JPH0831818A - 絶縁薄膜の形成方法 - Google Patents
絶縁薄膜の形成方法Info
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- JPH0831818A JPH0831818A JP6159869A JP15986994A JPH0831818A JP H0831818 A JPH0831818 A JP H0831818A JP 6159869 A JP6159869 A JP 6159869A JP 15986994 A JP15986994 A JP 15986994A JP H0831818 A JPH0831818 A JP H0831818A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜厚が薄く均一である絶縁薄膜の形成方法を
提供する。 【構成】 ５００℃のもとで０．０００８μｍ厚の第１
の非晶質シリコン膜を基板上部の０．００１５μｍ厚の
第１の窒化シリコン膜１４の上に堆積する堆積工程と、
堆積された第１の非晶質シリコン膜をＮＨ3 に晒しなが
ら、５００℃から８００℃まで上げて０．００１５μｍ
厚の第２の窒化シリコン膜１６にする窒化工程と、再び
５００℃のもとで第２の窒化シリコン膜１６の上に０．
０００８μｍ厚の第２の非晶質シリコン膜を堆積する堆
積工程と、これをＮＨ3 に晒しながら、５００℃から８
００℃まで上げて０．００１５μｍ厚の第３の窒化シリ
コン膜１８にする窒化工程と繰り返すことによって、合
計０．００４５μｍ厚の均一な窒化シリコン膜１９でな
る絶縁薄膜が得られる。
提供する。 【構成】 ５００℃のもとで０．０００８μｍ厚の第１
の非晶質シリコン膜を基板上部の０．００１５μｍ厚の
第１の窒化シリコン膜１４の上に堆積する堆積工程と、
堆積された第１の非晶質シリコン膜をＮＨ3 に晒しなが
ら、５００℃から８００℃まで上げて０．００１５μｍ
厚の第２の窒化シリコン膜１６にする窒化工程と、再び
５００℃のもとで第２の窒化シリコン膜１６の上に０．
０００８μｍ厚の第２の非晶質シリコン膜を堆積する堆
積工程と、これをＮＨ3 に晒しながら、５００℃から８
００℃まで上げて０．００１５μｍ厚の第３の窒化シリ
コン膜１８にする窒化工程と繰り返すことによって、合
計０．００４５μｍ厚の均一な窒化シリコン膜１９でな
る絶縁薄膜が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化シリコンによって
なる絶縁薄膜の形成方法に関する。
なる絶縁薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、半導体装置には半導体素
子と共に半導体基板上にキャパシタ等を形成したものが
ある。このような半導体装置を構成しているキャパシタ
及びその絶縁薄膜は、従来は以下のようにして形成され
ていた。
子と共に半導体基板上にキャパシタ等を形成したものが
ある。このような半導体装置を構成しているキャパシタ
及びその絶縁薄膜は、従来は以下のようにして形成され
ていた。
【０００３】すなわち、図２０に示す第１の工程で、Ｓ
ｉ基板１上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜２が成層さ
れ、その一部に開口部３が形成されてＳｉ基板１が露出
している。
ｉ基板１上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜２が成層さ
れ、その一部に開口部３が形成されてＳｉ基板１が露出
している。
【０００４】次に図２１に示す第２の工程で、ＬＰＣＶ
Ｄ法（減圧化学気相成長法）により下部電極となる多結
晶Ｓｉ膜４を０．１μｍ堆積し、りん（Ｐ）をドーピン
グする。そして所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜４をエッ
チングし、その後にレジストを除去する。
Ｄ法（減圧化学気相成長法）により下部電極となる多結
晶Ｓｉ膜４を０．１μｍ堆積し、りん（Ｐ）をドーピン
グする。そして所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜４をエッ
チングし、その後にレジストを除去する。
【０００５】次に図２２に示す第３の工程で、ＬＰＣＶ
Ｄ法により窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜５を０．００
５μｍ形成する。
Ｄ法により窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜５を０．００
５μｍ形成する。
【０００６】次に図２３に示す第４の工程で、窒化シリ
コン膜５の表面を酸化し、窒化シリコン膜５ａと酸化シ
リコン膜６の積層構造を形成する。
コン膜５の表面を酸化し、窒化シリコン膜５ａと酸化シ
リコン膜６の積層構造を形成する。
【０００７】次に図２４に示す第５の工程で、上部電極
となる多結晶Ｓｉ膜７をＬＰＣＶＤ法により堆積しりん
（Ｐ）をドーピングする。こうして下部電極である多結
晶Ｓｉ膜４と上部電極である多結晶Ｓｉ膜７の間に窒化
シリコン膜５ａと酸化シリコン膜６を設けてキャパシタ
が形成される。
となる多結晶Ｓｉ膜７をＬＰＣＶＤ法により堆積しりん
（Ｐ）をドーピングする。こうして下部電極である多結
晶Ｓｉ膜４と上部電極である多結晶Ｓｉ膜７の間に窒化
シリコン膜５ａと酸化シリコン膜６を設けてキャパシタ
が形成される。
【０００８】一方、上述のようにしてキャパシタを形成
した場合、窒化シリコン膜５の堆積膜厚を０．００５μ
ｍよりもさらに薄くしていくと、キャパシタの容量から
窒化シリコン膜の酸化シリコン膜厚に換算した膜厚が、
図２５に窒化シリコン膜の堆積膜厚と酸化シリコン膜換
算膜厚の関係を示すように、窒化シリコン膜の堆積膜厚
が０．００５μｍよりも薄くなると酸化シリコン膜換算
