JP2974003B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
横型の高耐圧デバイスと制御用ICとを同一のシリコン
チップに集積化した半導体装置において、その耐圧構造
領域に形成される保護膜に関する。
圧デバイスを制御するための専用ICで、通常はこの制
御用ICと高耐圧デバイスとは外部接続する方法がとら
れているが、この制御用ICと高耐圧デバイスをシリコ
ンチップに集積することができれば、部品点数の削減、
電源システムの簡素化が実現できる。
リコンチップに集積するためには、スイッチング時に発
生するノイズで制御用ICが誤動作するのを防ぐ必要が
ある。そのために、高耐圧デバイスを横型構造として、
電極を全て半導体基板の一方の表面から取り出し、半導
体基板の他方の表面を接地して、半導体基板内に集積さ
れる高耐圧デバイスと制御用ICの共通の接地とする必
要がある。しかし、この横型構造では、半導体基板上に
形成された電極間に、つまり、半導体基板の横方向に高
電圧が印加されるために、半導体基板表面に異物等の付
着物があると、局部的な電界集中が発生し、耐圧低下を
招くなど、このような半導体装置では半導体基板の表面
状態が極めて重要になる。
気的に安定化させ、電界集中を防止する目的で導電性保
護膜である屈折率2.8以上のシリコン窒化膜が通常用
いられている。
スでは図6に示すようにこのシリコン窒化膜12の表面
には不要な薄いシリコン酸化膜11が形成され、この不
要の薄いシリコン酸化膜11とシリコン窒化膜12との
界面に電荷が蓄積する。そのためシリコン窒化膜12の
抵抗値が不均一となり、電界集中が発生して、半導体装
置の耐圧が低下する不具合を生じる。
ッケージングした後、高温高湿雰囲気で動作させると、
図7のようにシリコン窒化膜12の表面に局部酸化膜1
3が形成されて、耐圧が低下するという不具合を生じ
る。これは、導電性保護膜であるシリコン窒化膜12は
通常の絶縁性保護膜と比べて親水性であり、酸化し易い
性質があるためで、その化学反応(semiconductor worl
d 1984,12 p168参照のこと) は図8のようになる。
て、耐圧低下を招かない半導体装置およびその製造方法
を提供することにある。
めに、横型の高耐圧半導体装置の同一表面上の主電極間
上に形成される耐圧構造領域で、シリコン基板上にシリ
コン酸化膜を介して導電性保護膜である第1シリコン窒
化膜が形成され、表面に酸化膜のない状態の前記第1シ
リコン窒化膜上に屈折率2.2以下の第2シリコン窒化
膜が形成される構成とする。
酸化を防止し、半導体装置の耐圧低下を防止する。前記
横型の高耐圧半導体装置の同一表面上の主電極間上に形
成される耐圧構造領域で、シリコン基板上にシリコン酸
化膜を介して導電性保護膜である第1シリコン窒化膜が
形成される工程と、前記第1シリコン窒化膜上に形成さ
れるシリコン酸化膜を除去する工程とを含む工程とす
る。
面に形成される酸化膜を除去して、第1シリコン窒化膜
表面の酸化を防止する。前記のシリコン酸化膜を除去す
る工程の後に、第1シリコン窒化膜表面をヘキサメチル
ジシラザン処理を行なうとよい。こうすることで、第1
シリコン窒化膜上に水分が付着することを確実に防止す
る。前記第1シリコン窒化膜は屈折率2.8以上でよ
い。さらに前記シリコン窒化膜は屈折率2.8以上で
3.3以下が好ましい。
部断面図である。同図は、500V以上の横型の高耐圧
デバイスと制御用ICとをシリコンチップに集積されて
いる半導体装置で、その中の横型の高耐圧デバイス部の
要部断面図である。p基板1上にnウエル領域2を形成
し、nウエル領域2の表面層にpベース領域3とpオフ
セット領域4と、このpオフセット領域4と離してn+
領域5とを形成する。ここではこれらを含めてシリコン
基板30とする。pオフセット領域4上を含むシリコン
基板30上に選択的にシリコン酸化膜8を形成し、pベ
ース領域3上およびn+領域5上にソース電極6および
ドレイン電極7を形成する。
保護膜である屈折率2.8以上の第1シリコン窒化膜9
を形成し、その上に絶縁性保護膜である屈折率2.2以
下の第2シリコン窒化膜10を形成する。この屈折率の
異なる第1、第2シリコン窒化膜9、10はシラン(S
iH4 )ガスとアンモニア(NH4 )ガスの流量比を変
えて得られる。膜厚は共に1μmとする。同図ではこれ
らのシリコン窒化膜9、10はソース電極6とドレイン
電極7上にも被覆している。またソース電極6とドレイ
ン電極7は図示されていない箇所でボンディングパッド
と接続する。またゲート構造部はここでは省略されてい
る。さらに、シリコンチップに集積される制御用ICも
省略されている。
ン窒化膜10は、導電性保護膜である第1シリコン窒化
膜9より屈折率が小さいため、水分等により酸化するこ
とを防止する保護膜として働く。またシリコン窒化膜の
屈折率が高くなると、シリコン成分が多くなり導電性が
高まる。そのため、導電性保護膜である第1シリコン窒
化膜9の屈折率は、2.8以上で3.5以下が好まし
い。また、絶縁性保護膜である第2シリコン窒化膜10
の屈折率は、2.2以下で1.8以上が好ましい。
よび抵抗率と屈折率の関係を示し、同図(a)はシリコ
ン濃度と屈折率の関係、同図(b)は抵抗率と屈折率の
関係を示す。図2において、シリコン濃度が高くなる
と、屈折率も高くなり、また屈折率が高くなると、抵抗
率は低くなる。同図よりシリコン濃度を61at%程度と
すると、屈折率が2程度となり、屈折率が2程度の場合
は抵抗率は1014Ω・cmの桁となり、シリコン窒化膜
は絶縁膜として機能する。一方、シリコン濃度を77at
%程度とすると、屈折率が3程度となり、屈折率が3程
度の場合は抵抗率は10 10Ω・cmの桁となり、シリコ
ン窒化膜は導電性膜として機能する。このことから、導
電性保護膜である第1シリコン窒化膜9の屈折率を2.
