專利名稱：半導體器件、電子器件及電子設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件、電子器件及電子設備。
背景技術：
近來，在含有半導體集成電路的器件中，為了提高其高集成度，每個元件的尺寸趨向于日益小型化。例如，在金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)中，例如，柵極絕緣膜(柵極絕緣層)的厚度變?yōu)樾∮?0nm，因此，難以確保絕緣膜的抗電介質擊穿性。
柵極絕緣膜的電介質擊穿包括時間零點電介質擊穿(Time ZeroDielectric Breakdown，TZDB)和時間相關電介質擊穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)。TZDB是柵極絕緣膜的初始失效，表示在電介質應力(如電壓應力、電流應力或類似應力)作用的時刻，大量泄漏電流流入絕緣膜的電介質擊穿。另一方面，TDDB是，從電介質應力作用時起已經過去了一段時間，而不是在電介質應力正好作用在柵極絕緣膜的時刻，在柵極絕緣膜中發(fā)生的電介質擊穿的現象。
此外，TDDB被分為硬擊穿(HBD)和軟擊穿(SBD)。HBD是眾所周知的電介質擊穿，擊穿后，大量的泄漏電流流入絕緣膜。另一方面，SBD是流過的泄漏電流大于初始絕緣狀態(tài)，但小于HBD發(fā)生以后的一種狀態(tài)。
HBD是相對高的電介質應力作用于絕緣膜時所發(fā)生的電介質擊穿。一旦HBD發(fā)生時泄漏電流流過，即使絕緣膜仍然保留且此后不再有電介質應力作用其上，其絕緣特性也不能恢復。另一方面，SBD是低電介質應力作用其上時所經常發(fā)生的電介質擊穿。其絕緣特性可以恢復的情況是，如果絕緣膜被保留，且泄漏電流發(fā)生后不再有電介質應力作用其上。因此，其中發(fā)生有SBD的MOSFET可以起到半導體器件(半導體元件)的作用，盡管其絕緣特性變得不穩(wěn)定。而且，隨著時間的推移，SBD可能轉變?yōu)镠BD。
此外，還有稱作應力感應泄漏電流(SILC)的低電場泄漏電流，如電介質應力作用之后的退化一樣。除了在絕緣膜上增加泄漏電流的效果以外，SILC還作為TDDB的前體來吸引人們的注意。就此而言，即使已經進行了各種檢測，每個SILC和SBD還是存在很多不清楚之處。SBD還被稱為“B模式SILC(B-mode)”，因此，SILC和SBD之間的區(qū)別不清楚。
在絕緣膜的這些退化模式中，SBD和SILC在使柵極絕緣膜變薄的方面存在特別的問題。在柵極絕緣膜(柵極氧化膜)的厚度等于或小于10nm的情況下，在10MV/cm或更小的低電場強度范圍內(即電場強度是10MV/cm或更小范圍的低電壓范圍)，經常發(fā)生退化，而這變?yōu)樽璧K柵極絕緣膜變薄的主要原因。
例如，日本公開專利申請No.2002-299612公開了一種半導體器件的絕緣膜(柵極絕緣膜)，其中，為了防止SILC的發(fā)生，氫原子密度降到一預定值。但是，上述的專利申請主要針對防止SILC的發(fā)生，因此，在此申請中，既沒有檢測也沒有討論SBD的發(fā)生。就此而言，絕緣膜中的每個氫原子以分子氫的狀態(tài)存在，或者以與絕緣膜中的任一組成元素連接的狀態(tài)而存在。但是，此專利申請只限定了氫原子的總數。根據本發(fā)明人的意見，可以認為，僅通過降低絕緣膜中的氫原子總數來阻止SBD的發(fā)生是有困難的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種包括絕緣膜的半導體器件，該絕緣膜即使是在絕緣膜變薄的情況下也可以防止SBD或SILC發(fā)生，而且具有高的抗諸如SILC、TZDB、或TDDB的電介質擊穿性(即可以提高對于SILC、TZDB、或TDDB的絕緣特性)。本發(fā)明的另一目的是提供高度可靠的包含上述半導體器件的電子器件和電子設備。
為了達到上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明針對含有絕緣膜的半導體器件。絕緣膜是由作為主要材料的絕緣無機材料形成，而該絕緣無機材料包含硅和氧。絕緣膜還包含氫原子。半導體器件具有這樣的特性，當在室溫下利用傅立葉變換紅外光譜來測量從未受電場作用的絕緣膜時，波數在830cm-1至900cm-1范圍內的紅外線輻射的至少一部分吸光率(absorbance，吸收率)既小于波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率又小于波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率，而且，如果波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為770cm-1的紅外線輻射吸光率之間的差值的絕對值定義為A，而波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為990cm-1的紅外線輻射吸光率之間的差值的絕對值定義為B，則A和B滿足下面的關系A/B是1.8或大于1.8。
這就使得，即使在絕緣膜變薄的情況下也可能防止SBD或SILC的發(fā)生，而且可能具有高的抗諸如SILC、TZDB、或TDDB的電介質擊穿性(即可能會提高對于SILC、TZDB、或TDDB的絕緣特性)。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，除了硅和氧以外，絕緣無機材料還包括氮、鉿、鋯、和鋁中的至少一種。
這使得有可能提高絕緣膜的緊密性、穩(wěn)定性及介電常數。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，至少部分氫原子中的每個氫原子被氘原子所替代。
這使得有可能提高絕緣膜的抗電介質擊穿性。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，絕緣膜的平均厚度為10nm或小于10nm。
根據本發(fā)明，有可能顯著地提高膜厚度在上述范圍內的絕緣膜的抗電介質擊穿性。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，半導體器件包括柵電極及用于絕緣柵電極的柵極絕緣膜，而且柵極絕緣膜是絕緣膜形成。
這使得有可能防止柵極絕緣膜的電介質擊穿，因此有可能提高本發(fā)明的半導體器件的特性。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，半導體器件適于在柵電壓作用于柵電極的情況下使用，這樣，絕緣膜中的電場強度為10MV/cm或小于10MV/cm。
