JP3300645B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、PN接合を有す
る半導体基板の表面に形成するパッシベーション膜に係
るものであり、特に高耐圧の下で使用するに適した半導
体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プレーナ型の半導体装置において、その
耐圧を高くする高耐圧化技術として、パッシベーション
膜の選定が重要な要素の一つとなる。この様なパッシベ
ーション膜としては、通常は半導体基板の表面にCVD
法等により生成される酸化膜が一般的である。そして、
充分な高耐圧化の目的を達成するためには、半導電性
膜、例えばSIPOS(Semi-Insulating Polycrystall
ine Silicon )を用いることが知られている。
【0003】このSIPOS膜を形成するには、LP−
CVD法(減圧CVD法)が用いられるが、このLP−
CVD法によって成膜するに際してポリシリコンに対し
て酸素が添加される。このSIPOS膜は、ポリシリコ
ンと酸化シリコンの中間の特性を有するもので、その膜
質においてキャリアの移動度が高いとポリシリコンの特
性が強くなり、またキャリアの移動度が低いと酸化シリ
コンの特性が強くなる。そして、ポリシリコン特性が強
くなるとリーク電流が発生するようになり、酸化シリコ
ンの特性が強いと耐圧特性が劣化する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】例えば、5KV以上の
高耐圧が設定されると共に、充分に低いリーク電流化を
実現するためには、パッシベーション膜として使用され
るSIPOS膜の最適なキャリア移動度が存在し、SI
POS膜のキャリア移動度をこの最適値に設定する必要
がある。
【0005】この発明は、上記のような点に鑑みなされ
たもので、その目的は、PN接合部を覆うように設定さ
れるパッシベーション膜に半導電性膜を用いるようにし
た場合に、パッシベーション膜におけるリーク電流の発
生を防止することができるとともに充分な高耐圧特性を
得ることができる高耐圧半導体装置が確実に製造される
ようにする半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、半導体基板の表面の所定の領域に不純
物を注入し、所定の導電型の領域を設定してPN接合部
を形成し、この半導体基板の表面の少なくとも前記PN
接合を含む領域に所定の生成ガスを流した状態で半導電
性膜を堆積形成するもので、この半導電性膜の形成に際
し、生成ガス中に適当な不活性ガスを添加して半導電性
膜中に結晶の乱れを形成し、この半導電性膜をその成膜
温度以上で且つ1000℃以下の温度で熱処理する。そ
して、半導電性膜がパッシベーション膜として使用され
るようにする。
【0007】ここで、この様にして形成された半導電性
膜中のキャリア移動度は前記生成ガスの流量によって設
定され、また半導電性膜中のキャリア移動度が10
-4(cm2 /V・s)以上でかつ1(cm2 /V・s)
以下に設定される。
【0008】すなわち、半導電性膜中のキャリア移動度
を10-4(cm2 /V・s)以上でかつ1(cm2 /V
・s)以下に設定することにより、充分な高耐圧と共に
低いリーク電流特性が得られる半導体素子が実現され、
また形成された半導電性膜を所定の温度で熱処理するこ
とによって結晶化が促進される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は半導
体装置の断面構造を示すもので、所定の導電型、例えば
n型の半導体基板であるシリコンウエハ11を用意し、こ
のウエハ11の表面にバッファ層(図示せず)を形成した
後、所定の拡散層の形成領域が露出されるようにしたフ
ォトレジストのパターンによるマスクを形成する。そし
て、このマスクを用いて例えばボロンをイオン注入法に
よって注入し、拡散することによりP型の拡散層12を形
成し、熱処理工程を経てPN接合が形成される。
【0010】この様にしてPN接合が形成されたなら
ば、この接合部の酸化膜を剥離するもので、その後この
PN接合部を覆うようにパッシベーション膜としての半
導電性膜、例えばSIPOS膜13を堆積形成する。この
SIPOS膜13は、例えばLP−CVD法によって70
0℃、2.5時間の条件の下に、例えば1〜2.5μm
の膜厚で形成する。
【0011】この様なSIPOS膜13の形成に際して使
用される生成ガスは、N2 OおよびSiH4 である。具
体的には、N2 Oガスの流量を50〜120sccmと
し、SiH4 の流量を100〜500sccmとした。
さらに、この様な生成ガスに対して、He、Ar、K
