JPS60202943A - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents
絶縁膜の形成方法Info
- Publication number
- JPS60202943A JPS60202943A JP59058295A JP5829584A JPS60202943A JP S60202943 A JPS60202943 A JP S60202943A JP 59058295 A JP59058295 A JP 59058295A JP 5829584 A JP5829584 A JP 5829584A JP S60202943 A JPS60202943 A JP S60202943A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- layer
- dielectric breakdown
- ions
- electric field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は絶縁膜の形成方法に係多、特に絶縁膜の絶縁破
壊電界を大きくすることができる絶縁膜の形成方法に関
する。
壊電界を大きくすることができる絶縁膜の形成方法に関
する。
従来、電気回路装置において導電ｊ−間の電気的絶縁を
行なう等のために絶縁膜が用いられている。
行なう等のために絶縁膜が用いられている。
例えば、ＩＣ，、ＬＳＩ等の半導体装ｔＩｔをはじめと
する磁気回路装置においては酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）は
、絶縁破壊電界が比較的高く、安定で容易に形成できる
などの利点を有しているため広く用いられている。また
、この他にもＳ １ｓＮ４． Ｔａ２０Ｓ ＋ＴｉＯ２
，Ａｔ２０３、シリケートガラス等の材料も電気回路装
置の絶縁膜として用いられている。これらの絶縁膜を形
成するには、酸化法、気相化学反応法（ＣＶＤ法ン、物
理的形成法（ＰＶＤ法）、塗布法などの方法が用いられ
ている。
する磁気回路装置においては酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）は
、絶縁破壊電界が比較的高く、安定で容易に形成できる
などの利点を有しているため広く用いられている。また
、この他にもＳ １ｓＮ４． Ｔａ２０Ｓ ＋ＴｉＯ２
，Ａｔ２０３、シリケートガラス等の材料も電気回路装
置の絶縁膜として用いられている。これらの絶縁膜を形
成するには、酸化法、気相化学反応法（ＣＶＤ法ン、物
理的形成法（ＰＶＤ法）、塗布法などの方法が用いられ
ている。
これらの絶縁膜の絶縁破壊電界、比誘電率などの基礎的
な性質は、形成方法によって幾分異なるものの各々の絶
縁膜に固有な値となっている。飼えば、絶縁破壊電界お
よび比誘電率は、各々、５ｉ０２が６ Ｘ １０’ Ｖ
／ｃｒｎ＋ ３−６．８ ｒ ａ Ｎ４がｌＸ１０７Ｖ
、４開、５．０、Ｔｉ０ａが５Ｘ１０’Ｖ／会、８０、
Ａｔ２０３が６ ｘ １０’ Ｖ／ｃｍ、 ８．１等の
値を示す。このように、膜の性質は各々の絶縁膜に固有
でその適用性も考慮すると、種々の電気回路装置に適用
する場合に自由度あるいは選択性が乏しいという欠点が
ろ９７１ｃ。
な性質は、形成方法によって幾分異なるものの各々の絶
縁膜に固有な値となっている。飼えば、絶縁破壊電界お
よび比誘電率は、各々、５ｉ０２が６ Ｘ １０’ Ｖ
／ｃｒｎ＋ ３−６．８ ｒ ａ Ｎ４がｌＸ１０７Ｖ
、４開、５．０、Ｔｉ０ａが５Ｘ１０’Ｖ／会、８０、
Ａｔ２０３が６ ｘ １０’ Ｖ／ｃｍ、 ８．１等の
値を示す。このように、膜の性質は各々の絶縁膜に固有
でその適用性も考慮すると、種々の電気回路装置に適用
する場合に自由度あるいは選択性が乏しいという欠点が
ろ９７１ｃ。
本発明の目的は、絶縁膜の絶縁破壊電界を大きくするこ
とのできる絶縁膜の形成方法を提供することにある。
とのできる絶縁膜の形成方法を提供することにある。
本発明の特徴とするところは、絶縁膜中にその隣接物と
の界面から離れた位置に酸素イオンおよび窒素イオンの
少くとも一種を導入して絶縁破壊電界を大きくすること
にある。
の界面から離れた位置に酸素イオンおよび窒素イオンの
