JPS61206231A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS61206231A
JPS61206231A JP60047032A JP4703285A JPS61206231A JP S61206231 A JPS61206231 A JP S61206231A JP 60047032 A JP60047032 A JP 60047032A JP 4703285 A JP4703285 A JP 4703285A JP S61206231 A JPS61206231 A JP S61206231A
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diffusion layer
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清輝 小林
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にシリコン
基板上面に絶縁破壊の起こしにくいシリコン酸化膜を形
成する方法に関するものである。
[従来の技術] 第4図は従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
図において、従来の半導体装置では、シリコン基板1上
面に熱酸化法で形成したシリコン酸化膜3を、電極4(
たとえば、多結晶シリコン電極)とシリコン基板1!!
lの絶縁族として使用している(第4図の左側部)。ま
た、シリコン酸化膜3の形成前に、たとえば砒素、a、
ボロンなどの不純物拡散層2をシリコン基板1上面に形
成し、この不I@物拡散層2上面にシリコン酸化WA3
を形成し、さらにこのシリコン酸化膜3上面に電極4を
形成することで、シリコン酸化113を、f11極4と
シリコン基板1Mまたは電l1i4と不純物拡散層2@
の絶縁膜として使用し・ている場合もある(第4邑の右
側部)。
熱酸化法で形成したシリコン酸化膜の絶縁破壊電界は約
10MV/cm程度と言われているが、10MV/c−
より低い電界に対しても、シリコン酸化膜は電界印加時
間の経過に伴って絶縁破壊を起こす。このように、誘電
体族が電界印加時間の経過に伴って絶縁破壊を起こす減
少をTODB(rille ()epenaent  
D 1eleOtl”lc Breakdown:時間
依存性絶縁破壊)という。
半導体装置の動作時には、電極4とシリコン基板1また
は不純物拡散層2間に一定電界が印加されると、シリコ
ン酸化膜3は電界中にさらされる。
この電界印加によりシリコン酸化膜3がTODBを起こ
すと、電極4とシリコン基板1または不純物拡散層2間
が絶縁不良となり、半導体装置の故障となる。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の半導体装置は、シリコン基板上面に形成した不純
物拡散層を熱酸化して該シリコン基板上面にシリコン酸
化膜を形成し、これを絶縁膜として使用してきたが、上
記不純物拡散層の不純物の種類や濃度と、上記シリコン
酸化膜がTODBに至る時間の関係は考慮されておらず
、このため、上記シリコン酸化膜が絶縁破壊を起こすま
での時間が短くなる場合があるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するため −にな
されたもので、絶縁破壊を起こしにくいシリコン酸化膜
を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
[問題点を解決するための手段〕 この発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基板
上面に熱酸化法でシリコン酸化膜を形成する場合におい
て、該シリコン酸化膜の形成前に上記シリコン基板上面
に砒素拡散層を形成し、このとき該砒素拡散層の表面砒
素濃度を5X10’8〜5x1Q”cm−3となるよう
にし、上記砒素拡散層を熱酸化して上記シリコン基板上
面に上記シリコン酸化膜を形成する方法である。
[作用] この発明においては、シリコン基板上面の砒素拡散層の
表面砒素濃度を5X10’ am5×1016 CI 
−8と最適化することにより、上記シリコン酸化膜が絶
縁破壊を起こすまでの時間が長くなる。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図(a)〜(d )はこの発明の実施例である半導
体装置の製造方法の各工程段階における構造を示す断面
図である。この半導体装置の製造方法について説明する
と、第1図(a)において、1は結晶面(100)で比
抵抗0.5〜1.00CIのn形シリコン基板10であ
り、既存のプロセスを経て、n形シリコン基板10上面
に選択的にシリコン酸化s5(フィールド酸化膜)を形
成する6次に、n形シリコン基板10上面に砒素の注入
を、加速電圧50KVで注入量が0.lX10”cs−
2、5x10”am−’、  1 xlQ”cs−2、
2X10”  CI−2、3x  1 Q”  am−
2、4xl QI S c−一2の7通りの条件の場合
について行なう[第1図(b)1.次に、900℃の酸
素雰囲気でlIP!Jが約30OAのシリコン酸化膜を
n形シリコン基板10上面に形成し、1050℃の窒素
雰囲気で20分間熱処理を行なった優、この300Aの
シリコン酸化膜を除去すると、第1図(C)に示すよう
に、n形シリコン基板10上面に砒素拡散層20が形成
される。このとき、砒素拡散f120の表面砒素濃度を
SIMS(Seaondary  I On  1yl
ass 5pectrosetry : 2次イオン質
量分析′@貨)で測定する。次に、以上と同じ工程を経
た別の砒素拡散層20を、1000℃で窒素希釈した酸
素雰囲気で熱酸化し、第1図(d )に示すように、こ
の砒素拡散層20上面に膜厚が約100Aのシリコン酸
化1130を形成する。次に、シリコン酸化1IS30
上面に電極となる多結晶シリコン膜40をCVD法で形
成した後、既存の写菖製版、エツチン゛グ技術を用いて
バターニングすると第1図(d >となる。
以上の工程を経て形成された各半導体装置において、多
結晶シリコン膜40とシリコン酸化1130とn形シリ
コン基板10からなるMOSキャパシタ(山積は約0.
