiN膜を有する本発明不適用の第二の
供試体のvth変化を示し、曲線り、は光学吸収端λ8
が23υ2mのP−8iN膜を有する本発明の供試体の
vth変、化全示す。
この図から明らかなように、本発明不適用の第二の供試
体におけるvthはバイアス印加開始後の比較的短い時
間(48時間〕内に急激に低下した後、それ以後は徐々
に増加しており、従って該第二の供試体の電気的特性は
明らかに不安定である。
体におけるvthはバイアス印加開始後の比較的短い時
間(48時間〕内に急激に低下した後、それ以後は徐々
に増加しており、従って該第二の供試体の電気的特性は
明らかに不安定である。
これに反して本発明適用の第一の供試体におけるvth
は一切の変動を示さず、従って本発明によればvth変
動のない安定した動作特性の半導体装置を得られること
が判る。
は一切の変動を示さず、従って本発明によればvth変
動のない安定した動作特性の半導体装置を得られること
が判る。
実施例2
前記の実施例1で使用したものと同型のAI ゲートN
チャンネルMO8のエンハンスメン) 型1−ランジス
タを供試体の母体とし、これに赤外吸収係数αが820
on−1のP−3iNを最終保護膜として被着した本発
明不適用の第一供試体を製作するとともに、該母体に赤
外吸収係数αが25ocm−1p−’siNを最終保護
膜と(〜て被着した本発明適用の第二供試体を製作した
。そして、これら二種類の供試体に温度150℃で15
M’V/cmの電界を印加して両供試体のしきい値電
圧■thの時間的変化全観測した。
チャンネルMO8のエンハンスメン) 型1−ランジス
タを供試体の母体とし、これに赤外吸収係数αが820
on−1のP−3iNを最終保護膜として被着した本発
明不適用の第一供試体を製作するとともに、該母体に赤
外吸収係数αが25ocm−1p−’siNを最終保護
膜と(〜て被着した本発明適用の第二供試体を製作した
。そして、これら二種類の供試体に温度150℃で15
M’V/cmの電界を印加して両供試体のしきい値電
圧■thの時間的変化全観測した。
第6図はその結果を図示したものである。図に於て、曲
線Cは本発明不適用の供試体のvthの変化を示し、直
線L2は本発明適用の供試体のVthの変化を示す。こ
の図刀・ら明らかなように、本発明適用の供試体ではV
thが全く変動しないのに対して、本発明不適用の供試
体ではvthが著しく変動しており、従って、本発明の
半導体装置では極めて安定した動作特性を得られること
がわかる。
線Cは本発明不適用の供試体のvthの変化を示し、直
線L2は本発明適用の供試体のVthの変化を示す。こ
の図刀・ら明らかなように、本発明適用の供試体ではV
thが全く変動しないのに対して、本発明不適用の供試
体ではvthが著しく変動しており、従って、本発明の
半導体装置では極めて安定した動作特性を得られること
がわかる。
実施例3
」−にAl電祢を形成したMNO8構造(Metal−
Nitride−Oxide−8erniconduc
tor ) の半導体装置を供試体としてフラットバ
ンド電圧VFBの変動を調べた。実験に供する供試体と
しで本発明適用のものに於ては光学吸収端λ8が230
72772のP−3iNを層間絶縁膜として被着し、不
発すJ不適用の供試体では光学吸収端λ8が3541i
mのP −SiNを層間絶縁膜として被着した。
Nitride−Oxide−8erniconduc
tor ) の半導体装置を供試体としてフラットバ
ンド電圧VFBの変動を調べた。実験に供する供試体と
しで本発明適用のものに於ては光学吸収端λ8が230
72772のP−3iNを層間絶縁膜として被着し、不
発すJ不適用の供試体では光学吸収端λ8が3541i
mのP −SiNを層間絶縁膜として被着した。
そして、これら2種類の供試体に対し温度200℃で1
分間だけ種々の強度の電界を印加してその時のC−■特
性からフラットバンド電圧■FBの変動を求めた。第7
図はその結果を図示1、たものであり、縦座標はvFB
(volt)、横座標は印加した電界強度E (MV/
cm)、曲線C3は不発り」不適用の供試体のvFB変
化、曲線C4は本発明適用の供試体のvFB変化を示す
。
分間だけ種々の強度の電界を印加してその時のC−■特
性からフラットバンド電圧■FBの変動を求めた。第7
図はその結果を図示1、たものであり、縦座標はvFB
(volt)、横座標は印加した電界強度E (MV/
cm)、曲線C3は不発り」不適用の供試体のvFB変
化、曲線C4は本発明適用の供試体のvFB変化を示す
。
同図から判るように、本発明適用の供試体でばVFBの
変動は殆んど生じないのに比して、本発明不適用の供試
体ではvFBが大幅に変動している。
変動は殆んど生じないのに比して、本発明不適用の供試
体ではvFBが大幅に変動している。
従って本発明によればVFRの変動のない半導体装置を
得られることが明らかになった。
得られることが明らかになった。
実施例4
実施例3と同型のMNO8構造の半導体装置を供試体の
母体として、この半導体装置の層間絶縁膜として赤外吸
収係数αが25 Q ctn のP−8iN’に被着し
たものを本発明適用の供試体とし、1だ、該半導体装置
の層間絶縁膜として赤外吸収係数αが820nn−”の
P −SiNを被着したものを本発明不適用の供試体と
した。そして、これら二種類の供試体に温度200℃に