r、Xe、Rn、N2 等の不活性ガスのいずれか1種ま
たは複数種が添加ガスとして混合される。この様な添加
ガスが使用される理由は、生成されるSIPOS膜13中
に、適当な結晶の乱れが生ずるようにするためであり、
この結晶の乱れによってキャリアの発生源が形成され
る。
【0012】また、この様にして形成されるSIPOS
膜13中の酸素濃度は、生成ガスの流量によって容易に変
えることができる。次に、シリコンウエハ11の表面のS
IPOS膜13を所定のパターンにしたがってエッチング
除去し、図で示されるようにPN接合部に対応した部分
が特定されて、このSIPOS膜13によって覆われるよ
うにするもので、さらに、このSIPOS膜13の表面上
にCVD法によって酸化シリコン(SiO2 )による絶
縁膜14を、1〜1.5μmの膜厚で形成する。
【0013】この様に絶縁膜14が形成されたならば、例
えば900℃の温度でN2 の雰囲気中で20分間アニー
ルする。このアニールに際しての熱処理温度は、上記S
IPOS膜13の成膜温度である700℃以上で且つ10
00℃以下の範囲まで上げることが可能である。結晶化
を促進するためには、より高温でのアニールが効果的で
あるが、1000℃以上の高温状態とすると拡散層12の
制御が困難となる。したがって、SIPOS膜13のアニ
ール温度は、その成膜温度である700℃以上とし、且
つ1000℃をその上限とする必要がある。ここで、ア
ニールの際に、POcl4 と酸素を添加することによっ
てゲッター効果を得ることもできる。
【0014】この様にしてシリコンウエハ11の表面のP
N接合に対応する部分にSIPOS膜13が形成されたな
らば、シリコンウエハ11のP型拡散層12に対応する部
分、さらにシリコンウエハ11の裏面部にそれぞれ対応し
て電極15および16を形成し、所定の半導体装置が完成さ
れる。
【0015】この様にして製造された半導体装置におけ
るパッシベーション膜としてのSIPOS膜13のキャリ
ア移動度は、10-4(cm2 /V・s)以上でかつ1
(cm2 /V・s)以下に設定されている。
【0016】ここで、PN接合部に対応して形成された
上記SIPOS膜13を、キャリアの移動度に基づいて評
価すると、SIPOS膜13中の酸素濃度に対応して、図
2で示すようなキャリア移動度およびリーク電流特性が
得られる。なお、印加した逆バイアス電圧は5KVであ
る。ここで、ポリシリコンのキャリア移動度は、図で三
角印で示す点にあるのに対して、SIPOS膜13のキャ
リア移動度は、酸素濃度に対応して曲線Aで示すように
なる。また、このSIPOS膜13のリーク電流は、SI
POS膜中の酸素濃度に対応して、図の曲線Bで示すよ
うなる。
【0017】この特性図から分かるように、5KVの逆
バイアス電圧印加時に、キャリア移動度が10-4(cm
2 /V・s)以上でかつ1(cm2 /V・s)以下の範
囲のときにリーク電流が15mA程度以下となり、リー
ク電流が少なくなることが確認できた。
【0018】これはキャリア移動度が10-4(cm2
V・s)以下のときは、ポリシリコンのアモルファス性
が強くなってリーク電流が高くなり、1(cm2 /V・
s)以上のときにはSiO2 膜(絶縁性)としての特性
が強くなり、5KVの耐圧か無いことを示している。
【0019】さらに、図3は、印加される逆バイアス電
圧に対するリーク電流の関係を示すもので、特性Aはキ
ャリア移動度が1(cm2 /V・s)以上、特性Bはキ
ャリア移動度が10-4(cm2 /V・s)以上で1(c
2 /V・s)以下、特性Cはキャリア移動度が10-4
(cm2 /V・s)以下の3種のキャリア移動度を満た
す半導電性膜 (SIPOS膜の他に、シリコン膜に窒
素、水素、炭素を添加した膜を含む)を評価した電圧−
電流特性を示している。この結果から明確とされるよう
に、特性Bのキャリア移動度が10-4(cm2 /V・
s)以上で1(cm2 /V・s)以下の場合が最も良好
なリーク電流特性を示している。
【0020】この様に、上記方法で製造された半導体装
置は、5KVもの逆バイアス電圧に対しても耐えること
ができ、高耐圧で且つ低いリーク電流特性を有する。ま
た、上記方法によって形成されるパッシベーション膜と
してのSIPOS膜13は、図1で示した半導体装置に限
らず、例えば図4で示すように、ダイオード、トランジ
スタ、IGBT等のメイン動作部20を合わせ持つ終端部
で使用することができる。
【0021】上記図2及び図3に示すような特性は、S
IPOS膜13の結晶性に深く関係している。そこで、結
晶化を促進するアニール処理が行われない場合A(従
来)と、アニール処理が行われて成膜条件が最適化され
た場合B(本発明)とを対比して示したラマンスペクト