根據本發(fā)明，有可能顯著提高半導體器件中的絕緣膜的抗電介質擊穿性，該半導體是在這樣的應用電壓下使用的。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，沿膜厚度方向流過柵極絕緣膜的泄漏電流是9×10-9A/cm2或小于9×10-9A/cm2，該泄漏電流是在柵電壓作用于柵電極的狀態(tài)下測量的，這樣，絕緣膜中的電場強度是5MV/cm或小于5MV/cm。
這使得在使用本發(fā)明的半導體器件時，有可能進一步防止柵極絕緣膜的電介質擊穿。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，在絕緣膜中發(fā)生軟擊穿之前，沿膜厚度方向流過柵極絕緣膜的電荷總量是40C/cm2或大于40C/cm2。
這使得在使用本發(fā)明的半導體器件時，有可能進一步防止柵極絕緣膜的電介質擊穿。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，在絕緣膜中發(fā)生硬擊穿之前，沿膜厚度方向流過柵極絕緣膜的電荷總量是100C/cm2或大于100C/cm2。
這使得在使用本發(fā)明的半導體器件時，有可能進一步防止柵極絕緣膜的電介質擊穿。
在本發(fā)明的半導體器件中，優(yōu)選地，傅立葉變換紅外光譜是多反射衰減全反射方法(Multi-Reflection Attenuated Total ReflectionMethod)。
這使得有可能測量具有高靈敏度的紅外線輻射的吸光率。
此外，在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明是針對電子器件的。本發(fā)明的電子器件包括上述的半導體器件。
這使得有可能獲得具有高可靠性的電子器件。
而且，在本發(fā)明的再一方面上，本發(fā)明針對電子設備。本發(fā)明的電子設備包括上述的電子器件。
這使得有可能獲得具有高可靠性的電子設備。


參考附圖，從下面的本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述中，本發(fā)明的上述及其他目的、特性及優(yōu)點將變得顯而易見。
圖1是顯示了根據本發(fā)明的一實施例的包含絕緣膜的半導體器件的縱向橫截面視圖。
圖2是顯示了絕緣膜的分子結構的示意圖。
圖3是顯示了絕緣膜的分子結構的示意圖。
圖4是顯示了從SiO2膜獲得的紅外吸收譜實例的附圖。
圖5A-5H是說明圖1所示半導體器件制造方法的縱向橫截面視圖。
圖6是顯示了電子器件實施例的分解透視圖，其中，將本發(fā)明的電子器件應用于透射(transmission)液晶顯示器。
圖7是顯示了可移動(或膝上型)個人電腦結構的透視圖，本發(fā)明的電子設備應用于該電腦上。
圖8是顯示了便攜式電話(包括個人手機系統(tǒng))的透視圖，本發(fā)明的電子設備應用于該便攜式電話上。
圖9是顯示了數字照相機結構的透視圖，本發(fā)明的電子設備應用于該照相機上。
圖10是顯示了從實例1和對比實例1中的絕緣膜中的每一膜獲得的紅外吸收譜的附圖。
圖11是顯示了電場強度變化與泄漏電流變化之間關系的曲線圖，該電場強度及泄漏電流均是在實例1和對比實例1中的絕緣膜中測得的。
具體實施例方式
在下文中，將相對于本發(fā)明優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明的半導體器件、電子器件及電子設備。就此而言，本發(fā)明的半導體器件在絕緣膜方面具有特性，該絕緣膜適用于半導體器件的柵極絕緣膜。
半導體器件首先，將描述本發(fā)明的半導體器件。
圖1是示出了半導體器件的縱向橫截面視圖，該半導體器件包括根據本發(fā)明一實施例的絕緣膜。圖2和圖3是結構示意圖，它們都示出了絕緣膜的分子結構。現在，在參考圖1的下面的說明中，為了方便說明，圖1中的上側和下側分別指“上”和“下”。
圖1所示的半導體器件1包括半導體襯底2、為了覆蓋半導體襯底2而設置的柵極絕緣膜3、以及夾層絕緣膜4(interlayerinsulating film)。半導體襯底2包括單元分離結構24(elementseparate structure)、溝道區(qū)21(channel region)、源區(qū)22，以及漏區(qū)23。半導體器件1還包括柵電極5，其設置為通過柵極絕緣膜3而朝向溝道區(qū)21；導電部61(conductive portion)，其設置于夾層絕緣膜4上并處于柵電極5的上方；導電部62，其設置于夾層絕緣膜4上并處于源區(qū)22的上方且起到源電極的作用；導電部63，其設置于夾層絕緣膜4上并處于漏區(qū)23上方且起到漏電極的作用；接觸插頭71(contact plug)，將柵電極5電連接至導電部61；接觸插頭72，將源區(qū)22電連接至導電部62；以及接觸插頭73，將漏區(qū)23電連接至導電部63。
半導體襯底2由半導體材料形成，該半導體材料包括，例如硅(如多晶硅、非晶硅、或類似物)，鍺，砷化鎵。如上所述，半導體襯底2具有單元分離結構24，而溝道區(qū)21、源區(qū)22、和漏區(qū)23設置在由單元分離結構24分隔開的區(qū)域中。
而且，在半導體襯底2中，源區(qū)22形成于溝道區(qū)21的一側部，而漏區(qū)23形成于溝道區(qū)21的另一側部。單元分離結構24構造成諸如SiO2的絕緣材料嵌入溝槽中。這使得有可能將相鄰的元件電分離開，因此，有可能防止相鄰元件之間的互相干擾。
舉例來說，溝道區(qū)21由本征半導體形成。每個源區(qū)22和漏區(qū)23均由半導體材料形成，例如，其中本征半導體摻雜了諸如P+(磷離子)的n型雜質。應該注意，每個溝道區(qū)21、源區(qū)22和漏區(qū)23都不限于此。例如，每個源區(qū)22和漏區(qū)23都可以構造成由半導體材料形成，其中本征半導體摻雜了p型雜質。而且，溝道區(qū)21可以構造成由半導體材料形成，其中本征半導體摻雜了p型或n型雜質。
這種半導體襯底2被絕緣膜(即柵極絕緣膜3和夾層絕緣膜4)所覆蓋。夾在溝道區(qū)21和柵電極5之間的絕緣膜部(柵極絕緣膜3)作為在溝道區(qū)21和柵電極5之間產生的電場的通道。
本實施例的半導體器件具有此柵極絕緣膜3結構上的特點。后文中將詳細描述這一點(特點)。
夾層絕緣膜4的組成材料沒有特別地受到限制，例如，諸如SiO2、TEOS(ethyl silicate，硅酸乙酯)、聚乙烯硅氮烷(poly-silazane)的硅系化合物可以用作夾層絕緣膜4的組成材料。另外，例如，夾層絕緣膜4可以由各種樹脂材料、各種陶瓷材料或類似材料中的任何一種來形成。導電部61、62和63設置于夾層絕緣膜4上。如上所述，導電部61形成于溝道區(qū)21的上方，而導電部62、63分別形成于源區(qū)22和漏區(qū)23的上方。
