JP2000049159A

JP2000049159A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000049159A
Application number: JP11150929A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Minazu; 康正水津
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】固定電荷密度の増加を招くことなく、薄いゲー
ト絶縁膜を形成すること。【解決手段】シリコン基板１上に薄いＳｉ０₂膜２、非
晶質シリコン薄膜３ａを順次形成し、次に窒化種として
ＮＯを含む雰囲気中での熱処理により、ＳｉＯ₂膜２と
の界面の非晶質シリコン薄膜３ａをシリコン供給源とし
てＳｉ０₂膜２と非晶質シリコン薄膜３ａとの界面にオ
キシナイトライド膜４Ａを形成することにより，ゲート
絶縁膜として窒素を含むＳｉＯＮ膜４を形成する。その
後、上記熱処理の際に非晶質シリコン薄膜３ａの表面に
形成された不要なＳｉＯＮ膜４’を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に係わり、特にオキシナイトライド膜を有
する半導体基板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜やＥＥＰＲ
ＯＭのトンネル絶縁膜などＭＯＳ−ＬＳＩに用いられる
半導体基板上の薄い絶縁膜としては、当初シリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂膜、以下単に酸化膜とも記す。）が専ら用
いられていた。

【０００３】しかし、装置性能上の要求からＳｉＯ２膜
の膜厚は薄くなり、その結果としてリーク電流の増加や
電流ストレスによる特性劣化などの問題が顕在化してい
る。また、不純物の拡散防止などの膜特性に対する要求
も厳しくなり、シリコン酸化膜ではその要求に応えられ
なくなっている。そこで、シリコン酸化膜の代わり
に、シリコン酸化膜に窒素を添加したＳｉＯＮ膜（以
下、単にＳｉＯＮ膜とも記する。）を用いることが提案
されている。尚、以下ではＳｉＯＮ膜中の厚さ方向に窒
素の濃度の変化がある場合でも総体的に窒素を含むシリ
コン酸化膜はＳｉＯＮ膜と称する。また、特に窒素濃度
の高い膜をオキシナイトライド膜と称することとする。
このＳｉＯＮ膜の形成方法としては、シリコン酸化膜を
ＮＨ₃（アンモニア）、Ｎ₂０（一酸化二窒素）またはＮ
Ｏ（一酸化窒素）などの窒素種を含む雰囲気中で熱処理
する方法や、シリコン酸化膜を窒素の活性種である窒素
ラジカルを含む雰囲気に曝すなどの方法が知られてい
た。

【０００４】ここで、窒素ラジカルも化学的には窒化種
の一種であるから、結局上述したいずれの方法も、Ｓｉ
ＯＮ膜の形成のもとになるシリコン酸化膜を窒化種を含
む雰囲気に直接曝す方法である。

【０００５】このうち窒素ラジカルを用いた方法（Ｓ．
Ｈａｔｔａｎｇａｄｙｅｔａｌ．，ＩＥＤＭＴｅ
ｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ｐ４９５（１９９
６））は、シリコン酸化膜の表面側に窒素を選択的に分
布さぜることができるという上記の他の方法にない利点
を有する。

【０００６】しかし、窒素ラジカルを用いた方法は、窒
素ラジカルを発生させる過程でグロー放電のようなプラ
ズマを用いる方法を採らざるを得ず、反応容器などから
の不純物の混入を避けることが難しい。そのため、この
方法は、半導体製造工程の中でも最も高い清浄度を要求
されるゲート絶縁膜やトンネル絶縁膜の形成工程で実用
化されるには至っていない。

【０００７】窒素ラジカルを用いた方法は上述したよう
な問題があることから、従来、ＳｉＯＮ膜の形成工程で
用いられてきたのは、ＳｉＯ₂膜をＮＨ₃、Ｎ₂０または
ＮＯなどの窒化種を含む雰囲気中での熱処理によって窒
化する方法であった。

【０００８】この中で、ＮＨ₃による窒化は最も古くか
ら行われてきた方法であるが、この方法では形成された
ＳｉＯＮ膜中に多量の水素が含まれてしまい、これによ
りＳｉＯＮ膜の電気的特性が劣化してしまう。そのた
め、ＮＨ₃による窒化処理に続いて、酸化性雰囲気での
熱処理によって水素を除去する必要があった。

【０００９】しかしながら、酸化性雰囲気中での熱処理
を行うと、ＳｉＯＮ膜の膜厚が一定量増加してしまうの
で、極薄いＳｉＯＮ膜を形成することが不可能になって
しまうという問題が起こる。

【００１０】また、Ｎ₂０を用いた方法の場合、窒化種
はＮＯであるので、本質的にはＮＯによる窒化と変わら
ない。しかし、Ｎ₂０を用いた方法は同分子が熱処理中
に分解してしまい、窒化種であるＮＯと酸化種である酸
素（０₂）とを同時に生しるため、相対的に窒化種の濃
度が上げられず、膜中に充分な窒素を導入することがで
きない一方で、酸化が同時に進行してしまい、本来薄く
保ちたいＳｉＯＮ膜の膜厚が増加するという問題があっ
た。

【００１１】このため、Ｎ₂ＯではなくてＮＯが窒化種
として一般的に用いられるようになってきた（Ｊ．Ｄｉ
ｒｋｅｔａｌ．・Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ５，５９
１，６８１（１９９７））。

【００１２】ＮＯはそれ自身水素を含まないため、これ
による窒化はＮＨ₃を用いた方法の場合とは異なり、形
成されたＳｉＯＮ膜中に多量の水素が含まれてしまうと
いう問題は原理的にない。

【００１３】ところで、ＮＯを用いた方法では、窒素が
シリコン酸化膜とその下地である半導体基板または半導
体膜との界面に選択的に導入される性質がある。その結
果、シリコン酸化膜と半導体基板または半導体膜との界
面に一定量以上の窒素が分布した状態が形成される。

【００１４】このような状態ではＳｉＯＮ膜中の正の固
定電荷密度が増加するなどして、同界面の電気的な特性
が劣化するという問題が起こる。また、このようなＳｉ
ＯＮ膜をゲート絶縁膜に用いると、ＭＯＳＦＥＴの電流
駆動力特性が劣化するという問題が起こる。

【００１５】その一方、窒素導入の重要な目的のひとつ
であるゲート電極からの不純物の拡散を抑制することな
どを考慮すれば、窒素は必ずしもＳｉＯＮ／半導体界面
に分布する必要はなく、ＳｉＯＮ膜中のどこかに入って
いてくれれば良い。

