JP2721157B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2721157B2 JP2721157B2 JP62070357A JP7035787A JP2721157B2 JP 2721157 B2 JP2721157 B2 JP 2721157B2 JP 62070357 A JP62070357 A JP 62070357A JP 7035787 A JP7035787 A JP 7035787A JP 2721157 B2 JP2721157 B2 JP 2721157B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
- H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、酸化珪素膜を改良した半導体装置に関す
る。 (従来の技術) 従来より半導体装置の一つで、キャパシタとトランジ
スタを組み合わせて情報の記憶動作を行う装置としてDR
AM(Dynamic Random Accessread write Memory)があ
る。この装置では通常キャパシタ電極と半導体基板との
間に形成されるキャパシタ絶縁膜としてSiO2膜が用いら
れ、この例が特開昭59−72161号公報に開示されてい
る。しかしながらSiO2膜にリン等が含まれると誘電率が
高くなり配線容量が増大する欠点があった。 その他に、従来例えば配線層間や素子分離用のSiO2膜
においても膜の均一性や成長速度,結晶欠陥の発生の抑
制等の面で不十分であった。 (発明を解決しようとする問題点) 以上述べた従来の半導体装置の電極と半導体基板間あ
るいは電極と電極間との間,もしくは素子分離用等のSi
O2膜は、リン等の混入により誘電率が高くなってしまっ
たり、均一性や成長速度,結晶欠陥の抑制等が不十分で
ある。 本発明は上述した欠点を解消する半導体装置を提供す
ることを目的とする。 [発明の構成] (問題を解決するための手段) 上述した目的を達成するために、本発明では半導体装
置を構成する酸化珪素膜に弗素を含ませたことを特徴と
している。 (作 用) このような半導体装置では、絶縁膜として弗素を含む
酸化珪素膜を用いているので、弗素を含まない酸化珪素
膜に比べ比誘電率が小さく抑えることができる。特にSi
O2分子数に対する弗素原子数の比率(弗素原子密度)が
0.1〜20%の場合に誘電率等の特性のすぐれた絶縁膜が
得られる。 さらに、この比率が1〜5%であれば、より大きな効
果が得られる。 (実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例を用いて説明す
る。 第1図は、本発明の第1の実施例に係わるDRAMセルの
製造工程を示す断面図である。 先ず、比抵抗10Ω・cmを有し、表面が(100)面であ
るP型のシリコン基板1上に、素子間分離を行うための
例えば熱酸化膜2を選択的に形成する(第1図
(a))。 次に、全面にCVD酸化膜3を堆積した後、パターンニ
ングされたレジストをマスクとして、この膜をさらにパ
ターンニングし、酸化膜3のマスクを設ける。この酸化
膜3のマスク上から反応性イオンエッチングにより溝4
を形成する。ついで酸化膜3を希釈弗酸によってエッチ
ング除去する(第1図(b))。 さらに、全面を800℃,50%のアルゴンガスで希釈され
た乾燥酸素中で5分間酸化しその後、50ppmの弗化窒素
を酸化雰囲気中に添加し酸化を続け、さらに弗化窒素の
添加を中止した後5分間酸化を追加してMOSキャパシタ
用酸化膜5を形成する。しかる後、通常のリン添加多結
晶シリコンゲート電極6を形成する。 従来の酸化膜を用いた場合は第2図(a)の容量電圧
(C−V)特性に示すように、時定数の小さい界面準位
が発生している。これに対し、本実施例の弗化窒素添加
の酸化の前後に乾燥酸素中での酸化を行った場合のC−
V特性は第2図(b)に示すように界面準位が著しく減
少していることが分かる。 さらに第3図に示すように溝周辺長が50mmで電極面積
が0.1平方mmのMOSキャパシタの酸化膜リーク電流を2桁
減少させることができる。 尚、本実施例では、酸化温度800℃、弗化ガスを弗化
窒素,またその添加量を50ppmとしたが、添加ガスの種
類と量を変更できる。要はシリコンの酸化が一定の供給