而且，在柵極絕緣膜3和夾層絕緣膜4中，在形成溝道區(qū)21、源區(qū)22和漏區(qū)23的區(qū)域中，分別形成有與柵電極5連通的孔部(接觸孔)、與源區(qū)21連通的孔部、以及與漏區(qū)23連通的孔部。接觸插頭71、72和73分別設置于這些孔部中。
導電部61通過接觸插頭71連接至柵電極5。導電部62通過接觸插頭72連接至源區(qū)22。導電部63通過接觸插頭73連接至漏區(qū)23。
其次，將討論柵極絕緣膜3的結構。在本發(fā)明中，柵極絕緣膜3由絕緣無機材料形成，該絕緣無機材料包含作為主要材料的硅和氧。柵極絕緣膜3還包含氫原子。
本發(fā)明的絕緣膜3的特點是，當利用傅立葉變換紅外譜在室溫下測量從未受到電場作用的絕緣膜3時，波數在830cm-1-900cm-1范圍內的紅外線輻射的至少一部分吸光率既小于波數為830cm-1的紅外線輻射的吸光率又小于波數為900cm-1的紅外線輻射的吸光率，并且，在波數為830cm-1的紅外線輻射的吸光率與波數為770cm-1的紅外線輻射的吸光率之間的差值的絕對值被定義為A，而波數為900cm-1的紅外線輻射的吸光率與波數為990cm-1的紅外線輻射的吸光率之間的差值的絕對值被定義為B的情況下，則A與B滿足下面的關系A/B是1.8或大于1.8。
就此而言，當入射光強度和透射光強度分別被定為I0和I時，吸光率用log(I0/I)的值表示。紅外線輻射吸光率的變化與存在于柵極絕緣膜3中的原子團的特定結構的數量成比例。
在下文中，將作為一實例具體描述柵極絕緣膜3由SiO2膜構成的情況，該SiO2膜由氧化硅(SiOz，0＜Z≤2，即SiO和SiO2)作為主要材料而制成。
具體地說，如圖2所示，SiO2膜是由基本上完整的Si-O鍵合的三維網絡構成的，該網絡是通過將一個硅原子與四個氧原子配位及將一個氧原子與兩個硅原子配位而形成的。SiO2膜處于無定形狀態(tài)，其中，化學鍵的方向性變得紊亂。當通過熱氧化方法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學汽相淀積)方法或后面所述的類似方法形成SiO2膜時，由于氣體存在于含有分子氫和氫原子的大氣中，氫原子不可避免地混入到SiO2膜的內部。
如圖3所示，氫原子以Si-OH結構32或Si-H結構33以及分子氫(H2)的形式存在于SiO2膜內部。在這種情況下，任何氫原子都會分別地與Si-O鍵結構或不完整的配位結構31發(fā)生反應，以形成Si-OH結構32和Si-H結構33，結果是，它們影響了柵極絕緣膜3組成材料的電子結構(電子態(tài))。
本發(fā)明的發(fā)明人，通過第一主電子結構仿真，堅持不懈地驗證并發(fā)現了Si-OH結構34，其中一個氧原子與三個其它原子(在圖3中，兩個Si原子和一個H原子)配位。另外，發(fā)明人發(fā)現，由于Si-OH結構34與OSiO結構相互影響(相互作用)所發(fā)生的電介質應力，電介質擊穿頻繁發(fā)生。結果是，發(fā)明人發(fā)現，Si-OH結構34與OSiO結構的相互作用越大(即，柵極絕緣膜3中存在的Si-OH結構34越多)，流過柵極絕緣膜3的泄漏電流越多(越容易發(fā)生TZDB)。
另一方面，發(fā)明人證實，Si-OH結構32或Si-H結構33不會促成電流，因為這些結構是穩(wěn)定地存在于柵極絕緣膜3中的。
而且，發(fā)明人還發(fā)現，Si-OH結構34易受到外電場的影響，并通過外電場增加而穩(wěn)定，結果是，由于電介質應力(即SILC)造成的泄漏電流可能增加，由此可以解釋SBD的產生機制。接著，發(fā)明人發(fā)現，以上這些原因導致了易于發(fā)生HBD。
就此而言，通過使用例如傅立葉變換紅外光譜檢測(測量)這些結構的彎曲振動可以確定Si-OH結構34和OSiO結構相互影響(相互作用)的程度。已經知道只有當紅外線輻射波數處于750-1000cm-1范圍內時，才發(fā)生源自Si-OH結構34和OSiO結構的彎曲振動的紅外線輻射吸收。
在SiO2膜中，當紅外線輻射波數處于750-1000cm-1范圍內時，紅外吸收譜的變化響應于Si-OH結構34和OSiO結構的存在比例及其間相互作用的程度。這里，當SiO2膜的紅外線輻射波數處于750-1000cm-1范圍內時，紅外吸收譜實例如圖4所示。
如圖4所示，可以檢測到紅外吸收譜是一復雜模式，其中，峰值大約為830cm-1的曲線1和峰值大約為900cm-1的曲線2重疊，并且，波數處于830cm-1-900cm-1范圍內的紅外線輻射吸光率中的一部分(具體地說，波數處于840cm-1-860cm-1范圍內的紅外線輻射吸光率)小于波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率。就此而言，雖然圖4中示出了波數處于830cm-1-900cm-1范圍內的紅外線輻射吸光率中的一部分小于波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率的情況，但是，紅外吸收譜可能還具有紅外線輻射吸光率中的一部分小于波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率的模式。
本發(fā)明人還發(fā)現，如果兩條曲線1和2滿足預定的關系，具體地說，如圖4所示，當波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為770cm-1的紅外線輻射吸光率之間的差值的絕對值被定義為A，而波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為990cm-1的紅外線輻射吸光率之間的差值的絕對值被定義為B時，如果A和B滿足下列關系A/B是1.8或大于1.8，則有可能有效地防止SiO2膜中SBD的發(fā)生。
而且，如上所述，發(fā)明人發(fā)現，Si-OH結構34的數量隨電介質應力的強度和時間而增加。因此，發(fā)明人發(fā)現，從未受到電介質應力作用的柵極絕緣膜3中的Si-OH結構34的數量越少(即Si-OH結構34和OSiO結構的相互影響程度越小)，柵極絕緣膜3的抗電介質擊穿性越好。
因為這個原因，這樣的SiO2膜(絕緣膜)具有更好的抗電介質擊穿性，因為在該SiO2膜中很難發(fā)生SILC、TZDB、SBD、或HBD，在該SiO2膜中，當利用傅立葉變換紅外光譜在室溫下測量從未受到電場作用的絕緣膜時，A和B滿足關系A/B是1.8或大于1.8。即當檢驗具有此范圍吸光率的柵極絕緣膜3時，柵極絕緣膜3幾乎可以通過一般的電介質擊穿檢驗(即TZDB或TDDB檢驗)。
