CN100464427C - 评估栅极绝缘膜的特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种栅极绝缘膜3，由作为主要材料的绝缘无机材料形成，该绝缘无机材料包含硅和氧。栅极绝缘薄3包含氢原子。当在室温下利用傅立叶变换红外光谱测量从未受到电场作用的绝缘膜时，波数在830cm^-1至900cm^-1范围内的红外线辐射吸光率的一部分小于波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率和波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率。此外，在波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为770cm^-1的红外线辐射吸光率之间差值的绝对值定义为A，而波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为990cm^-1的红外线辐射吸光率之间差值的绝对值定义为B的情况下，则A和B满足关系：A/B是1.8或大于1.8。

Description

评估栅极绝缘膜的特性的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件、电子器件及电子设备。

背景技术

近来，在含有半导体集成电路的器件中，为了提高其高集成度，每个元件的尺寸趋向于日益小型化。例如，在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中，例如，栅极绝缘膜(栅极绝缘层)的厚度变为小于10nm，因此，难以确保绝缘膜的抗电介质击穿性。

栅极绝缘膜的电介质击穿包括时间零点电介质击穿(Time ZeroDielectric Breakdown，TZDB)和时间相关电介质击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)。TZDB是栅极绝缘膜的初始失效，表示在电介质应力(如电压应力、电流应力或类似应力)作用的时刻，大量泄漏电流流入绝缘膜的电介质击穿。另一方面，TDDB是，从电介质应力作用时起已经过去了一段时间，而不是在电介质应力正好作用在栅极绝缘膜的时刻，在栅极绝缘膜中发生的电介质击穿的现象。

此外，TDDB被分为硬击穿(HBD)和软击穿(SBD)。HBD是众所周知的电介质击穿，击穿后，大量的泄漏电流流入绝缘膜。另一方面，SBD是流过的泄漏电流大于初始绝缘状态，但小于HBD发生以后的一种状态

HBD是相对高的电介质应力作用于绝缘膜时所发生的电介质击穿。一旦HBD发生时泄漏电流流过，即使绝缘膜仍然保留且此后不再有电介质应力作用其上，其绝缘特性也不能恢复。另一方面，SBD是低电介质应力作用其上时所经常发生的电介质击穿。其绝缘特性可以恢复的情况是，如果绝缘膜被保留，且泄漏电流发生后不再有电介质应力作用其上。因此，其中发生有SBD的MOSFET可以起到半导体器件(半导体元件)的作用，尽管其绝缘特性变得不稳定。而且，随着时间的推移，SBD可能转变为HBD。

此外，还有称作应力感应泄漏电流(SILC)的低电场泄漏电流，如电介质应力作用之后的退化一样。除了在绝缘膜上增加泄漏电流的效果以外，SILC还作为TDDB的前体来吸引人们的注意。就此而言，即使已经进行了各种检测，每个SILC和SBD还是存在很多不清楚之处。SBD还被称为“B模式SILC(B-mode)”，因此，SILC和SBD之间的区别不清楚。

在绝缘膜的这些退化模式中，SBD和SILC在使栅极绝缘膜变薄的方面存在特别的问题。在栅极绝缘膜(栅极氧化膜)的厚度等于或小于10nm的情况下，在10MV/cm或更小的低电场强度范围内(即电场强度是10MV/cm或更小范围的低电压范围)，经常发生退化，而这变为阻碍栅极绝缘膜变薄的主要原因。

例如，日本公开专利申请No.2002-299612公开了一种半导体器件的绝缘膜(栅极绝缘膜)，其中，为了防止SILC的发生，氢原子密度降到一预定值。但是，上述的专利申请主要针对防止SILC的发生，因此，在此申请中，既没有检测也没有讨论SBD的发生。就此而言，绝缘膜中的每个氢原子以分子氢的状态存在，或者以与绝缘膜中的任一组成元素连接的状态而存在。但是，此专利申请只限定了氢原子的总数。根据本发明人的意见，可以认为，仅通过降低绝缘膜中的氢原子总数来阻止SBD的发生是有困难的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括绝缘膜的半导体器件，该绝缘膜即使是在绝缘膜变薄的情况下也可以防止SBD或SILC发生，而且具有高的抗诸如SILC、TZDB、或TDDB的电介质击穿性(即可以提高对于SILC、TZDB、或TDDB的绝缘特性)。本发明的另一目的是提供高度可靠的包含上述半导体器件的电子器件和电子设备。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，本发明针对含有绝缘膜的半导体器件。绝缘膜是由作为主要材料的绝缘无机材料形成，而该绝缘无机材料包含硅和氧。绝缘膜还包含氢原子。半导体器件具有这样的特性，当在室温下利用傅立叶变换红外光谱来测量从未受电场作用的绝缘膜时，波数在830cm^-1至900cm^-1范围内的红外线辐射的至少一部分吸光率(absorbance，吸收率)既小于波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率又小于波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率，而且，如果波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为770cm^-1的红外线辐射吸光率之间的差值的绝对值定义为A，而波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为990cm^-1的红外线辐射吸光率之间的差值的绝对值定义为B，则A和B满足下面的关系：A/B是1.8或大于1.8。

这就使得，即使在绝缘膜变薄的情况下也可能防止SBD或SILC的发生，而且可能具有高的抗诸如SILC、TZDB、或TDDB的电介质击穿性(即可能会提高对于SILC、TZDB、或TDDB的绝缘特性)。

在本发明的半导体器件中，优选地，除了硅和氧以外，绝缘无机材料还包括氮、铪、锆、和铝中的至少一种。

这使得有可能提高绝缘膜的紧密性、稳定性及介电常数。

在本发明的半导体器件中，优选地，至少部分氢原子中的每个氢原子被氘原子所替代。

这使得有可能提高绝缘膜的抗电介质击穿性。

在本发明的半导体器件中，优选地，绝缘膜的平均厚度为10nm或小于10nm。

根据本发明，有可能显著地提高膜厚度在上述范围内的绝缘膜的抗电介质击穿性。

在本发明的半导体器件中，优选地，半导体器件包括栅电极及用于绝缘栅电极的栅极绝缘膜，而且栅极绝缘膜是绝缘膜形成。

这使得有可能防止栅极绝缘膜的电介质击穿，因此有可能提高本发明的半导体器件的特性。

在本发明的半导体器件中，优选地，半导体器件适于在栅电压作用于栅电极的情况下使用，这样，绝缘膜中的电场强度为10MV/cm或小于10MV/crm。

根据本发明，有可能显著提高半导体器件中的绝缘膜的抗电介质击穿性，该半导体是在这样的应用电压下使用的。

在本发明的半导体器件中，优选地，沿膜厚度方向流过栅极绝缘膜的泄漏电流是9×10^-9A/cm²或小于9×10^-9A/cm²，该泄漏电流是在栅电压作用于栅电极的状态下测量的，这样，绝缘膜中的电场强度是5MV/cm或小于5MV/cm。