511111I2)の多結晶シリコン−40とn形シリ
コン基板10I!Iに、9.6MV/CIの電界を多結
晶シリコン111140が高電位になるように印加し、
シリコン酸化!1130の絶縁破壊の時間依存性を調べ
た。その結果がfI112図で、横軸に電界印加時間(
単位二秒)を、縦軸にシリコン酸化膜が絶縁破壊したた
め絶縁不良を起こしたMOSキャパシタの割合(単位二
%)を示し、砒素注入量をパラメータとしている。第2
図Et3いて、上述の各条件で形成されたM OSキャ
パシタの絶縁不良の割合が全MOSキャパシタの50%
に達した時間を求めてこれを縦軸にとり、前述のように
S IMSを用いて測定した表面砒素81度を横軸にと
りプロットしたグラフを第3図に示す。砒素注入最を0
として形成したMOSキャパシタの絶縁不良の割合が全
MOSキャパシタの50%に達した時間は、第3図中に
矢印で示されており、この時間は、表面砒素濃度が5X
1019cm−’のMOSキャパシタの絶縁不良の割合
が全MOSキャパシタの50%に達した時間に匹敵して
いる。
この図から判るように、n形シリコン基板10上面に表
面砒素濃度が5X10’ 8〜5 X 1019C1l
l−’の砒素拡散層20を形成し、この砒素拡散層20
を熱酸化して形成したシリコン酸化1130は、n形シ
リコン基板10上面に砒素拡散層20を形成せずに、こ
のn形シリコン基板10を熱酸化して形成したシリコン
酸化膜と比べて一定電圧下で絶縁破壊を起こすまでの時
間が長く、したがって絶縁破壊を起こしにくい。また、
上記の表面砒素濃度が5X10’8〜5X10” cm
−□の場合のシリコン酸化1130は、表面砒素濃度が
5X10I9ca+−’より高い砒素拡散層20゛を熱
酸化して形成したシリコン酸化Ill 30と比べて一
定電界下で絶縁破壊を起こすまでの時間が長く、したが
〕で絶絶縁環を起こしにくい。このため、上記の表面砒
素濃度が5X1018・〜5x10”CI−’の場合の
シリコン酸化膜30をゲート絶縁膜とするトA OS主
11バシタは、他のMOSキャパシタより高い信領性を
有する。
[発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、シリコン基板上面に砒
素拡@層を形成し、このとき該砒素拡散層の表面砒素濃
度を5X10’8〜5X10”C「3となるようにし、
上記砒素拡散層を熱酸化して上記シリコン基板上面にシ
リコン酸化膜を形成するので、上記シリコン基板上面の
上記砒素拡散層の表面砒素濃度が最適化され、絶縁破壊
を起こしにくいシリコン酸化膜を有する半導体装置の製
造が可能となり、このため故障を起こしにくい高信頼性
の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a )〜(d)はこの発明の実施例である半導
体装置の製造方法の各工程段階における構造を示す断面
図である。 第2図は一定電界下で絶縁不良を起こしたMOSキャパ
シタの割合を電界印加時間に対してプロットしたグラフ
である。 第3図は50%のMOSキャパシタが絶縁不良を起こし
た時間を砒素拡散層表面での砒素濃度に対してプロット
したグラフである。 第4図は従来の半導体装置の構造を示す断面図である。 図において、1はシリコン基板、10はn形シリコン基
板、2は不純物拡散層、20は砒素拡散層、3.30は
シリコン酸化膜、4は電極、40は多結晶シリコン膜(
電極)、5はシリコン酸化膜(フィールド酸化膜)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 5: シリコ〉酸イヒ巳徴  1o:n形>リコ〉慕渾
巨硅秦り苓藺含赳二り賠 MOSキヤjでジター1合          (aム
)第3図 4醐鴫表面2噛社七訪

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン基板上面に、表面砒素濃度が5×10^1^8
    cm^−^3〜5×10^1^9cm^−^3の砒素拡
    散層を形成した後、前記表面砒素濃度の前記砒素拡散層
    を熱酸化法で酸化して前記シリコン基板上面にシリコン
    酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP60047032A 1985-03-08 1985-03-08 半導体装置およびその製造方法 Granted JPS61206231A (ja)

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