少くとも一種を導入して絶縁破壊電界を大きくすること
にある。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第１図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例を示したも
のである。第１図（ａ）において、１１はシリコン基板
、１２は前記の方法で形成したＳｉＯ２層を示している
。第１図（ｂ）はイオン打込み法ケ用いて、窒素イオン
を５ｉｎｓ層１２中に打込む様子を示している。図中、
１３は打込まれる窒素イオンを示している。
のである。第１図（ａ）において、１１はシリコン基板
、１２は前記の方法で形成したＳｉＯ２層を示している
。第１図（ｂ）はイオン打込み法ケ用いて、窒素イオン
を５ｉｎｓ層１２中に打込む様子を示している。図中、
１３は打込まれる窒素イオンを示している。
打込まれるイオンの到達する深さは、イオンの加速電圧
（打込みエネルギー）によって決まる。
（打込みエネルギー）によって決まる。
打込まれたイオンの濃度が最大になる深さく投影飛程几
Ｐ）および濃度の深さ方向分布の標準偏差（ΔＲＰ）の
値はＬＳＳ理論によって与えられ、一般にこれらは打込
みエネルギーにほぼ比的して増加する。そこで、打込み
エネルギーは少なくともＲＰ＋ΔＲｐの値が５ｉＣｈ層
１２の厚さより小さくなるように選ばれるのが望ましい
。この範囲ならば打込みエネルギーの設定は任意である
。これによって打込まれたイオンのほとんどは８４０ｘ
層１２中に存在するようになる。ただし、打込みエネル
ギーが１０ＫｅＶ以下になるとスパッタリング効果が大
きくなシ、膜のスパッタエツチングが起こるので適宜に
条件を選定する必要がある。
Ｐ）および濃度の深さ方向分布の標準偏差（ΔＲＰ）の
値はＬＳＳ理論によって与えられ、一般にこれらは打込
みエネルギーにほぼ比的して増加する。そこで、打込み
エネルギーは少なくともＲＰ＋ΔＲｐの値が５ｉＣｈ層
１２の厚さより小さくなるように選ばれるのが望ましい
。この範囲ならば打込みエネルギーの設定は任意である
。これによって打込まれたイオンのほとんどは８４０ｘ
層１２中に存在するようになる。ただし、打込みエネル
ギーが１０ＫｅＶ以下になるとスパッタリング効果が大
きくなシ、膜のスパッタエツチングが起こるので適宜に
条件を選定する必要がある。
打込み条件が適当ならば、任意の厚さの８ｉｎｓ層１２
に適用できる。ＳｉＯ２層１２中に打込まれるイオンの
打込み量は、深さ几Ｐにおける打込みイオンの濃度が５
ｉｎｓ層１２０元素濃度の１−以上であることが望まし
い。
に適用できる。ＳｉＯ２層１２中に打込まれるイオンの
打込み量は、深さ几Ｐにおける打込みイオンの濃度が５
ｉｎｓ層１２０元素濃度の１−以上であることが望まし
い。
第１図（Ｃ）は、本発明によって形成される絶縁膜１０
の構造を示したものである。１４は窒素イオンが打込ま
れた層を示している。打込み層１４はＳｉ０ｇ層１２の
隣接物たるシリコン基板１１との界面から離れたＳｉ０
２層１２の中程に形成されている。打込み層１４では、
欠陥が多数形成されるためキャリア捕獲準位が多く生成
される。これによって絶縁膜１０に高電界が加えられた
場合、トンネル注入によってＳｉ０ｇ層１２中に注入さ
れた電子は捕獲準位に捕えられやすいため絶縁膜１０中
を移動しにくくなる。このためジュール熱による加熱が
少なく、絶縁破壊の原因となる不純物イオンの誘起が抑
えられるため絶縁破壊電界が向上する。また、打込まれ
た窒素はシリコンＺと、ノ定な結合状態（ＳｉｌＮ４）
を形成しやすく、過剰に存在する場合も分子状態（Ｎ！
）にな９やすい。このため、５ｉｎｓの不安定性の要因
として知られるナトリウムイオンのような可動イオンと
はならない。
の構造を示したものである。１４は窒素イオンが打込ま
れた層を示している。打込み層１４はＳｉ０ｇ層１２の
隣接物たるシリコン基板１１との界面から離れたＳｉ０
２層１２の中程に形成されている。打込み層１４では、
欠陥が多数形成されるためキャリア捕獲準位が多く生成
される。これによって絶縁膜１０に高電界が加えられた
場合、トンネル注入によってＳｉ０ｇ層１２中に注入さ
れた電子は捕獲準位に捕えられやすいため絶縁膜１０中
を移動しにくくなる。このためジュール熱による加熱が