这使得在使用本发明的半导体器件时，有可能进一步防止栅极绝缘膜的电介质击穿。

在本发明的半导体器件中，优选地，在绝缘膜中发生软击穿之前，沿膜厚度方向流过栅极绝缘膜的电荷总量是40C/cm²或大于40C/cm²。

这使得在使用本发明的半导体器件时，有可能进一步防止栅极绝缘膜的电介质击穿。

在本发明的半导体器件中，优选地，在绝缘膜中发生硬击穿之前，沿膜厚度方向流过栅极绝缘膜的电荷总量是100C/cm²或大于100C/cm²。

这使得在使用本发明的半导体器件时，有可能进一步防止栅极绝缘膜的电介质击穿。

在本发明的半导体器件中，优选地，傅立叶变换红外光谱是多反射衰减全反射方法(Multi-Reflection Attenuated Total ReflectionMethod)。

这使得有可能测量具有高灵敏度的红外线辐射的吸光率。

此外，在本发明的另一方面，本发明是针对电子器件的。本发明的电子器件包括上述的半导体器件。

这使得有可能获得具有高可靠性的电子器件。

而且，在本发明的再一方面上，本发明针对电子设备。本发明的电子设备包括上述的电子器件。

这使得有可能获得具有高可靠性的电子设备。

附图说明

参考附图，从下面的本发明优选实施例的详细描述中，本发明的上述及其他目的、特性及优点将变得显而易见。

图1是显示了根据本发明的一实施例的包含绝缘膜的半导体器件的纵向横截面视图。

图2是显示了绝缘膜的分子结构的示意图。

图3是显示了绝缘膜的分子结构的示意图。

图4是显示了从SiO₂膜获得的红外吸收谱实例的附图。

图5A-5H是说明图1所示半导体器件制造方法的纵向横截面视图。

图6是显示了电子器件实施例的分解透视图，其中，将本发明的电子器件应用于透射(transmission)液晶显示器。

图7是显示了可移动(或膝上型)个人电脑结构的透视图，本发明的电子设备应用于该电脑上。

图8是显示了便携式电话(包括个人手机系统)的透视图，本发明的电子设备应用于该便携式电话上。

图9是显示了数字照相机结构的透视图，本发明的电子设备应用于该照相机上。

图10是显示了从实例1和对比实例1中的绝缘膜中的每一膜获得的红外吸收谱的附图。

图11是显示了电场强度变化与泄漏电流变化之间关系的曲线图，该电场强度及泄漏电流均是在实例1和对比实例1中的绝缘膜中测得的。

具体实施方式

在下文中，将相对于本发明优选实施例来描述本发明的半导体器件、电子器件及电子设备。就此而言，本发明的半导体器件在绝缘膜方面具有特性，该绝缘膜适用于半导体器件的栅极绝缘膜。

半导体器件

首先，将描述本发明的半导体器件。

图1是示出了半导体器件的纵向横截面视图，该半导体器件包括根据本发明一实施例的绝缘膜。图2和图3是结构示意图，它们都示出了绝缘膜的分子结构。现在，在参考图1的下面的说明中，为了方便说明，图1中的上侧和下侧分别指“上”和“下”。

图1所示的半导体器件1包括半导体衬底2、为了覆盖半导体衬底2而设置的栅极绝缘膜3、以及夹层绝缘膜4(interlayerinsulating film)。半导体衬底2包括单元分离结构24(elementseparate structure)、沟道区21(channel region)、源区22，以及漏区23。半导体器件1还包括：栅电极5，其设置为通过栅极绝缘膜3而朝向沟道区21；导电部61(conductive portion)，其设置于夹层绝缘膜4上并处于栅电极5的上方；导电部62，其设置于夹层绝缘膜4上并处于源区22的上方且起到源电极的作用；导电部63，其设置于夹层绝缘膜4上并处于漏区23上方且起到漏电极的作用；接触插头71(contact plug)，将栅电极5电连接至导电部61；接触插头72，将源区22电连接至导电部62；以及接触插头73，将漏区23电连接至导电部63。

半导体衬底2由半导体材料形成，该半导体材料包括，例如硅(如多晶硅、非晶硅、或类似物)，锗，砷化镓。如上所述，半导体衬底2具有单元分离结构24，而沟道区21、源区22、和漏区23设置在由单元分离结构24分隔开的区域中。

而且，在半导体衬底2中，源区22形成于沟道区21的一侧部，而漏区23形成于沟道区21的另一侧部。单元分离结构24构造成诸如SiO₂的绝缘材料嵌入沟槽中。这使得有可能将相邻的元件电分离开，因此，有可能防止相邻元件之间的互相干扰。

举例来说，沟道区21由本征半导体形成。每个源区22和漏区23均由半导体材料形成，例如，其中本征半导体掺杂了诸如P⁺(磷离子)的n型杂质。应该注意，每个沟道区21、源区22和漏区23都不限于此。例如，每个源区22和漏区23都可以构造成由半导体材料形成，其中本征半导体掺杂了p型杂质。而且，沟道区21可以构造成由半导体材料形成，其中本征半导体掺杂了p型或n型杂质。

这种半导体衬底2被绝缘膜(即栅极绝缘膜3和夹层绝缘膜4)所覆盖。夹在沟道区21和栅电极5之间的绝缘膜部(栅极绝缘膜3)作为在沟道区21和栅电极5之间产生的电场的通道。

本实施例的半导体器件具有此栅极绝缘膜3结构上的特点。后文中将详细描述这一点(特点)。

夹层绝缘膜4的组成材料没有特别地受到限制，例如，诸如SiO₂、TEOS(ethyl silicate，硅酸乙酯)、聚乙烯硅氮烷(poly-silazane)的硅系化合物可以用作夹层绝缘膜4的组成材料。另外，例如，夹层绝缘膜4可以由各种树脂材料、各种陶瓷材料或类似材料中的任何一种来形成。导电部61、62和63设置于夹层绝缘膜4上。如上所述，导电部61形成于沟道区21的上方，而导电部62、63分别形成于源区22和漏区23的上方。

而且，在栅极绝缘膜3和夹层绝缘膜4中，在形成沟道区21、源区22和漏区23的区域中，分别形成有与栅电极5连通的孔部(接触孔)、与源区21连通的孔部、以及与漏区23连通的孔部。接触插头71、72和73分别设置于这些孔部中。

导电部61通过接触插头71连接至栅电极5。导电部62通过接触插头72连接至源区22。导电部63通过接触插头73连接至漏区23。

其次，将讨论栅极绝缘膜3的结构。在本发明中，栅极绝缘膜3由绝缘无机材料形成，该绝缘无机材料包含作为主要材料的硅和氧。栅极绝缘膜3还包含氢原子。

本发明的绝缘膜3的特点是，当利用傅立叶变换红外谱在室温下测量从未受到电场作用的绝缘膜3时，波数在830cm^-1-900cm^-1范围内的红外线辐射的至少一部分吸光率既小于波数为830cm^-1的红外线辐射的吸光率又小于波数为900cm^-1的红外线辐射的吸光率，并且，在波数为830cm^-1的红外线辐射的吸光率与波数为770cm^-1的红外线辐射的吸光率之间的差值的绝对值被定义为A，而波数为900cm^-1的红外线辐射的吸光率与波数为990cm^-1的红外线辐射的吸光率之间的差值的绝对值被定义为B的情况下，则A与B满足下面的关系：A/B是1.8或大于1.8。