【００１６】これらのことから、ＳｉＯＮ／半導体界面
の電気的特性を劣化さぜないＳｉＯＮ膜を形成するため
には、ＮＯを含む雰囲気中での熱処理により、シリコン
酸化膜／半導体基板界面に窒素を導入した後、同膜を酸
化性雰囲気中での熱処理によって窒素分布のピークを同
界面から離す必要がある。

【００１７】しかしながら、酸化性雰囲気中での熱処理
を行うと、ＳｉＯＮ膜の膜厚が一定量増加してしまうの
で、極薄いＳｉＯＮ膜を形成することが不可能になって
しまうという問題が起こる。

【００１８】なお、ＮＨ₃を用いた方法は窒素はＳｉＯ
Ｎ膜中深さ方向に広く分布するものの、ＳｉＯＮ／半導
体界面にも窒素が分布するという意味でＮＯ窒化と同様
の問題もあった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のＳ
ｉＯＮ膜の形成方法として、ＮＨ₃、Ｎ₂０またはＮＯの
窒化種を含む雰囲気中での熱処理によって、ＳｉＯ₂膜
を窒化する方法が提案されていた。

【００２０】しかしながら、ＮＨ₃を用いた方法は膜中
の水素含有量の低量化と薄膜化を両立できず、またＮ₂
０を用いた方法は膜厚の増加が避けられず、そしてＮＯ
を用いた方法は膜中の固定電荷密度の低減化と薄膜化と
を両立できないという問題があった。

【００２１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、特性の劣化を招くこと
なく薄く形成することができる窒素、シリコンおよび酸
素を含む絶縁物または窒素を含むシリコン酸化膜（Ｓｉ
ＯＮ膜）を備えた半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】［構成］上記目的を達成
するために、本発明に係る半導体装置は、窒素、シリコ
ンおよび酸素を含む絶縁物と、この絶縁物上に形成され
たシリコン膜とを備え、前記シリコン膜との界面におけ
る前記絶縁物の窒素の面密度が１×１０¹³個／ｃｍ²以
上、かつ前記シリコン膜と反対側の前記絶縁物の表面に
おける窒素濃度が前記シリコン膜との界面における前記
絶縁物の窒素濃度の１／１０以下であることを特徴とす
る。

【００２３】ここで、前記絶縁物は、例えば半導体基板
上に形成された絶縁膜、または絶縁基板と絶縁膜との積
層絶縁物である。本発明に係る他の半導体装置は、半導
体基板上に形成されたシリコン膜と、このシリコン膜と
前記半導体基板との間に前記シリコン膜に接するように
形成され、前記シリコン膜との界面における窒素の面密
度が１×１０¹³個／ｃｍ²以上、かつ前記半導体基板と
の界面における窒素濃度が前記シリコン膜との界面にお
ける窒素濃度の１／１０以下である窒素を含むシリコン
酸化膜とを備えていることを特徴とする。

【００２４】ここで、前記シリコン膜は、２層以上の多
結晶シリコン膜が積層されてなる積層シリコン膜であっ
ても良い。また、前記シリコン膜との界面における窒素
の面密度のより好ましい値は１×１０¹⁴個／ｃｍ²以上
である。

【００２５】また、前記窒素を含むシリコン酸化膜との
界面における前記シリコン膜の窒素の面密度が１ｘｌ０
¹¹個／ｃｍ²以上であることが好ましい。また、前記シ
リコン膜は、例えば不純物としてホウ素が含まれている
ものである。また、前記シリコン膜は１ミクロン以下で
あることが好ましく、更に５０ｎｍ以下であれば顕著な
効果が得られる。

【００２６】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
では、絶縁物上にシリコン膜を形成する工程と、ＮＯま
たはＮ₂ＯまたはＮＨ₃の少なくとも何れかを含む雰囲気
中での熱処理によって、前記絶縁物との界面の前記シリ
コン膜をシリコン供給源として前記絶縁物と前記シリコ
ン膜との界面にオキシナイトライド膜を形成する工程と
を有することを特徴とする。

【００２７】さらに、半導体基板上に絶縁膜を形成する
工程と、この絶縁膜上に第1 のシリコン膜を形成する工
程と、ＮＯまたはＮ₂ＯまたはＮＨ₃の少なくとも何れか
を含む雰囲気中での熱処理によって、前記絶縁膜との界
面の前記第１のシリコン膜をシリコン供給源として前記
絶縁膜と前記第１のシリコン膜との界面にオキシナイト
ライド膜を形成する工程と、前記第１のシリコン膜中に
不純物を添加する工程と、を有することを特徴とする。

【００２８】また、前記熱処理の際に、前記絶縁膜と反
対側の前記第１のシリコン膜の表面に、前記第1 のオキ
シナイトライド膜とは別に形成されたＳｉＯＮ膜または
シリコン窒化膜を除去する工程と、前記第１のシリコン
膜上に第２のシリコン膜を形成する工程と、前記第２の
シリコン膜中に不純物を添加する工程と、前記第１およ
び第２のシリコン膜を所定の形状に加工する工程とを更
に有することを特徴とする。

【００２９】さらに、前記不純物がホウ素であることを
特徴とする。また、前記熱処理によって、前記第１のオ
キシナイトライド膜の窒素の面密度を１×１０¹³個／ｃ
ｍ²以上、かつ前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に
おける窒素濃度が前記第１のシリコン膜と前記第１のオ
キシナイトライド膜の界面における窒素濃度の１／１０
以下であるＳｉＯＮ膜に前記絶縁膜を変えることを特徴
とする。

【００３０】〔作用〕本発明に係る半導体装置によれ
ば、窒素を含むシリコン酸化膜と半導体基板との界面に
おける窒素濃度が、窒素を含むシリコン酸化膜とシリコ
ン膜との界面における窒素濃度よりも十分に低くなって
いるので（１／１０以下）、窒素を含むシリコン酸化膜
中の固定電荷密度の増加の問題はない。

【００３１】また、シリコン膜との界面における窒素を
含むシリコン酸化膜の窒素の面密度が１×１０¹³個／ｃ
ｍ²以上になっているので、シリコン膜中に不純物が添
加されていてもその不純物が、窒素を含むシリコン酸化
膜を介して半導体基板に拡散することを効果的に防止で
きるようになる。

【００３２】また、このような構造の窒素を含むシリコ
ン酸化膜は、本発明に係る半導体装置の製造方法によっ
て膜厚の増加を招くことなく形成できるので、その薄膜
化を容易に行うことができる。