8以上とし、絶縁性保護膜である第2シリコン窒化膜1
0の屈折率を2.2以下とした。
コン窒化膜上の不要なシリコン酸化膜を除去する製造工
程である。図1のように半導体基板内に各領域が形成さ
れ、その後で、シリコン酸化膜8、ソース電極6および
ドレイン電極7が形成される(同図(a))。つぎに屈
折率2.8の第1シリコン窒化膜9をシラン(Si
H 4 )ガスとアンモニア(NH3 )を流して、膜厚1μ
mに形成する(同図(b))。つぎにフォトレジストを
塗布した後、ボンディングパッド部を開口するために、
このフォトレジストを酸素プラズマ雰囲気でアッシング
(灰化)処理を行う。このときに、不要の薄いシリコン
酸化膜11が第1シリコン窒化膜9上に形成される(同
図(c))。つぎにこの不要のシリコン酸化膜11をフ
ッ酸(HF)と水(H2 O)の比が1:20の希釈液に
30秒間浸漬して、除去する(同図(d))。こうする
と第1シリコン窒化膜9上には不要な薄いシリコン酸化
膜11が付着することがなく、耐圧の低下は起こらな
い。勿論、図1の場合でも第2シリコン窒化膜10上に
不要のシリコン酸化膜11が形成される場合、第2実施
例の工程でこの不要の薄いシリコン窒化膜11を除去し
てもよい。
程の後に、ヘキサメチルジシラザン処理を行った場合の
化学反応である。この工程の説明をすると、図3の工程
の後、150℃、20分間のベーキング処理を行い、表
面に付着した水分を蒸発させ、バブリング(発泡化)さ
れたヘキサメチルジシラザン((CH3)3 SiNHSi
(CH3)3 )の気相雰囲気に15分間さらして、窒素で
1分間置換する。
応では、第1シリコン窒化膜の表面のOH基がOSi
(CH3)3 基に変わる。このヘキサメチルジシラザン処
理効果により、第1シリコン窒化膜の表面はOH基を有
する親水性の膜からOSi(CH3)3 基を有する疎水性
の膜に変わり、水分の付着が防止される。図5はソース
電極とドレイン電極間に700V印加した場合の電位分
布図を示す。酸化されていない導電性保護膜である屈折
率2.8の第1シリコン窒化膜9が被覆され、不要な薄
いシリコン酸化膜が付いていない横型の高耐圧デバイス
において、700Vをソース電極とドレイン電極間に印
加した場合の等電位線を示す。等電位線は等間隔となっ
ており電界集中は起こらず、耐圧低下は起こらない。勿
論、ヘキサメチルジシラザン処理を行ったものや第2シ
リコン窒化膜が形成されているものも同じ効果が得られ
る。
面に酸化膜のない第1シリコン窒化膜と絶縁性保護膜で
ある第2シリコン窒化膜とを2層に積層する構成とした
ので、第1シリコン窒化膜の表面の酸化を防止すること
ができ、高温高湿雰囲気の水分の影響が多大にでる条件
下でも同様に酸化を防止することができる。また、その
製造方法においては、第1シリコン窒化膜表面にできる
薄い酸化膜を除去する工程を入れることで、第1シリコ
ン窒化膜の表面の酸化は防止される。さらに、ヘキサメ
チルジシラザン処理を施すことで、水分等の付着で第1
シリコン窒化膜の表面が酸化されることを確実に防止で
きる。このように、第1シリコン窒化膜の表面の酸化を
防止することで、半導体装置の主電極間の電界集中を抑
え耐圧に関する信頼性を向上させることができる。
と屈折率の関係を示し、(a)はシリコン濃度と屈折率
の関係図、(b)は抵抗率と屈折率の関係図
上の不要なシリコン酸化膜を除去する製造工程図
サメチルジシラザン処理工程を行った場合の化学反応す
る様子を示す図
た場合の電位分布図
化膜が形成された図
た図
Claims (5)
- 【請求項1】横型の高耐圧半導体装置の同一表面上の主
電極間上に形成される耐圧構造領域で、シリコン基板上
にシリコン酸化膜を介して導電性保護膜の第1シリコン
窒化膜が形成され、表面に酸化膜のない前記第1シリコ
ン窒化膜上に屈折率2.2以下の第2シリコン窒化膜が
形成されることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】横型の高耐圧半導体装置の同一表面上の主
電極間上に形成される耐圧構造領域で、シリコン上にシ
リコン酸化膜を介して導電性保護膜である第1シリコン
窒化膜が形成される工程と、第1シリコン窒化膜上に形
成されるシリコン酸化膜が除去される工程とを含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】前記シリコン酸化膜を除去する工程の後
に、第1シリコン窒化膜表面をヘキサメチルジシラザン
処理を行なう工程を含むことを特徴とする請求項2記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記第1シリコン窒化膜は屈折率2.8以
上であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項5】前記第1シリコン窒化膜は屈折率は2.8
以上で3.3以下であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。」
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