專利名稱：評價用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的特性的方法以及形成該絕緣膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評價絕緣膜的特性的方法、一種形成用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法、半導(dǎo)體裝置(semiconductor device)、電子器件(electronic device)以及電子裝置(electronic apparatus)。
背景技術(shù)：
近來，在包含有半導(dǎo)體集成電路的裝置中，為了改善其高集成度，每個元件的尺寸日益趨向于小型化。例如，在金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)中，柵極絕緣膜(柵極絕緣體)的厚度變得小于10nm，因此，難以確保絕緣膜的電介質(zhì)擊穿(dielectricbreakdown)耐受性。
柵極絕緣膜的電介質(zhì)擊穿包括零時間電介質(zhì)擊穿(Time ZeroDielectric Breakdown，TZDB)和時間依賴性電介質(zhì)擊穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)。TZDB是柵極絕緣膜的初始破壞，并且是指這樣一種電介質(zhì)擊穿，其中在施加電介質(zhì)應(yīng)力(如電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力等等)的時刻較大漏電流在絕緣膜中流過。因此，TZDB耐受性可以通過漏電流的測量值來進(jìn)行評價。
另一方面，TDDB是這樣一種現(xiàn)象，其中從施加電介質(zhì)應(yīng)力時起過了一段時間而不是在施加電介質(zhì)應(yīng)力的時間點(diǎn)在柵極絕緣膜中發(fā)生電介質(zhì)擊穿。因此，TDDB耐受性可通過直至發(fā)生電介質(zhì)擊穿時流過的漏電流的積分值(Qbd值)來進(jìn)行評價。
此外，TDDB被分成硬擊穿(HBD)和軟擊穿(SBD)。HBD是眾所周知的電介質(zhì)擊穿，并在擊穿后大量的漏電流在絕緣膜中流過。
另一方面，SBD是這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)時流過的漏電流大于在初始絕緣狀態(tài)時的漏電流，但又小于在發(fā)生HBD以后的漏電流。
HBD是在當(dāng)將相對高的電介質(zhì)應(yīng)力施加至絕緣膜時所發(fā)生的電介質(zhì)擊穿。一旦在HBD發(fā)生時泄漏電流流過，則即使絕緣膜在此后保持對其不施加電介質(zhì)應(yīng)力，其絕緣性能再也不能被恢復(fù)。另一方面，SBD是當(dāng)對其施加低的電介質(zhì)應(yīng)力時經(jīng)常發(fā)生的電介質(zhì)擊穿。存在這樣的一種情形，其中如果絕緣膜在漏電流發(fā)生后保持對其不施加電介質(zhì)應(yīng)力則其絕緣性能可以被恢復(fù)。因此，其中發(fā)生SBD的MOSFET可以起到半導(dǎo)體裝置(半導(dǎo)體元件)的作用，盡管其絕緣性能變得不穩(wěn)定。此外，隨著時間的推移，SBD可能轉(zhuǎn)變?yōu)镠BD。
另外，由于在施加電介質(zhì)應(yīng)力后的劣化(變質(zhì)，deterioration)，存在稱作應(yīng)力感應(yīng)漏電流(SILC)的低電場泄漏電流。除了其對絕緣膜的效應(yīng)而增加漏電流外，作為TDDB的前體的SILC吸引人們的注意。在這點(diǎn)上，即使已進(jìn)行了各種檢查，但是SILC和SBD的每一個還是存在許多不清楚之處。SBD還被稱為“B模式SILC”，因此，SILC和SBD之間的區(qū)別并不清楚。
在絕緣膜的這些劣化模式中，SBD和SILC在使柵極絕緣膜變薄方面尤其成為問題。在柵極絕緣膜(柵極氧化膜)的厚度為10nm或更小的情況下，在10MV/cm或更小的低電場強(qiáng)度范圍內(nèi)(即在電場強(qiáng)度是10MV/cm或更小范圍的低電壓范圍內(nèi))經(jīng)常發(fā)生這種劣化，并且這成為阻礙柵極絕緣膜變薄的主要原因。
例如，日本公開專利申請第2002-299612號披露了一種半導(dǎo)體裝置的絕緣膜(柵極絕緣膜)，其中氫原子的密度被降到一預(yù)定值以便防止SILC發(fā)生。然而，上述專利申請主要針對防止SILC的發(fā)生，因此，在該申請中對SBD的發(fā)生既沒有研究也沒有論及。
因此，在目前的情況下，針對防止SBD發(fā)生的評價柵極絕緣膜的方法仍沒有被研究。
在這點(diǎn)上，絕緣膜中的每個氫原子以分子氫的狀態(tài)存在，或者以與絕緣膜的任一組成元素連接的狀態(tài)存在。然而，該專利申請僅限定了氫原子的總數(shù)。根據(jù)本發(fā)明人的思考，應(yīng)當(dāng)理解僅通過降低絕緣膜中的氫原子總數(shù)來阻止SBD的發(fā)生是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種評價絕緣膜的方法，利用其可在高度可靠性的情況下進(jìn)行絕緣膜的評價，其中絕緣膜甚至在變薄該絕緣膜的情況下可以阻止SBD或SILC的發(fā)生并且對電介質(zhì)擊穿如SILC、TZDB、或TDDB具有較高的耐受性(即，可以改善SILC、TZDB、或TDDB的絕緣性能)。
此外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種已通過上述評價方法進(jìn)行評價的高度可靠的絕緣膜、包括這樣的絕緣膜的半導(dǎo)體裝置、包括上述半導(dǎo)體裝置的電子器件和電子裝置。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明涉及評價絕緣膜的特性的方法。絕緣膜由作為主要材料的絕緣無機(jī)材料形成。絕緣無機(jī)材料包含硅和氧，并且絕緣膜包含氫原子。本發(fā)明的方法包括以下步驟利用熱脫附譜分析從未被施加電場的絕緣膜；比較H2片段(碎片，fragment)的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度，該H2片段的強(qiáng)度和OH片段的強(qiáng)度是在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度下加熱絕緣膜的狀態(tài)下進(jìn)行測量的；以及基于比較結(jié)果評價絕緣膜的特性。
這使得有可能甚至在變薄絕緣膜的情況下以高度精確性來評價具有較高電介質(zhì)擊穿(例如SILC、TZDB、或TDDB)耐受性的絕緣膜。
在本發(fā)明的評價絕緣膜的特性的方法(評價方法)中，優(yōu)選地，評價步驟包括評估(估計)絕緣膜的與比較結(jié)果相關(guān)的一個或多個特征值，其中基于該一個或多個評估的特征值來評價絕緣膜的特性。
根據(jù)本發(fā)明的評價方法，有可能以高度精確性來評價絕緣膜的特性同時不直接地(即，非破壞性檢查)評價絕緣膜的特性，并且有可能降低其制造成本。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選一個或多個評估的特征值包括當(dāng)將電場施加至絕緣膜時待測量的漏電流的值，以及已流過絕緣膜直至在其中發(fā)生電介質(zhì)擊穿的泄漏電流的積分值(下文中稱為“Qbd值”)，其中待評價的絕緣膜的特性包括絕緣膜的電介質(zhì)擊穿耐受性。
通過評估漏電流值和/或Qbd值，有可能評價絕緣膜的電介質(zhì)擊穿耐受性。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選在比較步驟中，比較結(jié)果利用在500～1000℃范圍內(nèi)的預(yù)定溫度下的H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])或?qū)⒈嚷?[OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])作為指數(shù)(指標(biāo)，index)而獲得，并且在評價步驟中，基于該比較結(jié)果來評價絕緣膜的特性。
這使得有可能評估絕緣膜的特征值(即，漏電流值和/或Qbd值)，因此，有可能確切地評價絕緣膜的特性(包括電介質(zhì)擊穿耐受性)。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選在評價步驟中，在絕緣膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])小于預(yù)定閥值的情況下，被評價的絕緣膜具有可接受的質(zhì)量。
這使得有可能確切地將具有絕緣膜優(yōu)異特性(例如，優(yōu)異的電介質(zhì)擊穿耐受性)的絕緣膜確定為可接受產(chǎn)品，且有可能以高度精確性完成絕緣膜的質(zhì)量檢查。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選在絕緣膜中，在至少部分氫原子中的每個氫原子用氘原子D代替。
在這種情況下，優(yōu)選將其氫原子分別用氘原子代替的H2片段[H2]定義為D2片段[D2]，并且將其氫原子用氘原子代替的OH片段定義為OD片段[OD]，其中在比較步驟中，比較結(jié)果利用在500～1000℃范圍內(nèi)的預(yù)定溫度下的D2片段[D2]的強(qiáng)度和OD片段[OD]的強(qiáng)度的比率([OD]/[D2])或比率([OD]/[D2])的積分值(∑[OD]/[D2])作為指數(shù)來獲得，并且在評價步驟中，基于該比較結(jié)果來評價絕緣膜的特性。