律速で行われれば良い。 第4図(a)〜(d)は本発明の第2の実施例として
DRAMセルの製造工程を示す断面図である。先ず第4図
(a)に示すように比抵抗10Ω/cm程度のP型(100)シ
リコン基板41に熱酸化膜42を形成した後、CVD窒化膜43
を埋積し、通常の写真食刻工程を経て、素子分離領域に
窓44を形成する。次に第4図(b)に示すように窒化膜
43をマスクとして酸化膜42を通してBをイオン注入しP-
型層45を形成した後CVD窒化膜43をマスクとして、100pm
m程度の三弗化窒素ガスを含むドライ酸素中においてシ
リコン基板41を酸化し、酸化膜46を形成する。 この後、第4図(c)に示すようにCVD窒化膜43およ
び熱酸化膜42をエッチング除去し、露出したシリコン基
板41表面n-型層47を形成し、熱酸化を行ってキャパシタ
絶縁膜となる熱酸化膜48を形成し、続いて第1層多結晶
シリコン膜を堆積,パターンニングしてキャパシタ電極
49を形成する。熱酸化膜48は50Å以上500Å以下の厚さ
をもって形成される。続いて第4図(d)に示すように
キャパシタ領域に隣接する位置にゲート絶縁膜となる熱
酸化膜50aを形成し、第2層多結晶シリコン膜の堆積,
パターンニングによりゲート電極50bを形成し、例えばA
sイオン注入によりソース,ドレインとなるn+型層50c,5
0dを形成してスイッチングMOSトランジスタを形成す
る。この後は図示しないが、全面にCVD酸化膜を堆積
し,コンタクト孔を開けてAl配線を形成して、DRAMを完
成する。 この実施例によれば素子分離領域に選択酸化により下
地シリコン基板の結晶欠陥を少なく、かつ低誘電率の厚
い酸化膜を容易に形成することができる。これによって
絶縁特性の優れた素子分離が実現でき、また寄性MOS容
量の低下を図ることができる。したがってこの実施例に
よれば、信頼性の高い高集積化DRAMを得ることができ
る。 上記実施例では専らLOCOS(Local 0Xi−dation of Si
licon)法について説明したが、LOCOSに限らず、素子分
離領域に選択酸化により酸化膜を形成する工程を必要と
する素子分離法に本発明を適用することができる。 第5図は、本発明の第3の実施例として、半導体集積
回路における二層の電極間の絶縁膜形成工程を示す断面
図である。 まず、シリコン基板51全面に例えば熱酸化により酸化
膜52を形成し、さらに全面リン,ヒ素或いはボロンをド
ーピングした0.4μm厚の多結晶シリコンを堆積した
後、通常の写真食刻工程を経て第1の電極53を形成する
(第5図(a))。 次に、全面に弗素を0.1%以上含むか、或いは比誘電
率が3.85以下であるCVD(Chemical Vapour Depositio
n)酸化膜54を形成する。この膜厚は0.8μm以上が望ま
しいが、弗素の濃度に応じてさらに薄くすることも可能
である(第5図(b))。 しかる後に、全面にリン,ヒ素,或いはボロンをドー
ピングした多結晶シリコンを堆積し、さらに、通常の写
真食刻工程を経て第2の電極55を形成する(第5図
(c))。 第1の電極と第2の電極を絶縁するCVD酸化膜は高濃
度の弗素を含むため電極間の容量を低下することがで
き、さらに、可塑性が高いので、この膜の形成工程で比
較的低温の熱工程を経ることによって表面で流動が生
じ、表面形状をなだらかにできるため、上層の電極或い
は配線を特性の劣化をきたすことなく容易に形成するこ
とができる。 従って信頼性の高い高集積化した半導体集積回路装置
を得ることができる。 次に本発明の第4の実施例を説明する。 先に述べた第3の実施例の弗素を含むCVD酸化膜のか
わりに、予めシリコン酸化膜を形成した後、弗素イオン
を注入することにより、弗素を含む酸化膜を形成する。
この時のイオン注入条件はドーズ量1×1014cm-2程度で
行う。この膜厚もやはり0.8μm以上であることが望ま
しいが、弗素濃度に応じてさらに薄くすることも可能で
ある。 本実施例では、弗素を含む酸化膜の特性は、先の弗素
を含むCVD酸化膜と膜質が同一であるため、第2の実施
例と同一の効果を得る。 本発明は上記実施例に限られるものではない。例えば
以上では専ら多結晶シリコン電極について説明したが、
多結晶シリコンに限らず金属についても同様であり、更
に、電極と配線間或いは配線と配線間等あらゆる層間絶