膜厚が逆に厚くなる現象が生じる。このため、膜厚が
０．００５μｍの時の酸化シリコン膜換算膜厚よりも薄
くすることはができない状況にあった。
した場合、窒化シリコン膜５の堆積膜厚を０．００５μ
ｍよりもさらに薄くしていくと、キャパシタの容量から
窒化シリコン膜の酸化シリコン膜厚に換算した膜厚が、
図２５に窒化シリコン膜の堆積膜厚と酸化シリコン膜換
算膜厚の関係を示すように、窒化シリコン膜の堆積膜厚
が０．００５μｍよりも薄くなると酸化シリコン膜換算
膜厚が逆に厚くなる現象が生じる。このため、膜厚が
０．００５μｍの時の酸化シリコン膜換算膜厚よりも薄
くすることはができない状況にあった。
【０００９】そして、この０．００５μｍ以下での酸化
シリコン膜換算膜厚の増加は次のように考えられる。す
なわち、図２６（ａ）に示すようにＬＰＣＶＤ法でＳｉ
基板８上に成層された窒化シリコン膜９は表面が平坦で
なく凹凸があり、凹部分では局所的に膜厚が非常に薄く
なっている。このような状態の窒化シリコン膜９を酸化
すると、図２６（ｂ）に示すように窒化シリコン膜９は
窒化シリコン膜９ａと酸化シリコン膜１０の積層構造と
なり、窒化シリコン膜９の膜厚が薄い部分については酸
化シリコン膜１０に完全に変わり、局部的に窒化シリコ
ン膜９がなくなり、さらに、その場所の下地であるＳｉ
基板８が酸化される。
シリコン膜換算膜厚の増加は次のように考えられる。す
なわち、図２６（ａ）に示すようにＬＰＣＶＤ法でＳｉ
基板８上に成層された窒化シリコン膜９は表面が平坦で
なく凹凸があり、凹部分では局所的に膜厚が非常に薄く
なっている。このような状態の窒化シリコン膜９を酸化
すると、図２６（ｂ）に示すように窒化シリコン膜９は
窒化シリコン膜９ａと酸化シリコン膜１０の積層構造と
なり、窒化シリコン膜９の膜厚が薄い部分については酸
化シリコン膜１０に完全に変わり、局部的に窒化シリコ
ン膜９がなくなり、さらに、その場所の下地であるＳｉ
基板８が酸化される。
【００１０】従って局所的に酸化シリコン膜１０が厚い
ものとなり、窒化シリコン膜９に対するキャパシタの容
量から換算した酸化シリコン膜換算膜厚は厚いものとな
る。またこの酸化シリコン膜１０は膜質が悪く、リーク
電流が大きいものとなっている。
ものとなり、窒化シリコン膜９に対するキャパシタの容
量から換算した酸化シリコン膜換算膜厚は厚いものとな
る。またこの酸化シリコン膜１０は膜質が悪く、リーク
電流が大きいものとなっている。
【００１１】なお、ＬＰＣＶＤ法で形成された窒化シリ
コン膜の表面の凹凸を回避する方法としてシリコンを１
１００℃に加熱し、ＮＨ3 １００％の雰囲気に数１０分
間晒し、直接窒化により０．００４μｍまでの厚さの窒
化シリコン膜を形成する方法があるが、温度が高く、例
えば同一ウエハ上での拡散の問題があり微細化プロセス
には使用できない。
コン膜の表面の凹凸を回避する方法としてシリコンを１
１００℃に加熱し、ＮＨ3 １００％の雰囲気に数１０分
間晒し、直接窒化により０．００４μｍまでの厚さの窒
化シリコン膜を形成する方法があるが、温度が高く、例
えば同一ウエハ上での拡散の問題があり微細化プロセス
には使用できない。
【００１２】その結果、窒化シリコン膜の膜厚を０．０
０５μｍよりも薄くした場合にも酸化シリコン膜換算膜
厚が薄くなるようにした絶縁薄膜の形成方法が、微細素
子の作成を可能とする等の観点から切望されていた。さ
らに、形成された膜が均一な膜厚で膜質もよく、またキ
ャパシタを形成したときにはそのリーク電流も低減でき
るものであること等が要望されていた。
０５μｍよりも薄くした場合にも酸化シリコン膜換算膜
厚が薄くなるようにした絶縁薄膜の形成方法が、微細素
子の作成を可能とする等の観点から切望されていた。さ
らに、形成された膜が均一な膜厚で膜質もよく、またキ
ャパシタを形成したときにはそのリーク電流も低減でき
るものであること等が要望されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来は、
窒化シリコン膜の表面を酸化して窒化シリコン膜と酸化
シリコン膜の積層構造を形成した場合、窒化シリコン膜
の膜厚を０．００５μｍよりも薄くしていくと逆に酸化
シリコン膜換算膜厚が厚くなってしまい、また膜質も良
好なものではなかった。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、その目的とするところは膜厚が均一
で薄い絶縁膜が得られる絶縁薄膜の形成方法を提供する
ことにある。
窒化シリコン膜の表面を酸化して窒化シリコン膜と酸化
シリコン膜の積層構造を形成した場合、窒化シリコン膜
の膜厚を０．００５μｍよりも薄くしていくと逆に酸化
シリコン膜換算膜厚が厚くなってしまい、また膜質も良
好なものではなかった。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、その目的とするところは膜厚が均一
で薄い絶縁膜が得られる絶縁薄膜の形成方法を提供する
ことにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁薄膜の形成
方法は、非単結晶シリコン膜を基板上に堆積する堆積工
程と、この堆積工程で非単結晶シリコン膜を堆積させた
後、該非単結晶シリコン膜表面の酸素密度が１×１０15
ａｔｍ／ｃｍ2 以下となるようにした状態で窒素を含む
ガスに基板を晒すと共に、この基板の温度を非晶質シリ
コンが結晶化する温度に昇温して非単結晶シリコン膜を
窒化シリコン膜にする窒化工程とを有することを特徴と
するものであり、さらに、堆積工程及び窒化工程を順次
繰り返すことにより窒化シリコン膜を堆積するようにし
たことを特徴とするものであり、さらに、堆積工程での
堆積時の温度が６００℃以下であり、窒化工程での基板
温度が６００℃以上であることを特徴とするものであ
り、さらに、非単結晶シリコン膜が非晶質シリコン膜で