而且，其中柵極絕緣膜采用這種SiO2膜的半導體器件1可以獲得穩(wěn)定的特性和耐久性能。就此而言，為了評估絕緣膜的抗電介質擊穿性，必須大量地重復檢驗以獲得統(tǒng)計數據，并且要花費很長的時間，執(zhí)行這樣檢驗的成本也增加。而且，當然，因為絕緣膜的絕緣性遭到了破壞，檢驗過的絕緣膜不可能再作為產品而使用。
因此，本發(fā)明的使用紅外線輻射吸光率的方法是通用方法(評估方法)，因為此方法易于實施且不需要大量時間和成本，同時還可以在不影響絕緣膜的情況下確定絕緣膜的抗電介質擊穿特性(非破壞性方法)。這里，在指明紅外線輻射吸光率與Si-OH結構34和OSiO結構相互影響(相互作用)程度的對應關系(在本發(fā)明中，A/B是1.8或大于1.8)時，絕緣膜(SiO2膜)是從未受到電介質應力作用的膜，同時對于室溫下(常溫)測得的紅外線輻射吸光率的解釋(測量過程中應力未作用于絕緣膜的情況下)，表明了其與試驗結果的一致性(絕緣膜中測得的紅外線輻射吸光率以及根據吸光率所獲得的A/B的值)，而且也是非常對應的。
就此而言，如上所述，A和B可能滿足關系A/B是1.8或大于1.8。但是，優(yōu)選地，A/B是2.0或大于2.0，更優(yōu)選地，A/B是2.2或大于2.2。這有可能更安全地避免柵極絕緣膜3(SiO2膜)的電介質擊穿(如SBD、SILC)。而且，通常地，柵極絕緣膜3的電介質擊穿隨著頻繁的使用(電壓頻繁地作用于柵電極5)更易于發(fā)生。但是，通過將A/B的關系限制在上述范圍內，即使半導體器件1已經頻繁地使用，Si-OH結構34的數量還是可以控制在適當的范圍內。這使得有可能更安全地避免柵極絕緣膜3的電介質擊穿。
如上所述的柵極絕緣膜3的組成材料(絕緣無機材料)并不僅限于由氧化硅作為主要材料而形成的一種材料，柵極絕緣膜3可以包含硅和氧以外的其它元素(其它元素的原子)。優(yōu)選地，其它元素包括氮、鉿、鋯、和鋁中的至少一種。例如，通過包含氮原子，有可能提高柵極絕緣膜3的緊密性。而且，例如，通過包含氮、鉿、鋯、或鋁，有可能提高柵極絕緣膜3的穩(wěn)定性及其介電常數。
后文將描述上述柵極絕緣膜3的形成方法及半導體器件1的制造方法。
柵極絕緣膜3中的至少部分氫原子中的每個氫原子可以由氘原子代替。這使得有可能進一步降低對于外電場的不穩(wěn)定結構(在該結構中，氫原子與絕緣無機材料的組成元素中除硅以外的其它元素結合)。結果是，有可能提高柵極絕緣膜3的抗電介質擊穿性。
優(yōu)選地，柵極絕緣膜3的平均厚度(平均膜厚度)是10nm或小于10nm，而更優(yōu)選地，厚度范圍是大約1nm至7nm。通過將柵極絕緣膜3的厚度限制在上述范圍內，有可能使得半導體器件1充分地變小。此外，尤其當柵極絕緣膜3的厚度變得如上述范圍那么薄時，容易頻繁地發(fā)生SBD。因此，將本發(fā)明應用到具有這樣較薄膜厚度的柵極絕緣膜3中，有可能顯著地發(fā)揮本發(fā)明的作用。
優(yōu)選地，在傅立葉變換紅外光譜中特別應用了多反射衰減全反射(ATR)方法，以測量紅外線輻射的吸光率。多反射衰減全反射方法是，在重復地將紅外線輻射全反射到被測樣品表面之后，檢測反射光的一種方法，并且具有一些優(yōu)點，包括(1)因為紅外線輻射為全反射，光輸出高，(2)因為信號(反射光信號)被多反射放大，有可能獲得反射光的高敏感度。
此外，優(yōu)選地，半導體器件1適于在柵極電壓作用于柵電極5的情況下使用，從而柵極絕緣膜3中的電場強度是10MV/cm或小于10MV/cm。更優(yōu)選地，柵極絕緣膜3中的電場強度是5MV/cm或小于5MV/cm。在上述電場強度范圍內，更易于發(fā)生SILC或SBD。但是，在這樣的電場強度下使用柵極絕緣膜3的情況下，通過應用本發(fā)明，有可能獲得防止SILC或SBD顯著發(fā)生的效果。
就此而言，當超過上述上限的較高電場強度作用于柵電極5時，恐怕會發(fā)生不可逆轉的電介質擊穿(即HBD)。
而且，優(yōu)選地，沿膜厚度方向流經柵極絕緣膜3的泄漏電流是9×10-9A/cm2或小于9×10-9A/cm2，該泄漏電流的測量狀態(tài)是柵極電壓作用于柵電極5上，從而絕緣膜中的電場強度是5MV/cm或小于5MV/cm。更優(yōu)選地，泄漏電流是5×10-9A/cm2或小于5×10-9A/cm2。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當使用半導體器件1時，柵極絕緣膜3不易發(fā)生電介質擊穿。
此外，在計時時刻是向柵極絕緣膜3供應恒電流而產生SBD(軟擊穿)的情況下，在該時刻首先產生小電壓改變，優(yōu)選地，沿膜厚度方向流經柵極絕緣膜3的電荷總量，在柵極絕緣膜3中發(fā)生軟擊穿(SBD)以前，是40C/cm2或大于40C/cm2。更優(yōu)選地，電荷總量是75C/cm2或大于75C/cm2。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當使用半導體器件1時，柵極絕緣膜3不易發(fā)生電介質擊穿。
而且，在計時時刻是HBD(硬擊穿)的情況下，在該時刻產生劇烈電壓改變，優(yōu)選地，沿膜厚度方向流經柵極絕緣膜3的電荷總量，在柵極絕緣膜3中發(fā)生硬擊穿(HBD)以前，是100C/cm2或大于100C/cm2。更優(yōu)選地，電荷總量是200C/cm2或大于200C/cm2。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當使用半導體器件1時，柵極絕緣膜3不易發(fā)生電介質擊穿。
基于圖1至圖3所示的優(yōu)選實施例，已經描述了包括柵極絕緣膜3的本發(fā)明半導體器件1的結構，但是具有上述特點的絕緣膜也可以應用于本發(fā)明半導體器件1的夾層絕緣膜4中。
半導體器件的制造方法接下來，將描述圖1所示的半導體器件的制造方法。圖5A至圖5H是用于說明圖1所示半導體器件制造方法的縱向橫截面視圖?，F在，在下面的參考圖5A至圖5H的說明中，為了方便說明，圖5A至圖5H中的上側和下側分別用“上”和“下”表示。
<1>如圖5A所示，通過硅局部氧化(LOCOS)方法或類似方法，半導體襯底2的表面上形成有溝槽元件分離結構24。因此，在半導體襯底2表面上，元件形成區(qū)被隔開。
<2>其次，通過在半導體襯底2中進行離子體摻雜而形成阱(well)。例如，在形成p型阱(p-well)的情況下，諸如B+離子或類似物的P型雜質，被摻雜進半導體襯底2中，而在形成n型阱(n-well)的情況下，諸如P+離子或類似物的N型雜質，被摻雜進半導體襯底2中。
<3>然后，如圖5B所示，在半導體襯底2上形成柵極絕緣膜3。
I氧化硅膜在二氧化硅(SiO2)膜作為柵極絕緣膜3而形成的情況下，例如，可以采用熱氧化方法、CVD(化學汽相淀積)方法或類似方法。