縁膜について本発明を適用することができる。 [発明の効果] 本発明の構成により、特性のすぐれた絶縁膜を含む半
導体装置を提供することができる。
る。 (従来の技術) 従来より半導体装置の一つで、キャパシタとトランジ
スタを組み合わせて情報の記憶動作を行う装置としてDR
AM(Dynamic Random Accessread write Memory)があ
る。この装置では通常キャパシタ電極と半導体基板との
間に形成されるキャパシタ絶縁膜としてSiO2膜が用いら
れ、この例が特開昭59−72161号公報に開示されてい
る。しかしながらSiO2膜にリン等が含まれると誘電率が
高くなり配線容量が増大する欠点があった。 その他に、従来例えば配線層間や素子分離用のSiO2膜
においても膜の均一性や成長速度,結晶欠陥の発生の抑
制等の面で不十分であった。 (発明を解決しようとする問題点) 以上述べた従来の半導体装置の電極と半導体基板間あ
るいは電極と電極間との間,もしくは素子分離用等のSi
O2膜は、リン等の混入により誘電率が高くなってしまっ
たり、均一性や成長速度,結晶欠陥の抑制等が不十分で
ある。 本発明は上述した欠点を解消する半導体装置を提供す
ることを目的とする。 [発明の構成] (問題を解決するための手段) 上述した目的を達成するために、本発明では半導体装
置を構成する酸化珪素膜に弗素を含ませたことを特徴と
している。 (作 用) このような半導体装置では、絶縁膜として弗素を含む
酸化珪素膜を用いているので、弗素を含まない酸化珪素
膜に比べ比誘電率が小さく抑えることができる。特にSi
O2分子数に対する弗素原子数の比率(弗素原子密度)が
0.1〜20%の場合に誘電率等の特性のすぐれた絶縁膜が
得られる。 さらに、この比率が1〜5%であれば、より大きな効
果が得られる。 (実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例を用いて説明す
る。 第1図は、本発明の第1の実施例に係わるDRAMセルの
製造工程を示す断面図である。 先ず、比抵抗10Ω・cmを有し、表面が(100)面であ
るP型のシリコン基板1上に、素子間分離を行うための
例えば熱酸化膜2を選択的に形成する(第1図
(a))。 次に、全面にCVD酸化膜3を堆積した後、パターンニ
ングされたレジストをマスクとして、この膜をさらにパ
ターンニングし、酸化膜3のマスクを設ける。この酸化
膜3のマスク上から反応性イオンエッチングにより溝4
を形成する。ついで酸化膜3を希釈弗酸によってエッチ
ング除去する(第1図(b))。 さらに、全面を800℃,50%のアルゴンガスで希釈され
た乾燥酸素中で5分間酸化しその後、50ppmの弗化窒素
を酸化雰囲気中に添加し酸化を続け、さらに弗化窒素の
添加を中止した後5分間酸化を追加してMOSキャパシタ
用酸化膜5を形成する。しかる後、通常のリン添加多結
晶シリコンゲート電極6を形成する。 従来の酸化膜を用いた場合は第2図(a)の容量電圧
(C−V)特性に示すように、時定数の小さい界面準位
が発生している。これに対し、本実施例の弗化窒素添加
の酸化の前後に乾燥酸素中での酸化を行った場合のC−
V特性は第2図(b)に示すように界面準位が著しく減
少していることが分かる。 さらに第3図に示すように溝周辺長が50mmで電極面積
が0.1平方mmのMOSキャパシタの酸化膜リーク電流を2桁
減少させることができる。 尚、本実施例では、酸化温度800℃、弗化ガスを弗化
窒素,またその添加量を50ppmとしたが、添加ガスの種
類と量を変更できる。要はシリコンの酸化が一定の供給
律速で行われれば良い。 第4図(a)〜(d)は本発明の第2の実施例として
DRAMセルの製造工程を示す断面図である。先ず第4図
(a)に示すように比抵抗10Ω/cm程度のP型(100)シ
リコン基板41に熱酸化膜42を形成した後、CVD窒化膜43
を埋積し、通常の写真食刻工程を経て、素子分離領域に
窓44を形成する。次に第4図(b)に示すように窒化膜
43をマスクとして酸化膜42を通してBをイオン注入しP-
型層45を形成した後CVD窒化膜43をマスクとして、100pm
m程度の三弗化窒素ガスを含むドライ酸素中においてシ
リコン基板41を酸化し、酸化膜46を形成する。 この後、第4図(c)に示すようにCVD窒化膜43およ
び熱酸化膜42をエッチング除去し、露出したシリコン基