於て1分間だけ種々の強度の電界を印加してその時のC
−■特性7:l)らフラットバンド電圧VI、I3の変
動を求めた。
母体として、この半導体装置の層間絶縁膜として赤外吸
収係数αが25 Q ctn のP−8iN’に被着し
たものを本発明適用の供試体とし、1だ、該半導体装置
の層間絶縁膜として赤外吸収係数αが820nn−”の
P −SiNを被着したものを本発明不適用の供試体と
した。そして、これら二種類の供試体に温度200℃に
於て1分間だけ種々の強度の電界を印加してその時のC
−■特性7:l)らフラットバンド電圧VI、I3の変
動を求めた。
第8図はその結果を図示したものであり、縦座標はyF
B (V O1t )、横座標は電界強度E (MV/
Cノリ、曲線C5は本発明適用の供試体の■FB変化、
曲線C6は本発明不適用の供試体のvFB変化を示して
いる。
B (V O1t )、横座標は電界強度E (MV/
Cノリ、曲線C5は本発明適用の供試体の■FB変化、
曲線C6は本発明不適用の供試体のvFB変化を示して
いる。
同図から判るように、本発明適用の供試体では”、;’
nの変!Ilbが殆んどないのに対して本発明不適用の
供試体では著しくvFBが変動している。従って本発明
によtLば安定した動作特性の半導体装置をmられるこ
とか明らかになった。
nの変!Ilbが殆んどないのに対して本発明不適用の
供試体では著しくvFBが変動している。従って本発明
によtLば安定した動作特性の半導体装置をmられるこ
とか明らかになった。
以上の如く、本発明によれば、安定した動作特性の半導
体装置を得るためのP −SiNに関する物理化学的特
性の境界条件すなわち臨界点が明ら力・にされ、また、
本発明によれば安定した動作特性の半導体装置を提供す
ることができる。
体装置を得るためのP −SiNに関する物理化学的特
性の境界条件すなわち臨界点が明ら力・にされ、また、
本発明によれば安定した動作特性の半導体装置を提供す
ることができる。
なお、前記の実施例では本発明による半導体装置の実施
例としてMOS型のもののみを示したが、本発明がバイ
ポーラ型の如き他の型式の半導体装置としても実現しう
ろことは明らかである。
例としてMOS型のもののみを示したが、本発明がバイ
ポーラ型の如き他の型式の半導体装置としても実現しう
ろことは明らかである。
第1図は本発明の基礎となる実験に使用したMOSダイ
オードの断面図、第2図は第1図のダイオードのI−V
特性を示す図、第6図は第1図のダイオードのC−■特
性から求めたフラットバンド電圧特性図、第4図は各種
組成のプラズマ窒化ンリコン膜に対する透過光スペクト
ルを示した図、第5図及び第6図は本発明による半導体
装置のしきい値電圧の変化と本発明によらない半導体装
置のしきい値電圧の変化とを比較して示した線図、第7
図及び第8図は本発明の半導体装置のフよ ラットバンド電圧Vl”Hの変化と本発明に命らない半
導体装置のフラットバンド電圧VFBの変化とを比較し
て示す線図である。 1・・P型半導体基板、2・・・プラズマ窒化シリコン
膜、6・・・A1電極。 第1図。 第2図 f (x toんW谷) 第3図 萎 塑嘴登 lぐイアス印力ロ時間 (hrs) (へ′イアxeu丁1度 150°C)第6図 0 10 10’ to5104
オードの断面図、第2図は第1図のダイオードのI−V
特性を示す図、第6図は第1図のダイオードのC−■特
性から求めたフラットバンド電圧特性図、第4図は各種
組成のプラズマ窒化ンリコン膜に対する透過光スペクト
ルを示した図、第5図及び第6図は本発明による半導体
装置のしきい値電圧の変化と本発明によらない半導体装
置のしきい値電圧の変化とを比較して示した線図、第7
図及び第8図は本発明の半導体装置のフよ ラットバンド電圧Vl”Hの変化と本発明に命らない半
導体装置のフラットバンド電圧VFBの変化とを比較し
て示す線図である。 1・・P型半導体基板、2・・・プラズマ窒化シリコン
膜、6・・・A1電極。 第1図。 第2図 f (x toんW谷) 第3図 萎 塑嘴登 lぐイアス印力ロ時間 (hrs) (へ′イアxeu丁1度 150°C)第6図 0 10 10’ to5104
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1500℃以下の温度で形成された窒化ソリコン膜を有
する半導体装置であって、該窒化シリコン膜は、その透
過光の光学吸収係数が下となる物理的性質を備えている
ことを特徴とする半導体装置。 2 窒化シリコン膜を最終保護膜として有している特許
請求の範囲第1項記載の半導体装置。 6 窒化シリコン膜を層間絶縁膜として有している特許
請求の範囲第1項記載の半導体装置。 4500℃以下の温度で形成された窒化シリコン膜を有
する半導体装置であって該窒化シリコン膜は、2,15
0CIl+−” @近の赤外吸収スペクトルに於て5j
−H結合に基〈赤外吸収係数が45Qnn−’以下とな
る物理的性質を備えていることを特徴とする半導体装置
。 5 窒化シリコン膜を最終保護膜として有している特許
請求の範囲第4項記載の半導f4・装fijt。 6 窒化シリコン膜を層間絶縁膜として有している特許
