JPS6364355A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPS6364355A
JPS6364355A JP61207831A JP20783186A JPS6364355A JP S6364355 A JPS6364355 A JP S6364355A JP 61207831 A JP61207831 A JP 61207831A JP 20783186 A JP20783186 A JP 20783186A JP S6364355 A JPS6364355 A JP S6364355A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon nitride
nitride film
silicon
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61207831A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2723148B2 (ja
Inventor
Takahisa Kusaka
卓久 日下
Atsushi Hiraiwa
篤 平岩
Masami Ozawa
小沢 正実
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP61207831A priority Critical patent/JP2723148B2/ja
Publication of JPS6364355A publication Critical patent/JPS6364355A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2723148B2 publication Critical patent/JP2723148B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (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〕 本発明は、多層絶縁膜を構成要素として含む半導体装置
に係り、特に、半導体実績回路における蓄積容量素子用
絶縁膜の信頼度を向上するのに好適な半導体装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、MOSダイナミック型ランダム・アクセス・メモ
リ(動的動作・随時読出し書込み型記憶装置、以下DR
AMと略称する)のスj積容量部は。
シリコン基板上に平面的に形成され、その容気素子用絶
縁膜には、主にシリコン基板を直接酸化して得られるシ
リコン酸化(SiO2)膜が使われていた。半導体装置
の高集積化に伴って、素子の占める面積が益々減少し、
同装置の正常動作を確保するのに必要な電荷量を得るた
めには、蓄積容量部の絶縁膜を薄くする必要が生じる。
例えば4 p、%ピット以上の集積度を有するD RA
 Mを実現するためにはシリコン酸化膜の膜厚を10n
m以下にしなければならず、封圧劣化を生じ、半導体装
置の動作時に蓄積容量部が破壊しやすくなる。
この問題を解決するために考案されたのが積層構造型蓄
積容量素子である(例えば、公開時i’l公報昭56−
2377]号参照)。この発明は、メ・3子の縦方向を
積極的に利用するもので、蓄積容置素子をMoSトラン
ジスタ等の他素子の上に延在するように形成している。
このような構成により、平面的な面積が小さくても大き
な8駄を有し、10nm以上の絶縁膜を形成しても必要
な容量を確保することができる。本素子においては、多
結晶シリコン+a−hに絶縁1漠を形成することになる
が、多結晶シリコン膜を熱酸化して形成したシリコン酸
化j摸は、 膜質が悪いため、その耐圧は2〜5 M 
V /■と!it結晶結晶Si耐熱酸化形成したシリコ
ン酸化膜の耐圧に比へて低く、蓄積8穢を形成する際に
問題となっていた。
この耐圧劣化を解決する手段の一つとして、多結晶シリ
コン1ニス上にCVD法によりシリコン窒化)撲を堆積
するノJ法、あるいはこのシリコン窒化l模の上部をわ
ずかに酸化してシリコン酸化;[笥/シリコン窒化膜の
二層膜を形成する方法が考案されている。これらの膜を
容気素子用誘電体++qとして用いることにより、初期
耐圧不良の問題は解決する。
しかし、膜の信頼性、特に、経時的破壊特性に関しては
配慮されていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
蓄積容置素子用絶縁膜としては、実動作時の電圧を印加
した場合に5絶縁破壊寿命が十分マージンをもって10
年を越える必要があるが、上記従来技術では、この点に
関し配慮がなされていなかった。すなわち、絶縁膜の経
時的破壊特性について配慮がされておらず、信頼性の点
で問題があった。
本発明の目的は、上述のような蓄積容量部の信頼性の問
題を解決し、絶縁破壊寿命を長くできる新しい痛造の半
導体装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜をも
可成要素として含む多層絶縁膜を有する半導体装置にお
いて、シリコン窒化膜の膜厚を最適化することにより達
成される。
すなわち、本発明は、シリコン窒化膜のP−1さを約8
nm以下に設定することを要旨とする。
さらに、このシリコン窒化膜の膜厚は、約3nm以上で
あるのが望ましい。
〔作用〕
一般に、絶縁1tXJの絶縁破壊寿命と印加電界強度と
は強い相関関係があり、破壊寿命の電界依存性(゛電界