這使得有可能評價其中在至少部分氫原子中的每個氫原子用氘原子D代替的絕緣膜的特性(尤其是SBD)。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選除了硅和氧以外，絕緣無機(jī)材料還包括氮、鉿、鋯、和鋁中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的評價方法，即使在具有這樣的絕緣無機(jī)材料的絕緣膜的情況下，也可能確切地評價絕緣膜的特性。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選絕緣膜的平均厚度為10nm或更小。
將本發(fā)明的評價方法用于這樣的薄絕緣膜尤其有效。
在本發(fā)明的評價方法中，優(yōu)選絕緣膜適合在沿其厚度方向?qū)㈦妷菏┘又两^緣膜以使在絕緣膜中的電場強(qiáng)度為10MV/cm或更小的條件下被使用。
將本發(fā)明的評價方法用于例如要被用于柵極絕緣膜的絕緣膜尤其有效。
在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明涉及一種形成用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，該方法包括以下步驟基于通過如上述限定的評價方法所獲得的評價結(jié)果，設(shè)置形成絕緣膜的條件；以及在該條件下形成絕緣膜。
在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施方式
中，形成用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法包括以下步驟基于通過如上述限定的評價方法所獲得的評價結(jié)果，設(shè)置形成絕緣膜的條件，其中設(shè)置條件以使所評價絕緣膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])變得更小；以及在該條件下形成絕緣膜。
在這種情況下，在本發(fā)明的形成方法中，優(yōu)選在設(shè)置步驟中，基于所評價絕緣膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])是否小于預(yù)定閥值而設(shè)置條件。
在本發(fā)明的形成方法中，優(yōu)選該條件包括是否對絕緣膜進(jìn)行熱處理，以及在對絕緣膜進(jìn)行熱處理的情況下的熱處理條件。
在本發(fā)明的絕緣膜中，優(yōu)選漏電流沿柵極絕緣膜的厚度方向通過，并在將柵極電壓施加至柵極電極以使在絕緣膜中的電場強(qiáng)度為5MV/cm或更小、為9×10-9A/cm2或更小的狀態(tài)下進(jìn)行測量。
這使得當(dāng)使用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置時，有可能進(jìn)一步防止絕緣膜的電介質(zhì)擊穿。
在本發(fā)明的絕緣膜中，優(yōu)選直至在絕緣膜中發(fā)生軟擊穿之前，沿其厚度方向上通過絕緣膜的漏電流的積分值為40C/cm2或更大。
這使得當(dāng)使用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置時，有可能進(jìn)一步防止柵極絕緣膜的電介質(zhì)擊穿。
在本發(fā)明的絕緣膜中，優(yōu)選直至在絕緣膜中發(fā)生硬擊穿之前，沿其厚度方向上通過絕緣膜的漏電流的積分值為100C/cm2或更大。
這使得當(dāng)使用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置時，有可能進(jìn)一步防止柵極絕緣層的電介質(zhì)擊穿。
此外，在本發(fā)明的另一個方面中，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包括上述的絕緣膜。
這使得有可能獲得具有優(yōu)異特性的半導(dǎo)體裝置。
在本發(fā)明的又一方面中，本發(fā)明涉及電子器件。本發(fā)明的電子器件包括上述的半導(dǎo)體裝置。
這使得有可能獲得具有高度可靠性的電子器件。
此外，在本發(fā)明的又一方面中，本發(fā)明涉及電子裝置。本發(fā)明的電子裝置包括上述的電子器件。
這使得有可能獲得具有高度可靠性的電子裝置。


通過以下參照附圖的本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。
圖1是縱向橫截面視圖，示出了包括根據(jù)本發(fā)明一個具體實(shí)施方式
的絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。
圖2是示出了絕緣膜的分子結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是示出了絕緣膜的分子結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4A-4H是縱向橫截面視圖，用于解釋說明制造圖1所示的半導(dǎo)體裝置的方法。
圖5是一分解透視圖，示出了在將本發(fā)明的電子器件應(yīng)用于透射式液晶顯示器的情況下的電子器件的具體實(shí)施方式
。
圖6是一透視圖，示出了將本發(fā)明的電子裝置應(yīng)用于其上的可移動(或膝上型)個人電腦的結(jié)構(gòu)。
圖7是一透視圖，示出了將本發(fā)明的電子裝置應(yīng)用于其上的便攜式電話(包括個人手機(jī)系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)。
圖8是一透視圖，示出了將本發(fā)明的電子裝置應(yīng)用于其上的數(shù)字照相機(jī)的結(jié)構(gòu)。
圖9是一示圖，示出了當(dāng)用熱脫附譜分析絕緣膜A和E時獲得的H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])與加熱溫度的關(guān)系。
圖10是一示圖，示出了在絕緣膜A和E中測得的電場強(qiáng)度變化與漏電流變化之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將以其優(yōu)選具體實(shí)施方式
來描述本發(fā)明的評價絕緣膜的方法、絕緣膜、半導(dǎo)體裝置、電子器件及電子裝置。
<半導(dǎo)體裝置>
首先，將描述本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
圖1是縱向橫截面視圖，示出了包括根據(jù)本發(fā)明一個具體實(shí)施方式
的柵極絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。圖2和圖3是每一個示出了絕緣膜的分子結(jié)構(gòu)的示意圖?，F(xiàn)在，在利用圖1的以下說明中，為了方便解釋說明，將圖1中的上側(cè)和下側(cè)分別稱為“上”和“下”。
圖1所示的半導(dǎo)體裝置1包括半導(dǎo)體基板2、設(shè)置其以覆蓋半導(dǎo)體基板2的柵極絕緣膜3、以及夾層(層間)絕緣膜4。半導(dǎo)體基板2包括元件分隔結(jié)構(gòu)24、溝道區(qū)21、源區(qū)22，以及漏區(qū)23。半導(dǎo)體裝置1還包括柵電極5，設(shè)置其以通過柵極絕緣膜3正對溝道區(qū)21；導(dǎo)電部61，其設(shè)置在夾層絕緣膜4上并處于柵電極5的上方；導(dǎo)電部62，其設(shè)置在夾層絕緣膜4上并處于源區(qū)22的上方且起到源電極的作用；導(dǎo)電部63，其設(shè)置在夾層絕緣膜4上并處于漏區(qū)23的上方且起到漏電極的作用；接觸插頭71，其將柵電極5電連接至導(dǎo)電部61；接觸插頭72，其將源區(qū)22電連接至導(dǎo)電部62；以及接觸插頭73，其將漏區(qū)23電連接至導(dǎo)電部63。
半導(dǎo)體基板2由半導(dǎo)體材料形成，該半導(dǎo)體材料包括例如硅(如多晶硅、非晶硅等等)、鍺、砷化鎵。如上所述，半導(dǎo)體基板2具有元件分隔結(jié)構(gòu)24，并且溝道區(qū)21、源區(qū)22、以及漏區(qū)23設(shè)置在由元件分隔結(jié)構(gòu)24分隔開的區(qū)域中。此外，在半導(dǎo)體基板2中，源區(qū)22形成于溝道區(qū)21的一側(cè)部，而漏區(qū)23形成于溝道區(qū)21的另一側(cè)部。
構(gòu)建元件分隔結(jié)構(gòu)24以使諸如SiO2的絕緣材料嵌入溝槽中。這使得有可能電性地將相鄰元件分開，因此，有可能防止相鄰元件之間的干擾。例如，溝道區(qū)21由本征半導(dǎo)體形成。每個源區(qū)22和漏區(qū)23由半導(dǎo)體材料形成，例如，其中本征半導(dǎo)體摻雜有諸如P+(磷離子)的n型雜質(zhì)。
應(yīng)該注意，每個溝道區(qū)21、源區(qū)22和漏區(qū)23都不局限于此。例如，每個源區(qū)22和漏區(qū)23都可以被構(gòu)建以由半導(dǎo)體材料形成，其中本征半導(dǎo)體摻雜有p型雜質(zhì)。此外，溝道區(qū)21可以被構(gòu)建以由半導(dǎo)體材料形成，其中本征半導(dǎo)體摻雜有p型或n型雜質(zhì)。這樣的半導(dǎo)體基板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(柵極絕緣膜3)部分用作在溝道區(qū)21和柵電極5之間產(chǎn)生的電場的通道。
本發(fā)明的評價絕緣膜的方法用來評價這種柵極絕緣膜3。后文中將詳細(xì)描述這一點(diǎn)(評價方法)。