【００３３】膜厚の増加が起こらない理由は以下の通り
である。本発明では、絶縁膜との界面のシリコン膜をシ
リコン供給源として用いることにより、絶縁物とシリコ
ン膜との界面にオキシナイトライド膜が優先的に形成さ
れる。まず、この熱処理によってシリコン膜の酸化が殆
ど進行しないことによって上記絶縁膜（窒素を含むシリ
コン酸化膜）の膜厚は増加しない。

【００３４】また、ＮＯまたはＮ₂ＯまたはＮＨ₃のいず
れの窒化性雰囲気を用いた場合でも、前記シリコン膜中
を拡散して前記シリコン膜と前記絶縁膜との界面でのオ
キシナイトライド膜の形成に寄与する窒化剤は、前記シ
リコン膜と前記絶縁膜との界面において消費されてしま
い、前記絶縁膜中を殆ど拡散しない。つまり、窒化剤は
シリコン、酸素が存在する所でＳｉＯＮを形成して安定
する性質がある。このため、充分にシリコン、酸素が存
在する前記界面では、窒素は消費され尽くし、更に絶縁
膜中に拡散して行くものは殆どない。このため、前記シ
リコン膜との界面から離れたところ、つまり半導体基板
付近に窒素が導入されることがない。その結果、シリコ
ン膜との界面で窒素濃度が高い、かつ、半導体基板との
界面で窒素濃度の低い窒素を含むシリコン酸化膜（オキ
シナイトライド膜を含むＳｉＯＮ膜）を形成することが
できる。

【００３５】したがって、本発明によれば、ＳｉＯＮ膜
の膜厚増加の原因となる酸化性雰囲気中での熱処理など
の方法によって、窒素分布のピークをシリコン膜との界
面に移動させる必要がないので、窒素を含むシリコン酸
化膜の薄膜化を図れるようになる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を示す工程断面図である。

【００３７】まず、図１（ａ）に示すように、単結晶の
シリコン基板１を酸化性雰囲気中で熱処理して、シリコ
ン基板１の表面にゲート絶縁膜となる薄いシリコン酸化
膜（以下単に酸化膜という）２を形成する。本実施形態
の方法では、この酸化膜２の膜厚は工程を通じて殆ど変
化しないため、ここで形成する酸化膜２の膜厚はほぼゲ
ート絶縁膜としての必要膜厚そのものと考えて良い。

【００３８】次に図１（ｂ）に示すように、酸化膜２上
に厚さ２００ｎｍ程度の多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ）膜３を堆積する。この工程の本質は、酸化膜２上に
それに接してシリコン薄膜（多結晶シリコン膜３）を形
成することにある。したがって、膜厚やその均一性の制
御性が向上するなどの利点があれば、多結晶シリコン膜
３上にさらに他の材料からなる薄膜、例えば厚さ１〜１
０ｎｍ程度の別の酸化膜が更に形成されていても良い。
また、可能ならば、多結晶シリコン膜３の代りにシリコ
ンの単結晶薄膜を酸化膜２上に形成しても良い。

【００３９】このように２００ｎｍ程度の多結晶シリコ
ン膜３厚であれば、酸化膜２界面に形成されるオキシナ
イトライド膜の窒素濃度は容易に１０¹⁴に達する。次に
図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１を一酸化窒素
（ＮＯ）を含む雰囲気中で熱処理して、多結晶シリコン
膜３ｐと酸化膜２との間に窒素濃度の高いオキシナイト
ライド膜４Ａを形成して、酸化膜２と合わせてゲート絶
縁膜としての窒素を含む酸化膜（以下、ＳｉＯＮ膜とい
う、図中は酸化窒化膜と記載）４に変える。このとき、
多結晶シリコン膜３ｐの表面にもＳｉＯＮ膜４’が形成
される。

【００４０】このようにして形成されたＳｉＯＮ膜４
は、多結晶シリコン薄膜３ｐ側の表面部分が他の部分、
特にシリコン基板１側の表面部分よりも窒素濃度が高く
オキシナイトライド膜４Ａになっている。

【００４１】そのようになる理由は以下の通りである。
まず、窒化剤であるＮＯが多結晶シリコン膜３のような
シリコン膜と反応する際、その表面を窒化すると共に、
更にシリコン膜中に窒化剤を拡散させる。

【００４２】この新たな窒化剤は解離した窒素原子と想
定される。この新たな窒化剤はシリコン膜の反対側の表
面に達してその面を窒化する。即ち、この窒化剤はシリ
コン中では安定にならない。このとき、このシリコン膜
の下側に酸化膜２のような膜が存在しても、この新たな
窒化剤は上記シリコン膜と酸化膜２との界面で殆ど消費
されてしまい、酸化膜中を殆ど拡散しない。このため、
酸化膜の下のシリコン基板には、窒化剤は殆ど到達せ
ず、従って、シリコン基板１表面には殆ど窒素は導入さ
れない。

【００４３】このようにして、ＳｉＯＮ膜４の多結晶シ
リコン膜３側界面の方がシリコン基板１側界面よりも窒
素濃度の高いＳｉＯＮ膜４が形成されることになる。ま
た、上記熱処理は、例えば通常の電気炉方式の熱処理装
置を用いて行う。この場合の典型的な熱処理条件は以下
の通りである。すなわち、ＮＯ分圧は１０００〜１００
０００Ｐａ程度、熱処理温度は７００〜１０００℃であ
る。

【００４４】また、電気炉方式の代わりに、ＲＴＰ（Ｒ
ａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用
いて高温、短時間、例えば１１００℃，６０秒程度で熱
処理を行っても良い。ＮＯ分圧はやはり１０００〜１０
００００Ｐａ程度である。

【００４５】これらのＮＯ分圧、熱処理温度、さらには
熱処理時間、多結晶シリコン膜３の膜厚などは、導入窒
素量を決める制御変数である。次に図１（ｄ）に示すよ
うに、多結晶シリコン膜３上のＳｉＯＮ膜４’を例えば
希弗酸水溶液を用いたウエットエッチングにより選択的
に除去した後、多結晶シリコン膜３、ＳｉＯＮ膜４を周
知のフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパタ
ーニングする。

【００４６】次に図１（ｅ）に示すように、イオン注入
法によって多結晶シリコン膜３中に不純物を導入すると
共に、シリコン基板１にも多結晶シリコン膜３のパター
ンに対して自己整合的に不純物を導入する。