就此而言，当入射光强度和透射光强度分别被定为I_o和I时，吸光率用log(I_o/I)的值表示。红外线辐射吸光率的变化与存在于栅极绝缘膜3中的原子团的特定结构的数量成比例。

在下文中，将作为一实例具体描述栅极绝缘膜3由SiO₂膜构成的情况，该SiO₂膜由氧化硅(SiO_Z，0<Z≤2，即SiO和SiO₂)作为主要材料而制成。

具体地说，如图2所示，SiO₂膜是由基本上完整的Si-O键合的三维网络构成的，该网络是通过将一个硅原子与四个氧原子配位及将一个氧原子与两个硅原子配位而形成的。SiO₂膜处于无定形状态，其中，化学键的方向性变得紊乱。当通过热氧化方法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学汽相淀积)方法或后面所述的类似方法形成SiO₂膜时，由于气体存在于含有分子氢和氢原子的大气中，氢原子不可避免地混入到SiO₂膜的内部。

如图3所示，氢原子以Si-OH结构32或Si-H结构33以及分子氢(H₂)的形式存在于SiO₂膜内部。在这种情况下，任何氢原子都会分别地与Si-O键结构或不完整的配位结构31发生反应，以形成Si-OH结构32和Si-H结构33，结果是，它们影响了栅极绝缘膜3组成材料的电子结构(电子态)。

本发明的发明人，通过第一主电子结构仿真，坚持不懈地验证并发现了Si-OH结构34，其中一个氧原子与三个其它原子(在图3中，两个Si原子和一个H原子)配位。另外，发明人发现，由于Si-OH结构34与OSiO结构相互影响(相互作用)所发生的电介质应力，电介质击穿频繁发生。结果是，发明人发现，Si-OH结构34与OSiO结构的相互作用越大(即，栅极绝缘膜3中存在的Si-OH结构34越多)，流过栅极绝缘膜3的泄漏电流越多(越容易发生TZDB)。

另一方面，发明人证实，Si-OH结构32或Si-H结构33不会促成电流，因为这些结构是稳定地存在于栅极绝缘膜3中的。

而且，发明人还发现，Si-OH结构34易受到外电场的影响，并通过外电场增加而稳定，结果是，由于电介质应力(即SILC)造成的泄漏电流可能增加，由此可以解释SBD的产生机制。接着，发明人发现，以上这些原因导致了易于发生HBD。

就此而言，通过使用例如傅立叶变换红外光谱检测(测量)这些结构的弯曲振动可以确定Si-OH结构34和OSiO结构相互影响(相互作用)的程度。已经知道只有当红外线辐射波数处于750-1000cm^-1范围内时，才发生源自Si-OH结构34和OSiO结构的弯曲振动的红外线辐射吸收。

在SiO₂膜中，当红外线辐射波数处于750-1000cm^-1范围内时，红外吸收谱的变化响应于Si-OH结构34和OSiO结构的存在比例及其间相互作用的程度。这里，当SiO₂膜的红外线辐射波数处于750-1000cm^-1范围内时，红外吸收谱实例如图4所示。

如图4所示，可以检测到红外吸收谱是一复杂模式，其中，峰值大约为830cm^-1的曲线1和峰值大约为900cm^-1的曲线2重叠，并且，波数处于830cm^-1-900cm^-1范围内的红外线辐射吸光率中的一部分(具体地说，波数处于840cm^-1-860cm^-1范围内的红外线辐射吸光率)小于波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率。就此而言，虽然图4中示出了波数处于830cm^-1-900cm^-1范围内的红外线辐射吸光率中的一部分小于波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率的情况，但是，红外吸收谱可能还具有红外线辐射吸光率中的一部分小于波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率的模式。

本发明人还发现，如果两条曲线1和2满足预定的关系，具体地说，如图4所示，当波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为770cm^-1的红外线辐射吸光率之间的差值的绝对值被定义为A，而波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为990cm^-1的红外线辐射吸光率之间的差值的绝对值被定义为B时，如果A和B满足下列关系：A/B是1.8或大于1.8，则有可能有效地防止SiO₂膜中SBD的发生。

而且，如上所述，发明人发现，Si-OH结构34的数量随电介质应力的强度和时间而增加。因此，发明人发现，从未受到电介质应力作用的栅极绝缘膜3中的Si-OH结构34的数量越少(即Si-OH结构34和OSiO结构的相互影响程度越小)，栅极绝缘膜3的抗电介质击穿性越好。

因为这个原因，这样的SiO₂膜(绝缘膜)具有更好的抗电介质击穿性，因为在该SiO₂膜中很难发生SILC、TZDB、SBD、或HBD，在该SiO₂膜中，当利用傅立叶变换红外光谱在室温下测量从未受到电场作用的绝缘膜时，A和B满足关系：A/B是1.8或大于1.8。即当检验具有此范围吸光率的栅极绝缘膜3时，栅极绝缘膜3几乎可以通过一般的电介质击穿检验(即TZDB或TDDB检验)。

而且，其中栅极绝缘膜采用这种SiO₂膜的半导体器件1可以获得稳定的特性和耐久性能。就此而言，为了评估绝缘膜的抗电介质击穿性，必须大量地重复检验以获得统计数据，并且要花费很长的时间，执行这样检验的成本也增加。而且，当然，因为绝缘膜的绝缘性遭到了破坏，检验过的绝缘膜不可能再作为产品而使用。

因此，本发明的使用红外线辐射吸光率的方法是通用方法(评估方法)，因为此方法易于实施且不需要大量时间和成本，同时还可以在不影响绝缘膜的情况下确定绝缘膜的抗电介质击穿特性(非破坏性方法)。这里，在指明红外线辐射吸光率与Si-OH结构34和OSiO结构相互影响(相互作用)程度的对应关系(在本发明中，A/B是1.8或大于1.8)时，绝缘膜(SiO₂膜)是从未受到电介质应力作用的膜，同时对于室温下(常温)测得的红外线辐射吸光率的解释(测量过程中应力未作用于绝缘膜的情况下)，表明了其与试验结果的一致性(绝缘膜中测得的红外线辐射吸光率以及根据吸光率所获得的A/B的值)，而且也是非常对应的。

就此而言，如上所述，A和B可能满足关系：A/B是1.8或大于1.8。但是，优选地，A/B是2.0或大于2.0，更优选地，A/B是2.2或大于2.2。这有可能更安全地避免栅极绝缘膜3(SiO₂膜)的电介质击穿(如SBD、SILC)。而且，通常地，栅极绝缘膜3的电介质击穿随着频繁的使用(电压频繁地作用于栅电极5)更易于发生。但是，通过将A/B的关系限制在上述范围内，即使半导体器件1已经频繁地使用，Si-OH结构34的数量还是可以控制在适当的范围内。这使得有可能更安全地避免栅极绝缘膜3的电介质击穿。