加速係数)が大きいほど低電界における破壊寿命は長く
なる。
本定明考らは、シリコン酸化1鴎とシリコン窒化膜の二
層構造膜の絶縁破壊寿命について検討した結果、シリコ
ン窒化膜厚が変化すると二人り膜全体の寿命が大きく変
化することを見出した。
第2図に、シリコン酸化膜/シリコン窒化11侍(シリ
コン窒化膜−1二にシリコン酸化1厚を形成した二層1
模を示す。以下、同様。)を寿命試験した際の、fil
界加速係数と窒化3λノ11との関係を示す。図の横軸
はシリコン窒化膜J’;、 (r+ m )を、縦軸は
電界加速係数(価/〜+V)を示す。図にJりいて、は
、シリコン窒化膜の初期膜厚が5nm、○はl On 
m、△は17nm、口は20nmの場合を示し、それぞ
れ該シリコン窒化膜を部分酸化して上記二層膜を形成し
たものである。
同図から明らかなように、酸化前のシリコン窒化膜膜厚
は5〜20nmまで様々であるが、酸化後の二層膜にお
いては、シリコン窒化膜トメが薄いほど電界加速係数が
大きく、低電界における破壊寿命も長くなることを確認
した。つまり、シリコン窒化膜厚が薄くなるほど寿命が
長くなり、特に、約8nm以下ではその効果が顕著とな
る。
第4図は、各種膜厚のシリコン酸化膜/シリコン窒化膜
の二層膜について、実使用時の′電界である2、5M、
V/amを印加し続けた場合の予測M壊寿命を示す図で
ある。図の4(4Φ11)はシリコン窒化膜厚(、、m
)を、縦軸は2 、5 M、 V / Qllを印加し
続けた場合に50%不良が生じた時間(秒)k示す。
絶縁膜をデバイスに使用する際には、破壊寿命が10年
+7−ジンの値を越える2蛍がある。マージンとしては
、製品保証::llk度150°Cを考慮して1.5桁
、およびこの絶縁膜の欠陥(0,01%不良と50%不
良との差)を考慮して2桁、合計3.5桁行度必要であ
る。つまり、破壊寿命が1012秒以」1心・3;1ど
なり、その条件を満足するのは1図からシリコン窒化膜
J7Xが約8nm以下の領域となる。
しかしながら、このような二層膜を用いる場合に、シリ
コン窒化膜厚を約3nm未満にすることは実用上難しい
。何故なら、窒化膜が薄くなった場合、部分的にシリコ
ン窒化II値の耐^を化性が失われ。
シリコン窒化膜の下地の多結晶シリコン膜の酸化が進行
し、著しく膜厚が不均一となるからである。
第5図に、初期シリコン窒化11莫Hを変化させて酸化
した場合、残りの窒化膜Jすをどの程度とすれば均一性
の良い膜が得られるかを調べた結果を示した。横軸は初
期シリコン窒化膜厚(nm) 、縦軸は酸化後のシリコ
ン窒化膜厚(nm)を示す。同図から明らかなように、
約3nm以」二のシリコン窒化膜が必要となる。
したがって、シリコン窒化膜厚を約3nm以上8nm以
下とすることにより、絶縁破壊寿命が長く、かつ均一な
膜厚のシリコン窒化膜を有する多層絶縁膜を得ることが
できる。
〔実施例〕
実施例 1 次に、絶縁ゲート型電界効果ダイオードを作製した場合
の本発明の第1の実施例を説明する。第3図(a)、(
b)は、この絶縁ゲート型電界効果ダイオードの製造工
程断面図である。
まず、第3図(a)に示すように、N型シリコン基板1
上に厚い素子分離用絶縁膜2を形成する。
次に、ダイオードの下部電極として、多結晶シリコン膜
3を(1,VD法により堆積した後、pocn。
を拡散源として多結晶シリコン膜3中にリン拡散を行う
次に、第3図(b)に示すように、低圧CVD法により
5iH2CEI2とNH,を雰囲気ガスとして用いてシ
リコン窒化膜を厚さ約10nm堆積した後、湿式酸化法
によりこのシリコン窒化膜を酸化して、シリコン酸化膜
(膜厚8nm)/シリコン窒化膜(膜厚5 nm)の二
層膜を形成する。さらに、多結晶シリコンIFaを堆積
し、該多結晶シリコン膜中にリンを拡散した後、パター
ン切りし、ダイオードの上部電極6を形成し、第3図(
b)に示す構造を得る。
このようにして作製した電界効果ダイオードの絶縁破壊
寿命−印加電界特性を第1図に示す。横軸は実効電界強
度(Mv/an)を示し、縦軸は絶縁破壊寿命(秒)を
示す、なお、同図には窒化膜の酸化斌が少ない二層膜(
シリコン酸化膜(膜厚3 nm) /シリコン窒化膜(
膜厚15nm))の特性を比較のために示した。
図から明らかなように、シリコン窒化膜の膜厚を小さく
することにより直線の1′ζ1き(すなわち、電界加速
係数)が大きくなり、その結果、実使用電界(2〜3M
V/n)における絶縁破壊寿命も10年に対して十分な
マージンを持ち得ると推測できる。また、上述した電界
加速係数のシリコン窒化膜膜厚依存性も第2図の結果と
同様であった。
すなわち1本実施例の)1を厚は5nmのシリコン窒化
膜を有する二層膜は、電界加速係数が大きく、低電界に
おける破壊寿命も長くなることを確認した。
実施例 2 次に、上記絶縁膜を用いた別の実施例として。
分離絶縁膜や素子領域上に形成することのできる信頼度
の優れたキャパシタの構造について述べる。
第6図は1M積キャパシタと転送トランジスタを有する
DRAM用メモリセルの断面図である。
図において、61はP型シリコン基板、62は素子分離
用絶縁膜、63はゲート絶縁膜、64.65は高濃度N
型領域からなるソース、ドレイン、66は多結晶シリコ
ン膜からなるキャパシタの第一の電極、67.68は誘
電体膜となるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、69は
多結晶シリコン膜からなる第二の電極、70は層間絶縁
膜、71はアルミニウム配線からなるビット線、72.