少なく、絶縁破壊の原因となる不純物イオンの誘起が抑
えられるため絶縁破壊電界が向上する。また、打込まれ
た窒素はシリコンＺと、ノ定な結合状態（ＳｉｌＮ４）
を形成しやすく、過剰に存在する場合も分子状態（Ｎ！
）にな９やすい。このため、５ｉｎｓの不安定性の要因
として知られるナトリウムイオンのような可動イオンと
はならない。
このように本発明は、それ自体では絶縁膜の不安定性を
引き起こす要因とはならない元素を用いて、高電界下の
絶縁膜の不安定性全抑制する状態を形成せしめるという
新規な発想に基づくものである。
引き起こす要因とはならない元素を用いて、高電界下の
絶縁膜の不安定性全抑制する状態を形成せしめるという
新規な発想に基づくものである。
発明者らの実験によると、加速電圧６０ Ｋ ｖで約５
０００人の熱酸化膜に窒素を打込んだ場合、−例として
３Ｘ１０１７ｃＩｎ−”の打込み量では絶縁破壊電界は
打込む以前の６．５ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍから打込み
後には１．２ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍに向上していた。
０００人の熱酸化膜に窒素を打込んだ場合、−例として
３Ｘ１０１７ｃＩｎ−”の打込み量では絶縁破壊電界は
打込む以前の６．５ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍから打込み
後には１．２ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍに向上していた。
また、この際誘電率はｔｈとんど変化していなかった。
第２図は上記の条件における窒素打込み量と絶縁破壊電
界の関係を示したものである。この場合、ＲＰは１３５
６人、ΔｋＬＰは４２６人であるから、絶縁破壊電界が
向上している領域は５０００Ａの熱酸化膜の一部分にす
ぎない。そこでこの部分の厚さを２Δ几Ｐと見積もると
、絶縁破壊電界は、３×１０ ”Ｔｃｍ’−の打込み量
で約３．６ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍになつヤいる。この
ように本発明によって、従来の方法では得られない高い
絶縁破壊電界を持つ絶縁膜が形成されていることが明ら
かである。
界の関係を示したものである。この場合、ＲＰは１３５
６人、ΔｋＬＰは４２６人であるから、絶縁破壊電界が
向上している領域は５０００Ａの熱酸化膜の一部分にす
ぎない。そこでこの部分の厚さを２Δ几Ｐと見積もると
、絶縁破壊電界は、３×１０ ”Ｔｃｍ’−の打込み量
で約３．６ Ｘ １０’ Ｖ／ｃｍになつヤいる。この
ように本発明によって、従来の方法では得られない高い
絶縁破壊電界を持つ絶縁膜が形成されていることが明ら
かである。
また、前記の考察によって、酸素イオン単独あるいは、
酸素イオンと窒素イオンの両者を用いても同様の゛幼果
があることは明らかである。
酸素イオンと窒素イオンの両者を用いても同様の゛幼果
があることは明らかである。
また、本発明の他の実施例として、ａｉ（ｈの代ｂｂに
Ｔｉｅｓ ＃ Ｔａ２０５、シリケートガラス等の絶縁
膜を用いても同様の効果があることは上記の考察から明
らかである。
Ｔｉｅｓ ＃ Ｔａ２０５、シリケートガラス等の絶縁
膜を用いても同様の効果があることは上記の考察から明
らかである。
高絶縁破壊電界が得られると必要な絶縁破壊電界に対し
ては絶縁膜１０の厚さを薄くすることができる。このこ
とは、ＩＣ，ＬＳＩ等において有利である。すなわち、
ＩＣ，ＬＳＩ等では半導体基板の上に第１絶縁膜を設け
、この上に第１導電層、更に第２絶縁膜、第２導電層、
第３絶縁膜と云うように多層構造をとシ、絶縁膜が導電
層相互間を絶縁することがしばしば行われているが、絶
縁膜を薄くできると、絶縁膜端部での導電層の段差が小
さくなシ、段切れが起らないようになるのである。従っ
て、半導体装置の歩留シや信頼性が大幅に向上する。
ては絶縁膜１０の厚さを薄くすることができる。このこ
とは、ＩＣ，ＬＳＩ等において有利である。すなわち、
ＩＣ，ＬＳＩ等では半導体基板の上に第１絶縁膜を設け
、この上に第１導電層、更に第２絶縁膜、第２導電層、
第３絶縁膜と云うように多層構造をとシ、絶縁膜が導電