如上所述的栅极绝缘膜3的组成材料(绝缘无机材料)并不仅限于由氧化硅作为主要材料而形成的一种材料，栅极绝缘膜3可以包含硅和氧以外的其它元素(其它元素的原子)。优选地，其它元素包括氮、铪、锆、和铝中的至少一种。例如，通过包含氮原子，有可能提高栅极绝缘膜3的紧密性。而且，例如，通过包含氮、铪、锆、或铝，有可能提高栅极绝缘膜3的稳定性及其介电常数。

后文将描述上述栅极绝缘膜3的形成方法及半导体器件1的制造方法。

栅极绝缘膜3中的至少部分氢原子中的每个氢原子可以由氘原子代替。这使得有可能进一步降低对于外电场的不稳定结构(在该结构中，氢原子与绝缘无机材料的组成元素中除硅以外的其它元素结合)。结果是，有可能提高栅极绝缘膜3的抗电介质击穿性。

优选地，栅极绝缘膜3的平均厚度(平均膜厚度)是10nm或小于10nm，而更优选地，厚度范围是大约1nm至7nm。通过将栅极绝缘膜3的厚度限制在上述范围内，有可能使得半导体器件1充分地变小。此外，尤其当栅极绝缘膜3的厚度变得如上述范围那么薄时，容易频繁地发生SBD。因此，将本发明应用到具有这样较薄膜厚度的栅极绝缘膜3中，有可能显著地发挥本发明的作用。

优选地，在傅立叶变换红外光谱中特别应用了多反射衰减全反射(ATR)方法，以测量红外线辐射的吸光率。多反射衰减全反射方法是，在重复地将红外线辐射全反射到被测样品表面之后，检测反射光的一种方法，并且具有一些优点，包括(1)因为红外线辐射为全反射，光输出高，(2)因为信号(反射光信号)被多反射放大，有可能获得反射光的高敏感度。

此外，优选地，半导体器件1适于在栅极电压作用于栅电极5的情况下使用，从而栅极绝缘膜3中的电场强度是10MV/cm或小于10MV/cm。更优选地，栅极绝缘膜3中的电场强度是5MV/cm或小于5MV/cm。在上述电场强度范围内，更易于发生SILC或SBD。但是，在这样的电场强度下使用栅极绝缘膜3的情况下，通过应用本发明，有可能获得防止SILC或SBD显著发生的效果。

就此而言，当超过上述上限的较高电场强度作用于栅电极5时，恐怕会发生不可逆转的电介质击穿(即HBD)。

而且，优选地，沿膜厚度方向流经栅极绝缘膜3的泄漏电流是9×10^-9A/cm²或小于9×10^-9A/cm²，该泄漏电流的测量状态是栅极电压作用于栅电极5上，从而绝缘膜中的电场强度是5MV/cm或小于5MV/cm。更优选地，泄漏电流是5×10^-9A/cm²或小于5×10^-9A/cm²。通过在栅极绝缘膜3中满足这样的条件，当使用半导体器件1时，栅极绝缘膜3不易发生电介质击穿。

此外，在计时时刻是向栅极绝缘膜3供应恒电流而产生SBD(软击穿)的情况下，在该时刻首先产生小电压改变，优选地，沿膜厚度方向流经栅极绝缘膜3的电荷总量，在栅极绝缘膜3中发生软击穿(SBD)以前，是40C/cm²或大于40C/cm²。更优选地，电荷总量是75C/cm²或大于75C/cm²。通过在栅极绝缘膜3中满足这样的条件，当使用半导体器件1时，栅极绝缘膜3不易发生电介质击穿。

而且，在计时时刻是HBD(硬击穿)的情况下，在该时刻产生剧烈电压改变，优选地，沿膜厚度方向流经栅极绝缘膜3的电荷总量，在栅极绝缘膜3中发生硬击穿(HBD)以前，是100C/cm²或大于100C/cm²。更优选地，电荷总量是200C/cm²或大于200C/cm²。通过在栅极绝缘膜3中满足这样的条件，当使用半导体器件1时，栅极绝缘膜3不易发生电介质击穿。

基于图1至图3所示的优选实施例，已经描述了包括栅极绝缘膜3的本发明半导体器件1的结构，但是具有上述特点的绝缘膜也可以应用于本发明半导体器件1的夹层绝缘膜4中。

半导体器件的制造方法

接下来，将描述图1所示的半导体器件的制造方法。图5A至图5H是用于说明图1所示半导体器件制造方法的纵向横截面视图。现在，在下面的参考图5A至图5H的说明中，为了方便说明，图5A至图5H中的上侧和下侧分别用“上”和“下”表示。

<1>如图5A所示，通过硅局部氧化(LOCOS)方法或类似方法，半导体衬底2的表面上形成有沟槽元件分离结构24。因此，在半导体衬底2表面上，元件形成区被隔开。

<2>其次，通过在半导体衬底2中进行离子体掺杂而形成阱(well)。例如，在形成p型阱(p-well)的情况下，诸如B⁺离子或类似物的P型杂质，被掺杂进半导体衬底2中，而在形成n型阱(n-well)的情况下，诸如P⁺离子或类似物的N型杂质，被掺杂进半导体衬底2中。

<3>然后，如图5B所示，在半导体衬底2上形成栅极绝缘膜3。

I：氧化硅膜

在二氧化硅(SiO₂)膜作为栅极绝缘膜3而形成的情况下，例如，可以采用热氧化方法、CVD(化学汽相淀积)方法或类似方法。

I-1：热氧化方法

热氧化方法是通过向加热的硅衬底上供应含有氧原子的气体而在硅衬底(半导体衬底2)表面上形成二氧化硅膜的方法。优选地，加热温度范围是300-1,000℃，更优选地，是大约500-800℃的范围。

因为加热时间是根据所需的二氧化硅膜厚度而适当设置的，所以加热时间没有特别的限制。例如，在加热温度设定在上述范围内的情况下，优选地，加热时间的范围是大约10-90分钟，更优选地，加热时间的范围是大约20-60分钟。此外，例如，分子氧(纯氧)、臭氧、过氧化氢、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或类似物可以认为是含有氧原子的气体。这些种类之一或这些种类中的两种或两种以上的组合可以作为含有氧原子的气体来使用。

l-2：CVD方法

CVD方法是，通过将含有二氧化硅前体和氧原子的气体引入到恒压作用下的箱室中并加热硅衬底(半导体衬底2)，而在硅衬底(半导体衬底2)表面上形成二氧化硅膜的方法。二氯磺酞、六氯苯、disilanete、四(烃基氨基)硅烷(trakis(hydrocarbyl-amino)silane)、tris(hydrocarbyl-amino)silane及类似物质可以认为是氧化硅的前体。这些种类之一或这些种类中的两种或两种的组合可以作为氧化硅的前体来使用。

例如，分子氧(纯氧)、臭氧、过氧化氢、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或类似物可以认为是含有氧原子的气体。这些种类之一或这些种类中的两种或两种以上的组合可以作为含有氧原子的气体来使用。此外，优选地，加热温度范围是300-1,000℃，更优选地，是大约500-800℃的范围。

