JP2002158226A - 窒化シリコン固体表面保護膜及びその製造方法とホール素子 - Google Patents
窒化シリコン固体表面保護膜及びその製造方法とホール素子Info
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Abstract
グ性を有し、かつ低ストレスで信頼性の高い窒化シリコ
ン固体表面保護膜を提供する。 【解決手段】固体(a)表面上にプラズマ−CVD法に
よって保護膜として形成する少なくとも2層以上の積層
した窒化シリコン膜において、前記固体(a)表面に接
する窒化シリコン層(f)と、前記保護膜の表面側の窒
化シリコン層(h)がそれぞれ異なる特性を有するよう
に形成され、その保護膜が、3種の異なる特性を有する
第1、第2、第3の窒化シリコン層(f)(g)(h)
を積層することにより形成されている。
Description
属表面あるいはその双方を保護する目的で形成される窒
化シリコン固体表面保護膜及びその製造方法とホール素
子に関する。
表面、特にLSIに代表される機能性素子表面には何ら
かの方法を用いて保護膜が形成されている。こうした保
護膜を形成することにより、素子の不具合発生原因とな
る機械的なダメージ、水分の侵入、不純物原子や分子の
侵入等を防止することができ、素子の信頼性は向上す
る。近年の半導体素子では微細加工技術が急速に進み、
その表面を保護する必要性はますます高まっている。
(以後SiN)に代表される無機系の化合物と樹脂、ポ
リイミド等の有機系ポリマーに大別されるが、中でもS
iO2とSiNは耐酸化性、アルカリイオンのブロック
性、緻密性、絶縁性に優れており、多くの半導体素子表
面の保護膜として使用されている。特にSiNはSiO
2 よりもアルカリイオンのブロック性、耐水性に優れて
おり、また、ステップカバーレッジが優れているため、
特に素子の凹凸、電極を有する素子に対して適してい
る。
法、レーザーCVD法、プラズマ−CVD法が一般に用
いられており、最近ではプラズマ密度を高めたECR−
CVD法(特開平6−291114)等の新しい膜形成
方法が開発されている。中でもプラズマ−CVD法はC
VD法のように熱分解を利用しないため比較的低温で膜
形成ができ、素子表面へのダメージも減少させることが
可能であることから広く使用されている技術である。
て形成されるSiN膜は、その膜質が膜形成条件、例え
ば圧力、原料ガス流量、RFパワー、温度、装置などに
依存し、条件によっては保護能力の低下、あるいは膜自
体の内部ストレス増加による割れ等が発生し、素子の信
頼性が低下する場合がある。
性と割れ発生の原因となる内部ストレス増加の抑制は両
立させることが困難であり耐水性を高めると膜ストレス
が大きくなり、ストレスを減少させると耐水性が低下す
ると言った膜質としては相反する特性を有する必要があ
る。
SiNの膜形成やSiO2 によるバッファー層形成、特
性を左右する水素含有量の適正化等々の数々の手法が模
索されているが、完全に両特性を有するSiN膜は得ら
れていない。
中のSi−Si、Si−N、N−N結合量、Si−HX
N−HX結合量(水素含有量)、それらの比率、あるい
はそれらの複合的な要素が絡み合って決まるものであ
る。また、それら要素を調整する条件がガス流量や圧
力、温度、RFパワーであり、主に水素含有量を調整す
ることになる。
しも決定されるわけではなく、上記に挙げたような元素
同士の結合状態、量によっても変化する。したがって、
これらすべての要素を含めた何らかの物性を指標とする
ことにより膜を制御することが望ましい。
れ、すぐれた耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性
を有し、かつ低ストレスで信頼性の高い窒化シリコン固
体表面保護膜及びその製造方法とホール素子を提供する
ことを目的とする。
達成するための手段を以下のように構成している。
よって保護膜として形成する少なくとも2層以上の積層
した窒化シリコン膜において、前記固体表面に接する窒
化シリコン層と、前記保護膜の表面側の窒化シリコン層
がそれぞれ異なる特性を有するように形成されているこ
とを特徴とする。
性、イオンブロッキング性、膜内在ストレスの大きさで
あり、保護膜は、このような特性のなかで少なくとも2
つ以上の固体表面保護に関して有効となりうる特性を有
するSiN膜から形成されている。
耐薬品性と低ストレス等これまで単一の膜内では不可能
であった保護膜としての機能を両立させうるより信頼性
の高い表面保護膜を提供することが可能となる。
を変化させるため多層膜形成のように装置変更、原料切
り替え等が不要であり生産効率が向上する。
2の窒化シリコン層の積層構造により形成されているこ
とを特徴とする。
性、イオンブロッキング性を有するSiN層と内在スト
レスの小さいSiN層のことであり、例えば、内在スト
レスの小さいSiN層を第1のSiN層として固体表面
と接する側に、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング
性の高いSiN層を第2のSiN層として保護膜表層側
とすることにより、保護膜全体の割れ、欠けが抑制され
ると共に、第1のSiN層が固体表面と第2のSiN層
とのバッファー層として機能する。よって、保護膜全体
のストレスは緩和されて信頼性の高い保護膜が形成され
る。
ラズマ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる
特性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表
面と接する前記第1の窒化シリコン層の屈折率が1.6
0〜1.90の値に設定され、前記保護膜表面側の第2
の窒化シリコン層が屈折率が1.90〜2.20の値に
設定されたことを特徴とする。
N層の屈折率は1.60〜1.90であり、望ましくは
1.60〜1.80、さらに望ましくは1.60〜1.
