シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の決定的な違いとは？

2024年5月19日2026年10月27日

当ページのリンクには広告が含まれています。

シリコン窒化膜とシリコン酸化膜は、どちらも半導体で使う絶縁性の薄膜です。窒化膜を耐熱用、酸化膜を絶縁用とだけ分けると、工程やデバイスでの役割を取り違えます。組成、作り方、必要な機能をそろえて比較しましょう。

メーカー専門の転職エージェント
「タイズ」

年収600万〜800万以上のエンジニア求人多数
無料で登録可能
大手メーカーへの高い転職実績
求人提案、書類添削など転職活動をサポート

公式サイトはこちら

組成と薄膜としての条件を区別する

窒化膜はシリコンと窒素、酸化膜はシリコンと酸素を含む膜です。化学量論的な窒化ケイ素はSi3N4、二酸化ケイ素はSiO2と表します。一方、実際の薄膜では組成の幅を示すSiNx、SiOxという表記も使います。窒素や酸素だけを主成分とする膜という意味ではありません。

同じSiNxでも、組成、水素含有量、膜厚や熱履歴で特性が変わります。Plasma-ThermのLPCVD/PECVD比較資料も、窒化膜の応力や組成と、形成条件の関係を扱っています。焼結された窒化ケイ素の構造部品の値を、半導体用の薄い非晶質膜へそのまま当てはめません。

用途は材料名だけでなく層の役割で比較する

比較軸	窒化膜で確認すること	酸化膜で確認すること
電気的な役割	絶縁・保護、構造によっては電荷トラップ。	ゲート絶縁構造、層間絶縁や界面などの役割。
加工用膜	マスクやエッチストップとしての選択比。	残す膜/除去する膜としての選択比。
機械・保護	応力、反り、割れ、バリア性と欠陥。	応力、界面、密着、欠陥と使用環境。
光学	使用波長での屈折率・吸収と膜厚。	使用波長での屈折率・吸収と膜厚。

絶縁性と誘電率、耐熱性と熱伝導率は別の指標です。電流を通しにくいこと、電界に対する応答、熱を伝えること、高温処理で特性を保つことを区別します。どちらが常に高性能か、材料名だけで一列に順位を付けることはできません。

ゲート絶縁とメモリの電荷保持を混同しない

ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル側を絶縁する層です。通常のMOSFETのスイッチ動作は電界で電流を制御し、酸化膜を電子が容易に通り抜けるから動くわけではありません。東芝のMOSFET解説も電界による電流制御を説明しています。リークと絶縁破壊は、膜構造と動作条件に応じて評価します。

メモリには異なる構造があります。SK hynixの電荷トラップ構造の説明では、窒化膜のトラップへ電荷を蓄える機能と、トンネル酸化膜などを区別しています。窒化膜の耐熱性だけをデータ保持の理由とせず、各層の電気的役割と界面を確認します。導電性の浮遊ゲート電極と、それを囲むSiO2等の絶縁膜も別の層です。

形成方法と許容する熱履歴をそろえる

酸化膜は熱酸化だけでなく、堆積でも形成できます。シリコン表面を酸化する方法と、原料を供給して成膜する方法では下地・界面・熱負荷が異なります。窒化膜もLPCVD、PECVD等で形成でき、同じ名称でも組成や応力の違いがあります。

Alberta大学nanoFABの成膜設備はシリコンの熱酸化、LPCVDの窒化膜、PECVDの酸化膜・窒化膜・酸窒化膜を区別しています。高温で形成した膜が、任意の高温環境に永久に耐えるとは限りません。後工程での反応、拡散、応力変化まで含めて確認します。「酸化膜は高熱に弱い」という一律の結論にはしません。