專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的絕緣膜結(jié)構(gòu)，特別是涉及具有對單晶襯底的表面進行熱氧化而形成的絕緣膜的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
利用場效應(yīng)驅(qū)動MOSFET或IGBT等的具有絕緣柵型元件的半導(dǎo)體器件形成了具有在硅等的單晶襯底上形成的柵絕緣膜和在其上形成的柵電極的結(jié)構(gòu)。柵絕緣膜對這類半導(dǎo)體元件的性能產(chǎn)生很大的影響，為了使器件的工作穩(wěn)定，希望對電場的耐受性強(即絕緣耐壓優(yōu)越)而且膜厚薄。因此，作為柵絕緣膜，一般而言使用在膜品質(zhì)和膜厚的均勻性方面優(yōu)越的熱氧化膜。
例如，如果柵絕緣膜的厚度不均勻，極薄的部分即使只存在于一個部位，則該柵絕緣膜整體的絕緣耐壓也會降低。特別是，隨著近年來柵絕緣膜一直在減薄，該問題變得很嚴重。
例如，也有了消除柵絕緣膜形狀的凹凸使絕緣耐壓提高的技術(shù)(例如專利文獻1)。
專利文獻1特開平1-138760號公報(第2-3頁，圖1)被應(yīng)用于柵絕緣膜的熱氧化膜通過在氧氣氛中的熱處理使單晶襯底的表面與氧進行化學(xué)結(jié)合而在該單晶襯底的表面上薄薄地形成。也就是說，由于熱氧化膜因氧與襯底材料(例如硅)的化學(xué)結(jié)合而生成，所以在不露出于單晶襯底的外部的部分不形成熱氧化膜。另外，在利用某些遮擋物使氧或與之結(jié)合的襯底材料得不到充分供給的部分難以形成熱氧化膜。
因此，在欲形成該熱氧化膜的區(qū)域，例如在前面的工序中形成了的其它的絕緣膜存在時，在該絕緣膜附近由于難以供給對熱氧化必須的襯底材料，所以熱氧化膜中與該絕緣膜的交界部分的膜厚局部地減薄。在將這樣的熱氧化膜用作柵絕緣膜時，得不到高的柵絕緣耐壓，對半導(dǎo)體器件的工作穩(wěn)定造成防礙，招致工作可靠性的惡化。
例如，在作為絕緣柵形元件之一的功率MOSFET的制造工序中，為了保持半導(dǎo)體芯片在邊緣部的耐壓而在單晶硅襯底上形成絕緣膜后，通過熱氧化形成與之相接的柵絕緣膜。因此，柵絕緣膜的膜厚在與先前形成的絕緣膜的交界部分局部地減薄，引起了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決以上的課題而進行的，其目的在于通過提高被使用于柵絕緣膜等的熱氧化膜的絕緣耐壓，提高半導(dǎo)體器件的工作可靠性。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括在單晶襯底上的第1區(qū)域形成的第1絕緣膜和在與上述第1區(qū)域鄰接的第2區(qū)域形成的第2絕緣膜；以及在上述第1絕緣膜與上述第2絕緣膜的邊界上形成的、至少其表面部被氧化了的多晶或非晶的規(guī)定的膜。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法包括(a)在單晶襯底上的第1區(qū)域形成第1絕緣膜的工序；(b)對上述單晶襯底的與上述第1區(qū)域鄰接的第2區(qū)域表面進行熱氧化，形成第2絕緣膜的工序；(c)在上述第1區(qū)域與上述第2區(qū)域的邊界上，形成多晶或非晶的規(guī)定的膜的工序；以及(d)對上述規(guī)定的膜的至少表面部進行熱氧化的工序。


圖1是示出實施例1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是示出實施例1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖3是示出實施例1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖4是示出實施例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是示出實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖6是示出實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖7是用于說明實施例1、2的問題的圖。