夾層絕緣膜4的組成材料沒有特別限制，例如，諸如SiO2、TEOS(硅酸乙酯)、聚硅氨烷(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，夾層絕緣膜4可以由例如各種樹脂材料、各種陶瓷材料等中的任何一種來形成。導(dǎo)電部61、62和63設(shè)置在夾層絕緣膜4上。如上所述，導(dǎo)電部61在溝道區(qū)21的上方形成，而導(dǎo)電部62、63分別在源區(qū)22和漏區(qū)23的上方形成。
此外，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)22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(shè)置在這些孔部中。
導(dǎo)電部61通過接觸插頭71連接至柵電極5。導(dǎo)電部62通過接觸插頭72連接至源區(qū)22。導(dǎo)電部63通過接觸插頭73連接至漏區(qū)23。
其次，將描述柵極絕緣膜3的結(jié)構(gòu)和評價這種柵極絕緣膜3的方法。在本發(fā)明中，待評價的柵極絕緣膜3由絕緣無機(jī)材料形成，其中絕緣無機(jī)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。
在下文中，將作為柵極絕緣膜3和評價這種柵極絕緣膜3的方法的一個實(shí)例具體描述這樣一種情形其中柵極絕緣膜3由SiO2膜構(gòu)成，而SiO2膜由作為主要材料的氧化硅(SiOz，0＜Z≤2，即SiO和SiO2)制成。
更具體地說，如圖2所示，SiO2膜由基本上完整的Si-O鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，該網(wǎng)絡(luò)是通過將一個硅原子與四個氧原子配位以及通過將一個氧原子與兩個硅原子配位而形成的。SiO2膜處于非晶態(tài)(無定形狀態(tài))，在該狀態(tài)，鍵合的方向性變得紊亂。當(dāng)通過后面所述的熱氧化法、CVD(化學(xué)汽相淀積)法等形成SiO2膜時，由于環(huán)境(其包括分子氫和氫原子)中存在的氣體使得氫原子不可避免地混入到SiO2膜的內(nèi)部。
然后，氫原子以分子氫(H2)形式存在于SiO2膜的內(nèi)部。在這種情況下，任何氫原子分別與Si-O鍵合結(jié)構(gòu)反應(yīng)而形成Si-OH結(jié)構(gòu)和Si-H結(jié)構(gòu)(即，侵入SiO2膜)，從而它們對柵極絕緣膜3的電子結(jié)構(gòu)(電子態(tài))產(chǎn)生影響。
本發(fā)明的發(fā)明人通過第一性原理電子結(jié)構(gòu)模擬，發(fā)現(xiàn)了Si-OH結(jié)構(gòu)31，其中一個氧原子與三個其它原子(在圖3中為兩個Si原子和一個H原子)配位，并且發(fā)現(xiàn)過剩電子有利于在絕緣膜中流過的電流，即，在絕緣膜中存在的Si-OH結(jié)構(gòu)31越多，則流過柵極絕緣膜3的漏電流越多(即，越容易發(fā)生TZDB)。
此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，Si-OH結(jié)構(gòu)31(在其每一個中，一個氧原子與三個其它原子配位)易受到外電場的影響，并通過電場增加而穩(wěn)定，從而漏電流由于電介質(zhì)應(yīng)力(即SILC)而可以增大，通過其可以解釋SBD的產(chǎn)生機(jī)制。接著，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于這些原因HBD易于發(fā)生(即，TDDB易于發(fā)生)。
此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，Si-OH結(jié)構(gòu)31(在其每一個中，一個氧原子與三個其它原子配位)的數(shù)量隨電介質(zhì)應(yīng)力的強(qiáng)度和經(jīng)受電介質(zhì)應(yīng)力的時間而增加，并且發(fā)現(xiàn)所獲得的絕緣膜具有極好的電介質(zhì)擊穿耐受性，而在柵極絕緣膜3經(jīng)受這樣的電介質(zhì)應(yīng)力之前柵極絕緣膜3具有的Si-OH結(jié)構(gòu)31的數(shù)量越少。換句話說，其中Si-OH結(jié)構(gòu)31(在其每一個中，一個氧原子與三個其它原子配位)的絕對量在單位體積的SiO2膜(從未對其施加過電場)內(nèi)較小的絕緣膜具有高度可靠性(特性)。
因此，如果可以測量Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量，就有可能實(shí)現(xiàn)對柵極絕緣膜3的評價。發(fā)明人嘗試用熱脫附譜法(TDS法)作為測量SiO2膜中Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量的方法。
在這點(diǎn)上，TDS法是一種檢測通過加熱樣品而從樣品解吸(解除吸附)出來的片段(氣體)如H2、H2O、OH、以及CO2的方法。在將片段的分子量及其電荷狀態(tài)分別定義為M和Z的情況下，所獲得的片段的強(qiáng)度用質(zhì)譜以M/Z進(jìn)行檢測。
作為利用TDS法分析SiO2膜的結(jié)果，很清楚，在SiO2膜表面上吸附的分子在100～200℃范圍內(nèi)的溫度下開始解吸，并且直到500℃幾乎所有分子解吸。因此，假定在500℃或更高溫度下檢測的片段(如H2和OH)來源于在SiO2膜中存在的H2和OH。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，有可能通過在500℃或更高溫度下測量OH片段的強(qiáng)度而確定Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量。然而，由于以下的原因A～C，不可能基于OH片段的強(qiáng)度來確定Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量。
原因A不可能制備標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中在SiO2膜中的Si-OH結(jié)構(gòu)31的量是已知的。因此，不可能形成其分析曲線。因而，不可能基于測得的OH片段的強(qiáng)度精確地獲得Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量。
原因B在解吸后，來源于SiO2膜中的Si-OH結(jié)構(gòu)31的一部分OH片段變成H2O分子或O2分子。另一方面，包含在SiO2膜中的H2O分子通過電離(離子化)變成OH片段。因此，很難確定解吸的OH片段(即，檢測的OH片段)的來源。
原因C即使來源于Si-OH結(jié)構(gòu)的OH片段的強(qiáng)度可以從所測量的OH片段的強(qiáng)度獲取，但是由于包含在原因B中所提到的SiO2膜中的H2O分子影響所測得的OH片段的強(qiáng)度，所以S/N(信號-噪音)比變得更差。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步堅持研究并發(fā)現(xiàn)，在500℃或更高的溫度加熱絕緣膜的狀態(tài)下測得的H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])與柵極絕緣膜(SiO2膜)3的特性(尤其是，SBD)相關(guān)。
估計是由于以下原因。
認(rèn)為包含在SiO2膜中的H2分子通常存在于由Si-O鍵合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)象籃子一樣包圍的空間內(nèi)，并以高速在這樣的空間內(nèi)擴(kuò)散。如上所述，一部分H2分子與在SiO2膜的任何位置中的Si-O鍵合結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)而形成Si-OH結(jié)構(gòu)31。已知這種反應(yīng)發(fā)生的可能性極大程度上取決于Si-O鍵合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此，認(rèn)為H2分子與Si-OH結(jié)構(gòu)31處于平衡。如上所述，在平衡態(tài)下Si-OH結(jié)構(gòu)31的量根據(jù)Si-O鍵合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不同而增加或減少，因此，分子氫(H2)的量變得更小或更大。
因此，H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])在SiO2膜中的Si-OH結(jié)構(gòu)31的量較大的情況下表示較大的值，而在SiO2膜中的Si-OH結(jié)構(gòu)31的量較小的情況下表示較小的值。因此，有可能使得Si-OH結(jié)構(gòu)31的定量關(guān)系更清楚。通過利用這樣的比率的值，有可能由于包含在SiO2膜中的H2O分子等而減少噪音并增加其測量靈敏度。
由于上述的兩個原因，有可能利用H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])來評價柵極絕緣膜3的特性。
在這點(diǎn)上，這一比率和柵極絕緣膜3的特性之間的關(guān)系在500℃或更高的溫度下被證實(shí)。這樣的溫度的上限并不特別地限制。由于在1000℃或更高溫度下SiO2膜的質(zhì)量變化和劣化，所以優(yōu)選測量的加熱溫度的范圍在500～1000℃的范圍內(nèi)。