あることを特徴とするものであり、さらに、窒素を含む
ガスがＮ2 、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 のうち少なくとも１つを
含むことを特徴とするものである。
方法は、非単結晶シリコン膜を基板上に堆積する堆積工
程と、この堆積工程で非単結晶シリコン膜を堆積させた
後、該非単結晶シリコン膜表面の酸素密度が１×１０15
ａｔｍ／ｃｍ2 以下となるようにした状態で窒素を含む
ガスに基板を晒すと共に、この基板の温度を非晶質シリ
コンが結晶化する温度に昇温して非単結晶シリコン膜を
窒化シリコン膜にする窒化工程とを有することを特徴と
するものであり、さらに、堆積工程及び窒化工程を順次
繰り返すことにより窒化シリコン膜を堆積するようにし
たことを特徴とするものであり、さらに、堆積工程での
堆積時の温度が６００℃以下であり、窒化工程での基板
温度が６００℃以上であることを特徴とするものであ
り、さらに、非単結晶シリコン膜が非晶質シリコン膜で
あることを特徴とするものであり、さらに、窒素を含む
ガスがＮ2 、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 のうち少なくとも１つを
含むことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】上記のように構成された絶縁薄膜の形成方法
は、非単結晶シリコン膜を基板に堆積する堆積工程と、
この非単結晶シリコン膜を窒素を含むガスに晒すと共に
非晶質シリコンが結晶化する温度に昇温して窒化シリコ
ン膜にする窒化工程とを有する。そして基板に均一に堆
積された非単結晶シリコン膜が、これに混在する非晶質
シリコンも温度を上昇させることで結晶化し、窒化する
ことで均一な窒化シリコン膜が形成され、薄く膜厚が均
一な絶縁膜が得られる。
は、非単結晶シリコン膜を基板に堆積する堆積工程と、
この非単結晶シリコン膜を窒素を含むガスに晒すと共に
非晶質シリコンが結晶化する温度に昇温して窒化シリコ
ン膜にする窒化工程とを有する。そして基板に均一に堆
積された非単結晶シリコン膜が、これに混在する非晶質
シリコンも温度を上昇させることで結晶化し、窒化する
ことで均一な窒化シリコン膜が形成され、薄く膜厚が均
一な絶縁膜が得られる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１７】先ず第１の実施例のＳｉ基板上に所定厚の
窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を形成する場合につい
て、図１乃至図９を参照して説明する。図１乃至図７は
窒化シリコン膜を形成する各工程の断面図であり、図８
は窒化温度と窒化シリコン膜の膜厚の関係を示す図であ
り、図９は窒化シリコン膜の膜厚に対する酸化シリコン
膜換算膜厚を示す図である。
窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を形成する場合につい
て、図１乃至図９を参照して説明する。図１乃至図７は
窒化シリコン膜を形成する各工程の断面図であり、図８
は窒化温度と窒化シリコン膜の膜厚の関係を示す図であ
り、図９は窒化シリコン膜の膜厚に対する酸化シリコン
膜換算膜厚を示す図である。
【００１８】図１に示す第１の工程において、Ｓｉ（１
００）基板１１上にＬＰＣＶＤ法により、６００〜６３
０℃の温度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、Ｓ
ｉＨ4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）５
０ｓｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された多結晶Ｓｉ
膜１２を０．１μｍ堆積する。そして堆積された多結晶
Ｓｉ膜１２の表面には通常の室温における自然酸化膜１
３が０．００２μｍ程度形成されている。
００）基板１１上にＬＰＣＶＤ法により、６００〜６３
０℃の温度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、Ｓ
ｉＨ4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）５
０ｓｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された多結晶Ｓｉ
膜１２を０．１μｍ堆積する。そして堆積された多結晶
Ｓｉ膜１２の表面には通常の室温における自然酸化膜１
３が０．００２μｍ程度形成されている。
【００１９】次に図２に示す第２の工程で、Ｈ2 Ｏ分圧
及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下のチャンバー内
に多結晶Ｓｉ膜１２が堆積されたＳｉ基板１１導入し、
８００℃以上の温度を１０分間加え加熱する。これによ
り自然酸化膜１３をＳｉＯの形で蒸発させて除去し、多
結晶Ｓｉ膜１２のクリーンな表面を露出させる。
及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下のチャンバー内
に多結晶Ｓｉ膜１２が堆積されたＳｉ基板１１導入し、
８００℃以上の温度を１０分間加え加熱する。これによ
り自然酸化膜１３をＳｉＯの形で蒸発させて除去し、多
結晶Ｓｉ膜１２のクリーンな表面を露出させる。
【００２０】次に図３に示す第３の工程で、ＮＨ3 を５
ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し、所定温度に保持して
多結晶Ｓｉ膜１２の表面に厚さ０．００１５μｍの第１
の窒化シリコン膜１４を堆積する。なお、このとき保持
する温度と堆積される窒化シリコン膜の膜厚の関係は図
８に示す通りであって、約８００℃に保持して厚さ０．