圖8是示出實施例3的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是示出實施例4的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是示出實施例4的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖11是示出實施例4的變例的圖。
圖12是示出實施例4的變例的圖。
具體實施例方式
<實施例1>
圖1是示出本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖，示出了具有絕緣柵型元件的半導(dǎo)體器件的一個例子。該半導(dǎo)體器件在單晶硅襯底1上的規(guī)定區(qū)域具有氧化硅膜2?？膳e出用于保持半導(dǎo)體芯片在邊緣部的耐壓的絕緣膜作為氧化硅膜2的例子。在單晶硅襯底1上的與氧化硅膜2鄰接的區(qū)域形成作為對單晶硅襯底1的表面進行熱氧化而形成的熱氧化膜的柵絕緣膜3。
在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上，形成其表面被氧化了的多晶硅5。圖1中的參照數(shù)字6表示多晶硅5的被氧化了的部分(即氧化硅膜)。即，氧化硅膜6是通過對多晶硅5的表面進行熱氧化而得到的。在柵絕緣膜3、氧化硅膜6和氧化硅膜2上形成柵電極4。氧化硅膜6覆蓋多晶硅5的表面，如圖1所示，將柵絕緣膜3與氧化硅膜2連接起來。因而，在單晶硅襯底1與柵電極4之間，用氧化硅膜2、柵絕緣膜3和氧化硅膜6絕緣。
以下，說明圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造方法。首先，如圖2(a)所示，在單晶硅襯底1上的規(guī)定區(qū)域形成氧化硅膜2。通常，在該工序前后，例如進行用于晶體管形成的pn結(jié)的形成等，但此處省略其說明，只說明與本發(fā)明有關(guān)的工序。
接著，通過將單晶硅襯底1的表面在氧氣氛中進行熱處理而熱氧化，形成柵絕緣膜3。此時，在氧化硅膜2的附近，來自單晶硅襯底1的硅的供給量很少，氧與硅的化學(xué)結(jié)合不能充分地發(fā)生。因此，如圖(b)所示，柵絕緣膜3的膜厚在與氧化硅膜2的交界部分局部地減薄。以往，由于在這樣的柵絕緣膜3上直接形成柵電極，所以成為柵絕緣膜3的與氧化硅膜2的交界部分中的絕緣耐壓降低、器件的工作變得不穩(wěn)定的原因。
在本實施例中，在形成柵絕緣膜3后，如圖2(c)所示，在氧化硅膜2和柵絕緣膜3上形成多晶硅5。然后，如圖3(a)所示，在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上形成抗蝕劑掩模10，以該抗蝕劑掩模10為掩模，通過有選擇地刻蝕多晶硅5進行構(gòu)圖。其結(jié)果是，如圖3(b)所示，在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上保留多晶硅5。然后，如圖3(c)所示，通過對該多晶硅5的表面進行熱氧化，形成氧化硅膜6。由于多晶硅5與單晶硅相比氧化速度快，用較少的時間進行熱處理即可得到具有充分厚度的、絕緣耐壓高的氧化硅膜6。
最后，通過在柵絕緣膜3、氧化硅膜6、氧化硅膜2上利用規(guī)定的材料(例如多晶硅或金屬等)形成柵電極4，得到圖1所示的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
如上所述，按照本實施例，具有充分的絕緣耐壓的氧化硅膜6被形成為覆蓋住柵絕緣膜3的與膜厚局部減薄的氧化硅膜2的交界部分。其結(jié)果是，該柵絕緣膜3的絕緣耐壓的退降受到抑制，可對半導(dǎo)體器件的工作穩(wěn)定作出貢獻，可提高工作的可靠性。