70である。
ング性の高い第2のSiN層の屈折率は1.90〜2.
20であり、望ましくは1.95〜2.20であり、更
に望ましくは2.00〜2.20である。
り耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、か
つ低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
層のエッチングレートであり、前記第1の窒化シリコン
層のエッチングレートが、前記第2の窒化シリコン層の
エッチングレートよりも大きな値に設定されたことを特
徴とする。
N層のエッチングレートは800〜1500nm/mi
nであり、望ましくは1200〜1500nm/min
である。
ング性を有する第2のSiN層のエソチングレートはB
HFに対するエッチングレートが50〜500nm/m
inであり、望ましくは1200〜1500nm/mi
nである。
り耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、か
つ低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
が、3種の異なる特性を有する第1、第2、第3の窒化
シリコン層を積層することにより形成されていることを
特徴とする。
性、イオンブロッキング性を有するSiN層と内在スト
レスの小さいSiN層と前記2種のSiN層の中間的な
特性を有するSiN層のことであり、例えば、内在スト
レスの小さい第1のSiN層を固体表面と接する側に
し、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性の高い第
3のSiN層を保護膜表面側とし、中間的な特性を有す
る第2のSiN層を前記2層の中間層とすることによ
り、保護膜全体のストレスによる割れ、欠けが抑制され
ると共に、第1のSiN層が保護膜全体と固体表面との
間のバッファー層として機能し、更に中間層が、第3の
SiN層と第1のSiN層間のバッファー層として機能
する。
の間で発生するストレス差を中間層が緩和し、耐水性、
耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ低ストレ
スでより信頼性の高い表面保護膜が形成される。
ラズマ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる
特性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表
面と接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の
窒化シリコン層、前記保護膜表面側の第3の窒化シリコ
ン層が、それぞれ屈折率として、1.60〜1.90、
1.80〜2.00、1.90〜2.20の値に設定さ
れていることを特徴とする。
N層の屈折率は1.70〜1.90であり、望ましくは
1.70〜1.80、さらに望ましくは、1.60〜
1.70である。
の高い第3のSiN層の屈折率は1.90〜2.20で
あり、望ましくは1.95〜2.20であり、更に望ま
しくは、2.00〜2.20である。
層の屈折率は1.80〜2.00であり、望ましくは
1.85〜1.95である。
耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ
低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
層のエッチングレートであり、前記第1の窒化シリコン
層のエッチングレートは、前記第2の窒化シリコン層の
エッチングレートよりも大きな値を持ち、かつ前記第2
の窒化シリコン層のエッチングレートは、前記第3の窒
化シリコンのエッチングレートよりも大きな値を持つよ
うに形成されていることを特徴とする。
N層のエッチングレートは800〜1500nm/mi
nであり、望ましくは1200〜1500nm/min
である。
を有する第3のSiN層のエッチングレートはBHFに
対するエッチングレートが50〜500nm/minで
あり、望ましくは50〜100nm/minである。
層のエッチングレートは200〜1200nm/min
であり、望ましくは500〜800nm/minであ
る。
耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ
低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
ラズマ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる
特性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表
面と接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の
窒化シリコン層、前記保護膜表面側の第3の窒化シリコ
ン層はそれぞれ屈折率として、1.60〜1.90、
1.90〜2.20、1.60〜2.20の値に設定さ
れていることを特徴とする。
は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
SiN層と内在ストレスの小さい第1のSiN層と前記
2種のSiN層の中間的な特性を有するSiN層のこと
であり、例えば、内在ストレスの小さい第1のSiN層
を固体表面と接する側にし、耐水性、耐薬品性、イオン
ブロッキング性の高い第2のSiN層を中間層とし、前
記2種のSiN層の中間的な特性を有する第3のSiN
層を保護膜表面側とすることにより、保護膜全体のスト
レスによる割れ、欠けが抑制されると共に、第1のSi
N層が保護膜全体と固体表面との間のバッファー層とし
て機能し、更に、第2のSiN層が耐水性、耐薬品性、