板41表面n-型層47を形成し、熱酸化を行ってキャパシタ
絶縁膜となる熱酸化膜48を形成し、続いて第1層多結晶
シリコン膜を堆積,パターンニングしてキャパシタ電極
49を形成する。熱酸化膜48は50Å以上500Å以下の厚さ
をもって形成される。続いて第4図(d)に示すように
キャパシタ領域に隣接する位置にゲート絶縁膜となる熱
酸化膜50aを形成し、第2層多結晶シリコン膜の堆積,
パターンニングによりゲート電極50bを形成し、例えばA
sイオン注入によりソース,ドレインとなるn+型層50c,5
0dを形成してスイッチングMOSトランジスタを形成す
る。この後は図示しないが、全面にCVD酸化膜を堆積
し,コンタクト孔を開けてAl配線を形成して、DRAMを完
成する。 この実施例によれば素子分離領域に選択酸化により下
地シリコン基板の結晶欠陥を少なく、かつ低誘電率の厚
い酸化膜を容易に形成することができる。これによって
絶縁特性の優れた素子分離が実現でき、また寄性MOS容
量の低下を図ることができる。したがってこの実施例に
よれば、信頼性の高い高集積化DRAMを得ることができ
る。 上記実施例では専らLOCOS(Local 0Xi−dation of Si
licon)法について説明したが、LOCOSに限らず、素子分
離領域に選択酸化により酸化膜を形成する工程を必要と
する素子分離法に本発明を適用することができる。 第5図は、本発明の第3の実施例として、半導体集積
回路における二層の電極間の絶縁膜形成工程を示す断面
図である。 まず、シリコン基板51全面に例えば熱酸化により酸化
膜52を形成し、さらに全面リン,ヒ素或いはボロンをド
ーピングした0.4μm厚の多結晶シリコンを堆積した
後、通常の写真食刻工程を経て第1の電極53を形成する
(第5図(a))。 次に、全面に弗素を0.1%以上含むか、或いは比誘電
率が3.85以下であるCVD(Chemical Vapour Depositio
n)酸化膜54を形成する。この膜厚は0.8μm以上が望ま
しいが、弗素の濃度に応じてさらに薄くすることも可能
である(第5図(b))。 しかる後に、全面にリン,ヒ素,或いはボロンをドー
ピングした多結晶シリコンを堆積し、さらに、通常の写
真食刻工程を経て第2の電極55を形成する(第5図
(c))。 第1の電極と第2の電極を絶縁するCVD酸化膜は高濃
度の弗素を含むため電極間の容量を低下することがで
き、さらに、可塑性が高いので、この膜の形成工程で比
較的低温の熱工程を経ることによって表面で流動が生
じ、表面形状をなだらかにできるため、上層の電極或い
は配線を特性の劣化をきたすことなく容易に形成するこ
とができる。 従って信頼性の高い高集積化した半導体集積回路装置
を得ることができる。 次に本発明の第4の実施例を説明する。 先に述べた第3の実施例の弗素を含むCVD酸化膜のか
わりに、予めシリコン酸化膜を形成した後、弗素イオン
を注入することにより、弗素を含む酸化膜を形成する。
この時のイオン注入条件はドーズ量1×1014cm-2程度で
行う。この膜厚もやはり0.8μm以上であることが望ま
しいが、弗素濃度に応じてさらに薄くすることも可能で
ある。 本実施例では、弗素を含む酸化膜の特性は、先の弗素
を含むCVD酸化膜と膜質が同一であるため、第2の実施
例と同一の効果を得る。 本発明は上記実施例に限られるものではない。例えば
以上では専ら多結晶シリコン電極について説明したが、
多結晶シリコンに限らず金属についても同様であり、更
に、電極と配線間或いは配線と配線間等あらゆる層間絶
縁膜について本発明を適用することができる。 [発明の効果] 本発明の構成により、特性のすぐれた絶縁膜を含む半
導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による半導体装置の第1の実施例の製
造工程を示す断面図、第2図及び第3図は第1の実施例
の効果を示す図、第4図は本発明の第2の実施例の製造
工程を示す断面図、第5図は本発明の第3の実施例の製
造工程を示す断面図である。 1……シリコン基板、 2……厚い素子分離用酸化膜、 3……RIEマスク用酸化膜、 4……シリコン溝、 5……MOSキャパシタ用酸化膜、 6……ゲート電極。
造工程を示す断面図、第2図及び第3図は第1の実施例
の効果を示す図、第4図は本発明の第2の実施例の製造
工程を示す断面図、第5図は本発明の第3の実施例の製