層相互間を絶縁することがしばしば行われているが、絶
縁膜を薄くできると、絶縁膜端部での導電層の段差が小
さくなシ、段切れが起らないようになるのである。従っ
て、半導体装置の歩留シや信頼性が大幅に向上する。
以上説明したように、本発明によれば、絶縁膜の絶縁破
壊電界を大きくすることができる。
壊電界を大きくすることができる。
第１図は本発明の半導体装置の製造方法の一実施例にな
る工程を示した図であシ、第１図（ａ）はシリコン基板
に５ｉｎｓ層を形成した図、第１図（ｂ）はこの５ｉｏ
ｔ層に窒素イオンを打込んでいる図、第１図（Ｃ）は打
込み後の絶縁膜の状態を示した図、第２図は窒素イオン
打込み量と絶縁波ｓ電界の関係を示す図である。 ｌＯ・・・絶縁膜、１１・・・シリコン基板、１２・・
・８ｉ０２層、１３・・・窒素イオン、１４・・・イオ
ン打込み層。 ’ＪＡＩｒＥＪ （αン ＣＣ） め ２図 （Ｘ１０’ＶＣｎｃす
る工程を示した図であシ、第１図（ａ）はシリコン基板
に５ｉｎｓ層を形成した図、第１図（ｂ）はこの５ｉｏ
ｔ層に窒素イオンを打込んでいる図、第１図（Ｃ）は打
込み後の絶縁膜の状態を示した図、第２図は窒素イオン
打込み量と絶縁波ｓ電界の関係を示す図である。 ｌＯ・・・絶縁膜、１１・・・シリコン基板、１２・・
・８ｉ０２層、１３・・・窒素イオン、１４・・・イオ
ン打込み層。 ’ＪＡＩｒＥＪ （αン ＣＣ） め ２図 （Ｘ１０’ＶＣｎｃす
Claims (1)
- １、絶縁膜中にその隣接物との界面から離れた場所に酸
素イオンおよび窒素イオンの少くとも１種を導入するこ
とを特徴とする絶縁膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59058295A JPS60202943A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59058295A JPS60202943A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 絶縁膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60202943A true JPS60202943A (ja) | 1985-10-14 |
Family
ID=13080224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59058295A Pending JPS60202943A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60202943A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04111425A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US6111320A (en) * | 1997-03-24 | 2000-08-29 | Nec Corporation | Semiconductor device having a barrier film for preventing penetration of moisture |
-
1984
- 1984-03-28 JP JP59058295A patent/JPS60202943A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04111425A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US6111320A (en) * | 1997-03-24 | 2000-08-29 | Nec Corporation | Semiconductor device having a barrier film for preventing penetration of moisture |
| KR100304686B1 (ko) * | 1997-03-24 | 2001-11-02 | 가네꼬 히사시 | 수분침투를방지하는장벽막을갖는반도체장치 |
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