００１５μｍの窒化シリコン膜１４を堆積するようにし
ているが、第１の窒化シリコン膜１４をこれと異なる膜
厚の膜とする際には、保持する温度を変えることによっ
て行う。
ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し、所定温度に保持して
多結晶Ｓｉ膜１２の表面に厚さ０．００１５μｍの第１
の窒化シリコン膜１４を堆積する。なお、このとき保持
する温度と堆積される窒化シリコン膜の膜厚の関係は図
８に示す通りであって、約８００℃に保持して厚さ０．
００１５μｍの窒化シリコン膜１４を堆積するようにし
ているが、第１の窒化シリコン膜１４をこれと異なる膜
厚の膜とする際には、保持する温度を変えることによっ
て行う。
【００２１】また、保持する温度が１０００℃以下の場
合には、多結晶Ｓｉ膜１２の表面に自然酸化膜１３が存
在していると窒化シリコン膜は形成されず、ＳｉＯX Ｎ
Y 膜となって良好な膜質が得られなくなる。
合には、多結晶Ｓｉ膜１２の表面に自然酸化膜１３が存
在していると窒化シリコン膜は形成されず、ＳｉＯX Ｎ
Y 膜となって良好な膜質が得られなくなる。
【００２２】次に図４に示す第４の工程で、基板温度を
６００℃以下、例えば５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １
００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で、多結晶Ｓｉ膜
１２の表面に堆積された第１の窒化シリコン膜１４の上
にさらに例えば厚さ０．０００８μｍの第１の非晶質シ
リコン膜１５の非単結晶シリコン膜を均一に堆積する。
この非単結晶シリコン膜は結晶が混在するものであって
も良い。
６００℃以下、例えば５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １
００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で、多結晶Ｓｉ膜
１２の表面に堆積された第１の窒化シリコン膜１４の上
にさらに例えば厚さ０．０００８μｍの第１の非晶質シ
リコン膜１５の非単結晶シリコン膜を均一に堆積する。
この非単結晶シリコン膜は結晶が混在するものであって
も良い。
【００２３】次に図５に示す第５の工程で、Ｈ2 Ｏ分圧
及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下で第１の非晶質
シリコン膜１５が酸化されないようにし、ＮＨ3 を５Ｓ
ＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しながら基板温度を５００
℃から非晶質シリコンが結晶化する温度、例えば８００
℃まで上げる。これにより厚さ０．０００８μｍの第１
の非晶質シリコン膜１５は全て窒化シリコンになって厚
さ０．００１５μｍの第２の窒化シリコン膜１６が形成
され、多結晶Ｓｉ膜１２の上に合計厚さが０．００３μ
ｍの窒化シリコン膜が形成されることになる。
及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下で第１の非晶質
シリコン膜１５が酸化されないようにし、ＮＨ3 を５Ｓ
ＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しながら基板温度を５００
℃から非晶質シリコンが結晶化する温度、例えば８００
℃まで上げる。これにより厚さ０．０００８μｍの第１
の非晶質シリコン膜１５は全て窒化シリコンになって厚
さ０．００１５μｍの第２の窒化シリコン膜１６が形成
され、多結晶Ｓｉ膜１２の上に合計厚さが０．００３μ
ｍの窒化シリコン膜が形成されることになる。
【００２４】なお、この時の基板温度は９００℃を上限
とする。またＮＨ3 を５００℃で流してから昇温するこ
とによって、第１の非晶質シリコン膜１５の表面を低温
で窒化し、非晶質シリコンの表面拡散による膜厚の不均
一化は防がれる。
とする。またＮＨ3 を５００℃で流してから昇温するこ
とによって、第１の非晶質シリコン膜１５の表面を低温
で窒化し、非晶質シリコンの表面拡散による膜厚の不均
一化は防がれる。
【００２５】さらに続いて図６に示す第６の工程で、第
４の工程と同様に基板温度を５００℃まで下げ、Ｓｉ2
Ｈ6 １００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で再び例え
ば厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜１７
を、第２の窒化シリコン膜１６の上にさらに均一に堆積
する。
４の工程と同様に基板温度を５００℃まで下げ、Ｓｉ2
Ｈ6 １００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で再び例え
ば厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜１７
を、第２の窒化シリコン膜１６の上にさらに均一に堆積
する。
【００２６】次に図７に示す第７の工程で、第５の工程
と同様にＨ2 Ｏ分圧及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ
以下で第２の非晶質シリコン膜１７が酸化されないよう
にし、ＮＨ3 を５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しなが
ら基板温度を５００℃から８００℃まで上げる。これに
より厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜１
７は全て窒化シリコンになって厚さ０．００１５μｍの
第３の窒化シリコン膜１８が形成され、多結晶Ｓｉ膜１
２の上に合計厚さが０．００４５μｍの窒化シリコン膜
１９が形成されることになる。