イオンブロッキング性を有するため、固体表面の信頼性
が低下することはない。
脂などでモールドするが、本発明では、第3のSiN層
が樹脂と素子との間のバッファー層として機能しうるた
め、樹脂のストレスも緩和し、素子の信頼性はより向上
する。
〜1.90であり、望ましくは1.60〜1.80、さ
らに望ましくは1.60〜1.70であり、第2のSi
N層の屈折率は1.90〜2.20であり、望ましくは
1.95〜2.20であり更に望ましくは2.00〜
2.20であり、第3のSiN層の屈折率は1.80〜
2.00であり、望ましくは1.85〜1.95であ
る。
(N≧5)番目までの窒化シリコン層を積層することに
より形成されていることを特徴とする。
は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
SiN層と内在ストレスの小さいSiN層と2種のSi
N層の中間的な特性を有する多層のSiN層のことであ
り、例えば、内在ストレスの小さい第1のSiN層を固
体表面と接する側にし、耐水性、耐薬品性、イオンブロ
ッキング性の高い第N番目のSiN層を保護膜表面側と
し、中間的な特性を有するSiN層を段階的に特性を変
化させて形成することにより保護膜全体のストレスによ
る割れ、欠けが抑制されると共に、第1のSiN層が保
護膜全体と固体表面との間のバッファー層として機能
し、更に中間層は特性の異なるSiN層間のストレス差
を緩和し、第N番目のSiN層が耐水性、耐薬品性、イ
オンブロッキング性を有し、かつ低ストレスでより信頼
性の高い表面保護膜が形成される。
プラズマ−CVD法により連続的に形成され、前記異な
る特性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体
表面と接する第1窒化シリコン層から保護膜表面側とな
る第N番目の窒化シリコン層(N>5)のN個の層が積
層されており、かつ前記固体表面と接する第1の窒化シ
リコン層の屈折率がもっとも小さく1.60〜1.80
の範囲であり、前記保護膜表面側となる第N番目の窒化
シリコン層の屈折率が最も大きく1.90〜2.20の
値に設定され、2層〜N−1層となる窒化シリコン層は
1.90〜2.20の範囲で段階的に屈折率が大きな値
に設定されることを特徴とする。
N層の屈折率は1.60〜1.90であり、望ましくは
1.70〜1.80、さらに望ましくは、1.60〜
1.70である。
の高い第N番目のSiN層の屈折率は1.90〜2.2
0であり、望ましくは1.95〜2.20であり更に望
ましくは2.00〜2.20である。
1層は屈折率が1.60〜2.20の範囲で段階的に変
更され、第2層から第N−1層にかけて屈折率が徐々に
大きな値となっている。
ることにより耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性
を有し、かつ低ストレスでより信頼性の高い表面保護膜
が形成される。
リコン層のエッチングレートが最も大きく、前記保護膜
表面側となる第N番目の窒化シリコン層のエッチングレ
ートが最も小さく、2層〜N−1層の窒化シリコン層は
段階的にエッチングレートが小さくなるような特性を持
つ窒化シリコン層を積層することにより形成されている
ことを特徴とする。
N層のBHFに対するエッチングレートは800〜15
00nm/mimであり、望ましくは1200〜150
0nm/minである。
ング性を有する第N番目のSiN層のエッチングレート
はBHFに対するエッチングレートが50〜500nm
/minであり、望ましくは50〜100nm/min
である。
エッチングレートが200〜1200nm/minの範
囲で段階的に変更され、第2層から第N−1層にかけて
エッチングレートが徐々に小さな値となる。
ることにより耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性
を有し、かつ低ストレスでより信頼性の高い表面保護膜
が形成される。
プラズマ−CVD法により連続的に形成され、第1番目
の窒化シリコン層及び第N番目の窒化シリコン層は屈折
率が1.60〜1.90であり、かつ第2層〜N−1層
のうち少なくとも1つの窒化シリコン層が屈折率として
1.90〜2.20の値に設定されていることを特徴と
する。
は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
SiN層と内在ストレスの小さいSiN層と前記2種の
SiN層の中間的な特性を有するSiN層のことであ
り、例えば、内在ストレスの小さいSiN層を第1のS
iN層とし、中間的な特性を有する第N番目のSiN層
を保護膜表面側とし、第2〜第N−1層の内少なくとも
1つの層を耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を
有するSiN層とすることにより、保護膜全体のストレ
スによる割れ、欠けが抑制されると共に、第1のSiN
層が保護膜全体と固体表面との間のバッファー層として
機能し、第2〜第N−1層の中少なくとも1つのSiN
層が耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
ため固体表面の信頼性が低下することはない。
脂などでモールドするが、本発明では、第3のSiN層
が樹脂と素子との間のバッファー層として機能しうるた
め、樹脂のストレスも緩和し、素子の信頼性はより向上
する。
〜1.90であり、望ましくは1.60〜1.80、さ
らに望ましくは1.60〜1.70であり、第2〜第N
−1層の中少なくとも1つのSiN層は屈折率が1.9
0〜2.20であり投階的に屈折率の異なるSiN層の
多層構造となっており、屈折率の最も高いSiN層の屈
折率は望ましくは1.95〜2.20であり、更に望ま
しくは2.00〜2.20であり、第N番目のSiN層
の屈折率は1.80〜2.00であり、望ましくは1.