因为加热时间是根据所需的二氧化硅膜厚度而适当设置的，所以加热时间没有特别的限制。例如，在加热温度设定在上述范围内的情况下，优选地，加热时间的范围是大约10-90分钟，更优选地，是20-60分钟的范围。而且，优选地，箱室内的压力(真空度)的范围是大约0.05Torr(6.67Pa)至760Torr(即大气压力1.013×10⁵Pa)，更优选地，是大约0.1Torr(13.3Pa)至500Torr(6.67×10⁵Pa)的范围。此外，优选地，二氧化硅前体与含有氧原子的气体的混合比率(分子比，mole ratio)的范围是大约10:1至1:100，更优选地，是大约1:2至1:10的范围。

II：氮氧化硅膜

在氮氧化硅(SiON)膜作为栅极绝缘膜3而形成的情况下，例如，可以利用含氧原子气体与含氮原子气体的混合气体来代替1-2所述CVD(化学汽相淀积)方法中的含氧原子气体来形成氮氧化硅(SiON)膜。例如，氨、肼、烷基联氨化合物、叠氮化氢、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或类似物可以认为是含氮原子的气体。这些种类之一或这些种类中的两种或两种以上的组合可以作为含氮原子气体来使用。另外，例如，通过在含氮气(N₂)的大气中向二氧化硅膜实施热处理，可以获得氮氧化硅(SiON)膜。

III：硅酸铪膜、硅酸锆膜及硅酸铝膜

在硅酸铪(HfSiO)膜、硅酸锆(ZrSiO)膜、或硅酸铝(AlSiO)膜作为栅极绝缘膜3而形成的情况下，例如，可以采用CVD(化学汽相淀积)方法、PVD方法(物理汽相淀积，如真空蒸发方法)、溅射方法或类似方法。

此外，通过混合两种或两种以上化合物，其中每一种均作为栅极绝缘膜3而构成绝缘膜(即二氧化硅膜、氮氧化硅膜、硅酸铪膜、硅酸锆膜、及硅酸铝膜)，并通过实施上述的一种方法(这里是溅射方法)或两种或两种以上的方法，有可能形成由多种化合物组成的栅极绝缘膜3。而且，例如，可以在含有水蒸汽(H₂O)的大气中向获得的栅极绝缘膜3实施热处理或类似处理。在这种情况下，优选地，加热温度范围是大约500-1200℃，更优选地，是700-1000℃范围。

在加热温度设定在上述范围内的情况下，优选地，加热时间范围大约是10-90分钟，更优选地，是大约20-60分钟的范围。而且，优选地，大气相对湿度范围是大约50-100％ RH，更优选地，是大约75-100％RH的范围。通过利用上述的方法和条件形成栅极绝缘膜3，有可能防止氢原子的混入。这使得有可能最大程度地降低Si-OH结构的存在数量，结果是，有可能避免Si-OH结构和OSiO结构发生相互作用。此外，还有可能在所获得的栅极绝缘膜3中更有保证地满足上述关系(即A/B是1.8或大于1.8)。

就此而言，例如，(A)在形成栅极绝缘膜3之后，在含有氘气(D₂)的大气中对栅极绝缘膜3实施热处理的方法；(B)在形成栅极绝缘膜3时，在含有重水蒸气(D₂O)的大气中对半导体衬底2热氧化的方法；(C)在形成栅极绝缘膜3之后，在含有氘化氨(ND₃)的大气中对栅极绝缘膜3实施热处理的方法；或类似的方法，可以认为是在栅极绝缘膜3中利用氘原子代替每个氢原子的方法。这些方法中的一种方法或这些方法中的两种或两种以上方法的组合可以作为，在栅极绝缘膜3中利用氘原子代替每个氢原子的方法来使用。

<4>然后，如图5C所示，在栅极绝缘膜3上形成导电膜51。例如，可以通过CVD方法在栅极绝缘膜3上淀积多晶硅或类似物来形成导电膜51。

<5>然后，例如，通过光刻方法或类似方法，在导电膜51上形成与栅极绝缘膜3的形状匹配的抗蚀剂掩模。接着，通过具有蚀刻作用的抗蚀剂掩模可以除去导电膜51的不需要部分。因此，有可能获得图5D所示的栅电极5。物理蚀刻方法，如等离子蚀刻、反应性腐蚀、电子束蚀刻、光辅助蚀刻(photo assisted etching)，化学蚀刻方法，如湿法蚀刻，或类似的蚀刻方法，可以认为是这种蚀刻。此外，这些蚀刻方法中的一种方法或这些方法中的两种或两种方法的组合可以作为蚀刻方法来使用。

<6>然后，如图5E所示，通过将离子掺杂到半导体衬底2中的栅电极5的两侧，来形成源区22和漏区23。这时，在利用p型杂质形成阱的情况下，通过将诸如P⁺的n型杂质掺杂到栅电极5的两侧，来形成源区22和漏区23。另一方面，在利用n型杂质形成阱的情况下，通过将诸如B⁺的p型杂质掺杂到栅电极5的两侧，来形成源区22和漏区23。

<7>然后，如图5F所示，通过在半导体衬底2上淀积SiO₂或类似物，来形成夹层绝缘膜4，在衬底2上，利用CVD方法或类似方法，形成相应的部分。

<8>然后，例如，通过照相平板印刷法或类似方法，在夹层绝缘膜4上形成抗蚀剂掩膜，在抗蚀剂掩膜中，对应于接触孔的部分是敞口的。接着，通过具有蚀刻作用的抗蚀剂掩膜，除去夹层绝缘膜4的不需要部分。因此，如图5G所示，形成了接触孔41、42、和43，从而分别与沟道区21、源区22、和漏区23对应。

<9>然后，例如，通过CVD方法或类似方法，在夹层绝缘膜4上淀积导电材料而形成导电膜，该夹层绝缘膜4包括接触孔41、42和43的内部。

<10>然后，例如，利用照相平板印刷法或类似方法，在导电膜上形成与导电部形状相对应的抗蚀剂掩膜。接着，通过具有蚀刻作用的抗蚀剂掩膜，除去导电膜的不需要部分。因此，如图5H所示，形成了导电部61、62、和63以及接触插头71、72、和73，从而分别与沟道区21、源区22和漏区23对应。

通过上面所描述的步骤，就制成了半导体器件1。

电子器件

上述半导体器件1应用于不同类型的电子器件中。在下文中，将描述作为代表实施例的本发明电子器件应用于透射液晶显示器(LCD)的情况，该电子器件包括本发明的半导体器件1。

图6是示出电子器件实施例的分解透视图，其中本发明的电子器件应用于透射液晶显示器上。就此而言，为了避免附图过于复杂，图6中省略了透射LCD的一些部件(组件)。而且，在下面的参考图6的说明中，为了方便说明，图6中的上侧和下侧分别用“上”和“下”表示。

图6所示的透射液晶显示器10(下文中，透射液晶显示器将简称为“液晶显示器10”)，包括液晶面板(显示面板)20和后光(光源)60。液晶显示器10可以通过向液晶面板20透射来自后光60的光来显示图像(信息)。