と同様にＨ2 Ｏ分圧及びＯ2 分圧が１×１０-8Ｔｏｒｒ
以下で第２の非晶質シリコン膜１７が酸化されないよう
にし、ＮＨ3 を５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しなが
ら基板温度を５００℃から８００℃まで上げる。これに
より厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜１
７は全て窒化シリコンになって厚さ０．００１５μｍの
第３の窒化シリコン膜１８が形成され、多結晶Ｓｉ膜１
２の上に合計厚さが０．００４５μｍの窒化シリコン膜
１９が形成されることになる。
【００２７】そして上述の第６及び第７の工程と同じ様
に第４及び第５の工程を繰り返し行い非晶質シリコン膜
の形成と窒化を繰り返すことによって、より厚い所望膜
厚の窒化シリコン膜が形成することもできる。
に第４及び第５の工程を繰り返し行い非晶質シリコン膜
の形成と窒化を繰り返すことによって、より厚い所望膜
厚の窒化シリコン膜が形成することもできる。
【００２８】以上のようにして形成した窒化シリコン膜
１９、及び膜厚を厚くするよう非晶質シリコン膜の形成
と窒化を繰り返して形成した窒化シリコン膜は、いずれ
も膜厚が均質に形成され、表面の酸化を行っても局所的
に酸化シリコン膜が多結晶Ｓｉ膜１２まで突き抜けるこ
とはない。
１９、及び膜厚を厚くするよう非晶質シリコン膜の形成
と窒化を繰り返して形成した窒化シリコン膜は、いずれ
も膜厚が均質に形成され、表面の酸化を行っても局所的
に酸化シリコン膜が多結晶Ｓｉ膜１２まで突き抜けるこ
とはない。
【００２９】また、窒化シリコン膜厚の酸化シリコン膜
換算膜厚については図９に示すようになり、窒化シリコ
ン膜の膜厚を０．００５μｍよりも薄くした場合におい
ても、０．００５μｍよりも厚い場合の関係と同様に酸
化シリコン膜換算膜厚が薄くなる。そして均質の薄い絶
縁膜が得られることから微細素子の形成にも適用でき
る。
換算膜厚については図９に示すようになり、窒化シリコ
ン膜の膜厚を０．００５μｍよりも薄くした場合におい
ても、０．００５μｍよりも厚い場合の関係と同様に酸
化シリコン膜換算膜厚が薄くなる。そして均質の薄い絶
縁膜が得られることから微細素子の形成にも適用でき
る。
【００３０】なお、上記における窒化は記載したものに
限らず窒素を含んだガスであればよい。また非晶質シリ
コンの形成もＳｉ2 Ｈ6 に限らずＳｉＨ4 等Ｓｉを含ん
だガスが使用できる。
限らず窒素を含んだガスであればよい。また非晶質シリ
コンの形成もＳｉ2 Ｈ6 に限らずＳｉＨ4 等Ｓｉを含ん
だガスが使用できる。
【００３１】次に第２の実施例のＳｉ基板上にキャパシ
タを形成する場合について、図１０乃至図１９を参照し
て説明する。図１０乃至図１９はいずれもキャパシタを
形成する各工程の断面図である。そして各工程は第１の
実施例における対応する各工程と同様に行われる。
タを形成する場合について、図１０乃至図１９を参照し
て説明する。図１０乃至図１９はいずれもキャパシタを
形成する各工程の断面図である。そして各工程は第１の
実施例における対応する各工程と同様に行われる。
【００３２】図１０に示す第１の工程で、Ｓｉ基板２１
上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜２２を成層する。
上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜２２を成層する。
【００３３】次に図１１に示す第２の工程で、酸化シリ
コン膜２２の一部に開口部２３が形成し、Ｓｉ基板２１
を露出させる。その後、ＬＰＣＶＤ法により６００〜６
３０℃の温度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、
ＳｉＨ4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）
５０ｓｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された下部電極
となる多結晶Ｓｉ膜２４を０．１μｍ堆積する。
コン膜２２の一部に開口部２３が形成し、Ｓｉ基板２１
を露出させる。その後、ＬＰＣＶＤ法により６００〜６
３０℃の温度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、
ＳｉＨ4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）
５０ｓｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された下部電極
となる多結晶Ｓｉ膜２４を０．１μｍ堆積する。
【００３４】次に図１２に示す第３の工程で、多結晶Ｓ
ｉ膜２４の所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜２４をエッチン
グし、その後にレジストを除去して下部電極を形成す
る。
ｉ膜２４の所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜２４をエッチン
グし、その後にレジストを除去して下部電極を形成す
る。
【００３５】次に図１３に示す第４の工程で、ＮＨ3 を
５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し、８００℃の所定温
度に保持して多結晶Ｓｉ膜２４のクリーンな表面及び酸
化シリコン膜２２の表面に厚さ０．００１５μｍの第１
の窒化シリコン膜２５を堆積する。
５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し、８００℃の所定温
度に保持して多結晶Ｓｉ膜２４のクリーンな表面及び酸
化シリコン膜２２の表面に厚さ０．００１５μｍの第１
の窒化シリコン膜２５を堆積する。