另外，在本實施例中，也可不用在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上形成的、通過熱處理在表面形成氧化硅膜6的多晶硅5，而用非晶硅。由于多晶硅在晶體之間有間隙、晶粒的尺寸不均勻，所以在其表面上形成的熱氧化膜很容易因發(fā)生膜厚不均勻及龜裂而導(dǎo)致絕緣耐壓的退降。與此相對照，由于非晶硅不存在晶粒，所以在其上形成的熱氧化膜難以發(fā)生膜厚不均勻及龜裂。也就是說，通過不用上述多晶硅5而用非晶硅，可得到優(yōu)質(zhì)的氧化硅膜6，可進一步提高半導(dǎo)體器件的工作可靠性。
<實施例2>
在實施例1的制造方法中，雖然抑制了柵絕緣膜3的絕緣耐壓的退降，卻擔心制造工序數(shù)目增加。因此，在本實施例中，示出了有可能以較少的工序形成、而且可得到與實施例1相同的效果的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
圖4是示出實施例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，由于對與圖1相同的要素標以同一符號，故這里的詳細說明從略。與圖1的結(jié)構(gòu)不同之處在于，在多晶硅5和氧化硅膜6的下方不形成柵絕緣膜3。即，多晶硅5在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上具有夾在氧化硅膜2與柵絕緣膜3之間的部分。
以下說明圖4所示的半導(dǎo)體器件的制造方法。這里，例如也省略掉對用于晶體管形成的pn結(jié)的形成等的說明，只說明與本發(fā)明有關(guān)的工序。首先，如圖5(a)所示，在單晶硅襯底1上的規(guī)定區(qū)域形成氧化硅膜2。
接著，如圖5(b)所示，在單晶硅襯底1和氧化硅膜2上形成多晶硅5。然后，如圖6(a)所示，通過在氧化硅膜2與形成柵絕緣膜3的區(qū)域的邊界上形成抗蝕劑掩模10，并且以該抗蝕劑掩模10為掩模，有選擇地刻蝕多晶硅5進行構(gòu)圖。其結(jié)果是，如圖6(b)所示，在上述邊界上保留了多晶硅5。
然后，通過在氧氣氛中進行熱處理，如圖6(c)所示，與在單晶硅襯底1的表面上形成柵絕緣膜3的同時，在多晶硅5的表面上形成氧化硅膜6。這時，在形成柵絕緣膜3的區(qū)域與多晶硅5的邊界部分，由于從單晶硅襯底1和多晶硅5雙方供給硅，所以防止了柵絕緣膜3的膜厚局部地減薄。另外，由于多晶硅5的氧化速度快，所以得到具有充分厚度的絕緣耐壓高的氧化硅膜6。
最后，通過在氧化硅膜2、柵絕緣膜3、氧化硅膜6上利用規(guī)定的材料形成柵電極4，得到圖4所示的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
如上所述，按照本實施例，由于利用同一熱氧化工序進行柵絕緣膜3和氧化硅膜6的形成，所以可抑制制造工序的增加。進而，如果可能在進行其它元件(例如采用了多晶硅的齊納二極管等)的形成工序的同時，進行多晶硅5的形成和構(gòu)圖，則作為半導(dǎo)體器件整體的制造工序數(shù)目完全不會隨之增加。另外，在抑制柵絕緣膜3的邊緣部局部減薄形成的同時，在與氧化硅膜2的交界部分形成了具有充分的絕緣耐壓的氧化硅膜6。因而，與實施例1一樣，可抑制該柵絕緣膜3的絕緣耐壓的退降，可對半導(dǎo)體器件的工作可靠性的提高作出貢獻。
在本實施例中，也可不用多晶硅5而用非晶硅。由此，可得到優(yōu)質(zhì)的氧化硅膜6，可進一步提高半導(dǎo)體器件的工作可靠性。
<實施例3>
在實施例1、2中，對多晶硅5的表面進行熱氧化，形成了氧化硅膜6。例如，在圖4中，氧化硅膜6下的多晶硅5與單晶硅襯底1成為等電位。這時，擔心如將規(guī)定的電壓加在柵電極4上，則發(fā)生因多晶硅5的形狀而造成的電場集中，從而柵絕緣耐壓退降。
另外，在實施例1、2的制造工序中，例如如圖6(a)、圖6(b)所示，在氧化硅膜2上形成多晶硅5以后，通過對其有選擇地刻蝕而進行構(gòu)圖。這時，考慮到氧化硅膜2的上表面也因過刻蝕而被有選擇地刻蝕。這時，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件如圖7那樣在多晶硅5的邊緣部形成氧化硅膜2的臺階差，在該臺階差部分，柵電極4和多晶硅5的絕緣耐壓均退降。另外，在最壞的情況下，在氧化硅膜2與氧化硅膜6之間產(chǎn)生間隙，單晶硅襯底1和柵電極4通過多晶硅5而短路，喪失了柵絕緣膜3的功能。