基于上述這樣的信息形成本發(fā)明的評價方法。該評價方法包括以下步驟通過熱脫附譜分析柵極絕緣膜(SiO2膜)3；比較在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度加熱柵極絕緣膜3的狀態(tài)下測得的H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度；以及基于比較結(jié)果來評價絕緣膜的特性。由于上述的原因B，優(yōu)選用于比較H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度的溫度在對噪音有影響的范圍內(nèi)，更具體地說，優(yōu)選溫度在700～900℃的范圍內(nèi)。
在這點(diǎn)上，為了評價絕緣膜的電介質(zhì)擊穿耐受性，必須重復(fù)大量試驗以獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并且要花費(fèi)很長的時間，而完成這些試驗的成本也增加。此外，當(dāng)然，由于絕緣膜的絕緣性被破壞，所以試驗后的柵極絕緣膜3不能用作產(chǎn)品。
然而，在本發(fā)明的評價方法中，評估了與H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比較結(jié)果相關(guān)的SiO2膜的特征值，并基于所評估的特征值來評價SiO2膜的特性。根據(jù)這樣的評價方法，有可能以高度精確性、簡單方法以及低成本同時在不直接評價SiO2膜特性的情況下(即，非破壞性檢查)評價柵極絕緣膜(SiO2膜)3。
由于在700～900℃范圍內(nèi)的加熱溫度對柵極絕緣膜3幾乎沒有影響，所以就有可能利用已應(yīng)用了評價方法的柵極絕緣膜3。因此，如果將該評價方法用于柵極絕緣膜3的形成工藝，則作為檢查方法該評價方法提供了理想的特性。
在這點(diǎn)上，當(dāng)利用該評價方法來評價Si-OH結(jié)構(gòu)31的絕對量時，待檢測的柵極絕緣膜3必須是從未被施加電場的膜(即，柵極絕緣膜3未受到電應(yīng)力)，并且將測量閾值規(guī)定為在柵極絕緣膜3未受到電應(yīng)力的條件下測量H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度時的值。這些點(diǎn)對于使試驗結(jié)果(即，H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度)的關(guān)系清楚是非常重要的。
待評估的特征值并沒有特別地限制。優(yōu)選使用柵極絕緣膜3的泄漏電流值和/或Qbd值(即，直至其中發(fā)生電介質(zhì)擊穿之前已流過絕緣膜的漏電流的積分值)。這使得有可能確切地評價SiO2膜(柵極絕緣膜3)的電介質(zhì)擊穿耐受性。
除了上述的比率([OH]/[H2])外，例如，當(dāng)比較在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度加熱柵極絕緣膜3的狀態(tài)下測得的H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度時，不同的值、獲自比率和不同值的組合的值等可用作指數(shù)值。然而，優(yōu)選將比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])用作指數(shù)。通過利用這樣的指數(shù)而獲得的比較結(jié)果，有可能使Si-OH結(jié)構(gòu)31的定量關(guān)系更清楚，并且降低由于不同于包括在SiO2膜中的Si-OH結(jié)構(gòu)31的分子的噪音。因此，有可能基于比較結(jié)果來評估特征值(即，漏電流值和/或Qbd值)，并且這使得有可能確切地評價SiO2膜的特性(包括電介質(zhì)擊穿耐受性)。因此，由其獲得可接受的評價結(jié)果的柵極絕緣膜3具有較高的電介質(zhì)擊穿耐受性。
在這點(diǎn)上，比率或比率積分值是否用作指數(shù)的可以根據(jù)評價對象的類型適宜地進(jìn)行選擇。利用這樣的指數(shù)，可將各種評價方法提為工業(yè)可用的評價柵極絕緣膜3的方法。例如，該評價方法可被用于(1)當(dāng)形成柵極絕緣膜3時，設(shè)定條件的情形、(2)確定是否將預(yù)定條件加到形成條件的情形、以及(3)評價形成的柵極絕緣膜3的質(zhì)量的情形。
下文中將依次描述情形(1)～(3)。
(1)當(dāng)形成柵極絕緣膜3時，設(shè)定條件的情形設(shè)定形成柵極絕緣膜3的條件以使所評價的絕緣膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])變得更小。這使得有可能將諸如熱處理條件的條件和將形成SiO2膜的方法的步驟順序設(shè)置為合適的數(shù)值和合適的順序。因此，有可能改善SiO2膜的電介質(zhì)擊穿耐受性，并且這使得有可能防止發(fā)生電介質(zhì)擊穿。
(2)確定是否將預(yù)定條件加到形成條件的情形在當(dāng)通過將預(yù)定條件應(yīng)用至其來形成SiO2膜時，所評價的SiO2膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])變得小于預(yù)定閥值的情況下，將預(yù)定條件加到形成隨后的SiO2膜的條件。這使得有可能精確地確定是否將預(yù)定條件如熱處理加到形成SiO2膜的條件。因此，有可能確切地防止無用的條件被加到形成條件，因而這使得有可能降低SiO2膜的制造時間和制造成本。
(3)評價所形成的柵極絕緣膜3的質(zhì)量的情形在所評價的SiO2膜的比率([OH]/[H2])或比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])變得比預(yù)定閥值更小的情況下，SiO2膜被評價為具有可接受的質(zhì)量。這使得有可能確切地確定作為可接受產(chǎn)品的SiO2膜具有優(yōu)良的電介質(zhì)擊穿耐受性，并且可以高精度來完成柵極絕緣膜3的質(zhì)量檢查。此外，在通過這樣的評價方法被評價為可接受產(chǎn)品的SiO2膜用于半導(dǎo)體裝置1的柵極絕緣膜3的情況下，有可能獲得具有穩(wěn)定的特性和耐久性的半導(dǎo)體裝置1。
柵極絕緣膜3的組成材料(絕緣無機(jī)材料)并不限于由上述作為主要材料的氧化硅(SiOz，0＜Z≤2，即SiO和SiO2)形成的材料，并且除了硅和氧，柵極絕緣膜3可以包含其它元素(其它元素的原子)。優(yōu)選其它元素包括氮、鉿、鋯、和鋁中的至少一種。例如，通過包含氮原子，有可能改善柵極絕緣膜3的緊密性。此外，例如，通過包含氮、鉿、鋯、或鋁，有可能改善柵極絕緣膜3的穩(wěn)定性和柵極絕緣膜3的介電常數(shù)。
本發(fā)明的評價絕緣膜的方法包括以下步驟比較H2片段的強(qiáng)度和OH片段的強(qiáng)度；以及評價柵極絕緣膜3的特性。因此，有可能確切地評價包含其它元素或不同于硅和氧的元素的柵極絕緣膜3的特性同時不影響這樣的其它元素。
此外，柵極絕緣膜3中的至少部分氫原子中的每個氫原子可以用氘原子(D)代替。這使得有可能進(jìn)一步減少對外部電場的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(其中氫原子鍵合至絕緣無機(jī)材料的組成元素中的不同于硅的元素的結(jié)構(gòu))。因此，有可能改善柵極絕緣膜3的電介質(zhì)擊穿耐受性。
在柵極絕緣膜3的至少部分氫原子中的每個氫原子被氘原子(D)代替的情況下，只要降低柵極絕緣膜3中的Si-OD結(jié)構(gòu)的絕對量，就有可能進(jìn)一步改善這樣的柵極絕緣膜3的電介質(zhì)擊穿耐受性。這樣的柵極絕緣膜3可以如上所述通過比較H2片段的強(qiáng)度和OH片段的強(qiáng)度加以評價。然而，優(yōu)選考慮到D2片段的強(qiáng)度和OD片段的強(qiáng)度下評價這樣的柵極絕緣膜3。
更具體地，例如，考慮到在500～1000℃范圍內(nèi)的預(yù)定溫度下的D2片段[D2]和OD片段[OD]，可以將比率[OD]/[D2]、[OH]/[D2]和[OD]/[H2]以及這些比率的積分值提為指數(shù)。在它們中，優(yōu)選將D2片段[D2]的強(qiáng)度和OD片段[OD]的強(qiáng)度的比率[OD]/[D2]或比率[OD]/[D2]的積分值(∑[OD]/[D2])用作指數(shù)。這使得有可能評價柵極絕緣膜(SiO2膜)3的特性(尤其是SBD)，其中在柵極絕緣膜3的至少部分氫原子中的每個氫原子可以更加確切地由氘原子(D)代替。
如上所述的形成柵極絕緣膜3的方法將在解釋說明制造半導(dǎo)體裝置1的方法中進(jìn)行描述。
優(yōu)選柵極絕緣膜3的平均厚度(平均膜厚度)是10nm或更小，并且更優(yōu)選在約1～7nm的范圍內(nèi)。通過將柵極絕緣膜3的厚度限制在上述范圍內(nèi)，就有可能使半導(dǎo)體裝置1充分地更小。
此外，尤其當(dāng)使柵極絕緣膜3的厚度變得如上述范圍那樣更薄時，SILC或SBD趨于經(jīng)常發(fā)生。因此，將本發(fā)明的評價方法應(yīng)用到具有這樣的較薄的膜厚度的柵極絕緣膜3是尤其有效的。
此外，優(yōu)選半導(dǎo)體裝置1適于在將柵極電壓施加于柵電極5以使柵極絕緣膜3中的電場強(qiáng)度為10MV/cm或更小的條件下使用。更優(yōu)選在柵極絕緣膜3中施加的電場強(qiáng)度為5MV/cm或更小。當(dāng)將柵極電壓施加至柵極電極5以使其中的電場強(qiáng)度在上述限制范圍內(nèi)時易于發(fā)生的SILC或SBD是一缺陷。將本發(fā)明的評價方法應(yīng)用到待在這種狀態(tài)下使用的柵極絕緣膜3是尤其有效的。