【００３６】次に図１４に示す第５の工程で、基板温度
を５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １００ｓｃｃｍ、０．
１Ｔｏｒｒの条件で、第１の窒化シリコン膜２５の上に
例えば厚さ０．０００８μｍの第１の非晶質シリコン膜
２６の非単結晶シリコン膜を均一に堆積する。
を５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １００ｓｃｃｍ、０．
１Ｔｏｒｒの条件で、第１の窒化シリコン膜２５の上に
例えば厚さ０．０００８μｍの第１の非晶質シリコン膜
２６の非単結晶シリコン膜を均一に堆積する。
【００３７】次に図１５に示す第６の工程で、第１の非
晶質シリコン膜２６が酸化されないようにし、ＮＨ3 を
５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しながら基板温度を５
００℃から８００℃まで上げる。これにより厚さ０．０
００８μｍの第１の非晶質シリコン膜２６は全て窒化シ
リコンになって厚さ０．００１５μｍの第２の窒化シリ
コン膜２７が形成され、多結晶Ｓｉ膜２４の上に合計厚
さが０．００３μｍの窒化シリコン膜が形成されること
になる。
晶質シリコン膜２６が酸化されないようにし、ＮＨ3 を
５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流しながら基板温度を５
００℃から８００℃まで上げる。これにより厚さ０．０
００８μｍの第１の非晶質シリコン膜２６は全て窒化シ
リコンになって厚さ０．００１５μｍの第２の窒化シリ
コン膜２７が形成され、多結晶Ｓｉ膜２４の上に合計厚
さが０．００３μｍの窒化シリコン膜が形成されること
になる。
【００３８】次に図１６に示す第７の工程で、第５の工
程と同様に基板温度を５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １
００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で例えば厚さ０．
０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜２８を、第２の
窒化シリコン膜２７の上にさらに均一に堆積する。
程と同様に基板温度を５００℃まで下げ、Ｓｉ2 Ｈ6 １
００ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で例えば厚さ０．
０００８μｍの第２の非晶質シリコン膜２８を、第２の
窒化シリコン膜２７の上にさらに均一に堆積する。
【００３９】次に図１７に示す第８の工程で、第６の工
程と同様に第２の非晶質シリコン膜２８が酸化されない
ようにし、ＮＨ3 を５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し
ながら基板温度を５００℃から８００℃まで上げる。こ
れにより厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン
膜２８は全て窒化シリコンになって厚さ０．００１５μ
ｍの第３の窒化シリコン膜２９が形成され、多結晶Ｓｉ
膜２４の上に合計厚さが０．００４５μｍの窒化シリコ
ン膜３０が形成されることになる。
程と同様に第２の非晶質シリコン膜２８が酸化されない
ようにし、ＮＨ3 を５ＳＬＭ、５Ｔｏｒｒの条件で流し
ながら基板温度を５００℃から８００℃まで上げる。こ
れにより厚さ０．０００８μｍの第２の非晶質シリコン
膜２８は全て窒化シリコンになって厚さ０．００１５μ
ｍの第３の窒化シリコン膜２９が形成され、多結晶Ｓｉ
膜２４の上に合計厚さが０．００４５μｍの窒化シリコ
ン膜３０が形成されることになる。
【００４０】次に図１８に示す第９の工程で、第２の工
程と同様にＬＰＣＶＤ法により６００〜６３０℃の温
度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、ＳｉＨ
4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）５０ｓ
ｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された上部電極となる
多結晶Ｓｉ膜３１を０．１μｍ堆積する。
程と同様にＬＰＣＶＤ法により６００〜６３０℃の温
度、０．４〜０．８Ｔｏｒｒの減圧状態で、ＳｉＨ
4 （２０％）１００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 （１０％）５０ｓ
ｃｃｍとして、りん（Ｐ）が注入された上部電極となる
多結晶Ｓｉ膜３１を０．１μｍ堆積する。
【００４１】次に図１９に示す第１０の工程で、多結晶
Ｓｉ膜３１の所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜３１をエッチ
ングし、その後にレジストを除去して上部電極を形成す
る。
Ｓｉ膜３１の所定の部分をレジストで覆い、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）にて多結晶Ｓｉ膜３１をエッチ
ングし、その後にレジストを除去して上部電極を形成す
る。
【００４２】こうして下部電極である多結晶Ｓｉ膜２４
と上部電極である多結晶Ｓｉ膜３１の間に窒化シリコン
膜３０を設けてキャパシタ３２が形成される。なお、上
述のものでは下部電極である多結晶Ｓｉ膜２４と上部電
極である多結晶Ｓｉ膜３１の間の窒化シリコン膜３０の
膜厚を０．００４５μｍとしているが、これを適宜設定
することにより所望容量のキャパシタを得ることができ
る。
と上部電極である多結晶Ｓｉ膜３１の間に窒化シリコン
膜３０を設けてキャパシタ３２が形成される。なお、上
述のものでは下部電極である多結晶Ｓｉ膜２４と上部電
極である多結晶Ｓｉ膜３１の間の窒化シリコン膜３０の