液晶面板20具有第一板220和第二板230，它们彼此相向地设置。此外，在第一板220和第二板230之间设置有密封件(未示出)，这样，密封件就可以包围出一显示区。本身为电光材料的液晶容纳于第一板220、第二板230和密封件所限定的空间内，从而形成液晶层(媒介层，intermediary layer)240。即，液晶层240插入到第一板220和第二板230之间。

虽然省略了说明性的描述，由例如聚酰亚胺构成的定向膜设置于液晶层240的上、下表面中的每个表面上。组成液晶层240的液晶分子的方位(定向的方向)由这些定向膜控制。第一板220和第二板230中的每个板由，例如，不同类型玻璃材料、不同类型树脂材料和类似材料中的一种形成。

第一板220设置有：多个图像电极(picture electrode)223，其以矩阵方式排列在第一板的上表面221(即，朝向液晶层240的表面)上；扫描线224，均沿图6中的X方向延伸；信号线228，均沿图6中的Y方向延伸。每个图像电极223均是由具有透明性(光学透明性)的透明导电膜构成，并通过一个半导体器件(即本发明的半导体器件)1连接至一条扫描线224和一条信号线228。第一板220的下表面上设置有极化板225。

另一方面，第二板220设置有反向电极232，其是由第二板下表面231(即，朝向液晶层240的表面)上的多个条部(strip)组成的。这些反向电极232设置成基本上相互平行，从而相互之间可以间隔一预置距离并朝向图像电极223。图像电极223和反向电极232相互重叠的部分(包括邻近部)构成一个像素。通过在图像电极223和反向电极232之间充电和放电，而在每个像素中驱动液晶层240中的液晶，即改变液晶的定向状态。

反向电极232也由具有透明性(光学透明性)的透明导电膜组成，如同图像电极223。每个反向电极232的下表面上均设置有三个有色层中的每一个，三个有色层包括红(R)、绿(G)和兰(B)(滤色镜)233。这些有色层233被黑底(black matrix)234所划分。

黑底234具有光阻(light blockig)效应，并且由，例如，诸如铬、铝、铝合金、镍、锌、钛的金属或分散有碳或类似物的树脂制成。而且，在第二板230的上表面上设置有极化板235，该极化板的偏转轴(deflecting axis)不同于极化板225的偏转轴。

在具有这样结构的液晶面板20中，从后光60处发射的光，在被极化板225偏转之后，通过第一板220和图像电极223而进入液晶层240。进入液晶层240的光的强度被液晶调节，其中，每个像素的定向状态得以控制。强度调节光穿过有色层233、反向电极232和第二板230，接着被极化板235偏转而退出到液晶显示器10的外侧。因此，在液晶显示器10中，有可能，从第二板230的液晶层240的相对侧，看到彩色图像(包括移动图像和静止图像)，如字母、数字符号和图形(graphic form)。

就此而言，在上述的说明中，已经描述了作为代表实例的将本发明电子器件应用到有源矩阵驱动型(active matrix driving type)透射液晶装置上的情形。但是，本发明并不仅限于此。此外，有可能将本发明的电子器件应用到反射(reflective)液晶显示器、有机或无机的场致发光(electroluminescence)显示器及电泳(electrophoretic)显示器上。

电子设备

上述液晶显示器10(本发明的电子器件)可以作为每个不同类型电子设备的显示部分来使用。

图7是示出了采用本发明电子器件的可移动(或膝上型)个人电脑的透视图。参考图7，个人电脑1100设置有具有键盘1102的机体1104和显示单元1106。显示单元1106通过铰链部可旋转地支撑于机体1104上。在此个人电脑1100中，显示单元1106设置有上述的液晶显示器(电光装置)10。

图8是显示便携式电话(包括个人手机系统)结构的透视图，其采用本发明的电子器件。参考图8，便携式电话1200设置有多个按钮1202、听筒1204、话筒1206和显示部。显示部是上述液晶显示器(电光装置)10构成。

图9是显示数字照相机结构的透视图，其采用了本发明的电子器件。在此附图中，示意性地显示了数字照相机与其外部设备的连接。普通照相机在对象的光学图像基底上曝光银盐照相软片，而数字照相机1300，通过利用诸如电荷耦合器件(CCD)的成像器件光电地将对象的光学图像转换为成像信号，而产生成像信号(图像信号)。

上述液晶显示器10，作为机壳(机体)1302后表面上的显示部，而设置于数字照相机1300内。液晶显示器10响应CCD产生的成像信号而显示图像，并作为探测器来显示电子图像的对象。电路板1308设置于机壳1302内部。可以储存成像信号的存储器设置在电路板1308上。

而且，含有光学透镜(成像光学系统)、CCD、和类似物的光接收单元1304设置在机壳1302的前表面侧。当照相人确定显示部上显示有所照对象的图像时，按下快门按钮1306，此时的CCD的图像信号就转移到了电路板1308的存储器上并储存在存储器中。

此外，数字照相机1300中，视频信号输出端1312和用于数据通讯的输入/输出终端1314设置在机壳1302的侧表面上。如图9所示，如果需要，电视监控器1430和个人电脑1440分别连接至视频信号输出终端1312和用于数据通讯的输入/输出终端1314。而且，通过预定的操作，储存在电路板1308存储器中的图像信号输出到电视监视器1430或个人电脑1440上。

就此而言，除了图7所示的个人电脑(可移动个人电脑)1100、图8所示的便携电话1200和图9所示的数字照相机1300以外，本发明的电子设备还可以适当地应用于，例如，电视机、摄像机、探视器型或监视器直观型的磁带录像机、膝上型个人电脑、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(包括具有通讯功能的电子记事本)、电子字典、袖珍计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站，电视电话、用于防止犯罪的电视监视器、电子望远镜、POS(销售点)终端、具有触摸面板的设备(例如，金融机构的现金分发机、自动票据售卖机)、医疗卫生器材(例如，电子温度计、血压计、血糖计、心电图显示设备、超声波诊断设备、内诊镜显示器)、鱼探测仪、各种测量设备、量表(例如，汽车、飞机、船上及其它所用仪表)、飞行模拟器、任何其它类型的监视器、诸如放映机的投射型显示器或类似物。

基于附图所示的实施例，已经描述了根据本发明的半导体器件、电子器件和电子设备，但是应该注意到，本发明并不限于这些实施例。半导体器件、电子器件和电子设备中的相应部分可以利用完成相同功能的任意装置来代替。而且，其它任意部件也可以添加到本发明的半导体器件、电子器件和电子设备中。

实例

下面，将描述本发明的具体实施例。

1.绝缘膜的制造和评估

1-1.绝缘膜的制造

下面将描述实例1至6和对比实例1至5中的每个实例中形成的绝缘膜。

(实例1)

-1A-首先制备表面方向(100)p型硅晶衬底(Si(100)衬底)。硅晶衬底受到热氧化处理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基础层)。热氧化处理是在具有相对湿度为33％ RH的水蒸气(H₂O)的大气中，在750℃下进行的。获得的氧化硅膜的平均厚度为4.2nm。