【００４７】最後に、この構造をアニールして不純物を
活性化して、多結晶シリコン膜３の抵抗を下げてＭＯＳ
ＦＥＴのゲート電極を形成すると共に、シリコン基板１
中にソース拡散層６並びにドレイン拡散層７を形成し
て、ＭＯＳＦＥＴ構造を完成する。

【００４８】尚、多結晶シリコン膜３の膜厚は、その厚
さがゲート電極の設計高さとなるように選ぶ。また、上
記多結晶シリコン膜３を更に低抵抗化するために、その
上に低抵抗の導電層、例えばタングステン膜などの金属
膜や、チタンシリサイド膜などの金属シリサイド膜など
を積層しても良い。

【００４９】図２は、このようにして製造されたＭＯＳ
ＦＥＴのゲート電極部中の窒素の深さ方向の濃度分布を
二次イオン質量分析（ＳｌＭＳ）法によって調べた結果
を示す図である。図２から、ＳｉＯＮ膜（図中、酸化窒
化膜と記載）４中の窒素は多結晶シリコン膜３側のオキ
シナイトライド層領域（図中で窒素の面密度分布がピー
クを有している部分）に多く分布していることが確認さ
れた。また、その多結晶シリコン膜３側の面密度の値は
１．８×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であることが分かっ
た。

【００５０】なお、ここでいう窒素の面密度とは、文宇
通り単位面積当たりに分布する窒素原子の数であって、
図２に見られるような各深さにおける窒素原子の密度を
深さ方向に積分することによって得られるものである。

【００５１】後述するように、ＳｉＯＮ膜４を形成する
ことの重要な効果として、多結晶シリコンゲート電極中
に添加された不純物、特にＢのシリコン基板１中への拡
散を阻止することがあげられるが、このために必要な窒
素濃度は少なくとも１平方センチメートル当たりｌ×１
０¹³個以上、望ましくは１×１０¹⁴個以上と考えられ
る。図２の結果は、本実施形態の方法によって、面密度
が上記必要な値となるように窒素を容易に導入できるこ
とを示している。

【００５２】本実施形態によれば以下のような効果が得
られる。第１の効果として、シリコン基板１と酸化膜２
との界面付近に窒素がほとんど導入されないことによっ
て、シリコン基板１との界面におけるＳｉＯＮ膜４中の
窒素濃度は十分に低くなり、その結果、ＳｉＯＮ膜４と
シリコン基板１との界面の固定電荷密度も十分に低くす
ることが出来ることがある。

【００５３】図３は、本実施形態の方法によって形成し
たＭＯＳ界面の固定電荷密度と導入窒素量との関係、お
よび従来のＮＯ窒化によって形成したＭＯＳ界面の固定
電荷密度と導入窒素量との関係を示す特性図である。

【００５４】図３から、本実施形態の方法によって形成
したＭＯＳ界面ではシリコン基板１とＳｉＯＮ膜４との
界面付近に窒素が殆ど存在しない事実を反映して、従来
のＮＯ窒化によって形成したＭＯＳ界面に比べて、導入
窒素量が増加しても固定電荷密度は殆ど増えないことが
分かる。

【００５５】第２の効果として、ＳｉＯＮ膜４の薄膜化
にが可能であることがある。本実施形態の方法によって
ＭＯＳＦＥＴを製造した場含、シリコン酸化膜２に窒素
を導入してＳｉＯＮ膜４に変換するに当たって、水素が
一切導入されないため、当然これを除去する必要もな
く、また、当初から窒素は多結晶シリゴン膜（ゲート電
極）５とシリコン酸化膜２との界面に選択的に高密度に
導入されるため、シリコン基板１とシリコン酸化膜２と
の界面の窒素濃度を改めて低減する必要もない。

【００５６】したがって、水素を除去するための酸化性
雰囲気中での熱処理、および窒素分布のピークを上記界
面から離すための酸化性雰囲気中での熱処理を追加する
必要がないため、ＳｉＯＮ膜４の膜厚は当初のシリコン
酸化膜２の膜厚とほぼ同じなる。

【００５７】これによってＳｉＯＮ膜４の薄膜化を実現
できるようになる。本実施形態の方法で形成したＳｉＯ
Ｎ膜４の膜厚は、初期のシリコン酸化膜２が５．０ｎｍ
であったのに対し、５．１ｎｍであり、殆ど増加してい
なかった。これに対し、従来方法でＳｉＯＮ膜を形成し
た場合は、初期の酸化膜厚が５．０ｎｍである時、５．
９ｎｍであった。尚、この従来方法では、ＮＯ雰囲気中
での熱処理による窒化の後に、シリコン基板との界面の
窒素濃度を下げるために酸化性雰囲気での熱処理を追加
した場合の膜厚を示している。また、膜厚は全て電気的
な容量測定から求めた、いわゆる酸化膜換算膜厚であ
る。

【００５８】上記実施形態ではシリコン膜を通して窒素
導入を行っているため、同シリコン膜部分の導電率が低
下することによって実質的な膜厚が増加することが懸念
されるが、上記の結果は、膜厚は全て電気的な容量測定
から求めた値なので、そのような影響を全て含んだ結果
である。従って、少なくとも悪影響は殆どなく、結果と
して薄膜形成が可能であることを示すものといえ、本発
明の方法に固有の問題も特にないことを示している。

【００５９】表１から、本実施形態の方法によれば、窒
素導入の工程に固有の膜厚増加がないために、従来の方
法では不可能な膜厚までＳｉＯＮ膜４を薄くすることが
可能となることが分かる。

【００６０】このようにゲート絶縁膜であるＳｉＯＮ膜
４の薄膜化によって、ＭＯＳＦＥＴの駆動力が増加し、
最終的にはそれを含む半導体装置の高性能化を実現でき
るようになる。

【００６１】第３の効果は、不純物の拡散の抑制につい
てである。すなわち、本実施形態によれば、ゲート電極
として用いる多結晶シリコン膜３中の電気的に活性な不
純物が、薄いＳｉＯＮ膜４を介してシリコン基板１中に
拡散してしまうことを効果的に抑制することできる。

【００６２】このような効果が得られる理由の一つはゲ
ート絶縁膜がＳｉＯＮ膜４であることによるが、それ以
外に以下の２つの理由があげられる。第１の理由は、ゲ
ート電極（多結晶シリコン膜３）とゲート絶縁模（Ｓｉ
ＯＮ膜４）との界面に窒素が多く分布しているため、ゲ
ート電極からゲート絶縁膜への方向の不純物拡散を最も
効果的に抑制できるからである。

