JPH03280466A - 半導体装置の絶縁膜製造方法 - Google Patents

半導体装置の絶縁膜製造方法

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JPH03280466A
JPH03280466A JP2079956A JP7995690A JPH03280466A JP H03280466 A JPH03280466 A JP H03280466A JP 2079956 A JP2079956 A JP 2079956A JP 7995690 A JP7995690 A JP 7995690A JP H03280466 A JPH03280466 A JP H03280466A
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JP
Japan
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film
oxide film
poly
insulating film
hto
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JP2079956A
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Shigeaki Ide
繁章 井手
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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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】 (イ)産業上の利用分野 この発明はMO3LS I等の半導体装置の絶縁膜製造
方法に関するものであり、具体的には、EPROM、 
DRA輩等のゲート酸化膜及びメモリーキャパシタ絶縁
膜、メモリー消去用絶線膜におけろ多結晶シリコン(以
下ポリStと呼称する)上の絶縁膜の形成方法に関する
ものである。
(ロ)従来の技術 従来方法により、単結晶Si上、ポリSt上に絶縁膜と
して熱酸化MA S iかを形成する方法を第2図(a
)〜(d)に示す。同図においてまず、半導体基板上に
熱酸化により5ide膜2を形成する(第2図(a)参
照)。次にLPCVD (減圧化学的気相蒸着法)によ
りポリSi膜3を堆積し、低抵抗化の為の不純物をドー
プし、所望の形状にパターニングし、下部電極を形成し
た後、ポリSi3の存在しない部分の5iOy膜2をH
F系溶液により除去する(第2図(b)参照)。次にこ
れを熱酸化し、第2の熱酸化膜Si0.5を形成する(
第2図(c)参照)。次にLPCI/DによりポリSi
膜6を堆積し、低抵抗化の為の不純物をドープ後、所望
の形状にパターニングして上部電極を形成する(第2図
(d)参照)。
この方法により単結晶Si上、ポリSi上にキャパシタ
を形成していた。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかし、ポリSiを熱酸化して絶縁膜を形成する場合、
下地となるポリSiの結晶粒界により、絶線膜形成領域
である表面にも凹凸を有するから、その表面を酸化して
なる絶縁膜は膜質が悪く、膜厚も不均一となり、したが
って電圧を印加した際、その凹凸部で電界集中が生じて
絶縁膜の耐圧の低下を招くおそれがあった。
そこで、上記問題を解決する為に種々の方法が検討され
、例えば、特開昭63−4670号公報には絶縁膜の下
地層としてアモルファスS1を使用し、これが結晶化し
ない温度(580℃以下)で熱酸化膜を形成する方法が
提案されている。しかし、この方法を用いても、熱酸化
を580℃以下で行わなければならない為、膜質を良好
にするのは難しく、さらに膜厚の制御が困難である等の
問題がある。
また、LPGVDl、−より、ポリSi上1.: HT
 O膜を堆積し、絶縁膜とする方法が提案されている。
しかし、HTO膜は、ポリSi上では良好な膜質を示す
ものの、単結晶Si上では、やはり通常の熱酸化膜にく
らべ、膜質が劣るという問題がある。
また゛、ポリSi表面の酸化温度をtoso℃以上の高