因此，在實施例3中，以實施例1或2中的對多晶硅5進行熱氧化處理的工序?qū)Χ嗑Ч璧恼w進行氧化。即，不僅在多晶硅5的表面上，也在其整體中形成氧化硅膜6。其結(jié)果是，如圖8所示，在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上，形成已將多晶硅5的整體熱氧化了的氧化硅膜6。
通過使多晶硅5的整體成為氧化硅膜6，上述問題得到解決。即，抑制了電場集中的發(fā)生，并且即使在氧化硅膜2上因過刻蝕而產(chǎn)生了臺階差，也不會發(fā)生柵絕緣耐壓的退降。
再有，圖8示出了將本發(fā)明應(yīng)用于實施例2的情況的結(jié)構(gòu)，但如上所述，顯然也可應(yīng)用于實施例1。這時，在圖1的多晶硅5這部分的整體中也成為形成了氧化硅膜6的結(jié)構(gòu)。
<實施例4>
如實施例3中說明過的那樣，在實施例1、2中，由于在氧化硅膜2上形成多晶硅5，并通過有選擇地刻蝕進行構(gòu)圖，所以存在因過刻蝕而在氧化硅膜2的上表面產(chǎn)生臺階差的問題。
另外，氧化硅膜2也往往作為場板使用。如圖4所示，如在氧化硅膜2的上表面上配置與單晶硅襯底1成為等電位的多晶硅5，據(jù)認為要對作為氧化硅膜2的場板的功能產(chǎn)生不良影響。
圖9是示出實施例4的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，由于對與圖1相同的要素標以同一符號，所以這里的詳細說明就省略了。如該圖所示，在表面上形成了氧化硅膜6的多晶硅5在氧化硅膜2的側(cè)面形成。
以下，說明圖9所示的半導(dǎo)體器件的制造方法。這里，也省略了例如用于晶體管形成的pn結(jié)的形成等的說明，僅說明與本發(fā)明有關(guān)的工序。首先，如圖10(a)所示，在單晶硅襯底1上的規(guī)定區(qū)域形成氧化硅膜2。
接著，如10(b)所示，在單晶硅襯底1和氧化硅膜2上形成多晶硅5。然后，如圖10(c)所示，對多晶硅5的整個面進行刻蝕，使得多晶硅5僅保留在氧化硅膜2的側(cè)面上。
然后，通過在氧氣氛中進行熱處理，如圖10(d)所示，在單晶硅襯底1的表面上形成柵絕緣膜3的同時，在多晶硅5的表面上形成氧化硅膜6。這時，在形成柵絕緣膜3的區(qū)域與多晶硅5的邊界部分，由于從單晶硅襯底1和多晶硅5雙方供給硅，所以可防止柵絕緣膜3的膜厚局部地減薄。另外，由于多晶硅5的氧化速度快，所以可得到具有充分厚度的絕緣耐壓高的氧化硅膜6。
最后，通過在柵絕緣膜3、氧化硅膜6、氧化硅膜2上利用規(guī)定的材料形成柵電極4，得到圖9所示的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
如上所述，按照本實施例，通過對多晶硅5的整個面進行深刻蝕而非有選擇地刻蝕，多晶硅5在氧化硅膜2的側(cè)面形成。因而，在氧化硅膜2的上表面不產(chǎn)生臺階差。另外，由于去除掉氧化硅膜2的上表面的多晶硅5，所以可抑制對作為氧化硅膜2的場板的功能的影響。
另外，與實施例2一樣，由于用同一熱氧化工序進行柵絕緣膜3和氧化硅膜6的形成，所以可抑制制造工序的增加。不言而喻，如實施例1那樣，也可在柵絕緣膜3的形成之后進行多晶硅5和氧化硅膜6的形成。這時，形成了圖11所示的器件結(jié)構(gòu)。另外，與實施例1、2一樣，不用說也可抑制柵絕緣膜3的絕緣耐壓的退降，對半導(dǎo)體器件的工作可靠性的提高作出貢獻。
進而，如實施例3那樣，在對多晶硅5進行熱氧化處理的工序中，也可使多晶硅5的整體氧化。即，不僅在多晶硅5的表面上，也在其整體中形成氧化硅膜6。在圖12中示出了該最終結(jié)構(gòu)。由此，可抑制電場集中的發(fā)生，進而抑制柵絕緣耐壓的退降。
再有，在以上的說明中，分別舉單晶硅襯底作為單晶襯底，多晶硅、非晶硅作為多晶或非晶的規(guī)定的膜，進行例示，但本發(fā)明并不限定于這些材料?？蓮V泛地應(yīng)用于其它的單晶襯底材料和多晶或非晶材料。