膜厚を０．００４５μｍとしているが、これを適宜設定
することにより所望容量のキャパシタを得ることができ
る。
【００４３】このようにして形成されたキャパシタは、
窒化シリコン膜３０の膜厚を０．００５μｍ以下とした
ときにもその酸化シリコン膜換算膜厚が増加せず薄いも
のとなるため、小形で大きな容量のキャパシタを得るこ
とができる。
窒化シリコン膜３０の膜厚を０．００５μｍ以下とした
ときにもその酸化シリコン膜換算膜厚が増加せず薄いも
のとなるため、小形で大きな容量のキャパシタを得るこ
とができる。
【００４４】また形成されたキャパシタについても、窒
化シリコン膜３０の膜厚が薄く均一で良質の膜であるか
ら、そのリーク電流は小さなものとなっている。すなわ
ち、３．３ＭＶ／ｃｍの電界時において従来のものと本
発明のもののリーク電流を比較した場合、従来のものが
膜厚０．００４μｍの場合にリーク電流が１×１０-3Ａ
／ｃｍ2 であり、膜厚０．００５μｍの場合に１×１０
-5Ａ／ｃｍ2 であり、膜厚０．００６μｍの場合に１×
１０-7Ａ／ｃｍ2 であった。
化シリコン膜３０の膜厚が薄く均一で良質の膜であるか
ら、そのリーク電流は小さなものとなっている。すなわ
ち、３．３ＭＶ／ｃｍの電界時において従来のものと本
発明のもののリーク電流を比較した場合、従来のものが
膜厚０．００４μｍの場合にリーク電流が１×１０-3Ａ
／ｃｍ2 であり、膜厚０．００５μｍの場合に１×１０
-5Ａ／ｃｍ2 であり、膜厚０．００６μｍの場合に１×
１０-7Ａ／ｃｍ2 であった。
【００４５】これに対し、本発明のものが膜厚０．００
３μｍの場合に１×１０-4Ａ／ｃｍ2 であり、膜厚０．
００４５μｍの場合に１×１０-6Ａ／ｃｍ2 であり、膜
厚０．００６μｍの場合に１×１０-8Ａ／ｃｍ2 であ
り、リーク電流は大幅に低減される。
３μｍの場合に１×１０-4Ａ／ｃｍ2 であり、膜厚０．
００４５μｍの場合に１×１０-6Ａ／ｃｍ2 であり、膜
厚０．００６μｍの場合に１×１０-8Ａ／ｃｍ2 であ
り、リーク電流は大幅に低減される。
【００４６】なお、本発明は枚葉式処理装置でもバッチ
式処理装置でも適用できる。
式処理装置でも適用できる。
【００４７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、非単結晶シリコン膜を堆積する堆積工程と、この非
単結晶シリコン膜を窒素を含むガスに晒すと共に非晶質
シリコンが結晶化する温度に昇温して窒化シリコン膜に
する窒化工程とを有する構成としたことにより、薄く膜
厚が均一な絶縁膜を得ることができる等の効果を奏す
る。
は、非単結晶シリコン膜を堆積する堆積工程と、この非
単結晶シリコン膜を窒素を含むガスに晒すと共に非晶質
シリコンが結晶化する温度に昇温して窒化シリコン膜に
する窒化工程とを有する構成としたことにより、薄く膜
厚が均一な絶縁膜を得ることができる等の効果を奏す
る。
【図１】本発明の第１の実施例に係る第１の工程の断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る第２の工程の断面
図である。
図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る第３の工程の断面
図である。
図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る第４の工程の断面
図である。
図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る第５の工程の断面
図である。
図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る第６の工程の断面
図である。
図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る第７の工程の断面
図である。
図である。
【図８】本発明の第１の実施例における多結晶Ｓｉ膜に
窒化シリコン膜を堆積する際の保持温度と堆積膜厚の関
係を示す図である。
窒化シリコン膜を堆積する際の保持温度と堆積膜厚の関
係を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例における窒化シリコン膜
の膜厚と酸化シリコン膜換算膜厚の関係を示す図であ
る。
の膜厚と酸化シリコン膜換算膜厚の関係を示す図であ
る。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る第１の工程の断
面図である。
面図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る第２の工程の断
面図である。
面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る第３の工程の断
面図である。
面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係る第４の工程の断
面図である。
面図である。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る第５の工程の断
面図である。
面図である。
【図１５】本発明の第２の実施例に係る第６の工程の断
面図である。
面図である。
【図１６】本発明の第２の実施例に係る第７の工程の断
面図である。
面図である。
【図１７】本発明の第２の実施例に係る第８の工程の断
面図である。
面図である。
【図１８】本発明の第２の実施例に係る第９の工程の断
面図である。
面図である。
【図１９】本発明の第２の実施例に係る第１０の工程の
断面図である。
断面図である。
【図２０】従来技術に係る第１の工程の断面図である。
【図２１】従来技術に係る第２の工程の断面図である。
【図２２】従来技術に係る第３の工程の断面図である。
【図２３】従来技術に係る第４の工程の断面図である。