【００６３】第２の理由は、本実施形態の方法によって
形成されたＳｉＯＮ膜４に直接接する多結晶シリコン膜
３は、酸化膜２の窒化工程時にその結晶粒界にもある程
度の濃度の窒素が導入され、この窒素の導入によって結
晶粒界が塞がれる形になって、不純物の拡散が抑制され
るからである。

【００６４】尚、窒素を含有した多結晶シリコン膜によ
って不純物拡散を抑制する方法については、例えば特許
番号第２７０１７６３号に開示された方法があるが、こ
の方法では、当該窒素を含有した多結晶シリコン膜の比
抵抗が単に１０¹²Ωｃｍより小さいと規定されているに
過ぎない。しかし、この値は比抵抗の値として余りに大
きく、ゲート絶縁膜の実質的な膜厚が確実に増加する条
件になっている。

【００６５】これに対して本発明の方法によれば、多結
晶シリコン膜中の窒素は大部分が結晶粒界中に存在する
ため、多結晶シリコン膜自体の電気伝導特性には殆ど影
響はなく、比抵抗は１０^-2Ωｃｍ程度乃至それ以下であ
って、上記特許に開示された方法とは全く状況が異な
る。

【００６６】このような効果が特に顕著に現れるのは、
多結晶シリコン膜３中に添加する不純物として、拡散速
度の速いホウ素を用いた場合である。実際に、不純物と
してホウ素を用いたｐチヤンネル型ＭＯＳＦＥＴについ
てその効果を調べてみた。

【００６７】図４はその結果を示す特性図であって、ｐ
チャンネル型ＭＯＳＦＥＴの形成後の熱工程に対するし
きい値電圧の変動とばらつきを示している。また、図４
には従来法によって形成した場合の結果も示してある。

【００６８】図４から、本実施形態の方法によって製造
されたホウ素を含むｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは、従
来の方法によって製造されたそれに比べて、しきい値電
圧の変動、バラツキが十分に抑制されていることが分か
る。

【００６９】以上のような効果を持ちながら、一方で本
実施形態の方法は工程が非常に簡単で、工程数の増加も
最小限に抑えられる。また、本実施形態の方法は、窒素
ラジカルを用いた方法とは異なり、高品質の薄いゲート
絶縁膜を作る工程での実用が難しい工程を含まず、ゲー
ト絶縁膜の工程で容易に用いられる工程の組み合わせに
よって構成されているため、実際の製造工程への適用が
容易にできるという利点を有している。

【００７０】以上述べたように本実施形態によれば、膜
特性の劣化を招くことなく、ゲート絶縁膜としての薄い
ＳｉＯＮ膜４を有するＭＯＳＦＥＴを容易に実現できる
ようになる。

【００７１】なお、本実施形態は以下のように種々変形
が可能である。まず、ゲート電極の形成に当たって、図
５に示す通り、多結晶シリコン膜を２層に分けて形成す
ることも可能である。

【００７２】つまり、図５（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１の表面に酸化膜２を形成した後、図５（ｂ）に
示すように、上記酸化膜２上に厚さ５０ｎｍ程度の多結
晶シリコン薄膜３を堆積する。ここで、多結晶シリコン
薄膜３の膜厚は導入しようとする窒素量などの条件から
決めることができる。即ち、多結晶シリコン薄膜３の膜
厚を薄くすれば多くの窒素を導入可能である。また、よ
り平坦性の得やすい方法として、多結晶シリコン薄膜の
代わりに非晶質シリコン薄膜を用いても良い。

【００７３】また、これらの多結晶シリコン薄膜または
非晶質シリコン薄膜上に厚さ１０ｎｍ程度の酸化膜を形
成しても良いことは、上に述べた場合と同様である。次
に、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板１を一酸化
窒素（ＮＯ）を含む雰囲気中で熱処理して、多結晶シリ
コン薄膜３と酸化膜２との間にオキシナイトライド膜４
Ａを形成して、酸化膜２と合わせて全体としてＳｉＯＮ
（窒化酸化）膜４にする。このとき、多結晶シリコン薄
膜３の表面にはＳｉＯＮ膜４’が形成される。また、多
結晶シリコン薄膜３の代わりに非晶質シリコン薄膜を形
成した場合でも、同薄膜は熱処理によってこの段階では
多結晶シリコン薄膜に変わっている。このときの熱処理
条件も、やはり導入しようとする窒素量などの条件から
決めることができる。

【００７４】次に図５（ｄ）に示すように、多結晶シリ
コン薄膜３上のＳｉＯＮ膜４’を例えば希弗酸水溶液を
用いたウェットエッチングによって選択的に除去した
後、ゲート電極となる不純物を含む多結晶シリコン（ｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ）膜５を例えばＣＶＤ法を用いて全面に堆
積する。但し、不純物は、イオン注入法などによって後
の段階で導入しても良い。

【００７５】この後、アニールによって上記不純物を活
性化するとともに、この活性化された不純物を多結晶シ
リコン薄膜３中に拡散させることによって、多結晶シリ
コン膜５および多結晶シリコン薄膜３の全体の抵抗を下
げる。

【００７６】次に図５（ｅ）に示すように、多結晶シリ
コン膜５，多結晶シリコン薄膜３およびＳｉＯＮ膜４を
周知のフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパ
ターニングして、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極部を形成す
る。

【００７７】最後に、やはり周知の方法に従ってソース
拡散層６およびドレイン拡散層７を自己整合的に形成し
てＭＯＳＦＥＴが完成する。このようにして形成したＭ
ＯＳＦＥＴでは、窒素導入時の電極である多結晶シリコ
ン薄膜３を適宜選ぶことによって導入される窒素濃度を
高くしやすい上、多結晶シリコン膜が２層になってお
り、不純物が最も拡散しやすい結晶粒界が厚さ方向に不
連続になることから、不純物拡散を更に効果的に抑制す
ることが可能になる。

【００７８】この場合に、電極を更に低抵抗化するため
に、多結晶シリコン膜５上に低抵抗の導電層、例えばタ
ングステン膜などの金属膜や、チタンシリサイド膜など
の金属シリサイド膜などを積層しても良い。