-2A-然后，此氧化硅膜受到热处理，该热处理是在真空度为10^-7Pa，在80℃到1000℃的范围内加热速度为每分钟60℃的条件下进行的。通过实施上述步骤，获得绝缘膜。

(实例2)

通过执行与上述实例1相同的步骤，除了用重水蒸气(D₂O)大气代替上述步骤-1A-中的水蒸气(H₂O)大气，可以获得具有平均厚度为3.8nm的绝缘膜。

(实例3)

-1-首先制备表面方向(100)p型硅晶衬底(Si(100)衬底)。硅晶衬底受到热氧化处理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基础层)。热氧化处理是在具有相对湿度为33％ RH的水蒸气(H₂O)的大气中，在750℃下进行的。此外，当箱室内压力为0.02Pa且二氯甲硅烷氨(dichlorosilane ammonia)气体不间断地向箱室内供应时，CVD方法在650℃下实施40分钟。所获得的氮氧化硅膜的平均厚度为3.7nm。

-2B-然后，此氮氧化硅膜受到热处理，该热处理在具有相对湿度为95％ RH的水蒸气(H₂O)的大气中，在900℃下，实施五分钟。通过实施上述步骤，获得绝缘膜。

(实例4)

-1C-首先制备表面方向(100)p型硅晶衬底(Si(100)衬底)。硅晶衬底受到热氧化处理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基础层)。获得的氮氧化硅膜的平均厚度为10nm。就此而言，当电压(外加电压)作用于氮氧化硅膜从而氮氧化硅膜中的电场强度在5MV/cm至10MV/cm的范围内时，此氮氧化硅膜中的泄漏电流极高(1×10^-5A/cm²或更高)。

-2C-然后，利用CVD方法，在此氮氧化硅膜上形成硅酸铪膜。获得的硅酸铪膜的平均厚度为3.6nm。

-3C-然后，此硅酸铪膜受到热处理，该热处理在具有相对湿度为95％ RH的水蒸气(H₂O)大气中，在900℃下进行五分钟。通过实施上述步骤，获得绝缘膜。

(实例5)

通过执行与上述实例4相同的步骤，除了在上述步骤-2C-中利用CVD方法形成硅酸锆，可以获得具有平均厚度为3.9nm的绝缘膜。

(实例6)

通过执行与上述实例4相同的步骤，除了在上述步骤-2C-中利用CVD方法形成硅酸铝，可以获得具有平均厚度为4.1nm的绝缘膜。

(对比实例1)

通过执行与上述实例1相同的步骤，除了省略上述步骤-2A-，可以获得具有平均厚度为3.8nm的绝缘膜。

(对比实例2)

通过执行与上述实例3相同的步骤，除了省略上述步骤-2B-，可以获得具有平均厚度为3.8nm的绝缘膜。

(对比实例3)

通过执行与上述实例4相同的步骤，除了省略上述步骤-3C-，可以获得具有平均厚度为4.0nm的绝缘膜。

(对比实例4)

通过执行与上述实例5相同的步骤，除了省略上述步骤-3C-，可以获得具有平均厚度为3.6nm的绝缘膜。

(对比实例5)

通过执行与上述实例6相同的步骤，除了省略上述步骤-3C-，可以获得具有平均厚度为3.9nm的绝缘膜。

1-2.绝缘膜的评估

1-2-1.红外吸收谱的测量

对于实例1至6和对比实例1至5，利用多反射衰减全反射(ATR)方法，测量红外线辐射的吸收。在这种情况下，多反射衰减全反射(ATR)方法的测量条件如下。

FTIR设备：            IFS-120HR(Bruker制造)

光源：                SiC

检测器：              MCT

电子束分裂器：        Ge/KBr

分辨率：              4cm^-1

附件：                多反射ATR测量附件(Wilkes制造)

棱镜：                Ge

入射角：              60°

极化：                P极化

下面的表1中示出了实例1至6和对比实例1至5的每个实例所获得的绝缘膜中的上述A/B的值。就此而言，表1中的每个数值都是绝缘膜两个不同样品的平均值。例如，图10中显示了从实例1和对比实例1的绝缘膜中所获得的红外吸收谱(红外线辐射的吸收与波数之间的关系)。图10是显示从实例1和对比实例1的每个绝缘膜所获得的红外吸收谱的附图。

    表1

 

	绝缘膜	A/B
			买例1	二氧化硅膜	2.49
实例2	二氧化硅膜(含重氢的)	6.26
			实例3	氮氧化硅膜	6.82
实例4	硅酸铪膜	2.43
			实例5	硅酸锆膜	2.15
实例6	硅酸铝膜	2.41
			对比实例1	二氧化硅膜	1.24
对比实例2	氮氧化硅膜	1.55
			对比实例3	硅酸铪膜	0.95
对比实例4	硅酸锆膜	0.90
			对比实例5	硅酸铝膜	0.88

如表1和图10所示，实例1至6的每个实例中的绝缘膜的A/B值为1.8或大于1.8。另一方面，对比实例1至5的每个实例中的绝缘膜的A/B值大大地降低到1.8以下。

1-2-2.泄漏开始电压的测量

下面，当作用于每个绝缘膜的电场强度(即，外加电压值)改变时，测量实例1至6和对比实例1至5中的每个实例的泄漏开始电压。

表2示出了、电压作用于实例1至6和对比实例1至5中的每个实例时泄漏电流开始流动的电压值，而该电压值在0至5V的范围内变化。就此而言，表2的每个数值都是两个绝缘膜的平均值。例如，图11示出了实例1和对比实例1的绝缘膜中测得的电场强度(外加电压值)的变化和泄漏电流值的变化。

      表2

 

	绝缘膜	泄漏开始电压(V)
			实例1	二氧化硅膜	2.6
实例2	二氧化硅膜(含重氢的)	2.7
			实例3	氮氧化硅膜	3.0
实例4	硅酸铪膜	2.6
			实例5	硅酸锆膜	2.4
实例6	硅酸铝膜	2.4
			对比实例1	二氧化硅膜	0.7
对比实例2	氮氧化硅膜	0.9
			对比实例3	硅酸铪膜	0.6
对比实例4	硅酸锆膜	0.5
			对比实例5	硅酸铝膜	0.4

如表2和图11所示，泄漏电流在高外加电压(此例中为2.4V或大于2.4V)下在实例1至6中的每个实例的绝缘膜中开始流动。另一方面，泄漏电流在低外加电压(此例中为0.7V或小于0.7V)下在对比实例1至5中的每个实例的绝缘膜中开始流动。

1-2-3.泄漏电流的测量

下面，当作用于每个绝缘膜的电场强度(即，外加电压值)改变时，测量实例1至6和对比实例1至5中的每个实例的泄漏电流值的变化。在此情况下，将被测面积定为0.02039cm²。

下面的表3中示出了所测泄漏电流的最大值，该泄漏电流是在实例1至6和对比实例1至5的每个实例中所获得的绝缘膜中的电场强度范围为0--5MV/cm时测得的。就此而言，表3中的每个数值均为两个绝缘膜的平均值。