85〜1.95である。
スであるSiH4 、N2 、NH3 の流量比を段階的に変
化させて特性の異なる窒化シリコン膜を積層することに
より、請求項1ないし12のいずれかに記載の窒化シリ
コン固体表面保護膜を製造することを特徴とする。
ガスにSiH4 、NH3 、キャリアガスとしてN2 を使
用し、前記3種のガスの総流量を一定とし、一定圧力、
一定温度下においてSiH4 とNH3 の流量比を段階的
に変更することにより異なる特性を有するSiN層を積
層する。ただし、一定圧力とは400〜600mTor
rであり、一定温度とは240〜260℃の値である。
iH4 を1.5〜20まで段階的に変更することによ
り、異なる特性を有するSiN層を形成することが可能
であり、例えば、初期条件としてガス流量比NH3 /S
iH4 を20とし、流量比を1.5まで経時的かつ段階
的に減少させれば固体表面上に内在ストレスの小さいS
iN層が形成され、保護膜表面のSiN層は、耐水性、
耐薬品性、イオンブロッキング性の高いSiN層が形成
される。また、流量比を減少させるだけでなく、一旦減
少させた後、再び増加させることも可能である。
体表面保護膜は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキン
グ性を有し、かつ低ストレスで信頼性の高い保護膜が形
成される。
スであるSiH4 、N2 、NH3 の流量比を連続的に変
化させて特性の異なる窒化シリコン膜を積層することに
より、請求項1ないし12のいずれかに記載の窒化シリ
コン固体表面保護膜を製造することを特徴とする。
ガスにSiH4 、NH3 、キャリアガスとしてN2 を使
用し、前記3種のガスの総流量を一定とし、一定圧力、
一定温度下において、SiH4 とNH3 の流量比を連続
的に変更することにより、異なる特性を有するSiN層
を積層することを特徴としている。ただし、一定圧力と
は400〜600mTorrであり、一定温度とは24
0〜260℃の値である。
/SiH4 を1.5〜20まで段階的に変更することに
より異なる特性を有するSiN層を形成することが可能
であり、例えば、初期条件として、ガス流量比NH3 /
SiH4 を20とし、流量比を1.5まで経時的に減少
させれば、固体表面上に内在ストレスの小さいSiN層
が形成され、保護膜表面のSiN層は耐水性、耐薬品
性、イオンブロッキング性の高いSiN層が形成され
る。また、流量比を減少せるだけでなく、一旦減少させ
た後、再び増加させることも可能である。
体表面保護膜は保護膜内のストレスが連続的に変化して
いるためSiN層同士の持つストレスの差が限りなく小
さくなり、結果的に耐水性、耐薬品性、イオンブロッキ
ング性を有し、かつ膜全体が低ストレスで信頼性の高い
保護膜が形成される。
の窒化シリコン固体表面保護膜、あるいは、請求項14
または15に記載の製造方法で製造された窒化シリコン
固体表面保護膜で表面を覆われたことを特徴とする。
品性、イオンブロッキング性を有しかつ低ストレスで信
頼性の高い窒化シリコン固体表面保護膜を有するホール
素子を提供することができる。
固体表面保護膜を、以下のような構成としてもよい。
から前記保護膜表面側の窒化シリコン層までの特性が連
続的に異なっており、かつ窒化シリコン層の単一膜によ
り形成されてもよい。
は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
SiN層と内在ストレスの小さいSiN層と前記2種の
SiN層の中間的な特性を有するSiN層のことであ
り、例えば、内在ストレスの小さいSiN層を固体表面
と接する側にし、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキン
グ性の高いSiN層を保護膜表面側とし、中間的な特性
を有するSiN層を連続的に特性を変化させて形成する
ことにより、保護膜全体のストレスによる割れ、欠けが
抑制されると共に、低ストレスのSiN層が保護膜全体
と固体表面との問のバッファー層として機能し、更に中
間層は特性の異なるSiN層間のストレス差を緩和し、
保護膜表面のSiN層が、耐水性、耐薬品性、イオンブ
ロッキング性を有するため、より信頼性の高い表面保護
膜が形成される。
いるため異なる特性の多層構造とするよりもSiN層間
のストレス差がより小さくなり保護膜の信頼性は多層構
造とした場合よりも信頼性が向上する。
ン層の屈折率であり、かつ前記固体表面に接する側の窒
化シリコン層は小さな屈折率1.60〜1.90に設定
され、前記保護膜表面側の窒化シリコン層は大きな屈折
率1.90〜2.20に設定されてもよい。
スの小さいSiN層の屈折率は1.60〜1.90であ
り、望ましくは1.70〜1.80、さらに望ましく
は、1.60〜1.70である。
の高い保護膜表面のSiN層の屈折率は1.90〜2.
20であり、望ましくは1.95〜2.20であり、更
に望ましくは2.00〜2.20である。
折率は1.60〜2.20の範囲で連続的に変更され、
固体表面と接する側から保護膜表面にかけて屈折率が大
きな値を持つようにSiN層が形成されている。
層を積層することにより耐水性、耐薬品性、イオンブロ
ッキング性を有し、かつ低ストレスでより信頼性の高い
表面保護膜が形成されると共に、異なる特性の多層構造
とするよりもSiN層間のストレス差がより小さくな
り、保護膜の信頼性は多層構造とした場合よりも向上す
る。
ン層のエッチングレートであり、かつ前記固体表面に接
する側の窒化シリコン層は大きなエッチングレートを持
ち、前記保護膜表面側の窒化シリコン層は、小さなエッ
チングレートを持つように形成されてもよい。
小さいSiN層のBHFに対するエッチングレートは8
00〜1500nm/minであり、望ましくは120
0〜1500nm/minである。