【００７９】また、これらの実施形態では窒素導入をＮ
Ｏを含む雰囲気中での熱処理によって行ったが、その代
わりにＮ₂ＯやＮＨ₃を含む雰囲気を用いてもよい。図６
はＮＯおよびＮＨ₃を用いて熱処理を行った場合の導入
窒素量を多結晶シリコン膜の膜厚に対してプロットした
ものである。ＮＯと同様、ＮＨ₃でも窒素が導入できる
ことがわかる。ここで、ＮＨ₃を用いた場合でも、窒素
が多結晶シリコン層と酸化膜の界面のみに導入されて、
基板側界面には殆ど導入されないことはＮＯを用いた場
合と同様である。

【００８０】また、図１０にＮＯを用いた場合のＳｉＯ
Ｎ膜近傍での窒素（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）、酸素（Ｏｘｙ
ｇｅｎ）の深さ方向（Ｄｅｐｔｈ）の濃度（Ｃｏｎｃｅ
ｎｔｒａｔｉｏｎ）プロファイルを示した。また、図１
１にＮＨ₃を用いた場合の同様の濃度プロファイルを示
した。また、図１２、図１３にはそれぞれＮＯ，ＮＨ₃
を用いた時の従来法を用いた時の同様の濃度プロファイ
ルを示した。ここから明らかな様に、本発明を用いるこ
とにより窒素のピークはポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ）とＳｉＯＮとの界面にあるのに対し、従来法ではＳ
ｉＯＮとシリコン基板（ｓｕｂ）界面にある。この傾向
は、窒化種がＮＨ₃でもＮＯでも大差はない。

【００８１】尚、ＮＨ₃を用いた場合には、熱処理後に
多結晶膜表面にＮＯの場合よりも厚い窒化膜層が形成さ
れるため、この窒化膜層を除去する必要のない構造では
この窒化膜層を水などの拡散を抑制するバリア層として
用いることが可能である。

【００８２】また、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴを単
結晶のシリコン基板１に形成したが、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）などのように多結晶シリコン層に素子を形成しても
良い。

【００８３】また、本実施形態では、熱酸化によって基
板表面を改質することによって酸化膜２を形成したが、
通常のＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法などの堆積法によって酸
化膜２を形成しても良い。

【００８４】また、上記ＮＯを含む雰囲気中での熱処理
を行う前に、必要に応じて酸化膜２中に窒素を導入して
も良い。例えば、酸化膜２の形成後、非晶質シリコン薄
膜３ａの形成前に、窒化種としてＮＯを含む雰囲気中で
熱処理を行えば、良く知られている通り、シリコン基板
１と酸化膜２との界面に窒素が導入されるので、酸化膜
２の裏面（酸化膜２のシリコン基板側の表面）にもＳｉ
ＯＮ膜を形成できる。

【００８５】したがって、この後、酸化膜２上に非晶質
シリコン薄膜３ａを形成し、さらにＮＯを含む雰囲気中
での熱処理を再度行えば、シリコン基板１と酸化膜２と
の界面および酸化膜２と多結晶シリコン膜３ｐと酸化膜
２との界面に窒素を多く含むＳｉＯＮ膜を形成できる。

【００８６】このようにして形成されたＳｉＯＮ膜はそ
の上下に窒素が多く分布した窒素濃度分布を持っている
ので、つまり本実施形態で説明したＳｉＯＮ膜４に比べ
て、深さ方向に関しての窒素濃度分布の対称性が高いの
で、印加電圧の極性に対して対称性の高い電気的特性を
得ることができる。

【００８７】そのため、上記ＳｉＯＮ膜は、例えばトン
ネル絶縁膜のように素子の動作モード（書き込み、消
去）によってその印加電圧の極性が変わるような絶縁膜
に用いることが有効であると考えられる。

【００８８】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を示す工程断
面図である。なお、図７で、図１または図５と対応する
部分には同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する
（他の実施形態についても同様）。

【００８９】本実施形熊の特徴は、第１の実施形態のゲ
ート電極の形成方法を２回繰り返すことによって、２重
ゲート構造のゲート電極を形成することにある。まず、
第１の実施形態の図５（ｄ）の工程に続いて、図７
（ａ）に示すように、第１層目の多結晶シリコン膜５上
に第２の酸化膜２２を形成する。

【００９０】この酸化膜２２の形成方法はその下の酸化
膜２のそれと同様であり、多結晶シリコン膜５の表面を
酸化性雰曲気で熱処理して形成しても良いし、あるいは
ＣＶＤ法等の堆積法によって形成しても良い。

【００９１】次に図７（ｂ）に示すように、酸化膜２２
上に厚さ１０ｎｍ程度またはそれ以下の第２の非晶質シ
リコン薄膜３ａ２を形成する。次に図７（ｃ）に示すよ
うに、シリコン基板１を第１の実施形態と同様に一酸化
窒素（ＮＯ）を含む雰囲気中で熱処理して、非晶質シリ
コン薄膜３ａ２を結晶化して多結晶シリコン薄膜３ｐ２
に変えるとともに、酸化膜２２をゲート電極間絶縁膜と
しての第２のＳｉＯＮ膜４２に変える。このとき、多結
晶シリコン薄膜３ｐ２の表面にはＳｉＯＮ膜４’が形成
される。

【００９２】このようにして形成されたＳｉＯＮ膜４２
は、多結晶シリコン薄膜３ｐ２側の表面部分が他の部
分、特に第１層目の多結晶シリコン膜５側の表面部分よ
りも窒素濃度が高くなる。すなわち、ＳｉＯＮ膜４２の
表面はオキシナイトライド膜４Ａになっており、ＳｉＯ
Ｎ膜４の裏面は窒素濃度が十分に低いＳｉＯＮ膜（酸化
膜２から生じたもの）となっている。その理由は、上記
第1 の実施形態の場合と同様である。

【００９３】次に図７（ｄ）に示すように、多結晶シリ
コン薄膜３ｐ２の表面に形成されたＳｉＯＮ膜４’を除
去した後、多結晶シリコン薄膜３ｐ２上に２層目の多結
晶シリコン膜５２を堆積する。

【００９４】次に図７（ｅ）に示すように、多結晶シリ
コン膜５２、多結晶シリコン薄膜３ｐ２、ＳｉＯＮ膜４
２、多結晶シリコン膜５、多結晶シリコン薄膜３ｐおよ
びＳｉＯＮ膜４を周知のフォトリソグラフィおよびエッ
チングを用いてパターニングして、ＭＯＳＦＥＴのゲー
ト電極部（ゲート絶縁膜、第１ケート電極、ゲート電極
間絶縁膜、第２ゲート電極）を形成する。