I-1熱氧化方法熱氧化方法是通過向加熱的硅襯底上供應含有氧原子的氣體而在硅襯底(半導體襯底2)表面上形成二氧化硅膜的方法。優(yōu)選地，加熱溫度范圍是300-1,000℃，更優(yōu)選地，是大約500-800℃的范圍。
因為加熱時間是根據所需的二氧化硅膜厚度而適當設置的，所以加熱時間沒有特別的限制。例如，在加熱溫度設定在上述范圍內的情況下，優(yōu)選地，加熱時間的范圍是大約10-90分鐘，更優(yōu)選地，加熱時間的范圍是大約20-60分鐘。此外，例如，分子氧(純氧)、臭氧、過氧化氫、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或類似物可以認為是含有氧原子的氣體。這些種類之一或這些種類中的兩種或兩種以上的組合可以作為含有氧原子的氣體來使用。
I-2CVD方法CVD方法是，通過將含有二氧化硅前體和氧原子的氣體引入到恒壓作用下的箱室中并加熱硅襯底(半導體襯底2)，而在硅襯底(半導體襯底2)表面上形成二氧化硅膜的方法。二氯磺酞、六氯苯、disilanete、四(烴基氨基)硅烷(trakis(hydrocarbyl-amino)silane)、tris(hydrocarbyl-amino)silane及類似物質可以認為是氧化硅的前體。這些種類之一或這些種類中的兩種或兩種的組合可以作為氧化硅的前體來使用。
例如，分子氧(純氧)、臭氧、過氧化氫、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或類似物可以認為是含有氧原子的氣體。這些種類之一或這些種類中的兩種或兩種以上的組合可以作為含有氧原子的氣體來使用。此外，優(yōu)選地，加熱溫度范圍是300-1,000℃，更優(yōu)選地，是大約500-800℃的范圍。
因為加熱時間是根據所需的二氧化硅膜厚度而適當設置的，所以加熱時間沒有特別的限制。例如，在加熱溫度設定在上述范圍內的情況下，優(yōu)選地，加熱時間的范圍是大約10-90分鐘，更優(yōu)選地，是20-60分鐘的范圍。而且，優(yōu)選地，箱室內的壓力(真空度)的范圍是大約0.05Torr(6.67Pa)至760Torr(即大氣壓力1.013×105Pa)，更優(yōu)選地，是大約0.1Torr(13.3Pa)至500Torr(6.67×105Pa)的范圍。此外，優(yōu)選地，二氧化硅前體與含有氧原子的氣體的混合比率(分子比，mole ratio)的范圍是大約10∶1至1∶100，更優(yōu)選地，是大約1∶2至1∶10的范圍。
II氮氧化硅膜在氮氧化硅(SiON)膜作為柵極絕緣膜3而形成的情況下，例如，可以利用含氧原子氣體與含氮原子氣體的混合氣體來代替I-2所述CVD(化學汽相淀積)方法中的含氧原子氣體來形成氮氧化硅(SiON)膜。例如，氨、肼、烷基聯氨化合物、疊氮化氫、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮或類似物可以認為是含氮原子的氣體。這些種類之一或這些種類中的兩種或兩種以上的組合可以作為含氮原子氣體來使用。另外，例如，通過在含氮氣(N2)的大氣中向二氧化硅膜實施熱處理，可以獲得氮氧化硅(SiON)膜。
III硅酸鉿膜、硅酸鋯膜及硅酸鋁膜在硅酸鉿(HfSiO)膜、硅酸鋯(ZrSiO)膜、或硅酸鋁(AlSiO)膜作為柵極絕緣膜3而形成的情況下，例如，可以采用CVD(化學汽相淀積)方法、PVD方法(物理汽相淀積，如真空蒸發(fā)方法)、濺射方法或類似方法。
此外，通過混合兩種或兩種以上化合物，其中每一種均作為柵極絕緣膜3而構成絕緣膜(即二氧化硅膜、氮氧化硅膜、硅酸鉿膜、硅酸鋯膜、及硅酸鋁膜)，并通過實施上述的一種方法(這里是濺射方法)或兩種或兩種以上的方法，有可能形成由多種化合物組成的柵極絕緣膜3。而且，例如，可以在含有水蒸汽(H2O)的大氣中向獲得的柵極絕緣膜3實施熱處理或類似處理。在這種情況下，優(yōu)選地，加熱溫度范圍是大約500-1200℃，更優(yōu)選地，是700-1000℃范圍。
在加熱溫度設定在上述范圍內的情況下，優(yōu)選地，加熱時間范圍大約是10-90分鐘，更優(yōu)選地，是大約20-60分鐘的范圍。而且，優(yōu)選地，大氣相對濕度范圍是大約50-100％RH，更優(yōu)選地，是大約75-100％RH的范圍。通過利用上述的方法和條件形成柵極絕緣膜3，有可能防止氫原子的混入。這使得有可能最大程度地降低Si-OH結構的存在數量，結果是，有可能避免Si-OH結構和OSiO結構發(fā)生相互作用。此外，還有可能在所獲得的柵極絕緣膜3中更有保證地滿足上述關系(即A/B是1.8或大于1.8)。
就此而言，例如，(A)在形成柵極絕緣膜3之后，在含有氘氣(D2)的大氣中對柵極絕緣膜3實施熱處理的方法；(B)在形成柵極絕緣膜3時，在含有重水蒸氣(D2O)的大氣中對半導體襯底2熱氧化的方法；(C)在形成柵極絕緣膜3之后，在含有氘化氨(ND3)的大氣中對柵極絕緣膜3實施熱處理的方法；或類似的方法，可以認為是在柵極絕緣膜3中利用氘原子代替每個氫原子的方法。這些方法中的一種方法或這些方法中的兩種或兩種以上方法的組合可以作為，在柵極絕緣膜3中利用氘原子代替每個氫原子的方法來使用。
<4>然后，如圖5C所示，在柵極絕緣膜3上形成導電膜51。例如，可以通過CVD方法在柵極絕緣膜3上淀積多晶硅或類似物來形成導電膜51。
<5>然后，例如，通過光刻方法或類似方法，在導電膜51上形成與柵極絕緣膜3的形狀匹配的抗蝕劑掩模。接著，通過具有蝕刻作用的抗蝕劑掩?？梢猿щ娔?1的不需要部分。因此，有可能獲得圖5D所示的柵電極5。物理蝕刻方法，如等離子蝕刻、反應性腐蝕、電子束蝕刻、光輔助蝕刻(photo assisted etching)，化學蝕刻方法，如濕法蝕刻，或類似的蝕刻方法，可以認為是這種蝕刻。此外，這些蝕刻方法中的一種方法或這些方法中的兩種或兩種方法的組合可以作為蝕刻方法來使用。
<6>然后，如圖5E所示，通過將離子摻雜到半導體襯底2中的柵電極5的兩側，來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。這時，在利用p型雜質形成阱的情況下，通過將諸如P+的n型雜質摻雜到柵電極5的兩側，來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。另一方面，在利用n型雜質形成阱的情況下，通過將諸如B+的p型雜質摻雜到柵電極5的兩側，來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。
<7>然后，如圖5F所示，通過在半導體襯底2上淀積SiO2或類似物，來形成夾層絕緣膜4，在襯底2上，利用CVD方法或類似方法，形成相應的部分。