を有する保護膜表面のSiN層のエッチングレートはB
HFに対するエッチングレートが50〜500nm/m
inであり、望ましくは50〜100nm/minであ
る。
ッチングレートは200〜1200nm/minで連続
的に変更され、固体表面と接する側から保護膜表面にか
けてエッチングレートが小さな値を持つように形成され
ている。
なるSiN層を積層することにより耐水性、耐薬品性、
イオンブロッキング性を有し、かつ、低ストレスでより
信頼性の高い表面保護膜が形成されると共に、異なる特
性の多層構造とするよりもSiN層間のストレス差がよ
り小さくなり保護膜の信頼性は多層構造とした場合より
も向上する。
ン層の屈折率であり、かつ前記固体表面に接する側の窒
化シリコン層及び前記保護膜表面側の窒化シリコン層は
小さな屈折率1.60〜1.90に設定され、それらの
中間層部分に大きな屈折率1.90〜2.20を持つ窒
化シリコン層が形成されてもよい。
は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
SiN層と、内在ストレスの小さいSiN層と、前記2
種のSiN層の中間的な特性を有するSiN層のことで
あり、例えば、内在ストレスの小さいSiN層固体表面
と接するSiN層とし、中間的な特性を有するSiN層
を保護膜表面側とし、前記2種のSiN層の中間層とし
て少なくとも1領域を耐水性、耐薬品性、イオンブロッ
キング性を有するSiN層(領域)とすることにより、
保護膜全体のストレスによる割れ、欠けが抑制されると
共に、固体表面と接するSiN層が保護膜全体と固体表
面との間のバッファー層として機能し、中間子層(領
域)の中少なくとも1つのSiN層が耐水性、耐薬品
性、イオンブロッキング性を有するため、固体表面の信
頼性が低下することはない。
脂などでモールドするが、本発明では、保護膜表面のS
iN層が樹脂と素子との間のバッファー層として機能し
うるため、素子の信頼性はより向上する。
(領域)の屈折率は1.60〜1.90であり、望まし
ては1.60〜1.80、さらに望ましくは1.60〜
1.70であり、中間層となるSiN層の中少なくとも
1つのSiN層は屈折率が1.90〜2.20であり連
続的に屈折率の異なるSiN層の多層構造となってお
り、屈折率の最も高いSiN層の屈折率は望ましくは
1.95〜2.20であり、更に望ましくは2.00〜
2.20であり、保護膜表面SiN層の屈折率は1.8
0〜2.00であり、望ましくは1.85〜1.95で
ある。
ン固体表面保護膜を半導体素子であるGaAsホール素
子に適用した実施形態について説明する。
示し、図2(A)〜(F)に保護膜形成前までのホール
素子作成プロセスの概略を示す。これらの図において、
先ず、半絶縁性GaAs基板(a)全面に30nm程度
の厚みのSiN膜あるいはSiO2 膜からなる保護膜1
(b)を形成し(図2(A)参照)、感光性レジストを
使用してパターンニングし、弗化水素酸等の薬品を使用
して活性層(c)となるべき領域の保護膜1(b)を十
字型に除去する(図2(B)参照)。
行うと、保護膜1(b)に保護された領域はGaAs基
板(a)にSiイオンが到達せず、GaAs基板(a)
表面の活性層(c)となる領域にのみSiが注入され
る。イオン注入後、保護膜1(b)を除去し、再び50
0nm程度の厚みのSiN膜あるいはSiO2 膜(保護
膜2)(b’)を形成し(図2(C)参照)、ウェハを
85O℃で約20分間アニールする。アニールによっ
て、注入されたSi原子がGaAs結晶中のGaサイト
に入り、活性層(c)はn型の導電性を有することにな
る。
ニングすることで、十字型活性層の4つの端(足)部分
の保護膜2(b’)を除去し、電極(e)形成用の窓を
あける(図2(D)参照)。その後、ウェハ全面に電極
(e)を形成する金属材料を蒸着あるいはスパッタ法に
より形成し(図2(E)参照)、感光性レジストにより
パターンニング、エッチングすることで先に保護膜2
(b’)上にあけた窓部分以外の金属を除去する。
(e)を形成している金属とGaAsをアロイして電極
とSiイオン注入されたGaAs基板(a)の導電性を
確保する。以上のプロセスを経て図1に示したホール素
子用ウェハが完成する。ただし、保護膜2(b’)は除
去してもよい。
(f)(g)(h)(図2(F)参照)の形成方法につ
いて説明する。上記の図1に示すホール素子用ウェハを
プラズマ−CVD装置反応室内に搬送し、ウェハを25
0℃に加熱しながら反応室内を1xl0-16 Torr以
上の真空となるよう排気する。真空排気後、反応室内に
N2 ガス、SiH4 ガス、NH 3 ガスを導入し、反応室
内の圧力が500mTorrとなるようメカニカルブー
スターポンプ等で調整する。
件1に示す流量比となるようマスフローコントローラー
により調整される。ガス流量(反応室内圧力)が安定し
た後、速やかにRFを印加して反応室内で導入ガスをプ
ラズマとする。このときのRFパワーは100Wであ
る。
にSiN膜(f)をたとえば200nmの厚みに形成し
た後、引き続きそれぞれの導入ガス流量比を条件2へと
変更してSiN膜(g)を形成する。さらに、ガス流量
比条件2にてたとえば200nm厚程度のSiN膜を形
成後、ガス流量比条件3へと変更する。
m厚程度のSiN膜(h)を形成した後、RFパワー、
それぞれのガス導入を停止してSiN膜形成を終了する
(図2(F)参照)。上記のSiN膜形成中のウェハ温
度、RFパワー、反応室内真空度は一定であり、ガスの
流量比のみが変更される。
したが、ガス流量比の条件をより細かく設定すれば上記
と同様の方法により多層のSiN膜の形成が可能であ
り、また、流量比条件を連続的に変化させることによ
り、完全な単一層で異なる特性を持つSiN膜を形成す
ることも可能である。
れぞれのSiN膜は屈折率が1.75、1.80、1.