在這點(diǎn)上，存在當(dāng)將更高柵極電壓施加至柵電極5以使電場強(qiáng)度高于上述的上限時發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的電介質(zhì)擊穿(即HBD)的擔(dān)憂。
此外，優(yōu)選在通過本發(fā)明的評價方法評價的柵極絕緣膜3中，沿其厚度方向流過柵極絕緣膜3的漏電流的值是在將柵極電壓施加至柵電極5以使絕緣膜中的電場強(qiáng)度為5MV/cm或更小，漏電流為9×10-9A/cm2或更小的狀態(tài)下進(jìn)行測量的，更優(yōu)選漏電流是5×10-9A/cm2或更小。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當(dāng)使用半導(dǎo)體裝置1時，柵極絕緣膜3很難發(fā)生電介質(zhì)擊穿。
在這點(diǎn)上，在通過將穩(wěn)定電流供應(yīng)至柵極絕緣膜3，在最初產(chǎn)生較小電壓變化的時間點(diǎn)是SBD(軟擊穿)的情況下，優(yōu)選在通過本發(fā)明的評價方法所評價的柵極絕緣膜3中，直至在柵極絕緣膜3中發(fā)生軟擊穿(SBD)之前在其厚度方向上通過柵極絕緣膜3的電荷總量為40C/cm2或更大。更優(yōu)選電荷總量為75C/cm2或更大。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當(dāng)使用半導(dǎo)體裝置1時，柵極絕緣膜3很難發(fā)生電介質(zhì)擊穿。
此外，在產(chǎn)生顯著電壓變化的時間點(diǎn)是HBD(硬擊穿)的情況下，優(yōu)選在通過本發(fā)明的評價方法評價的柵極絕緣膜3中，直至在柵極絕緣膜3中發(fā)生硬擊穿(HBD)以前沿其厚度方向通過柵極絕緣膜3的電荷總量為100C/cm2或更大。更優(yōu)選電荷總量為200C/cm2或更大。通過在柵極絕緣膜3中滿足這樣的條件，當(dāng)使用半導(dǎo)體裝置1時，柵極絕緣膜3很難發(fā)生電介質(zhì)擊穿。
基于圖1-3所示的優(yōu)選具體實(shí)施方式
，已經(jīng)描述了將本發(fā)明的評價方法應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置1包括的柵極絕緣膜3的情況，但是，本發(fā)明的評價方法可以應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置1的夾層絕緣膜4中。
<制造半導(dǎo)體裝置的方法>
接下來，將描述制造圖1所示的半導(dǎo)體裝置的方法。圖4A至圖4H是用于說明制造圖1所示半導(dǎo)體裝置的方法的縱向橫截面視圖?，F(xiàn)在，在下面的使用圖4A-4H的解釋說明中，為了方便說明，將圖4A-4H中的上側(cè)和下側(cè)分別稱為“上”和“下”。
<1>如圖4A所示，通過硅局部氧化(LOCOS)方法等在半導(dǎo)體基板2的表面上形成溝槽元件分隔結(jié)構(gòu)24。因此，元件形成區(qū)在半導(dǎo)體基板2的表面上被隔開。
<2>其次，通過在半導(dǎo)體基板2中實(shí)施離子摻雜而形成電位阱(well)。例如，在形成p型電位阱的情況下，諸如B+離子等的P型雜質(zhì)被摻雜到半導(dǎo)體基板2中，而在形成n型電位阱的情況下，諸如P+離子等的N型雜質(zhì)被摻雜到半導(dǎo)體基板2中。
<3>接著，如圖4B所示，在半導(dǎo)體基板2上形成柵極絕緣膜3。在這種情況下，形成柵極絕緣膜3的方法包括以下步驟基于通過上述評價方法所獲得的評價結(jié)果來設(shè)置形成柵極絕緣膜3的條件；以及在該條件下形成柵極絕緣膜3。即，設(shè)置條件以使所評價的柵極絕緣膜3的比率([H2]/[OH])或比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))變得更小。可替換地，，基于所評價的柵極絕緣膜3的比率([H2]/[OH])或比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))是否比預(yù)定閥值更小來設(shè)置條件。在這點(diǎn)上，該條件包括是否對柵極絕緣膜3進(jìn)行熱處理，以及在對絕緣膜進(jìn)行熱處理的情況下的熱處理條件。
I氧化硅膜在將氧化硅(SiO2)膜形成為柵極絕緣膜3的情況下，例如，可以采用熱氧化方法、CVD(化學(xué)汽相淀積)方法等。
I-1熱氧化方法熱氧化方法是通過向加熱的硅基板上供應(yīng)含有氧原子的氣體而在硅基板(半導(dǎo)體基板2)表面上形成氧化硅膜的方法。優(yōu)選加熱溫度在約300～1,000℃的范圍，更優(yōu)選在約500～800℃的范圍。
由于加熱時間可以根據(jù)所需氧化硅膜的厚度進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，所以對加熱時間沒有特別地限制。例如，在將加熱溫度設(shè)定在上述范圍內(nèi)的情況下，優(yōu)選加熱時間在約10～90分鐘的范圍，并且更優(yōu)選加熱時間在約20～60分鐘的范圍。此外，作為含氧原子的氣體，可以提到例如分子氧(純氧)、臭氧、過氧化氫、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮等。這些中的一種或這些中的兩種或兩種以上的組合可以用作含有氧原子的氣體。
I-2CVD法CVD方法是通過將含有氧化硅前體和氧原子的氣體引入到施加了恒壓的室中并加熱硅基板(半導(dǎo)體基板2)，而在硅基板(半導(dǎo)體基板2)表面上形成氧化硅膜的方法。作為氧化硅的前體，可以提到二氯硅甲烷、六氯乙硅烷、四(烴基-氨基)硅烷、三(烴基氨基)硅烷等。這些中的一種或這些中的兩種或兩種以上的組合可以用作氧化硅的前體。
作為含有氧原子的氣體，例如，可以提到分子氧(純氧)、臭氧、過氧化氫、水蒸汽、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮等。這些中的一種或這些中的兩種或兩種以上的組合可以用作含有氧原子的氣體。此外，優(yōu)選加熱溫度在約300～1,000℃的范圍，更優(yōu)選加熱溫度在約500～800℃的范圍。
由于加熱時間可以根據(jù)所需氧化硅膜的厚度進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，所以對加熱時間沒有特別地限制。例如，在將加熱溫度設(shè)定在上述范圍內(nèi)的情況下，優(yōu)選加熱時間在約10～90分鐘的范圍，并且更優(yōu)選加熱時間在約20～60分鐘的范圍。此外，優(yōu)選室內(nèi)的壓力(真空度)在約0.05 Torr(6.67Pa)至760 Torr(即，大氣壓力1.013×105Pa)的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為在約0.1 Torr(13.3Pa)至500 Torr(6.67×105Pa)的范圍內(nèi)。此外，優(yōu)選氧化硅前體與含有氧原子的氣體的混合比率(摩爾比)為在約10∶1至1∶100的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為在約1∶2至1∶10的范圍內(nèi)。
II氮氧化硅膜在將氮氧化硅(SiON)膜形成作為柵極絕緣膜3的情況下，例如，可以利用含氧原子的氣體與含氮原子的氣體的混合氣體來代替在I-2所述的CVD(化學(xué)汽相淀積)法中的含氧原子的氣體而形成氮氧化硅(SiON)膜。作為含氮原子的氣體，例如，可以提到氨、聯(lián)氨、烷基聯(lián)氨化合物、疊氮化氫、一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮等。這些中的一種或這些中的兩種或兩種以上的組合可以用作含氮原子的氣體。另外，可以通過在包括例如氮?dú)?N2)的環(huán)境中對氧化硅膜實(shí)施熱處理而獲得氮氧化硅(SiON)膜。
III硅酸鉿膜、硅酸鋯膜以及硅酸鋁膜在將硅酸鉿(HfSiO)膜、硅酸鋯(ZrSiO)膜、或硅酸鋁(AlSiO)膜形成為柵極絕緣膜3的情況下，可以采用例如CVD(化學(xué)汽相淀積)法、PVD法(物理汽相淀積，如真空蒸發(fā)法)、濺射法等。
此外，通過混合兩種或兩種以上的化合物，其中每一種都構(gòu)成作為柵極絕緣膜3的絕緣膜(即，氧化硅膜、氮氧化硅膜、硅酸鉿膜、硅酸鋯膜、以及硅酸鋁膜)，并通過實(shí)施上述的一種方法(本文是濺射方法)或兩種或兩種以上的方法，就有可能形成由多種化合物構(gòu)成的柵極絕緣膜3。此外，例如，可以在包含水蒸汽(H2O)的環(huán)境中對獲得的柵極絕緣膜3實(shí)施熱處理等。在這種情況下，優(yōu)選加熱溫度為在約500～1,200℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為在約700～1,000℃的范圍內(nèi)。
在將加熱溫度設(shè)定在上述范圍內(nèi)的情況下，優(yōu)選加熱時間為在約10～90分鐘的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為在約20～60分鐘的范圍。此外，優(yōu)選環(huán)境的相對濕度在約50～100％RH的范圍，更優(yōu)選在約75～100％RH的范圍。通過利用上述的方法和條件來形成柵極絕緣膜3，就有可能防止氫原子的混入。這使得有可能減少在柵極絕緣膜中存在的Si-OH結(jié)構(gòu)的量，因此，有可能形成可容忍本發(fā)明評價方法的柵極絕緣膜3。