ルを図5に示す。
【0022】従来では、非晶質シリコン480(c
-1)のピークのみであったものが、アニール処理を施
す本発明の場合には、この非晶質シリコンのピークと共
に、結晶シリコン515(cm-1)にもピークが現れる
ことが確認された。つまり、He、Ar、Kr、Xe、
Rn、N2 等の不活性ガスによる結晶の乱れを残しなが
ら、熱工程を経ることにより結晶性がある程度回復す
る。すなわち、多結晶シリコンと酸化膜の関係と同様
に、SIPOS膜13の膜質にも最適値が存在しているこ
とを示している。従って、成膜温度(700℃)以上で
且つ1000℃以下でアニールすることが膜質を最適化
する条件となる。
【0023】なお、この発明は上記した実施の形態に限
定されるものではなく種々の変形が可能であることはい
うまでもない。例えば上記実施の形態では、半導電性膜
として、ポリシリコンに酸素が添加されたSIPOS膜
を形成する場合について説明したが、これはキャリア移
動度が10-4(cm2 /V・s)以上で1(cm2 /V
・s)以下の範囲となるような半導電性膜であればどの
ような膜であってもよく、その他に、ポリシリコンに窒
素、水素、炭素が添加された膜を用いるようにしてもよ
い。
【0024】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
パッシベーション膜におけるリーク電流の発生を防止す
ることができるとともに充分な高耐圧特性を得ることが
できる高耐圧半導体装置を確実に製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る製造方法を説明
するための半導体装置の断面構成図。
【図2】上記半導体装置を構成するSIPOS膜中の酸
素濃度に対するキャリア移動度とリーク電流特性を説明
する図。
【図3】同じくSIPOS膜に印加する逆バイアス電圧
に対するリーク電流の関係をキャリア移動度との関連で
示す図。
【図4】この発明の他の実施の形態を説明する断面構成
図。
【図5】従来と本発明による方法のラマンスペクトルを
示す図。
【符号の説明】
11…シリコンウエハ、 12…P型拡散層、 13…SIPOS膜、 14…絶縁膜、 15、16…電極、 20…メイン動作部。
フロントページの続き (72)発明者 馬場 嘉朗 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭55−39631(JP,A) 特開 昭59−29425(JP,A) 特開 昭63−93144(JP,A) 特開 平1−283938(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/314

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面の所定の領域に不純物
    を注入し、所定の導電型の領域を設定してPN接合部を
    形成する工程と、 前記半導体基板の表面の少なくとも前記PN接合を含む
    領域に所定の生成ガスを流した状態で半導電性膜を堆積
    すると同時に、生成ガス中に不活性ガスを添加して半導
    電性膜に結晶の乱れを形成する工程と、 前記半導電性膜中のキャリアの移動度が、10-4(cm
    2 /V・s)以上でかつ1(cm2 /V・s)以下に設
    定されるように、前記半導電性膜をアニールする工程と
    を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導電性膜を1〜2.5μmの膜厚
    で形成し、前記生成ガス中に添加される前記添加ガスと
    してHe、Ar、Kr、Xe、Rn、N2 の中から選択
    されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 前記半導電性膜中の酸素濃度が、前記生
    成ガスの流量によって設定されるようにした請求項1記
    載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記半導電性膜をアニールする工程が不
    活性ガスの雰囲気中で行われることを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 少なくとも1つのPN接合を有する半導
    体基板と、 前記半導体基板上に形成された半導電性膜とを具備し、 前記半導電性膜中のキャリアの移動度が、10-4(cm
    2 /V・s)以上でかつ1(cm2 /V・s)以下に設
    定されていることを特徴とする半導体装置。
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