95であり、BHFに対するそれぞれのSiN膜のエッ
チングレートは1300、650、90nm/minと
なる。
りウェハを搬出し、外部配線とコンタクトを取るための
ウェハの電極(e)上に形成されたSiN膜を除去すれ
ば、ホール素子が完成する(図3(A)(B)参照)。
効果を奏する。請求項1によれば、固体表面に接する窒
化シリコン層と、保護膜の表面側の窒化シリコン層がそ
れぞれ異なる特性を有するように形成されているので、
耐水性と低ストレス、耐薬品性と低ストレス等これまで
単一の膜内では不可能であった保護膜としての機能を両
立させうるより信頼性の高い表面保護膜を提供すること
が可能となる。また、SiNと言う同一の化合物内で特
性を変化させるため多層膜形成のように装置変更、原料
切り替え等が不要となり生産効率が向上する。
する第1,第2の窒化シリコン層の積層構造により形成
されているので、例えば、内在ストレスの小さいSiN
層を第1のSiN層として固体表面と接する側に、耐水
性、耐薬品性、イオンブロッキング性の高いSiN層を
第2のSiN層として保護膜表層側とすることにより、
保護膜全体の割れ、欠けが抑制されると共に、第1のS
iN層が固体表面と第2のSiN層とのバッファー層と
して機能する。よって、保護膜全体のストレスは緩和さ
れて信頼性の高い保護膜が形成される。
ン層がプラズマ−CVD法により連続的に形成され、異
なる特性が窒化シリコン層の屈折率であり、固体表面と
接する第1の窒化シリコン層の屈折率が1.60〜1.
90の値に設定され、保護膜表面側の第2の窒化シリコ
ン層が屈折率が1.90〜2.20の値に設定されるの
で、これら2種のSiN層を積層することにより耐水
性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ低ス
トレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
コン層のエッチングレートであり、第1の窒化シリコン
層のエッチングレートが、第2の窒化シリコン層のエッ
チングレートよりも大きな値に設定されるので、これら
2種のSiN層を積層することにより耐水性、耐薬品
性、イオンブロッキング性を有し、かつ低ストレスで信
頼性の高い保護膜が形成される。
る保護膜が、3種の異なる特性を有する第1、第2、第
3の窒化シリコン層を積層することにより形成されてい
るので、例えば、内在ストレスの小さい第1のSiN層
を固体表面と接する側にし、耐水性、耐薬品性、イオン
ブロッキング性の高い第3のSiN層を保護膜表面側と
し、中間的な特性を有する第2のSiN層を2層の中間
層とすることにより、保護膜全体のストレスによる割
れ、欠けが抑制されると共に、第1のSiN層が保護膜
全体と固体表面との間のバッファー層として機能し、更
に中間層が、第3のSiN層と第1のSiN層間のバッ
ファー層として機能する。よって、第1のSiN層と第
3のSiN層の間で発生するストレス差を中間層が緩和
し、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、
かつ低ストレスでより信頼性の高い表面保護膜が形成さ
れる。
ン層はプラズマ−CVD法により連続的に形成され、異
なる特性が窒化シリコン層の屈折率であり、固体表面と
接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の窒化
シリコン層、保護膜表面側の第3の窒化シリコン層が、
それぞれ屈折率として、1.60〜1.90、1.80
〜2.00、1.90〜2.20の値に設定されている
ので、これら3種のSiN層を積層することにより耐水
性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ低ス
トレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
コン層のエッチングレートであり、第1の窒化シリコン
層のエッチングレートは、第2の窒化シリコン層のエッ
チングレートよりも大きな値を持ち、かつ第2の窒化シ
リコン層のエッチングレートは、第3の窒化シリコンの
エッチングレートよりも大きな値を持つように形成され
ているので、これら3種のSiN層を積層することによ
り耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、か
つ低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成される。
ン層はプラズマ−CVD法により連続的に形成され、異
なる特性が窒化シリコン層の屈折率であり、固体表面と
接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の窒化
シリコン層、保護膜表面側の第3の窒化シリコン層はそ
れぞれ屈折率として、1.60〜1.90、1.90〜
2.20、1.60〜2.20の値に設定されているの
で、例えば、内在ストレスの小さい第1のSiN層を固
体表面と接する側にし、耐水性、耐薬品性、イオンブロ
ッキング性の高い第2のSiN層を中間層とし、前記2
種のSiN層の中間的な特性を有する第3のSiN層を
保護膜表面側とすることにより、保護膜全体のストレス
による割れ、欠けが抑制されると共に、第1のSiN層
が保護膜全体と固体表面との間のバッファー層として機
能し、更に、第2のSiN層が耐水性、耐薬品性、イオ
ンブロッキング性を有するため、固体表面の信頼性が低
下することはない。
体を樹脂などでモールドするが、本発明では、第3のS
iN層が樹脂と素子との間のバッファー層として機能し
うるため、樹脂のストレスも緩和し、素子の信頼性はよ
り向上する。
る第1〜第N(N≧5)番目までの窒化シリコン層を積
層することにより形成されているので、例えば、内在ス
トレスの小さい第1のSiN層を固体表面と接する側に
し、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性の高い第
N番目のSiN層を保護膜表面側とし、中間的な特性を
有するSiN層を段階的に特性を変化させて形成するこ
とにより保護膜全体のストレスによる割れ、欠けが抑制
されると共に、第1のSiN層が保護膜全体と固体表面
との間のバッファー層として機能し、更に中間層は特性
の異なるSiN層間のストレス差を緩和し、第N番目の
SiN層が耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を
有し、かつ低ストレスでより信頼性の高い表面保護膜が
形成される。
コン膜はプラズマ−CVD法により連続的に形成され、
異なる特性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、固体
表面と接する第1窒化シリコン層から保護膜表面側とな
る第N番目の窒化シリコン層(N>5)のN個の層が積