<8>然后，例如，通過照相平板印刷法或類似方法，在夾層絕緣膜4上形成抗蝕劑掩膜，在抗蝕劑掩膜中，對應于接觸孔的部分是敞口的。接著，通過具有蝕刻作用的抗蝕劑掩膜，除去夾層絕緣膜4的不需要部分。因此，如圖5G所示，形成了接觸孔41、42、和43，從而分別與溝道區(qū)21、源區(qū)22、和漏區(qū)23對應。
<9>然后，例如，通過CVD方法或類似方法，在夾層絕緣膜4上淀積導電材料而形成導電膜，該夾層絕緣膜4包括接觸孔41、42和43的內部。
<10>然后，例如，利用照相平板印刷法或類似方法，在導電膜上形成與導電部形狀相對應的抗蝕劑掩膜。接著，通過具有蝕刻作用的抗蝕劑掩膜，除去導電膜的不需要部分。因此，如圖5H所示，形成了導電部61、62、和63以及接觸插頭71、72、和73，從而分別與溝道區(qū)21、源區(qū)22和漏區(qū)23對應。
通過上面所描述的步驟，就制成了半導體器件1。
電子器件上述半導體器件1應用于不同類型的電子器件中。在下文中，將描述作為代表實施例的本發(fā)明電子器件應用于透射液晶顯示器(LCD)的情況，該電子器件包括本發(fā)明的半導體器件1。
圖6是示出電子器件實施例的分解透視圖，其中本發(fā)明的電子器件應用于透射液晶顯示器上。就此而言，為了避免附圖過于復雜，圖6中省略了透射LCD的一些部件(組件)。而且，在下面的參考圖6的說明中，為了方便說明，圖6中的上側和下側分別用“上”和“下”表示。
圖6所示的透射液晶顯示器10(下文中，透射液晶顯示器將簡稱為“液晶顯示器10”)，包括液晶面板(顯示面板)20和后光(光源)60。液晶顯示器10可以通過向液晶面板20透射來自后光60的光來顯示圖像(信息)。
液晶面板20具有第一板220和第二板230，它們彼此相向地設置。此外，在第一板220和第二板230之間設置有密封件(未示出)，這樣，密封件就可以包圍出一顯示區(qū)。本身為電光材料的液晶容納于第一板220、第二板230和密封件所限定的空間內，從而形成液晶層(媒介層，intermediary layer)240。即，液晶層240插入到第一板220和第二板230之間。
雖然省略了說明性的描述，由例如聚酰亞胺構成的定向膜設置于液晶層240的上、下表面中的每個表面上。組成液晶層240的液晶分子的方位(定向的方向)由這些定向膜控制。第一板220和第二板230中的每個板由，例如，不同類型玻璃材料、不同類型樹脂材料和類似材料中的一種形成。
第一板220設置有多個圖像電極(picture electrode)223，其以矩陣方式排列在第一板的上表面221(即，朝向液晶層240的表面)上；掃描線224，均沿圖6中的X方向延伸；信號線228，均沿圖6中的Y方向延伸。每個圖像電極223均是由具有透明性(光學透明性)的透明導電膜構成，并通過一個半導體器件(即本發(fā)明的半導體器件)1連接至一條掃描線224和一條信號線228。第一板220的下表面上設置有極化板225。
另一方面，第二板220設置有反向電極232，其是由第二板下表面231(即，朝向液晶層240的表面)上的多個條部(strip)組成的。這些反向電極232設置成基本上相互平行，從而相互之間可以間隔一預置距離并朝向圖像電極223。圖像電極223和反向電極232相互重疊的部分(包括鄰近部)構成一個像素。通過在圖像電極223和反向電極232之間充電和放電，而在每個像素中驅動液晶層240中的液晶，即改變液晶的定向狀態(tài)。
反向電極232也由具有透明性(光學透明性)的透明導電膜組成，如同圖像電極223。每個反向電極232的下表面上均設置有三個有色層中的每一個，三個有色層包括紅(R)、綠(G)和蘭(B)(濾色鏡)233。這些有色層233被黑底(black matrix)234所劃分。
黑底234具有光阻(light blockig)效應，并且由，例如，諸如鉻、鋁、鋁合金、鎳、鋅、鈦的金屬或分散有碳或類似物的樹脂制成。而且，在第二板230的上表面上設置有極化板235，該極化板的偏轉軸(deflecting axis)不同于極化板225的偏轉軸。
在具有這樣結構的液晶面板20中，從后光60處發(fā)射的光，在被極化板225偏轉之后，通過第一板220和圖像電極223而進入液晶層240。進入液晶層240的光的強度被液晶調節(jié)，其中，每個像素的定向狀態(tài)得以控制。強度調節(jié)光穿過有色層233、反向電極232和第二板230，接著被極化板235偏轉而退出到液晶顯示器10的外側。因此，在液晶顯示器10中，有可能，從第二板230的液晶層240的相對側，看到彩色圖像(包括移動圖像和靜止圖像)，如字母、數字符號和圖形(graphic form)。
就此而言，在上述的說明中，已經描述了作為代表實例的將本發(fā)明電子器件應用到有源矩陣驅動型(active matrix driving type)透射液晶裝置上的情形。但是，本發(fā)明并不僅限于此。此外，有可能將本發(fā)明的電子器件應用到反射(reflective)液晶顯示器、有機或無機的場致發(fā)光(electroluminescence)顯示器及電泳(electrophoretic)顯示器上。
電子設備上述液晶顯示器10(本發(fā)明的電子器件)可以作為每個不同類型電子設備的顯示部分來使用。
圖7是示出了采用本發(fā)明電子器件的可移動(或膝上型)個人電腦的透視圖。參考圖7，個人電腦1100設置有具有鍵盤1102的機體1104和顯示單元1106。顯示單元1106通過鉸鏈部可旋轉地支撐于機體1104上。在此個人電腦1100中，顯示單元1106設置有上述的液晶顯示器(電光裝置)10。
圖8是顯示便攜式電話(包括個人手機系統(tǒng))結構的透視圖，其采用本發(fā)明的電子器件。參考圖8，便攜式電話1200設置有多個按鈕1202、聽筒1204、話筒1206和顯示部。顯示部是上述液晶顯示器(電光裝置)10構成。
圖9是顯示數字照相機結構的透視圖，其采用了本發(fā)明的電子器件。在此附圖中，示意性地顯示了數字照相機與其外部設備的連接。普通照相機在對象的光學圖像基底上曝光銀鹽照相軟片，而數字照相機1300，通過利用諸如電荷耦合器件(CCD)的成像器件光電地將對象的光學圖像轉換為成像信號，而產生成像信號(圖像信號)。
上述液晶顯示器10，作為機殼(機體)1302后表面上的顯示部，而設置于數字照相機1300內。液晶顯示器10響應CCD產生的成像信號而顯示圖像，并作為探測器來顯示電子圖像的對象。電路板1308設置于機殼1302內部。可以儲存成像信號的存儲器設置在電路板1308上。
而且，含有光學透鏡(成像光學系統(tǒng))、CCD、和類似物的光接收單元1304設置在機殼1302的前表面?zhèn)?。當照相人確定顯示部上顯示有所照對象的圖像時，按下快門按鈕1306，此時的CCD的圖像信號就轉移到了電路板1308的存儲器上并儲存在存儲器中。