【図２４】従来技術に係る第５の工程の断面図である。
【図２５】従来技術における窒化シリコン膜の膜厚と酸
化シリコン膜換算膜厚の関係を示す図である。
化シリコン膜換算膜厚の関係を示す図である。
【図２６】従来技術におけるＳｉ基板と窒化シリコン膜
の積層構造の断面図で、図２６（ａ）は窒化シリコン膜
の酸化前の断面図であり、図２６（ｂ）は窒化シリコン
膜の酸化後の断面図である。
の積層構造の断面図で、図２６（ａ）は窒化シリコン膜
の酸化前の断面図であり、図２６（ｂ）は窒化シリコン
膜の酸化後の断面図である。
１１…Ｓｉ基板 １２…多結晶Ｓｉ膜 １４…第１の窒化シリコン膜 １５…第１の非晶質シリコン膜 １６…第２の窒化シリコン膜 １７…第２の非晶質シリコン膜 １８…第３の窒化シリコン膜 １９…窒化シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/8242 27/108
Claims (5)
- 【請求項１】 非単結晶シリコン膜を基板上に堆積する
堆積工程と、この堆積工程で非単結晶シリコン膜を堆積
させた後、該非単結晶シリコン膜表面の酸素密度が１×
１０15ａｔｍ／ｃｍ2 以下となるようにした状態で窒素
を含むガスに前記基板を晒すと共に、この基板の温度を
非晶質シリコンが結晶化する温度に昇温して前記非単結
晶シリコン膜を窒化シリコン膜にする窒化工程とを有す
ることを特徴とする絶縁薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 堆積工程及び窒化工程を順次繰り返すこ
とにより窒化シリコン膜を堆積するようにしたことを特
徴とする請求項１記載の絶縁薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 堆積工程での堆積時の温度が６００℃以
下であり、窒化工程での基板温度が６００℃以上である
ことを特徴とする請求項１及び請求項２記載の絶縁薄膜
の形成方法。 - 【請求項４】 非単結晶シリコン膜が非晶質シリコン膜
であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の絶
縁薄膜の形成方法。 - 【請求項５】 窒素を含むガスがＮ2 、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ
4 のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項
１乃至請求項３記載の絶縁薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6159869A JPH0831818A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 絶縁薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6159869A JPH0831818A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 絶縁薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831818A true JPH0831818A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15702997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6159869A Pending JPH0831818A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 絶縁薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831818A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066587A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc | シリコン酸化膜の形成方法 |
| US8013371B2 (en) | 2000-08-31 | 2011-09-06 | Micron Technology, Inc. | Ultra thin TCS (SiCl4) cell nitride for DRAM capacitor with DCS (SiH2Cl2) interface seeding layer |
-
1994
- 1994-07-12 JP JP6159869A patent/JPH0831818A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8013371B2 (en) | 2000-08-31 | 2011-09-06 | Micron Technology, Inc. | Ultra thin TCS (SiCl4) cell nitride for DRAM capacitor with DCS (SiH2Cl2) interface seeding layer |
| US8120124B2 (en) * | 2000-08-31 | 2012-02-21 | Micron Technology, Inc. | Ultra thin TCS (SiCl4) cell nitride for DRAM capacitor with DCS (SiH2Cl2) interface seeding layer |
| JP2006066587A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc | シリコン酸化膜の形成方法 |
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