     表3

 

	绝缘膜	泄漏电流最大值(A/cm<sup>2</sup>)
			实例1	二氧化硅膜	3×10<sup>-9</sup>
实例2	二氧化硅膜(含重氢的)	2×10<sup>-9</sup>
			实例3	氮氧化硅膜	1×10<sup>-9</sup>
买例4	硅酸铪膜	4×10<sup>-9</sup>
			实例5	硅酸锆膜	5×10<sup>-9</sup>
实例6	硅酸铝膜	4×10<sup>-9</sup>
			对比实例1	二氧化硅膜	2×10<sup>-8</sup>
对比实例2	氮氧化硅膜	1×10<sup>-8</sup>
			对比实例3	硅酸铪膜	3×10<sup>-8</sup>
对比实例4	硅酸锆膜	4×10<sup>-8</sup>
			对比实例5	硅酸铝膜	4×10<sup>-8</sup>

当电场强度处于0至-10MV/cm的范围内时(特别是表3所示的0至-5MV/cm范围内)，实例1至6的每个实例的绝缘膜中的泄漏电流值被限制为低数值。另一方面，在对比实例1至5的每个实例的绝缘膜中，即使在低电场强度下，也有大泄漏电流流过。

1-2-4.Qbd数值的测量

下面，测量对于实例1至6和对比实例1至5的每个实例的绝缘膜的Qbd数值。这里，“Qbd数值”表示，当电介质击穿发生时，沿膜厚度方向在绝缘膜中流动的电荷总量(即，电流总量)。Qbd数值越大，就越难以发生电介质击穿。在Qbd数值的测量中，当利用水银电极将恒电流供应到绝缘膜上时，电压第一次发生小变化的时间点确定为SBD，而电压发生大变化的时间点确定为HBD。测量在SBD发生之前流经绝缘膜的总电荷(Qbd数值(SBD))和在HBD发生之前流经绝缘膜的总电荷(Qbd数值(HBD))。在此情况下，测量面积定为0.02039cm²，而作用到绝缘膜上的恒电流值定为0.01226A/cm²。

下面的表4中示出了实例1至6和对比实例1至5的每个实例的绝缘膜中测得的Qbd数值(SBD)和Qbd数值(HBD)。就此而言，表4中的数值均是两个绝缘膜的平均值。

             表4

如表4所示，实例1至6的每个实例中的绝缘膜的Qbd数值(SBD)均大于对比实例1至5的每个实例中的绝缘膜的Qbd数值(SBD)。而且，实例1至6的每个实例中的绝缘膜的Qbd数值(HBD)均大于对比实例1至5的每个实例中的绝缘膜的Qbd数值(HBD)，如同Qbd数值(SBD)。

从上述的每个评估结果中，很容易发现，其中A和B满足关系：A/B的值为1.8或大于1.8，绝缘膜具有优良的抗电介质击穿性。而且，还示出了，随着A/B值的增大，绝缘膜的抗电介质击穿性提高的趋势。

2.半导体器件的制造及评估

2-1.半导体器件的制造

图1所示的半导体器件是根据上面实施例中所描述的方法而制造的，在此情况下，形成栅极绝缘膜，如同上述实例1至6和对比实例1至5的每个实例。

2-2.半导体器件的评估

检查每个半导体器件的切换特性。结果是，在半导体器件中，很长时间内都可以获得良好的切换特性，该半导体器件包括以与实例1至6相同的方式而形成的每个栅极绝缘膜。另一方面，在包括以与对比实例1至5相同的方式而形成的每个栅极绝缘膜的半导体器件中，识别出存在泄漏电流，而且半导体器件的切换特性不稳定。因此，在栅极绝缘膜中较早就发生了电介质击穿，并且丧失了作为切换器件的功能。

本申请要求于2003年11月18日提交的日本专利申请No.2003-421655和2004年7月27日提交的日本专利申请No.2004-219192的优选权，其全文结合于此供参考。

Claims (8)

1.一种用于评估使用在半导体器件(1)中的栅极绝缘膜(3)的特性的方法，所述半导体器件(1)包括半导体衬底(2)、为了覆盖所述半导体衬底(2)而设置的栅极绝缘膜(3)、以及栅电极(5)，所述半导体衬底(2)具有源区(22)、漏区(23)、设置在所述源区(22)和所述漏区(23)之间的沟道区(21)、以及围绕所述源区(22)、漏区(23)以及沟道区(21)的单元分离结构(24)，所述栅电极(5)设置为通过栅极绝缘膜(3)而朝向沟道区(21)；其中，所述栅极绝缘膜(3)由作为主要材料的绝缘无机材料形成，所述绝缘无机材料包含硅和氧，并且所述栅极绝缘膜(3)进一步包含氢原子，所述方法包括:

准备具有一个表面的半导体衬底(2)；

形成单元分离结构(24)，以将所述半导体衬底(2)的所述一个表面间隔成多个区域；

形成所述栅极绝缘膜(3)，以覆盖所述半导体衬底(2)和所述单元分离结构(24)；

当所述栅极绝缘膜(3)形成在所述半导体衬底(2)和所述单元分离结构(24)上后，在室温下使从未受到电场作用的所述栅极绝缘膜(3)经受多反射衰减全反射方法来作为傅立叶变换红外光谱；以及

基于通过所述多反射衰减全反射方法对所述栅极绝缘膜(3)的测量结果来评估所述栅极绝缘膜(3)的特性，以是否满足下列条件1和2来评估所述特性；其中:

条件1:波数在830cm^-1至900cm^-1范围内的红外线辐射吸光率的至少一部分小于波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率和波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率，

条件2:在波数为830cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为770cm^-1的红外线辐射吸光率之间差值的绝对值定义为A，而波数为900cm^-1的红外线辐射吸光率与波数为990cm^-1的红外线辐射吸光率之间差值的绝对值定义为B的情况下，则A和B满足关系:A/B是1.8或大于1.8。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，除了硅和氧以外，所述绝缘无机材料还包括氮、铪、锆、和铝中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分所述氢原子中的每个氢原子被氘原子代替。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述栅极绝缘膜(3)的平均厚度是10nm或小于10nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体器件(1)适于在栅极电压作用于所述栅电极(5)的情况下使用，从而所述栅极绝缘膜(3)中的电场强度为10MV/cm或小于10MV/cm。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述栅极电压作用于所述栅电极(5)，从而所述栅极绝缘膜(3)中的电场强度为5MV/cm或小于5MV/cm的状态下，测得的沿所述膜厚度方向流经所述栅极绝缘膜(3)的泄漏电流为9×10^-9A/cm²或小于9×10^-9A/cm²。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述栅极绝缘膜(3)中发生软击穿以前，沿所述膜厚度方向流经所述栅极绝缘膜(3)的电荷总量是40C/cm²或大于40C/cm²。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述栅极绝缘膜(3)中发生硬击穿以前，沿所述膜厚度方向流经所述栅极绝缘膜(3)的电荷总量是100C/cm²或大于100C/cm²。

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