JP3197033B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【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、特に窒化シリコン膜と二酸化シリコン膜の積層
絶縁膜の形成方法に関するものである。
に関し、特に窒化シリコン膜と二酸化シリコン膜の積層
絶縁膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory) のキャパシタ絶縁膜としては、ＬＰＣＶＤ
（low pressure chemical vapour deposition)法による
Ｓi3Ｎ4 膜（窒化シリコン膜）と、それを酸化して得ら
れるＳｉＯ2 膜（二酸化シリコン膜）からなる積層絶縁
膜が広く用いられている。
s Memory) のキャパシタ絶縁膜としては、ＬＰＣＶＤ
（low pressure chemical vapour deposition)法による
Ｓi3Ｎ4 膜（窒化シリコン膜）と、それを酸化して得ら
れるＳｉＯ2 膜（二酸化シリコン膜）からなる積層絶縁
膜が広く用いられている。
【０００３】ＤＲＡＭの高集積化に伴い、この積層絶縁
膜は、５０Å（オングストローム）以下の薄膜が要求さ
れている。例えば、１６メガビットＤＲＡＭ以降におい
ては、Ｓi3Ｎ4 膜厚で６０Å以下の極薄膜を利用するの
が主流となっている。ここで、ＬＰＣＶＤ−Ｓi3Ｎ4 膜
は、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 （ジクロールシラン）とＮＨ3（ア
ンモニア）あるいは、ＳｉＨ4 （モノシラン）とＮＨ3
を材料ガスに用いて、７００〜８５０℃の温度で形成し
ている。また、Ｓi3Ｎ4 膜を酸化して得られるＳｉＯ2
膜は、８００〜１０００℃の温度で、Ｈ2(水素）＋Ｏ
2(酸素) 雰囲気で数十分酸化して形成される。このＳｉ
Ｏ2 膜は非常に重要で、このＳｉＯ2 膜を形成すること
によって、Ｓi3Ｎ4膜の欠陥を修復し、リーク電流を低
減させる働きがあり、Ｓi3Ｎ4 膜を含む積層絶縁膜の形
成には不可欠である。
膜は、５０Å（オングストローム）以下の薄膜が要求さ
れている。例えば、１６メガビットＤＲＡＭ以降におい
ては、Ｓi3Ｎ4 膜厚で６０Å以下の極薄膜を利用するの
が主流となっている。ここで、ＬＰＣＶＤ−Ｓi3Ｎ4 膜
は、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 （ジクロールシラン）とＮＨ3（ア
ンモニア）あるいは、ＳｉＨ4 （モノシラン）とＮＨ3
を材料ガスに用いて、７００〜８５０℃の温度で形成し
ている。また、Ｓi3Ｎ4 膜を酸化して得られるＳｉＯ2
膜は、８００〜１０００℃の温度で、Ｈ2(水素）＋Ｏ
2(酸素) 雰囲気で数十分酸化して形成される。このＳｉ
Ｏ2 膜は非常に重要で、このＳｉＯ2 膜を形成すること
によって、Ｓi3Ｎ4膜の欠陥を修復し、リーク電流を低
減させる働きがあり、Ｓi3Ｎ4 膜を含む積層絶縁膜の形
成には不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、６０Å
以下、特に５０Åレベル以下の極薄ＬＰＣＶＤ−Ｓi3Ｎ
4 膜を利用しようとするとき、前記のＳｉＯ2 膜の形成
のため酸化を行うと、極薄Ｓi3Ｎ4 膜の耐酸化性、又は
酸化種に対するマスク性が破れ、下部電極材までが酸化
され、その結果、絶縁膜の膜厚は、数百Åに膨れ、初期
の極薄絶縁膜の形成という目的が達せられなくなるとい
う問題があった。ここで、酸化を弱くすれば、異状に膜
厚が増加する現象は回避できる。しかし、ＬＰＣＶＤ−
Ｓi3Ｎ4 膜を利用した積層絶縁膜を高集積ＤＲＡＭに採
用するとき、最も重要な問題はリーク電流であり、酸化
を弱くした場合は、このリーク電流が大きくなるため、
実用上満足できるＤＲＡＭ用キャパシタ絶縁膜が得られ
なくなる。
以下、特に５０Åレベル以下の極薄ＬＰＣＶＤ−Ｓi3Ｎ
4 膜を利用しようとするとき、前記のＳｉＯ2 膜の形成
のため酸化を行うと、極薄Ｓi3Ｎ4 膜の耐酸化性、又は
酸化種に対するマスク性が破れ、下部電極材までが酸化
され、その結果、絶縁膜の膜厚は、数百Åに膨れ、初期
の極薄絶縁膜の形成という目的が達せられなくなるとい
う問題があった。ここで、酸化を弱くすれば、異状に膜
厚が増加する現象は回避できる。しかし、ＬＰＣＶＤ−
Ｓi3Ｎ4 膜を利用した積層絶縁膜を高集積ＤＲＡＭに採
用するとき、最も重要な問題はリーク電流であり、酸化
を弱くした場合は、このリーク電流が大きくなるため、