【００９５】最後に、同図（ｅ）に示すように、周知の
方法に従ってソース拡散層６およびドレイン拡散層７を
自己整合的に形成してＭＯＳＦＥＴが完成する。本実施
形態で説明した２重ゲート構造のゲート電極（第１ゲー
ト電極、ゲート電極間絶縁膜、第２ゲート電極）は、例
えばＥＥＰＲＯＭのトンネル絶縁膜と制御ゲート電極と
ゲート電極間絶縁と浮遊ゲート電極からなるゲート電極
部に用いると良い。

【００９６】また、本実施形態では、第１および第２の
ＳｉＯＮ膜４，４２の両方に本発明を適用したが、第１
のＳｉＯＮ膜４は従来方法によって形成し、第２のＳｉ
ＯＮ膜４２だけに本発明を適用しても良いし、あるいは
逆に第１のＳｉＯＮ膜４のみに本発明を適用しても良
い。すなわち、第１および第２の窒化酸化４，４２は一
般にそれぞれ用途が異なるから、それぞれの用途に合わ
せて窒素の導入方法（成膜方法）を選択すれば良い。

【００９７】また、本実施形態では、２重ゲート構造の
ゲート電極の場合について説明したが、第１の実施形態
のゲート構造の形成方法を３回以上繰り返すことによっ
て、３重以上の多重ゲート構造のゲート電極を形成する
こともできる。この場合も、必要に応じて従来方法によ
って窒化酸化膜の一部を形成しても良い。

【００９８】（第３の実施形態）図８は、本発明の第３
の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す工程断面
図である。

【００９９】まず、図８（ａ）に示すように、サファイ
ア基板１１上に単結晶のシリコン膜１２をエピタキシャ
ル成長させ、ＳＯＳ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＳａｐｐ
ｈｉｒｅ）構造を形成する。

【０１００】次に図８（ｂ）に示すように、第１の実施
形態で説明した窒化種としてＮＯを含む雰囲気中での熱
処理をサファイア基板１１に施すことによって、サファ
イア基板１１とシリコン膜１２との界面、およびシリコ
ン膜１２の表面にオキシナイトライド膜４Ａ及びＳｉＯ
Ｎ膜４’をそれぞれ形成する。

【０１０１】最後に、図８（ｃ）に示すように、シリコ
ン膜１２の表面に形成されたＳｉＯＮ膜４’を除去する
ことによって、サファイア／ＳｉＯＮ（オキシナイトラ
イド）／シリコン構造の半導体基板が完成する。半導体
素子はシリコン膜１２に形成する。

【０１０２】このようにゲート絶縁膜よりも厚い絶縁膜
に対しても、また材料がシリコン酸化膜でない絶縁膜に
対しても本発明は適用できる。また、本実施形態では、
いわゆるＳＯＳ基板を出発にしてシリコン膜１２の下に
オキシナイトライド膜４Ａを形成したが、シリコン膜の
裏面直下にＳｉＯ₂膜を有するいわゆるＳＯＩ基板を出
発にして、シリコン膜と酸化膜との界面にオキシナイト
ライド膜を形成することもできる。

【０１０３】また、ゲート絶縁膜よりも厚い他の絶縁膜
の例としては、半導体装置一般に使用される層間絶縁膜
があげられる。即ち、酸化膜である層間絶縁膜上にシリ
コン膜を形成し、上記実施形態の様に層間絶縁膜とシリ
コン膜間にオキシナイトライド膜を形成することが出来
る。このようにして層間絶縁膜に本実施形態の方法を適
用した場合には、層間絶縁膜上に形成されたオキシナイ
トライド膜を層間絶縁膜の保護膜として利用することが
できる。

【０１０４】これにより、例えば半導体装置の使用雰囲
気中の水分が、層間絶縁膜を介して素子領域に拡散する
ことによる、信頼性低下などの問題を防止することがで
きるようになる。

【０１０５】（第４の実施形態）図９は、本発明の第４
の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成方
法を示す工程断面図である。

【０１０６】本実施形態の特徴は、シリコンの供給源で
あるシリコン膜を全て消費して窒化酸化膜を形成するこ
とにある。まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基
板１上に酸化膜２を形成した後、この酸化膜２上に厚さ
０．５ｎｍ程度の極めて薄い非晶質シリコン薄膜３ａ’
を例えばＣＶＤ法を用いて形成する。

【０１０７】次に図９（ｂ）に示すように窒化種として
ＮＯを含む雰囲気中で、非晶質シリコン薄膜３ａ’のシ
リコンが丁度消費される条件でもって，シリコン基板１
を熱処理してＳｉＯＮ膜４を形成する。

【０１０８】ＯＮを含む雰囲気中での熱処理の場合は、
シリコンがゆっくりと消費されることによってＳｉＯＮ
が形成される。また、熱処理中に形成されるＳｉＯＮは
窒素の拡散バリアとして働く。

【０１０９】したがって、非晶質シリコン薄膜３ａ’の
シリコンが丁度消費される条件でもって、シリコン基板
１をＯＮを含む雰囲気中で熱処理すれば、表面では窒素
濃度が高いが、裏面（シリコン基板１との界面）には窒
素を含まないＳｉＯＮ膜４を形成することができるよう
になる。

【０１１０】なお、非晶質シリコン薄膜３ａ’のシリコ
ンが丁度消費される条件よりも長い時間にわたって上記
熱処理を行えば、表面のシリコンは消費され尽くしてい
るので、ＮＯを供給源とする窒素はＳｉＯＮ膜４を経由
してＳｉＯＮ膜４とシリコン基板１との界面にいたり、
その界面にもオキシナイトライド膜が形成される。この
ようにして、熱処理を１回行うだけで表面および裏面に
おいて窒素濃度が高いＳｉＯＮ膜４を形成することがで
きる。

【０１１１】この後、周知の方法に従って多結晶シリコ
ンゲート電極、ソース拡散層、およびドレイン拡散層を
形成してＭＯＳＦＥＴが完成する。なお、本実施形態の
極めて薄い非晶質シリコン薄膜３ａ’を用いたＳｉＯＮ
膜４の形成方法は他の実施形態にも適用できる。