在這點(diǎn)上，作為用氘原子代替柵極絕緣膜3中的每個氫原子的方法，可以提到例如(A)在形成柵極絕緣膜3之后，在含有氘氣(D2)的環(huán)境中對柵極絕緣膜3實(shí)施熱處理的方法、(B)在形成柵極絕緣膜3時，在含有重水蒸汽(D2O)的環(huán)境中對半導(dǎo)體基板2實(shí)施熱氧化的方法、(C)在形成柵極絕緣膜3之后，在含有氘化氨(ND3)的環(huán)境中對柵極絕緣膜3實(shí)施熱處理的方法等等。這些方法中的一種或這些方法中的兩種或兩種以上的組合可以用作用氘原子代替在柵極絕緣膜3中的每個氫原子的方法。
<4>然后，如圖4C所示，在柵極絕緣膜3上形成導(dǎo)電膜51?？梢酝ㄟ^例如CVD方法在柵極絕緣膜3上沉積多晶硅等來形成導(dǎo)電膜51。
<5>然后，通過例如光刻法等在導(dǎo)電膜51上形成與柵極絕緣膜3的形狀對應(yīng)的抗蝕劑掩模。接著，通過用蝕刻借助于抗蝕劑掩模除去導(dǎo)電膜51的不需要部分。因此，有可能獲得如圖4D所示的柵電極5。作為這種蝕刻，可以提到物理蝕刻方法如等離子蝕刻、反應(yīng)性腐蝕、離子束蝕刻(beam etching)、光輔助蝕刻(photo assistedetching)，化學(xué)蝕刻方法如濕法蝕刻等。此外，這些蝕刻方法中的一種或這些方法中的兩種或兩種以上的組合可以用作蝕刻方法。
<6>然后，如圖4E所示，通過實(shí)施將離子摻雜到半導(dǎo)體基板2的柵電極5的兩側(cè)中來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。這時，在利用p型雜質(zhì)形成電位阱的情況下，通過將諸如P+的n型雜質(zhì)摻雜到柵電極5的兩側(cè)中來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。另一方面，在利用n型雜質(zhì)形成電位阱的情況下，通過將諸如B+的p型雜質(zhì)摻雜到柵電極5的兩側(cè)中來形成源區(qū)22和漏區(qū)23。
<7>然后，如圖4F所示，通過在半導(dǎo)體基板2上沉積SiO2等來形成夾層絕緣膜4，其中在基板2上的各個部分利用CVD方法等形成。
<8>然后，利用例如光刻法等在夾層絕緣膜4上形成其中部分對應(yīng)于接觸孔開口的抗蝕劑掩膜。接著，利用蝕刻借助于抗蝕劑掩膜除去夾層絕緣膜4的不需要部分。因此，如圖4G所示，形成了接觸孔41、42、和43以便分別與溝道區(qū)21、源區(qū)22、和漏區(qū)23對應(yīng)。
<9>然后，通過例如CVD法等在夾層絕緣膜4(包括接觸孔41、42和43的內(nèi)部)上沉積導(dǎo)電材料而形成導(dǎo)電膜。
<10>然后，利用例如光刻法等在導(dǎo)電膜上形成與導(dǎo)電部形狀對應(yīng)的抗蝕劑掩膜。接著，利用蝕刻借助于抗蝕劑掩膜除去導(dǎo)電膜的不需要部分。因此，如圖4H所示，形成導(dǎo)電部61、62、和63以及接觸插頭71、72、和73以便分別與溝道區(qū)21、源區(qū)22和漏區(qū)23對應(yīng)。
通過上述步驟，制成了半導(dǎo)體裝置1。
<電子器件>
將上述半導(dǎo)體裝置1應(yīng)用于各種類型的電子器件中。在下文中，作為代表性實(shí)施例，描述包括本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置1的本發(fā)明電子器件被應(yīng)用于透射式液晶顯示器(LCD)的情況。
圖5是分解透視圖，示出了在將本發(fā)明的電子器件應(yīng)用于透射式液晶顯示器的情況下的電子器件的具體實(shí)施方式
。在這點(diǎn)上，為了避免附圖過于復(fù)雜，在圖5中省略了透射式LCD的部分構(gòu)件(部件)。此外，在下面的利用圖5的解釋說明中，為了方便說明，將圖5中的上側(cè)和下側(cè)分別稱為“上”和“下”。
圖5所示的這種發(fā)射液晶顯示器10(下文中，透射式液晶顯示器10將簡稱為“液晶顯示器10”)包括液晶面板(顯示面板)20、和背光(光源)60。液晶顯示器10可以通過從背光60將光發(fā)射至液晶面板20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(shè)置。此外，在第一板220和第二板230之間設(shè)置有密封件(未示出)以使顯示區(qū)被密封件所圍繞。
為電光材料的液晶被容納在由第一板220、第二板230以及密封件所限定的空間內(nèi)，從而形成液晶層(中間層)240。即，液晶層240被插入到第一板220和第二板230之間。
雖然省略了圖解說明性的描述，但由例如聚酰亞胺構(gòu)成的定向膜被設(shè)置在液晶層240的上和下表面的每個表面上。構(gòu)成液晶層240的液晶分子的取向(定向方向)由這些定向膜所控制。
第一板220和第二板230中的每個板由例如各種類型的玻璃材料、各種類型的樹脂材料等中的一種形成。第一板220設(shè)置有多個圖形電極(picture electrode)223，其以矩陣方式排列在第一板220的上表面221(即，朝向液晶層240的表面)上；掃描線224，均沿圖5中的X方向延伸；以及信號線228，均沿圖5中的Y方向延伸。
每個圖形電極223由具有透明性(光學(xué)透明性)的透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，并通過一個半導(dǎo)體裝置(即，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置)1連接至一條掃描線224和一條信號線228。在第一板220的下表面上設(shè)置有極化板225。另一方面，第二板220設(shè)置有對置電極(opposingelectrode)232，其是由在第二板下表面231(即，朝向液晶層240的表面)上的多個條(strip)構(gòu)成的。這些對置電極232被排列成大致相互平行，以便相互之間可以以一預(yù)定距離間隔開并朝向圖形電極223。
在圖形電極223和對置電極232相互重疊的部分(包括相鄰部分)構(gòu)成一個像素。通過在圖形電極223和對置電極232之間的充電和放電，在每個像素中，驅(qū)動液晶層240中的液晶，即，改變液晶的定向狀態(tài)。
對置電極232也由具有透明性(光學(xué)透明性)的透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，如同圖形電極223。在每個對置電極232的下表面上均設(shè)置有包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)的三個有色層(濾色片)233中的每一個。這些有色層233由黑色矩陣(黑底，black matrix)234所劃分。
黑色矩陣234具有光阻(light blocking)效應(yīng)，并且由例如諸如鉻、鋁、鋁合金、鎳、鋅、鈦的金屬、或其中分散有碳等的樹脂形成。此外，在第二板230的上表面上設(shè)置有極化板235，該極化板235的偏轉(zhuǎn)軸(deflecting axis)不同于極化板225的偏轉(zhuǎn)軸。
在具有這樣的結(jié)構(gòu)的液晶面板20中，從背光60發(fā)射的光，在被極化板225偏轉(zhuǎn)之后，通過第一板220和圖形電極223而進(jìn)入液晶層240。進(jìn)入液晶層240的光的強(qiáng)度由液晶(其每個像素的定向狀態(tài)受控制)調(diào)節(jié)。強(qiáng)度被調(diào)節(jié)的光穿過有色層233、對置電極232和第二板230，然后由極化板235偏轉(zhuǎn)以從液晶顯示器10的外側(cè)出來。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(cè)看到彩色圖像(包括移動圖像和靜止圖像)，如字母、數(shù)字符號、和圖形(圖片形式)。
在這點(diǎn)上，在上述的解釋說明中，作為代表性實(shí)施例，已經(jīng)描述了將本發(fā)明的電子器件應(yīng)用到有源矩陣驅(qū)動型透射式液晶裝置上的情形。然而，本發(fā)明并不限于此。另外，有可能將本發(fā)明的電子器件應(yīng)用到反射液晶顯示器、有機(jī)或無機(jī)電致發(fā)光顯示器、以及電泳顯示器上。
<電子裝置>
上述液晶顯示器10(本發(fā)明的電子器件)可以用作各種類型電子裝置中的每一個的顯示部。
圖6是透視圖，示出了采用本發(fā)明電子裝置的可移動(或膝上型)個人電腦。參考圖6，個人電腦1100設(shè)置有具有鍵盤1102的機(jī)體1104、和顯示器1106。顯示器1106通過鉸鏈部可旋轉(zhuǎn)地被支撐在機(jī)體1104上。在這種個人電腦1100中，顯示器1106設(shè)置有上述的液晶顯示器(電-光裝置)10。
圖7是透視圖，示出了采用了本發(fā)明電子裝置的便攜式電話(包括個人手機(jī)系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)。參考圖7，便攜式電話1200設(shè)置有多個按鈕1202、聽筒1204、話筒1206、以及顯示部。顯示部由上述液晶顯示器(電-光裝置)10構(gòu)成。
圖8是示透視圖，示出了采用了本發(fā)明電子裝置的數(shù)字照相機(jī)的結(jié)構(gòu)。在該圖中，示意性地示出了數(shù)字照相機(jī)與其外部設(shè)備的連接。普通照相機(jī)基于對象的光學(xué)圖像曝光銀鹽感光膠片，而數(shù)字照相機(jī)1300通過利用諸如電荷耦合器件(CCD)的成像裝置光電地將對象的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為成像信號而產(chǎn)生成像信號(圖像信號)。
上述液晶顯示器10被設(shè)置在數(shù)字照相機(jī)1300的機(jī)殼(機(jī)體)1302背面上作為顯示部。液晶顯示器10顯示響應(yīng)由CCD產(chǎn)生的成像信號的圖像，并用作取景器用于以電子圖像來顯示對象。電路板1308設(shè)置于機(jī)殼1302內(nèi)部。可以儲存成像信號的存儲器設(shè)置在電路板1308上。