造工程を示す断面図である。 1……シリコン基板、 2……厚い素子分離用酸化膜、 3……RIEマスク用酸化膜、 4……シリコン溝、 5……MOSキャパシタ用酸化膜、 6……ゲート電極。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.弗素を含むことにより低誘電率化した酸化珪素膜を
層間絶縁膜、あるいは素子分離膜として用いていること
を特徴とする半導体装置。 2.前記弗素を含むことにより低誘電率化した酸化珪素
膜は、弗素を原子濃度で0.1〜20%含む膜であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 3.前記弗素を含むことにより低誘電率化した酸化珪素
膜は、弗素を含まない酸化珪素膜に弗素イオンを注入し
て形成された膜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。 4.前記弗素を含むことにより低誘電率化した酸化珪素
膜は、弗素を含むCVD酸化珪素膜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。 5.前記弗素を含むことにより低誘電率化した酸化珪素
膜は、弗素を原子濃度で1〜5%含む膜であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62070357A JP2721157B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62070357A JP2721157B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63237456A JPS63237456A (ja) | 1988-10-03 |
JP2721157B2 true JP2721157B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=13429098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62070357A Expired - Lifetime JP2721157B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2721157B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8114722B2 (en) | 2007-08-24 | 2012-02-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
KR101877377B1 (ko) | 2010-04-23 | 2018-07-11 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치의 제작 방법 |
CN102859703B (zh) | 2010-04-23 | 2015-12-02 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置的制造方法 |
WO2011142467A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
US8629438B2 (en) | 2010-05-21 | 2014-01-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60144940A (ja) * | 1984-01-07 | 1985-07-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化珪素作製方法 |
-
1987
- 1987-03-26 JP JP62070357A patent/JP2721157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63237456A (ja) | 1988-10-03 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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