層されており、かつ固体表面と接する第1の窒化シリコ
ン層の屈折率がもっとも小さく1.60〜1.80の範
囲であり、保護膜表面側となる第N番目の窒化シリコン
層の屈折率が最も大きく1.90〜2.20の値に設定
され、2層〜N−1層となる窒化シリコン層は1.90
〜2.20の範囲で段階的に屈折率が大きな値に設定さ
れるので、N層の多層SiN層を積層させることにより
耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有し、かつ
低ストレスでより信頼性の高い表面保護膜が形成され
る。
1窒化シリコン層のエッチングレートが最も大きく、保
護膜表面側となる第N番目の窒化シリコン層のエッチン
グレートが最も小さく、2層〜N−1層の窒化シリコン
層は段階的にエッチングレートが小さくなるような特性
を持つ窒化シリコン層を積層するので、N層の多層Si
N層を積層させることにより耐水性、耐薬品性、イオン
ブロッキング性を有し、かつ低ストレスでより信頼性の
高い表面保護膜が形成される。
コン層はプラズマ−CVD法により連続的に形成され、
第1番目の窒化シリコン層及び第N番目の窒化シリコン
層は屈折率が1.60〜1.90であり、かつ第2層〜
N−1層のうち少なくとも1つの窒化シリコン層が屈折
率として1.90〜2.20の値に設定されているの
で、例えば、内在ストレスの小さいSiN層を第1のS
iN層とし、中間的な特性を有する第N番目のSiN層
を保護膜表面側とし、第2〜第N−1層の内少なくとも
1つの層を耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を
有するSiN層とすることにより、保護膜全体のストレ
スによる割れ、欠けが抑制されると共に、第1のSiN
層が保護膜全体と固体表面との間のバッファー層として
機能し、第2〜第N−1層の中少なくとも1つのSiN
層が耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性を有する
ため固体表面の信頼性が低下することはない。
体を樹脂などでモールドするが、本発明では、第3のS
iN層が樹脂と素子との間のバッファー層として機能し
うるため、樹脂のストレスも緩和し、素子の信頼性はよ
り向上する。
により原料ガスであるSiH4 、N 2 、NH3 の流量比
を段階的に変化させて特性の異なる窒化シリコン膜を積
層することにより、請求項1ないし16のいずれかに記
載の窒化シリコン固体表面保護膜を製造するので、ガス
流量比NH3 /SiH4 を1.5〜20まで段階的に変
更することにより、異なる特性を有するSiN層を形成
することが可能であり、例えば、初期条件としてガス流
量比NH3 /SiH4 を20とし、流量比を1.5まで
経時的かつ段階的に減少させれば固体表面上に内在スト
レスの小さいSiN層が形成され、保護膜表面のSiN
層は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング性の高い
SiN層が形成される。また、流量比を減少させるだけ
でなく、一旦減少させた後、再び増加させることも可能
である。
表面保護膜は、耐水性、耐薬品性、イオンブロッキング
性を有し、かつ低ストレスで信頼性の高い保護膜が形成
される。
により原料ガスであるSiH4 、N 2 、NH3 の流量比
を連続的に変化させて特性の異なる窒化シリコン膜を積
層することにより、請求項13ないし17のいずれかに
記載の窒化シリコン固体表面保護膜を製造するので、ガ
ス流量比NH3 /SiH4 を1.5〜20まで段階的に
変更することにより異なる特性を有するSiN層を形成
することが可能であり、例えば、初期条件として、ガス
流量比NH3 /SiH4 を20とし、流量比を1.5ま
で経時的に減少させれば、固体表面上に内在ストレスの
小さいSiN層が形成され、保護膜表面のSiN層は耐
水性、耐薬品性、イオンブロッキング性の高いSiN層
が形成される。また、流量比を減少せるだけでなく、一
旦減少させた後、再び増加させることも可能である。
表面保護膜は保護膜内のストレスが連続的に変化してい
るためSiN層同士の持つストレスの差が限りなく小さ
くなり、結果的に耐水性、耐薬品性、イオンブロッキン
グ性を有し、かつ膜全体が低ストレスで信頼性の高い保
護膜が形成される。
薬品性、イオンブロッキング性を有しかつ低ストレスで
信頼性の高い窒化シリコン固体表面保護膜を有するホー
ル素子を提供することができる。
面保護膜形成前のホール素子の概形を示す平面図であ
る。
である。
素子の概形を示す平面図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 固体表面上にプラズマ−CVD法によっ
て保護膜として形成する少なくとも2層以上の積層した
窒化シリコン膜において、前記固体表面に接する窒化シ
リコン層と、前記保護膜の表面側の窒化シリコン層がそ
れぞれ異なる特性を有するように形成されていることを
特徴とする窒化シリコン固体表面保護膜。 - 【請求項2】 2種の異なる特性を有する第1,第2の
窒化シリコン層の積層構造により形成されていることを
特徴とする請求項1に記載の窒化シリコン固体表面保護
膜。 - 【請求項3】 それぞれの前記窒化シリコン層がプラズ
マ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる特性
が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表面と
接する前記第1の窒化シリコン層の屈折率が1.60〜
1.90の値に設定され、前記保護膜表面側の第2の窒
化シリコン層が屈折率が1.90〜2.20の値に設定
されたことを特徴とする請求項2に記載の窒化シリコン
固体表面保護膜。 - 【請求項4】 前記異なる特性が前記窒化シリコン層の
エッチングレートであり、前記第1の窒化シリコン層の
エッチングレートが、前記第2の窒化シリコン層のエッ
チングレートよりも大きな値に設定されたことを特徴と
する請求項2に記載の窒化シリコン個体表面保護膜。 - 【請求項5】 前記固体表面上に形成される保護膜が、
3種の異なる特性を有する第1、第2、第3の窒化シリ
コン層を積層することにより形成されていることを特徴
とする請求項1に記載の窒化シリコン固体表面保護膜。 - 【請求項6】 それぞれの前記窒化シリコン層はプラズ
マ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる特性
が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表面と
接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の窒化
シリコン層、前記保護膜表面側の第3の窒化シリコン層
が、それぞれ屈折率として、1.60〜1.90、1.