此外，數字照相機1300中，視頻信號輸出端1312和用于數據通訊的輸入/輸出終端1314設置在機殼1302的側表面上。如圖9所示，如果需要，電視監(jiān)控器1430和個人電腦1440分別連接至視頻信號輸出終端1312和用于數據通訊的輸入/輸出終端1314。而且，通過預定的操作，儲存在電路板1308存儲器中的圖像信號輸出到電視監(jiān)視器1430或個人電腦1440上。
就此而言，除了圖7所示的個人電腦(可移動個人電腦)1100、圖8所示的便攜電話1200和圖9所示的數字照相機1300以外，本發(fā)明的電子設備還可以適當地應用于，例如，電視機、攝像機、探視器型或監(jiān)視器直觀型的磁帶錄像機、膝上型個人電腦、汽車導航裝置、尋呼機、電子記事本(包括具有通訊功能的電子記事本)、電子字典、袖珍計算器、電子游戲機、文字處理器、工作站，電視電話、用于防止犯罪的電視監(jiān)視器、電子望遠鏡、POS(銷售點)終端、具有觸摸面板的設備(例如，金融機構的現金分發(fā)機、自動票據售賣機)、醫(yī)療衛(wèi)生器材(例如，電子溫度計、血壓計、血糖計、心電圖顯示設備、超聲波診斷設備、內診鏡顯示器)、魚探測儀、各種測量設備、量表(例如，汽車、飛機、船上及其它所用儀表)、飛行模擬器、任何其它類型的監(jiān)視器、諸如放映機的投射型顯示器或類似物。
基于附圖所示的實施例，已經描述了根據本發(fā)明的半導體器件、電子器件和電子設備，但是應該注意到，本發(fā)明并不限于這些實施例。半導體器件、電子器件和電子設備中的相應部分可以利用完成相同功能的任意裝置來代替。而且，其它任意部件也可以添加到本發(fā)明的半導體器件、電子器件和電子設備中。
實例下面，將描述本發(fā)明的具體實施例。
1.絕緣膜的制造和評估1-1.絕緣膜的制造下面將描述實例1至6和對比實例1至5中的每個實例中形成的絕緣膜。
(實例1)-1A-首先制備表面方向(100)p型硅晶襯底(Si(100)襯底)。硅晶襯底受到熱氧化處理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基礎層)。熱氧化處理是在具有相對濕度為33％RH的水蒸氣(H2O)的大氣中，在750℃下進行的。獲得的氧化硅膜的平均厚度為4.2nm。
-2A-然后，此氧化硅膜受到熱處理，該熱處理是在真空度為10-7Pa，在80℃到1000℃的范圍內加熱速度為每分鐘60℃的條件下進行的。通過實施上述步驟，獲得絕緣膜。
(實例2)通過執(zhí)行與上述實例1相同的步驟，除了用重水蒸氣(D2O)大氣代替上述步驟-1A-中的水蒸氣(H2O)大氣，可以獲得具有平均厚度為3.8nm的絕緣膜。
(實例3)-1-首先制備表面方向(100)p型硅晶襯底(Si(100)襯底)。硅晶襯底受到熱氧化處理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基礎層)。熱氧化處理是在具有相對濕度為33％RH的水蒸氣(H2O)的大氣中，在750℃下進行的。此外，當箱室內壓力為0.02Pa且二氯甲硅烷氨(dichlorosilane ammonia)氣體不間斷地向箱室內供應時，CVD方法在650℃下實施40分鐘。所獲得的氮氧化硅膜的平均厚度為3.7nm。
-2B-然后，此氮氧化硅膜受到熱處理，該熱處理在具有相對濕度為95％RH的水蒸氣(H2O)的大氣中，在900℃下，實施五分鐘。通過實施上述步驟，獲得絕緣膜。
(實例4)-1C-首先制備表面方向(100)p型硅晶襯底(Si(100)襯底)。硅晶襯底受到熱氧化處理，然后利用CVD方法形成氮氧化硅膜(基礎層)。獲得的氮氧化硅膜的平均厚度為10nm。就此而言，當電壓(外加電壓)作用于氮氧化硅膜從而氮氧化硅膜中的電場強度在5MV/cm至10MV/cm的范圍內時，此氮氧化硅膜中的泄漏電流極高(1×10-5A/cm2或更高)。
-2C-然后，利用CVD方法，在此氮氧化硅膜上形成硅酸鉿膜。獲得的硅酸鉿膜的平均厚度為3.6nm。
-3C-然后，此硅酸鉿膜受到熱處理，該熱處理在具有相對濕度為95％RH的水蒸氣(H2O)大氣中，在900℃下進行五分鐘。通過實施上述步驟，獲得絕緣膜。
(實例5)通過執(zhí)行與上述實例4相同的步驟，除了在上述步驟-2C-中利用CVD方法形成硅酸鋯，可以獲得具有平均厚度為3.9nm的絕緣膜。
(實例6)通過執(zhí)行與上述實例4相同的步驟，除了在上述步驟-2C-中利用CVD方法形成硅酸鋁，可以獲得具有平均厚度為4.1nm的絕緣膜。
(對比實例1)通過執(zhí)行與上述實例1相同的步驟，除了省略上述步驟-2A-，可以獲得具有平均厚度為3.8nm的絕緣膜。
(對比實例2)通過執(zhí)行與上述實例3相同的步驟，除了省略上述步驟-2B-，可以獲得具有平均厚度為3.8nm的絕緣膜。
(對比實例3)通過執(zhí)行與上述實例4相同的步驟，除了省略上述步驟-3C-，可以獲得具有平均厚度為4.0nm的絕緣膜。
(對比實例4)通過執(zhí)行與上述實例5相同的步驟，除了省略上述步驟-3C-，可以獲得具有平均厚度為3.6nm的絕緣膜。
(對比實例5)通過執(zhí)行與上述實例6相同的步驟，除了省略上述步驟-3C-，可以獲得具有平均厚度為3.9nm的絕緣膜。
1-2.絕緣膜的評估1-2-1.紅外吸收譜的測量對于實例1至6和對比實例1至5，利用多反射衰減全反射(ATR)方法，測量紅外線輻射的吸收。在這種情況下，多反射衰減全反射(ATR)方法的測量條件如下。
FTIR設備 IFS-120HR(Bruker制造)光源 SiC檢測器MCT電子束分裂器 Ge/KBr分辨率4cm-1附件 多反射ATR測量附件(Wilkes制造)棱鏡 Ge入射角60°極化 P極化下面的表1中示出了實例1至6和對比實例1至5的每個實例所獲得的絕緣膜中的上述A/B的值。就此而言，表1中的每個數值都是絕緣膜兩個不同樣品的平均值。例如，圖10中顯示了從實例1和對比實例1的絕緣膜中所獲得的紅外吸收譜(紅外線輻射的吸收與波數之間的關系)。圖10是顯示從實例1和對比實例1的每個絕緣膜所獲得的紅外吸收譜的附圖。
表1

如表1和圖10所示，實例1至6的每個實例中的絕緣膜的A/B值為1.8或大于1.8。另一方面，對比實例1至5的每個實例中的絕緣膜的A/B值大大地降低到1.8以下。
1-2-2.泄漏開始電壓的測量下面，當作用于每個絕緣膜的電場強度(即，外加電壓值)改變時，測量實例1至6和對比實例1至5中的每個實例的泄漏開始電壓。
表2示出了，電壓作用于實例1至6和對比實例1至5中的每個實例時泄漏電流開始流動的電壓值，而該電壓值在0至5V的范圍內變化。就此而言，表2的每個數值都是兩個絕緣膜的平均值。例如，圖11示出了實例1和對比實例1的絕緣膜中測得的電場強度(外加電壓值)的變化和泄漏電流值的變化。
表2

如表2和圖11所示，泄漏電流在高外加電壓(此例中為2.4V或大于2.4V)下在實例1至6中的每個實例的絕緣膜中開始流動。另一方面，泄漏電流在低外加電壓(此例中為0.7V或小于0.7V)下在對比實例1至5中的每個實例的絕緣膜中開始流動。