【０１１２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では単結晶のシ
リコン基板を用いたが、他の単結晶の半導体基板を用い
ても良い。また、上記実施形態では、ＭＯＳＦＥＴの場
合について説明したが、本発明はバイボーラトランジス
タや他の素子を含む半導体装置にも適用できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【０１１３】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、窒
化種としてＮＯ、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃を用い、シリコンの供給
源として窒素、シリコンおよび酸素を含む絶縁物または
窒素を含むシリコン酸化膜との界面におけるシリコン膜
を利用することにより、特性の劣化を招くことなく薄く
形成することができる、窒素、シリコンおよび酸素を含
む絶縁物または窒素を含むシリコン酸化源を備えた半導
体装置およびその製造方法を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴの
製造方法を示す工程断面図。

【図２】図１のＭＯＳトランジスタのゲート電極部中の
窒素の深さ方向の濃度分布を二次イオン質量分析（Ｓｌ
ＭＳ）法によって調べた結果を示す図。

【図３】同実施形態の方法によって形成したＭＯＳ界面
の固定電荷密度と導入窒素量との関係、および従来のＮ
Ｏ窒化によって形成したＭＯＳ界面の固定電荷密度と導
入窒素量との関係を示す特性図。

【図４】ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを同実施形態によ
って形成した後の熱工程に対するしきい値電庄の変動と
ばらつき、およびｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを従来法に
よって形成した後の熱工程に対するしきい値電圧の変動
とばらつきを示す図。

【図５】本発明の第１の実施形態の変形例に係るＭＯＳ
ＦＥＴの製造方法を示す工程断面図。

【図６】ＮＯ（白丸）、ＮＨ₃（黒丸）を用いて熱処理
を行った場合のポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）中の窒
素濃度とポリシリコン膜厚との関係を示した図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴの
製造方法を示す工程断面図。

【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の製
造方法を示す工程断面図。

【図９】本発明の第４の実施形態に係るＭＯＳＦＥＴの
ゲート絶縁膜の形成方法を示す工程断面図。

【図１０】ＮＯを窒化剤として用いた場合の本発明の実
施形態に係るＳｉＯＮ膜近傍の窒素酸素の濃度分布を示
した図である。

【図１１】ＮＨ₃を窒化剤として用いた場合の本発明の
実施形態に係るＳｉＯＮ膜近傍の窒素、酸素の濃度分布
を示した図である。

【図１２】ＮＯを窒化剤として用いて従来方法で形成し
たＳｉＯＮ膜近傍の窒素、酸素の濃度分布を示した図で
ある。

【図１３】ＮＨ₃を窒化剤として用いて従来方法で形成
したＳｉＯＮ膜近傍の窒素、酸素の濃度分布を示した図
である。

【符号の説明】

１…シリコン基板２，２２…シリコン酸化（ＳｉＯ₂）膜３…多結晶シリコン膜３ａ，３ａ’，３ａ２…非晶質シリコン薄膜３ｐ、３ｐ２…多結晶シリコン薄膜（第１のシリコン
膜）４、４２…ＳｉＯＮ膜４’…ＳｉＯＮ膜４Ａ…オキシナイトライド膜５，５２…多結晶シリコン膜（第２のシリコン膜）６…ソース拡散層７…ドレイン拡散層１１…サファイア基板１２…シリコン膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１ 21/8247 29/788 29/792

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素、シリコンおよび酸素を含む絶縁物
と、この絶縁物上に形成されたシリコン膜とを具備して
なり、前記シリコン膜との界面における前記絶縁物の窒
素の面密度が１ｘｌ０¹³（個／ｃｍ²）以上、かつ前記
シリコン膜と反対側の前記絶縁物の表面における窒素濃
度が前記シリコン膜との界面における前記絶縁物の窒素
濃度の１／１０以下であることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】半導体基板上に形成されたシリコン膜と、
このシリコン膜と前記半導体基板との間に前記シリコン
膜に接するように形成され、前記シリコン膜との界面に
おける窒素の面密度が１ｘｌ０¹³（個／ｃｍ²）以上、
かつ前記半導体基板との界面における窒素濃度が前記シ
リコン膜との界面における窒素濃度の１／１０以下であ
る窒素を含むシリコン酸化膜とを具備してなることを特
徴とする半導体装置。
【請求項３】前記シリコン膜は、２層以上の多結晶シリ
コン膜が積層されてなる積層シリコン膜であることを特
徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】前記窒素を含むシリコン酸化膜との界面に
おける前記シリコン膜の窒素の面密度が１×１０¹¹個／
ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項２に記載の半
導体装置。
【請求項５】前記シリコン膜中にホウ素が含まれている
ことを特微とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】前記シリコン膜の厚さは１ミクロン以下で
あることを特微とする請求項１乃至請求項５の何れか１
項に記載の半導体装置。
【請求項７】絶縁物上にシリコン膜を形成する工程と、
ＮＯまたはＮ₂ＯまたはＮＨ₃の少なくとも何れかを含む
雰囲気中での熱処理によって、前記絶縁物との界面の前
記シリコン膜をシリコン供給源として前記絶縁物と前記
シリコン膜との界面にオキシナイトライド膜を形成する
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項８】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
この絶縁膜上に第1 のシリコン膜を形成する工程と、Ｎ
ＯまたはＮ₂ＯまたはＮＨ₃の少なくとも何れかを含む雰
囲気中での熱処理によって、前記絶縁膜との界面の前記
第１のシリコン膜をシリコン供給源として前記絶縁膜と
前記第１のシリコン膜との界面にオキシナイトライド膜
を形成する工程と、前記第１のシリコン膜中に不純物を
添加する工程と、を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項９】前記熱処理の際に、前記絶縁膜と反対側の
前記第１のシリコン膜の表面に、前記第1 のオキシナイ
トライド膜とは別に形成されたＳｉＯＮ膜またはシリコ
ン窒化膜を除去する工程と、前記第１のシリコン膜上に
第２のシリコン膜を形成する工程と、前記第２のシリコ
ン膜中に不純物を添加する工程と、前記第１および第２
のシリコン膜を所定の形状に加工する工程とを更に有す
ることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１０】前記不純物がホウ素であることを特徴と
する請求項７乃至請求項８に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１１】前記熱処理によって、前記第１のオキシ
ナイトライド膜の窒素の面密度を１×１０¹³個／ｃｍ²
以上、かつ前記半導体基板と前記絶縁膜との界面におけ
る窒素濃度が前記第１のシリコン膜と前記第１のオキシ
ナイトライド膜の界面における窒素濃度の１／１０以下
であるＳｉＯＮ膜に前記絶縁膜を変えることを特徴とす
る請求項７乃至請求項８に記載の半導体装置の製造方
法。