80〜2.00、1.90〜2.20の値に設定されて
いることを特徴とする請求項5に記載の窒化シリコン固
体表面保護膜。 - 【請求項7】 前記異なる特性が前記窒化シリコン層の
エッチングレートであり、前記第1の窒化シリコン層の
エッチングレートは、前記第2の窒化シリコン層のエッ
チングレートよりも大きな値を持ち、かつ前記第2の窒
化シリコン層のエッチングレートは、前記第3の窒化シ
リコンのエッチングレートよりも大きな値を持つように
形成されていることを特徴とする請求項5に記載の窒化
シリコン固体表面保護膜。 - 【請求項8】 それぞれの前記窒化シリコン層はプラズ
マ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる特性
が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表面と
接する第1の窒化シリコン層、中間層となる第2の窒化
シリコン層、前記保護膜表面側の第3の窒化シリコン層
はそれぞれ屈折率として、1.60〜1.90、1.9
0〜2.20、1.60〜2.20の値に設定されてい
ることを特徴とする請求項5に記載の窒化シリコン固体
表面保護膜。 - 【請求項9】 5種以上の特性の異なる第1〜第N(N
≧5)番目までの窒化シリコン層を積層することにより
形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化
シリコン固体表面保護膜。 - 【請求項10】 それぞれの前記窒化シリコン膜はプラ
ズマ−CVD法により連続的に形成され、前記異なる特
性が前記窒化シリコン層の屈折率であり、前記固体表面
と接する第1窒化シリコン層から保護膜表面側となる第
N番目の窒化シリコン層(N>5)のN個の層が積層さ
れており、かつ前記固体表面と接する第1の窒化シリコ
ン層の屈折率がもっとも小さく1.60〜1.80の範
囲であり、前記保護膜表面側となる第N番目の窒化シリ
コン層の屈折率が最も大きく1.90〜2.20の値に
設定され、2層〜N−1層となる窒化シリコン層は1.
90〜2.20の範囲で段階的に屈折率が大きな値に設
定されることを特徴とする請求項9に記載の窒化シリコ
ン固体表面保護膜。 - 【請求項11】 前記固体表面と接する第1窒化シリコ
ン層のエッチングレートが最も大きく、前記保護膜表面
側となる第N番目の窒化シリコン層のエッチングレート
が最も小さく、2層〜N−1層の窒化シリコン層は段階
的にエッチングレートが小さくなるような特性を持つ窒
化シリコン層を積層することにより形成されていること
を特徴とする請求項9に記載の窒化シリコン固体表面保
護膜。 - 【請求項12】 それぞれの前記窒化シリコン層はプラ
ズマ−CVD法により連続的に形成され、第1番目の窒
化シリコン層及び第N番目の窒化シリコン層は屈折率が
1.60〜1.90であり、かつ第2層〜N−1層のう
ち少なくとも1つの窒化シリコン層が屈折率として1.
90〜2.20の値に設定されていることを特徴とする
請求項9に記載の窒化シリコン固体表面保護膜。 - 【請求項13】 プラズマ−CVD法により原料ガスで
あるSiH4 、N2 、NH3 の流量比を段階的に変化さ
せて特性の異なる窒化シリコン膜を積層することによ
り、請求項1ないし12のいずれかに記載の窒化シリコ
ン固体表面保護膜を製造することを特徴とする窒化シリ
コン固体表面保護膜の製造方法。 - 【請求項14】 プラズマ−CVD法により原料ガスで
あるSiH4 、N2 、NH3 の流量比を連続的に変化さ
せて特性の異なる窒化シリコン膜を積層することによ
り、請求項1ないし12のいずれかに記載の窒化シリコ
ン固体表面保護膜を製造することを特徴とする窒化シリ
コン固体表面保護膜の製造方法。 - 【請求項15】 請求項1〜12のいずれかに記載の窒
化シリコン固体表面保護膜、あるいは、請求項14また
は15に記載の製造方法で製造された窒化シリコン固体
表面保護膜で表面を覆われたことを特徴とするホール素
子。
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