実用上満足できるＤＲＡＭ用キャパシタ絶縁膜が得られ
なくなる。
【０００５】この発明は上記の点に鑑みなされたもの
で、膜厚的にも、電気特性的にも満足できる極薄の積層
絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
で、膜厚的にも、電気特性的にも満足できる極薄の積層
絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明では、窒化シリ
コン膜を形成後、該窒化シリコン膜の熱窒化を行い、そ
の後、酸化によって表面に二酸化シリコン膜を形成す
る。
コン膜を形成後、該窒化シリコン膜の熱窒化を行い、そ
の後、酸化によって表面に二酸化シリコン膜を形成す
る。
【０００７】
【作用】上記この発明においては、窒化シリコン膜の形
成後、熱窒化を行うことにより該窒化シリコン膜の耐酸
化性が向上するので、その後酸化を弱めることなく二酸
化シリコン膜を形成しても、下地部材まで酸化されて絶
縁膜膜厚が異常に増大することがなく、かつ酸化を弱め
なかったのでリーク電流の少ない電気特性の良好な積層
絶縁膜を形成できる。
成後、熱窒化を行うことにより該窒化シリコン膜の耐酸
化性が向上するので、その後酸化を弱めることなく二酸
化シリコン膜を形成しても、下地部材まで酸化されて絶
縁膜膜厚が異常に増大することがなく、かつ酸化を弱め
なかったのでリーク電流の少ない電気特性の良好な積層
絶縁膜を形成できる。
【０００８】
【実施例】以下この発明の一実施例を詳細に説明する。
一実施例では、まず、ＬＰＣＶＤ炉を用いて、ＳｉＨ2
Ｃｌ2 とＮＨ3 、あるいは、ＳｉＨ4 とＮＨ3 を材料ガ
スとして、反応温度６００〜８５０℃、反応圧力０．１
〜１TorrでＳi3Ｎ4 膜を例えば厚さ４０Å、下地上に形
成する。次に、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）装置を
用いて、ＮＨ3 雰囲気中で、例えば１１００℃，３０秒
間、前記Ｓi3Ｎ4 膜を熱窒化する。この時、温度と時間
は、例えば温度を１１００℃より高温にすれば３０秒よ
り短時間、温度を１１００℃より低温にすれば３０秒よ
り長時間とすればよい。また、ＮＨ3 は、できるだけ純
度の高いものを用い、特に、Ｏ2 （酸素）やＨ2 Ｏ
（水）の混入を防ぐ。これらが存在していると、酸化も
同時に進行するので好ましくない。次に、８００〜９５
０℃の温度で、３０分〜６０分の時間、Ｈ2 ＋Ｏ2 雰囲
気でＳi3Ｎ4 膜を酸化して、該Ｓi3Ｎ4 膜上にＳｉＯ2
膜を形成する。
一実施例では、まず、ＬＰＣＶＤ炉を用いて、ＳｉＨ2
Ｃｌ2 とＮＨ3 、あるいは、ＳｉＨ4 とＮＨ3 を材料ガ
スとして、反応温度６００〜８５０℃、反応圧力０．１
〜１TorrでＳi3Ｎ4 膜を例えば厚さ４０Å、下地上に形
成する。次に、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）装置を
用いて、ＮＨ3 雰囲気中で、例えば１１００℃，３０秒
間、前記Ｓi3Ｎ4 膜を熱窒化する。この時、温度と時間
は、例えば温度を１１００℃より高温にすれば３０秒よ
り短時間、温度を１１００℃より低温にすれば３０秒よ
り長時間とすればよい。また、ＮＨ3 は、できるだけ純
度の高いものを用い、特に、Ｏ2 （酸素）やＨ2 Ｏ
（水）の混入を防ぐ。これらが存在していると、酸化も
同時に進行するので好ましくない。次に、８００〜９５
０℃の温度で、３０分〜６０分の時間、Ｈ2 ＋Ｏ2 雰囲
気でＳi3Ｎ4 膜を酸化して、該Ｓi3Ｎ4 膜上にＳｉＯ2
膜を形成する。
【０００９】図１は、従来の方法と上記この発明の一実
施例の方法（共に酸化は９００℃で３０分間）でＳｉＯ
2 ／Ｓi3Ｎ4 積層絶縁膜を形成した場合の酸化後の膜厚
の変化を示す特性図である。この図に示すように、従来
は、４０Å以下のＳi3Ｎ4 膜厚（酸化前膜厚）で酸化後
の膜厚が大きく増加するが、酸化前に熱窒化工程を有す
るこの発明の一実施例では、２０Å以下まで酸化後の膜
厚増加が少なく、耐酸化性が保たれていることが分る。
施例の方法（共に酸化は９００℃で３０分間）でＳｉＯ
2 ／Ｓi3Ｎ4 積層絶縁膜を形成した場合の酸化後の膜厚
の変化を示す特性図である。この図に示すように、従来
は、４０Å以下のＳi3Ｎ4 膜厚（酸化前膜厚）で酸化後
の膜厚が大きく増加するが、酸化前に熱窒化工程を有す
るこの発明の一実施例では、２０Å以下まで酸化後の膜
厚増加が少なく、耐酸化性が保たれていることが分る。
【００１０】なお、上記一実施例を代表例とするこの発
明の方法は、勿論、ＤＲＡＭキャパシタの絶縁膜形成工