此外，包括光學(xué)透鏡(成像光學(xué)系統(tǒng))、CCD等的光接收單元1304設(shè)置在機(jī)殼1302的前表面?zhèn)取．?dāng)攝影師確定顯示部上所顯示的對象的圖像時，按下快門按鈕1306，此時CCD的成像信號就轉(zhuǎn)移到電路板1308的存儲器上并儲存在該存儲器中。
此外，視頻信號輸出端1312和用于數(shù)據(jù)通信的輸入/輸出終端1314設(shè)置在數(shù)字照相機(jī)1300的機(jī)殼1302的側(cè)面上。如圖8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(shù)據(jù)通訊的輸入/輸出終端1314。此外，通過預(yù)定操作，儲存在電路板1308的存儲器中的成像信號被輸出到電視監(jiān)視器1430或個人電腦1440上。
在這點(diǎn)上，除了圖6所示的個人電腦(可移動個人電腦)1100、圖7所示的便攜式電話1200和圖8所示的數(shù)字照相機(jī)1300外，本發(fā)明的電子裝置還可適用于(或應(yīng)用到)例如電視機(jī)、攝像機(jī)、取景器型或監(jiān)視直接檢景器型的磁帶錄像機(jī)、膝上型個人電腦、汽車導(dǎo)航裝置、尋呼機(jī)、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(jī)、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(yuǎn)鏡、POS(銷售點(diǎn))終端、具有觸摸面板的裝置(例如，金融機(jī)構(gòu)的現(xiàn)金分發(fā)機(jī)、自動票據(jù)售賣機(jī))、醫(yī)療裝置(例如，電子溫度計、血壓計、血糖計、心電圖顯示裝置、超聲波診斷裝置、內(nèi)診鏡顯示器)、魚探儀、各種測量裝置、計量表(例如，機(jī)動車輛、飛機(jī)、船等所用儀表)、飛行模擬器、任何其它類型的監(jiān)視器、諸如投影儀的投射型顯示器等。
基于附圖所示的具體實(shí)施方式
，已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置、電子器件和電子裝置，但是，應(yīng)該注意，本發(fā)明并不限于該具體實(shí)施方式
。半導(dǎo)體裝置、電子器件和電子裝置中的各個部分可用能夠以同樣方式起作用的任意裝置所替換。此外，任何其它部件也可以添加到本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置、電子器件、以及電子裝置。
實(shí)施例下面，將描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
1.絕緣膜的制造和評價1-1.絕緣膜的制造首先，制備10個絕緣膜，下面將描述5種絕緣膜A至E中的每一種。
<絕緣膜A>
-1-首先制備表面方向(100)p型硅晶基板(Si(100)基板)。
對硅晶基板實(shí)施熱氧化工藝，然后利用CVD法形成氮氧化硅膜(基層)。在750℃下、具有相對濕度為33％RH的水蒸氣(H2O)的環(huán)境中實(shí)施熱氧化工藝。此外，當(dāng)室內(nèi)的壓力為0.02Pa且連續(xù)向室內(nèi)供應(yīng)二氯硅甲烷氨氣體時，在650℃下實(shí)施CVD法40min。
獲得的氮氧化硅膜的厚度為10nm。在這點(diǎn)上，當(dāng)將電壓(施加的電壓)施加至氮氧化硅膜以使氮氧化硅膜中的電場強(qiáng)度為在5MV/cm至10MV/cm范圍內(nèi)時，在該氮氧化硅膜中的漏電流極高(1×10-5A/cm2或更高)。
-2-然后，利用CVD法在該氮氧化硅膜上形成氧化硅膜。在這點(diǎn)上，當(dāng)室內(nèi)的壓力為大氣壓力并連續(xù)向室內(nèi)提供二氯甲硅烷(SiHCl2)和氧氣(O2)的混合氣體時，在650℃下實(shí)施CVD法60min。獲得的氧化硅膜的平均厚度為3.7nm。
-3-然后，對該氧化硅膜實(shí)施熱處理，其在900℃下具有相對濕度為95％RH的水蒸氣(H2O)的環(huán)境中實(shí)施5分鐘。通過實(shí)施上述步驟，獲得絕緣膜A。
<絕緣膜B至D>
除了上述步驟-3-中的熱處理條件外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜B至D。
<絕緣膜E>
除了省略上述步驟-3-外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜E。
<絕緣膜F>
除了用重水蒸汽(D2O)的環(huán)境代替上述步驟-3-中的水蒸汽(H2O)的環(huán)境，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜F。
<絕緣膜G>
除了在上述步驟-2-中利用CVD法形成氮氧化硅膜外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜G。
<絕緣膜H>
除了在上述步驟-2-中利用CVD法形成硅酸鉿膜外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜H。
<絕緣膜I>
除了在上述步驟-2-中利用CVD法形成硅酸鋯膜且在上述步驟-3-中用氮?dú)?N2)環(huán)境代替水蒸汽(H2O)環(huán)境外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜I。
<絕緣膜J>
除了在上述步驟-2-中利用CVD法形成硅酸鋁膜且在上述步驟-3-中用氮?dú)?N2)環(huán)境代替水蒸汽(H2O)環(huán)境外，通過實(shí)施上述形成絕緣膜A的步驟及方法，獲得絕緣膜J。
表1

1-2.絕緣膜的評價1-2-1.利用熱脫附譜分析通過將每一絕緣膜從80℃加熱到100℃，對于每一絕緣膜A至J用熱脫附譜法(TDS法)分析H2片段(M/Z＝2[H2])的強(qiáng)度和OH片段(M/Z＝17[OH])的強(qiáng)度。在這種情況下，TDS法的測量條件如下·TDS裝置WA1000S(由Electronic Science制造)(Denshikagaku-sha)·起始溫度80℃·最終溫度(分段溫度)1000℃·設(shè)計速度60℃/min·測量環(huán)境的壓力1×10-7Pa對于每一絕緣膜A至J，利用TDS法在450、600、800和950℃的加熱溫度下獲得的H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([OH]/[H2])示于下表2中。在這點(diǎn)上，表2中的每一數(shù)值為每一絕緣膜A至J的10個絕緣膜的平均值。例如，紅外吸收光譜(比率([OH]/[H2])相對于絕緣膜A至E中的加熱溫度之間的關(guān)系)示于圖9中。圖9是示圖，示出了當(dāng)用熱脫附譜分析絕緣膜A至E時，H2片段[H2]的強(qiáng)度和OH片段[OH]的強(qiáng)度的比率([OH]/[H2])相對于獲得的加熱溫度的關(guān)系。
表2

1-2-2.漏電流的測量下面，當(dāng)對每個絕緣膜的電場強(qiáng)度(即，施加的電壓值)改變時，對于每一絕緣膜A至J測量漏電流值的變化。在這種情況下，將測量的面積確定為0.02039cm2。
當(dāng)絕緣膜A至J中的電場強(qiáng)度在0至-5MV/cm的范圍內(nèi)時測得的漏電流的最大值示于下表3中。在這點(diǎn)上，表3中的每一數(shù)值為10個絕緣膜的平均值。例如，將在絕緣膜A至E中測得的電場強(qiáng)度的變化和泄漏電流值的變化示于圖10中。圖10是示圖，示出了絕緣膜A至E中測得的電場強(qiáng)度的變化和漏電流的變化之間的關(guān)系。
表3

如表2和表3所示，當(dāng)在500℃或更高的溫度下加熱絕緣膜A至E中的每一氧化硅膜時，隨著漏電流的最大值增加，比率([OH]/[H2]表現(xiàn)出在任何加熱溫度下增加的趨勢。另一方面，當(dāng)在450℃(即，在500℃或更低溫度)下加熱每一絕緣膜A至E時，沒有發(fā)現(xiàn)比率([OH]/[H2]相對于漏電流最大值的增加的關(guān)系。
當(dāng)在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度下加熱絕緣膜A至E中的每一氧化硅膜時，這使得很明顯，比率([OH]/[H2]與漏電流最大值(特征值)相關(guān)。此外，相對于每一絕緣膜，獲得當(dāng)在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度下加熱各絕緣膜時的比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])以及當(dāng)在500℃或更低范圍內(nèi)的溫度下加熱各絕緣膜時的比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])以實(shí)施類似于比率([OH]/[H2])情形的研究(分析)。獲得這樣的結(jié)果當(dāng)在500～1000℃的范圍內(nèi)加熱各絕緣膜時獲得的比率([OH]/[H2])的積分值(∑[OH]/[H2])與漏電流最大值(特征值)相關(guān)。
已發(fā)現(xiàn)，在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度加熱絕緣膜的狀態(tài)下測得的H2片段強(qiáng)度與OH片段強(qiáng)度的比較結(jié)果(比率或比率的積分值)與每一絕緣膜的特征值(即，漏電流的最大值)相關(guān)。因此，很明顯，當(dāng)設(shè)置形成絕緣膜的條件時或當(dāng)進(jìn)行絕緣膜的質(zhì)量檢查時，可以將這樣的比較結(jié)果用于評價方法。