1-2-3.泄漏電流的測量下面，當作用于每個絕緣膜的電場強度(即，外加電壓值)改變時，測量實例1至6和對比實例1至5中的每個實例的泄漏電流值的變化。在此情況下，將被測面積定為0.02039cm2。
下面的表3中示出了所測泄漏電流的最大值，該泄漏電流是在實例1至6和對比實例1至5的每個實例中所獲得的絕緣膜中的電場強度范圍為0--5MV/cm時測得的。就此而言，表3中的每個數值均為兩個絕緣膜的平均值。
表3

當電場強度處于0至-10MV/cm的范圍內時(特別是表3所示的0至-5MV/cm范圍內)，實例1至6的每個實例的絕緣膜中的泄漏電流值被限制為低數值。另一方面，在對比實例1至5的每個實例的絕緣膜中，即使在低電場強度下，也有大泄漏電流流過。
1-2-4.Qbd數值的測量下面，測量對于實例1至6和對比實例1至5的每個實例的絕緣膜的Qbd數值。這里，“Qbd數值”表示，當電介質擊穿發(fā)生時，沿膜厚度方向在絕緣膜中流動的電荷總量(即，電流總量)。Qbd數值越大，就越難以發(fā)生電介質擊穿。在Qbd數值的測量中，當利用水銀電極將恒電流供應到絕緣膜上時，電壓第一次發(fā)生小變化的時間點確定為SBD，而電壓發(fā)生大變化的時間點確定為HBD。測量在SBD發(fā)生之前流經絕緣膜的總電荷(Qbd數值(SBD))和在HBD發(fā)生之前流經絕緣膜的總電荷(Qbd數值(HBD))。在此情況下，測量面積定為0.02039cm2，而作用到絕緣膜上的恒電流值定為0.01226A/cm2。
下面的表4中示出了實例1至6和對比實例1至5的每個實例的絕緣膜中測得的Qbd數值(SBD)和Qbd數值(HBD)。就此而言，表4中的數值均是兩個絕緣膜的平均值。
表4

如表4所示，實例1至6的每個實例中的絕緣膜的Qbd數值(SBD)均大于對比實例1至5的每個實例中的絕緣膜的Qbd數值(SBD)。而且，實例1至6的每個實例中的絕緣膜的Qbd數值(HBD)均大于對比實例1至5的每個實例中的絕緣膜的Qbd數值(HBD)，如同Qbd數值(SBD)。
從上述的每個評估結果中，很容易發(fā)現，其中A和B滿足關系A/B的值為1.8或大于1.8，絕緣膜具有優(yōu)良的抗電介質擊穿性。而且，還示出了，隨著A/B值的增大，絕緣膜的抗電介質擊穿性提高的趨勢。
2.半導體器件的制造及評估2-1.半導體器件的制造圖1所示的半導體器件是根據上面實施例中所描述的方法而制造的。在此情況下，形成柵極絕緣膜，如同上述實例1至6和對比實例1至5的每個實例。
2-2.半導體器件的評估檢查每個半導體器件的切換特性。結果是，在半導體器件中，很長時間內都可以獲得良好的切換特性，該半導體器件包括以與實例1至6相同的方式而形成的每個柵極絕緣膜。另一方面，在包括以與對比實例1至5相同的方式而形成的每個柵極絕緣膜的半導體器件中，識別出存在泄漏電流，而且半導體器件的切換特性不穩(wěn)定。因此，在柵極絕緣膜中較早就發(fā)生了電介質擊穿，并且喪失了作為切換器件的功能。
本申請要求于2003年11月18日提交的日本專利申請No.2003-421655和2004年7月27日提交的日本專利申請No.2004-219192的優(yōu)選權，其全文結合于此供參考。
權利要求
1.一種半導體器件，包括絕緣膜，所述絕緣膜由作為主要材料的絕緣無機材料形成，所述絕緣無機材料包含硅和氧，并且所述絕緣膜包含氫原子，其中，當在室溫下利用傅立葉變換紅外光譜測量從未受到電場作用的所述絕緣膜時，波數在830cm-1至900cm-1范圍內的紅外線輻射吸光率的至少一部分小于波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率和波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率，其中，在波數為830cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為770cm-1的紅外線輻射吸光率之間差值的絕對值定義為A，而波數為900cm-1的紅外線輻射吸光率與波數為990cm-1的紅外線輻射吸光率之間差值的絕對值定義為B的情況下，則A和B滿足關系A/B是1.8或大于1.8。
2.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，除了硅和氧以外，所述絕緣無機材料還包括氮、鉿、鋯、和鋁中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，至少部分所述氫原子中的每個氫原子被氘原子代替。
4.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述絕緣膜的平均厚度是10nm或小于10nm。
5.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述半導體器件包括柵電極和用于絕緣所述柵電極的柵極絕緣膜，并且所述柵極絕緣膜由所述絕緣膜形成。
6.根據權利要求5所述的半導體器件，其中，所述半導體器件適于在柵極電壓作用于所述柵電極的情況下使用，從而所述絕緣膜中的電場強度為10MV/cm或小于10MV/cm。
7.根據權利要求5所述的半導體器件，其中，在所述柵極電壓作用于所述柵電極，從而所述絕緣膜中的電場強度為5MV/cm或小于5MV/cm的狀態(tài)下，測得的沿所述膜厚度方向流經所述柵極絕緣膜的泄漏電流為9×10-9A/cm2或小于9×10-9A/cm2。
8.根據權利要求5所述的半導體器件，其中，在所述絕緣膜中發(fā)生軟擊穿以前，沿所述膜厚度方向流經所述柵極絕緣膜的電荷總量是40C/cm2或大于40C/cm2。
9.根據權利要求5所述的半導體器件，其中，在所述絕緣膜中發(fā)生硬擊穿以前，沿所述膜厚度方向流經所述柵極絕緣膜的電荷總量是100C/cm2或大于100C/cm2。
10.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述傅立葉變換紅外光譜是多反射衰減全反射方法。
11.一種電子器件，包括權利要求1限定的所述半導體器件。
12.一種電子設備，包括權利要求11限定的所述電子器件。
全文摘要
一種柵極絕緣膜3，由作為主要材料的絕緣無機材料形成，該絕緣無機材料包含硅和氧。柵極絕緣薄3包含氫原子。當在室溫下利用傅立葉變換紅外光譜測量從未受到電場作用的絕緣膜時，波數在830cm
文檔編號H01L21/28GK1894800SQ20048003770
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權日2003年12月18日
發(fā)明者宮田正靖, 上原正光 申請人:精工愛普生株式會社