程として利用できるが、その他の積層絶縁膜形成工程と
して利用できることもいうまでもない。
明の方法は、勿論、ＤＲＡＭキャパシタの絶縁膜形成工
程として利用できるが、その他の積層絶縁膜形成工程と
して利用できることもいうまでもない。
【００１１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、窒化
シリコン膜の形成後、熱窒化を行うようにしたので、該
窒化シリコン膜の耐酸化性が向上するようになり、その
結果、その後酸化を弱めることなく二酸化シリコン膜を
形成しても、下地部材まで酸化されて絶縁膜膜厚が異常
に増大することがなく、極薄状態を維持できるから、膜
厚的に充分満足できる積層絶縁膜を得ることができ、か
つ酸化を弱めなかったのでリーク電流の少ない電気特性
的にも充分満足できる積層絶縁膜を形成できる。
シリコン膜の形成後、熱窒化を行うようにしたので、該
窒化シリコン膜の耐酸化性が向上するようになり、その
結果、その後酸化を弱めることなく二酸化シリコン膜を
形成しても、下地部材まで酸化されて絶縁膜膜厚が異常
に増大することがなく、極薄状態を維持できるから、膜
厚的に充分満足できる積層絶縁膜を得ることができ、か
つ酸化を弱めなかったのでリーク電流の少ない電気特性
的にも充分満足できる積層絶縁膜を形成できる。
【図１】酸化前と酸化後の膜厚の変化を従来の方法とこ
の発明の一実施例の方法とで比較して示す特性図であ
る。
の発明の一実施例の方法とで比較して示す特性図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 信彦 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−186632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318162（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−16763（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1123（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/318 H01L 21/316
Claims (1)
- 【請求項１】 下地上にＣＶＤ窒化シリコン膜を形成す
る工程と、前記ＣＶＤ窒化シリコン膜を急速熱窒化する
工程と、その後酸化して前記ＣＶＤ窒化シリコン膜表面
に酸化シリコン膜を形成する工程とを具備してなる半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31527791A JP3197033B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31527791A JP3197033B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129289A JPH05129289A (ja) | 1993-05-25 |
| JP3197033B2 true JP3197033B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=18063478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31527791A Expired - Fee Related JP3197033B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197033B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7164493B2 (ja) | 2019-06-24 | 2022-11-01 | 株式会社生産日本社 | 多重袋 |
-
1991
- 1991-11-05 JP JP31527791A patent/JP3197033B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7164493B2 (ja) | 2019-06-24 | 2022-11-01 | 株式会社生産日本社 | 多重袋 |
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|---|---|
| JPH05129289A (ja) | 1993-05-25 |
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