在這點(diǎn)上，當(dāng)加熱溫度為800℃時，在使用比率([OH]/[H2])來評價絕緣膜的情況下，絕緣膜C的比率，即0.16可以作為在進(jìn)行絕緣膜質(zhì)量檢查中所使用的閥值，這是因為在每一絕緣膜D和E中漏電流的最大值超過9×10-9A/cm2而在絕緣膜C中漏電流的最大值為8×10-9A/cm2。
此外，如表2和表3所示，在相同的熱處理條件下，在絕緣膜F(其中在至少部分氫原子種每個氫原子被氘原子D代替)和絕緣膜G至J(每一個含有除了硅和氧以外的其它元素)中的每一個的比率([OH]/[H2])或([OD]/[D2])與漏電流最大值之間的關(guān)系顯示出類似于絕緣膜A中的相應(yīng)關(guān)系的趨勢。因此，很明顯，通過本發(fā)明的評價方法可以評價絕緣膜F至J中的每一個的特性。
1-2-3.Qbd值的測量下面，對于每一絕緣膜A至J，測量Qbd值。這里，“Qbd值”意思是指直至在絕緣膜中發(fā)生電介質(zhì)擊穿之前沿其厚度方向流過各絕緣膜的泄漏電流的積分值。Qbd值越大，在絕緣膜中發(fā)生電介質(zhì)擊穿就越難。在這種Qbd值的測量中，當(dāng)利用汞電極將恒定電流供應(yīng)至絕緣膜時，將電壓第一次發(fā)生較小變化時的時間點(diǎn)確定為SBD，而將電壓發(fā)生顯著變化的時間點(diǎn)確定為HBD。測量直至發(fā)生SBD之前流過絕緣膜的漏電流的積分值(Qbd值(SBD))和直至發(fā)生HBD之前流過絕緣膜的漏電流的積分值(Qbd值(HBD))。在這種情況下，測量面積被確定為0.02039cm2，而施加至絕緣膜的恒定電流值被確定為0.01226A/cm2。
將在各個絕緣膜A至J中如此測得的Qbd值(SBD)和Qbd值(HBD)示于下表4中。在這點(diǎn)上，表4中的各個數(shù)值為10個絕緣膜的平均值。
表4

如表4所示，當(dāng)在500℃或更高范圍內(nèi)的溫度下加熱各個絕緣膜A至J時，各個絕緣膜A至J的Qbd值(SBD)和Qbd值(HBD)越大，則比率([OH]/[H2])越小。因此，已發(fā)現(xiàn)，各絕緣膜的Qbd值(SBD)和Qbd值(HBD)與其比率([OH]/[H2])相關(guān)。因而，很明顯，絕緣膜的電介質(zhì)擊穿(即，SBD和HBD)耐受性可根據(jù)其比率([OH]/[H2])以及漏電流值進(jìn)行評價。
2.半導(dǎo)體裝置的制造及評價2-1.半導(dǎo)體裝置的制造圖1所示的半導(dǎo)體裝置是根據(jù)以上具體實(shí)施方式
中所描述的方法加以制造的。在這種情況下，如同上述絕緣膜A至J形成柵極絕緣膜。
2-2.半導(dǎo)體裝置的評價檢查每個半導(dǎo)體裝置的切換特性。結(jié)果是，在半導(dǎo)體裝置中，很長時間內(nèi)都可以獲得良好的切換特性，該半導(dǎo)體裝置包括以與絕緣膜A至C和F至J相同方式形成的各個柵極絕緣膜。在這點(diǎn)上，當(dāng)在800℃下加熱每個絕緣膜時，這些絕緣膜A至C和F至J中的每一個的比率([OH]/[H2])為0.16或更小。
另一方面，在包括以與絕緣膜D至E相同方式形成的各個柵極絕緣膜的半導(dǎo)體裝置中，識別出了漏電流并且半導(dǎo)體裝置的切換特性不穩(wěn)定。因此，在柵極絕緣膜中較早就發(fā)生了電介質(zhì)擊穿，并且喪失了作為切換裝置的功能。在這點(diǎn)上，當(dāng)在800℃下加熱每個絕緣膜時，這些絕緣膜D至E中的每一個的比率([OH]/[H2])為0.16或更大。
權(quán)利要求
1.一種評價絕緣膜的特性的方法，所述絕緣膜由作為主要材料的絕緣無機(jī)材料形成，所述絕緣無機(jī)材料包含硅和氧，并且所述絕緣膜包含氫原子，所述方法包括以下步驟通過熱脫附譜來分析從未對其施加電場的所述絕緣膜；比較H2片段的強(qiáng)度與OH片段的強(qiáng)度，所述H2片段的強(qiáng)度和所述OH片段的強(qiáng)度是在500～1000℃范圍內(nèi)的溫度下加熱所述絕緣膜的狀態(tài)下進(jìn)行測量的；以及基于所述比較結(jié)果評價所述絕緣膜的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述評價步驟包括評估與所述評價結(jié)果相關(guān)的所述絕緣膜的一個或多個特征值的步驟，其中基于所述一個或多個被評估的特征值來評價所述絕緣膜的特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述一個或多個被評估的特征值包括當(dāng)將電場施加至所述絕緣膜時待測量的漏電流值和直至在所述絕緣膜中發(fā)生電介質(zhì)擊穿前流過其的所述漏電流的積分值(以下稱為“Qbd”值)，其中待評價的所述絕緣膜的特性包括所述絕緣膜的電介質(zhì)擊穿耐受性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述比較步驟中，利用在500～1000℃范圍內(nèi)的預(yù)定溫度下的所述H2片段[H2]強(qiáng)度和OH片段[OH]強(qiáng)度的比率([H2]/[OH])或所述比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))作為指數(shù)來獲得所述比較結(jié)果，并且在所述評價步驟中，基于所述比較結(jié)果來評價所述絕緣膜的特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在所述評價步驟中，在所述絕緣膜的比率([H2]/[OH])或所述比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))小于預(yù)定閥值的情況下，所述絕緣膜被評價為具有可接受的質(zhì)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述絕緣膜中的至少部分氫原子中的每個氫原子被氘原子D所代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，將其氫原子分別被氘原子D代替的所述H2片段[H2]定義為D2片段[D2]，并且將其氫原子被氘原子D代替的所述OH片段定義為OD片段[OD]，其中在所述比較步驟中，利用在500～1000℃范圍內(nèi)的預(yù)定溫度下的所述D2片段[D2]強(qiáng)度和OD片段[OD]強(qiáng)度的比率([D2]/[OD])或所述比率([D2]/[OD])的積分值(∑([D2]/[OD]))作為指數(shù)來獲得所述比較結(jié)果，并且在所述評價步驟中，基于所述比較結(jié)果來評價所述絕緣膜的特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，除了硅和氧，所述絕緣無機(jī)材料進(jìn)一步包括氮、鉿、鋯和鋁中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述絕緣膜的平均厚度為10nm或更小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述絕緣膜適于在將電壓沿其厚度方向施加至所述絕緣膜以使所述絕緣膜中的電場強(qiáng)度為10MV/cm或更小的條件下使用。
11.一種形成用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法，所述方法包括以下步驟基于通過由權(quán)利要求1所限定的評價方法而獲得的評價結(jié)果來設(shè)置形成所述絕緣膜的條件；以及在所述條件下形成所述絕緣膜。
12.一種形成用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法，所述方法包括以下步驟基于通過由權(quán)利要求4所限定的評價方法而獲得的評價結(jié)果來設(shè)置形成所述絕緣膜的條件，其中設(shè)置所述條件以使所述被評價的絕緣膜的比率([H2]/[OH])或所述比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))變得更??；以及在所述條件下形成所述絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述設(shè)置步驟中，基于所述被評價的絕緣膜的比率([H2]/[OH])或所述比率([H2]/[OH])的積分值(∑([H2]/[OH]))是否小于預(yù)定閾值來設(shè)置所述條件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述條件包括對所述絕緣膜是否進(jìn)行熱處理，以及在對所述絕緣膜進(jìn)行熱處理的情況下的熱處理條件。
15.一種半導(dǎo)體裝置，包括通過由權(quán)利要求11或12所限定的方法而形成的所述絕緣膜。
16.一種電子器件，包括由權(quán)利要求15所限定的所述半導(dǎo)體裝置。
17.一種電子裝置，包括由權(quán)利要求16所限定的所述電子器件。
全文摘要
本申請披露了一種評價絕緣膜(1)的特性的方法。絕緣膜(1)由作為主要材料的絕緣無機(jī)材料形成，該絕緣無機(jī)材料包含硅和氧。絕緣膜(1)還包含氫原子。所述方法包括以下步驟利用熱脫附譜分析從未對其施加電場的絕緣膜(1)；比較H
文檔編號H01L21/28GK1985364SQ200580023318
公開日2007年6月20日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者宮田正靖 申請人:精工愛普生株式會社