73は多結晶シリコン膜からなる第1のワード線、第2
のワード線である。
このような構成のメモリセルにおいて、蓄積キャパシタ
の第一の電極66は、多結晶シリコン膜であり、この多
結晶シリコン膜」二に、本発明の構造によるシリコン酸
化膜68/シリコン窒化膜67の二層絶縁収が形成され
ている。膜厚は先の例と同じくシリコン酸化膜(8nm
) /シリコン窒化膜(5r+n+)である。このよう
なキャパシタの性能は先の例で示したキャパシタと等し
い特性を示し、特に破壊寿命に関しては実用」二十分な
値が得られた。
このように、素子領域や、素子分離絶縁膜領域上にキャ
パシタを形成することができるので1本発明は将来の高
集積メモリの製造において極めて有効である。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、経時的破壊特性
の優れた信頼性の高いシリコン酸化膜/シリコン窒化膜
を提供できる。また、本発明を蓄積容量のJ m体物質
として用いることにより、実使用電界における絶縁破壊
寿命を10年に対して十分のマージンを持たせることが
できる。従って。
本発明を半導体集積回路に適用した場合の装首の信頼性
が高まり、実用上極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第4図、第5図は本発明の詳細な説明
するための図、第:3i:51(a)、(b)および第
6図は本実施例の実施例を説明する断面図である。 1.61・・・シリコン基板 2.62・・素子分離用絶縁膜 3.6.66.69・・・多結晶シリコン電極4.67
・・・シリコン窒化膜 S、68・・・シリコン酸化膜 63・・・ゲート絶縁膜 64.65・・・ソース、ドレイン 70・・・層間絶縁膜 71・・・ビット線 72・・・第1のワード線 73・・・第2のワード線 代理人弁理士   中 村 純之助 督坏淀遠係敬(cq鶏− 矛3図 (a) (b) 5シlノコ〉酌ン化11失 矛4図 シリコレS4こ酒しソ(?1笥) 1’5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を構成要素と
    して含む多層絶縁膜を有する半導体装置において、上記
    シリコン窒化膜の厚さが約8nm以下であることを特徴
    とする半導体装置。 2、上記シリコン窒化膜の厚さが約3nm以上であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    。 3、上記シリコン窒化膜を下層とし、上記シリコン酸化
    膜を上層とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置。 4、上記シリコン酸化膜が上記シリコン窒化膜の一部を
    酸化した膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第3項に記載の半導体装置。 5、上記多層構造絶縁膜によって、容量素子の誘電体膜
    が構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体装置。
JP61207831A 1986-09-05 1986-09-05 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JP2723148B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61207831A JP2723148B2 (ja) 1986-09-05 1986-09-05 半導体装置の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61207831A JP2723148B2 (ja) 1986-09-05 1986-09-05 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6364355A true JPS6364355A (ja) 1988-03-22
JP2723148B2 JP2723148B2 (ja) 1998-03-09

Family

ID=16546237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61207831A Expired - Lifetime JP2723148B2 (ja) 1986-09-05 1986-09-05 半導体装置の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2723148B2 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59161861A (ja) * 1983-03-07 1984-09-12 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS6049662A (ja) * 1983-08-29 1985-03-18 Nec Corp 半導体装置の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59161861A (ja) * 1983-03-07 1984-09-12 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS6049662A (ja) * 1983-08-29 1985-03-18 Nec Corp 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2723148B2 (ja) 1998-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100216275B1 (ko) 반도체 기억장치 및 그 제조방법
US4907046A (en) Semiconductor device with multilayer silicon oxide silicon nitride dielectric
US6278150B1 (en) Conductive layer connecting structure and method of manufacturing the same
JPH0231865B2 (ja)
EP0575194B1 (en) Method for semiconductor device having capacitor
US5500544A (en) Dynamic random access memory cell and method for fabricating the same
JPH01756A (ja) 半導体装置,キャパシタ装置及びその製造方法
JPH07142607A (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
JP3694410B2 (ja) 集積回路内にコンデンサを製造する方法
US5742472A (en) Stacked capacitors for integrated circuit devices and related methods
US6251722B1 (en) Method of fabricating a trench capacitor
KR20010021015A (ko) 반도체 장치 및 집적회로 장치의 제조 방법
US6228701B1 (en) Apparatus and method for minimizing diffusion in stacked capacitors formed on silicon plugs
JP4011813B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
WO1992002955A1 (fr) Dispositif a semi-conducteur
JP3105288B2 (ja) 半導体集積回路装置の製造方法
JPS6364355A (ja) 半導体装置
JP2842770B2 (ja) 半導体集積回路およびその製造方法
JPH11135749A (ja) 半導体記憶装置
JPH05190797A (ja) 半導体記憶装置
US6833302B2 (en) Method for fabricating a memory cell
JPH0414862A (ja) 半導体装置
KR20000053449A (ko) 반도체 장치 및 집적회로 디바이스
JPS6110271A (ja) 半導体装置
JPH0427154A (ja) 半導体記憶装置

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term