發(fā)明的效果如以上說明過的那樣，按照本發(fā)明，可抑制在第1絕緣膜與第2絕緣膜的邊界上的絕緣耐壓的退降，例如可對具有以第2絕緣膜作為柵絕緣膜的絕緣柵型元件的半導(dǎo)體器件的工作穩(wěn)定作出貢獻，可提高工作可靠性。如果采用非晶材料作為規(guī)定的膜，則其效果更大。
另外，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法相比，制造工序數(shù)目的增加也被抑制到最小限度。例如，在與第1絕緣膜的形成的同時也可進行規(guī)定的膜的熱氧化工序。進而，如果在襯底上的與其它元件形成的同時進行規(guī)定的膜的形成，則不會發(fā)生比現(xiàn)有的制造工序數(shù)目增加的情況。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在單晶襯底上的第1區(qū)域形成的第1絕緣膜和在與上述第1區(qū)域鄰接的第2區(qū)域形成的第2絕緣膜；以及在上述第1絕緣膜與上述第2絕緣膜的邊界上形成的、至少其表面部被氧化了的多晶或非晶的規(guī)定的膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第1絕緣膜比上述第2絕緣膜厚，上述規(guī)定的膜在上述第1絕緣膜的側(cè)面形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述規(guī)定的膜在上述邊界上具有被夾持在上述第1絕緣膜與上述第2絕緣膜之間的部分。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述規(guī)定的膜的整體被氧化。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括(a)在單晶襯底上的第1區(qū)域形成第1絕緣膜的工序；(b)對上述單晶襯底的與上述第1區(qū)域鄰按的第2區(qū)域表面進行熱氧化，形成第2絕緣膜的工序；(c)在上述第1區(qū)域與上述第2區(qū)域的邊界上，形成多晶或非晶的規(guī)定的膜的工序；以及(d)對上述規(guī)定的膜的至少表面部進行熱氧化的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在上述工序(c)中，上述規(guī)定的膜在上述第1絕緣膜的側(cè)面形成。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)在上述工序(a)以后進行，并且包含(e)在上述第1區(qū)域和上述第2區(qū)域上形成上述規(guī)定的膜的工序；以及(f)對上述規(guī)定的膜的整個面進行深刻蝕，使得上述規(guī)定的膜僅保留在上述第1絕緣膜的側(cè)面上的工序。
8.如權(quán)利要求5至7的任一項中所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)在上述工序(b)以前進行，上述工序(b)和上述工序(d)在同一工序中進行。
9.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在上述工序(d)中，上述規(guī)定的膜的整體被氧化。
全文摘要
本發(fā)明的課題是，謀求提高被使用于柵絕緣膜等的熱氧化膜的絕緣耐壓，提高器件的工作可靠性。半導(dǎo)體器件包括在單晶硅襯底1上的規(guī)定的區(qū)域形成的氧化硅膜2和在與之鄰接的區(qū)域?qū)尉Ч枰r底1的表面進行熱氧化而形成的作為熱氧化膜的柵絕緣膜3。在氧化硅膜2與柵絕緣膜3的邊界上，形成其表面被氧化了的多晶硅5(或非晶硅)。
文檔編號H01L29/40GK1527402SQ200310104760
公開日2004年9月8日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者瓜生勝美, 楢崎敦司, 司 申請人:株式會社瑞薩科技