温にして絶縁膜の膜質を向上させる方法があるが、高温
での熱処理は、不純物層の拡散を大きくするため、半導
体デバイスの高集積化の面において不利である。
この発明は、単結晶Si上およびポリSi上に良好な膜
質の絶縁膜を形成できる半導体装置の絶縁膜製造方法を
提供する。
(ニ)課題を解決するための手段 この発明は、半導体基板上に熱酸化膜を介してポリS1
膜を形成し、これに不純物を注入した後所望の形状にパ
ターニングして電極層を形成し、該電極層の存在しない
前記熱酸化膜を除去し、前記電極層及び熱酸化膜が除去
された前記基板上に、化学的気相蒸着法により形成され
る第2の酸化膜と、航記第2の酸化膜または前記電極層
を熱酸化することにより形成される第3の酸化膜とを少
なくとも2層以上積層して絶縁膜を形成する半導体装置
の製造方法である。
すなわち、この発明は、HTO膜と熱酸化膜(5ins
膜)との積層絶縁膜を、単結晶Si上とポリSi上に同
時にしかも800〜950℃の低温プロセスで良好な膜
質の絶縁膜を形成することにより、上記問題点を解決し
ようとするものである。
この発明において、ポリSi膜を形成するには減圧CV
D法(Cheainal Vapor Deposit
ion :化学的気相蒸着法)などの周知の方法を用い
て成膜することができ、また、ポリSi膜から電極を形
成するにはさらに低抵抗化のための不純物をドープし、
所望の形状にパターニングし、ポリSiの存在しない部
分の熱酸化膜(SiOy膜)を例えばHF系溶液を用い
て除去することによって得られ、以上の方法はいずれら
衆知の技術である。
この発明において化学的気相蒸着法による第2の酸化膜
とは、950℃以下の比較的低温の温度下でポリSi上
にCVD法、好ましくは減圧CVD法を用いて形成され
るHTOIIを意味し、例えばポリSi上に50〜20
0人のHTO膜が形成される。
そして特に好ましい温度条件とは810〜860℃であ
る。また、熱酸化することにより形成される第3の酸化
膜とは、950℃以下の比較的低温の温度下でHTO膜
またはポリSi膜を熱酸化することにより形成される酸
化膜を意味し、例えばHTO膜上に50〜200人の第
3の酸化膜(Si島膜)が形成される。そして特に好ま
しい温度条件とは800〜950℃である。この際の熱
酸化はHCI酸化法を用いろことが好ましいが、熱酸化
法はこれに限らずドライ酸化法、酸化炉に入る前の酸素
を高純度の脱イオン水の容器に通過させるウェットO1
酸化法、キャリアガスを用いず、容器に収納された高純
度の脱イオン水を沸騰した状頼にして酸化剤として用い
るスチーム酸化法、酸素を水素や窒素等で希釈して酸化
する方法を利用することもできる。
さらに、第2の酸化膜(HTO膜)と第3の酸化!!(
Si帆膜)とはどちらを下層にしても良く、また、これ
らの膜を3層以上積層しても良い。しかしながら、第2
の酸化膜を下層膜とし、第3の酸化膜を上層膜として積
層することが好ましい。
(ホ)作用 ポリSi上にCVD法により形成した第2の酸化膜(H
TO膜)を形成することによりポリSi表面の凹凸部に
も均一な膜厚の酸化膜を得ることができ、それを熱酸化
することによって得られる第3の酸化膜(SiOx膜)
とを積層化することにより、950℃以下の低温プロセ
スで単結晶Si上とポリSi上とに同時に絶縁膜を形成
でき、しかも欠陥密度の少ない膜質の良好な絶縁膜を形
成でき、絶縁膜の凹凸が小さいだめ、電界集中を防ぎ、
電圧が印加された際の絶縁破壊耐圧の低下を防止できる
。また、低温プロセスを用いているため、膜厚の制御が
容易にできる。
(へ)実施例 以下、この発明を第1図(a)〜(d)に示す実施例に
より説明する。なお、これによってこの発明は限定を受
けるものではない。
まず、半導体基板lを熱酸化し、第1のSin、膜2を
形成する(第1図(a)参照)。次にLPGVDにより
ポリSi膜3を堆積し、低抵抗化の為の不純物をドープ
し、所望の形状にパターニングし下部電極を形成した後
、ポリSi3の存在しない部分のSing膜2をHF系
溶液により除去する(第1図(b)参照)。
次に5tH4+ Neoを反応ガスとし、810〜86
0℃の温度、0.3〜1.1Torrの圧力下で、減圧
化学的気相蒸着法(LPGVD )により第2の酸化膜