請求の範囲第4項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116193A JPS598341A (ja) | 1982-07-06 | 1982-07-06 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116193A JPS598341A (ja) | 1982-07-06 | 1982-07-06 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS598341A true JPS598341A (ja) | 1984-01-17 |
Family
ID=14681133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57116193A Pending JPS598341A (ja) | 1982-07-06 | 1982-07-06 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS598341A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6215857A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電界効果トランジスタの製造方法 |
| US5592004A (en) * | 1994-09-30 | 1997-01-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Silicon nitride film having a short absorption wavelength and surrounding crystal-like grain boundaries |
| JP2001514448A (ja) * | 1997-08-25 | 2001-09-11 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Pecvd窒化/酸窒化膜へのリン注入による不揮発性メモリセルの電荷損失の低減 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115785A (en) * | 1976-01-22 | 1977-09-28 | Western Electric Co | Process for coating substrate |
| JPS5519832A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-12 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Forming method of semiconductor device protective film |
-
1982
- 1982-07-06 JP JP57116193A patent/JPS598341A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115785A (en) * | 1976-01-22 | 1977-09-28 | Western Electric Co | Process for coating substrate |
| JPS5519832A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-12 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Forming method of semiconductor device protective film |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6215857A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電界効果トランジスタの製造方法 |
| US5592004A (en) * | 1994-09-30 | 1997-01-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Silicon nitride film having a short absorption wavelength and surrounding crystal-like grain boundaries |
| US5877095A (en) * | 1994-09-30 | 1999-03-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device having a silicon nitride film made of silane, ammonia and nitrogen |
| JP2001514448A (ja) * | 1997-08-25 | 2001-09-11 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Pecvd窒化/酸窒化膜へのリン注入による不揮発性メモリセルの電荷損失の低減 |
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