としてのHTO膜4を50〜200人形成する。これを
例えば0、+HClガスを用い、さらに800〜950
℃の温度下で5〜30分熱酸化し、第3の酸化膜として
の5ide膜5を形成することにより、HTO膜4と5
iOy膜5の積層絶縁膜を形成する(第1図(c)参照
)。次に、積層絶縁膜4.5の上にLPCVDによりポ
リSi膜6を3000〜5000人堆積し、低抵抗化の
為の不純物をドープ後、所望の形状にパターニングして
上部電極を形成する(第1図(d)参照)。
以上の方法により単結晶Si上およびポリSi上にキャ
パシタを形成した。
ここでは、HTO膜を下層膜、5ift膜5を上層膜と
して積層絶縁膜を得る例を示したが、5ide膜5を下
層膜、HTO膜4を上層膜としても良く、また、これら
の膜を用いた3層以上の積層膜としても良い。但し、T
DDB特性の面から、HTO膜4を下層膜、Sing膜
5を上層膜とした積層膜が好ましい。
以上の方法により、雰囲気温度800〜950℃の低温
プロセスに於いて、単結晶Si上とポリSi上に同時に
膜質の良好な絶縁膜を形成できる。
以下に本発明の実施例により得られた積層絶縁膜と、従
来法(950℃の温度下、酸化剤HCIを含Hする乾燥
O7による熱酸化)により得られた5iOyとの電気的
特性を比較した結果を示す。
尚、絶縁耐圧測定は、各条件4虞1のキャパシタ86個
について測定し、判定電流がIμA流れる時の電界強度
を比較した。欠陥密度は、この電界強度が8 MY/a
mを越えるものをPa5sとし、以下の式より求めた。
S     S:測定面積 定電流TDDB測定は、単結晶Si上の膜については、
20μA、ポリSi上の膜については、2μAのストレ
ス電流を印加し、測定面積0.005cm”で面内20
点を測定し、全測定点数のうち、50%破壊に至るまで
の時間を求めた。
50%破壊に至る時間とストレス電流の積より破壊に至
るまでの総電荷!1(Qao)を求めて比較した。
表1 絶縁膜の膜質比較 このように、Show膜、HTO膜を積層した絶縁膜を
用いることにより、単結晶Si上としては、欠陥密度を
低下させることが出来、QBDを増加させることが出来
た。さらにポリSi上では、安定した膜厚を得ることが
出来、その結果として絶縁耐圧を2 MY/c−程度向
上させることが出来た。また総電荷1k Q a−も増
加させることが出来た。
(ト)発明の効果 以上の様に、この発明によれば、Sin、膜。
)[T O膜の積層膜を用いることにより、950℃以
下の低温プロセスで、単結晶Si上とポリSi上に同時
に良好な膜質の絶縁膜を形成することかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の半導体装置の絶縁膜製造
方法を説明する工程説明図、第2図は従来例の絶縁膜製
造方法を説明する工程説明図である。 l・・・・・・半導体基板、2・・・・・・第1のSi
か膜、3・・・・・・下部電極ポリSi膜、 4・・・・・・HTO膜、5・・・・・・5ide膜、
6・・・・・・上部電極ポリSi膜。 第 1図 (a)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体基板上に熱酸化膜を介して多結晶シリコン膜
    を形成し、これに不純物を注入した後所望の形状にパタ
    ーニングして電極層を形成し、該電極層の存在しない前
    記熱酸化膜を除去し、前記電極層及び熱酸化膜が除去さ
    れた前記基板上に、化学的気相蒸着法により形成される
    第2の酸化膜と、前記第2の酸化膜または前記電極層を
    熱酸化することにより形成される第3の酸化膜とを少な
    くとも2層以上積層して絶縁膜を形成する半導体装置の
    絶縁膜製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012120857A1 (ja) * 2011-03-04 2012-09-13 旭化成エレクトロニクス株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法
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