JP3540360B2 - パッシベーション層を有する半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

パッシベーション層を有する半導体デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体基体の表面近くに少なくとも１つのｐｎ接合と、ホウ素をドープされた無定形水素含有炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）からなり少なくともｐｎ接合の表面近くの部分を覆うパッシベーション層とを有する半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体デバイスは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４０１３４３５号明細書に記載されている。それによるとパッシベーション層としては、真空中で蒸着されホウ素をドープされたシリコンの他に、無定形水素含有しホウ素をドープされた炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）も使用できることが記載されている。
【０００３】
無定形の水素含有炭素からなるこの種の層はパッシベーション層に課せられた要件を極めて良好に満たすものである。例えばその比抵抗は１０8 Ωｃｍ以上であり、状態密度は数１０19ｃｍ-3ｅＶ-1 であり、熱負荷能は２９０℃までであり、更にこの層は湿気に対して良好な密閉性を有する。しかし問題はこの層の半導体基体のｐドープされた領域に対する順応性が最適でないことから生じる。例えば恐らくは反転層の形成によってサイリスタでは導通方向における阻止能力の減少が起こりかねない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冒頭に記載した形式の半導体デバイスをパッシベーション層がｐドープされた半導体層にも適合するように改良することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、パッシベーション層のホウ素含有量を０．０１重量0/00〜４重量％にすることにより解決される。
【０００６】
パッシベーション層は有利には１０18ｃｍ-3ｅＶ-1 以上の状態密度、１０8 Ωｃｍ以上の比抵抗及び０．７〜１．１ｅＶのエネルギー・ギャップを有する。パッシベーション層の厚さは０．０２〜３μｍであると有利である。
【０００７】
本発明によるパッシベーション層は、例えばガス状有機性炭素及び水素を含有する化合物及びガス状有機性ホウ素化合物からなる混合物中で生成される高周波−低圧−プラズマから析出することができる。その際圧力は０．０５〜１ｍバール、比出力密度は０．５〜１０Ｗ／ｃｍ2 であってもよい。重畳直流電圧としては析出反応炉の幾何学的形状が適切（陽極と陰極の面比が２：１以上）である場合約−８００〜−９００Ｖのセルフバイアスが形成される。このプラズマはマイクロ波でも励起することができる。
【０００８】
水素含有炭素化合物には例えばメタン、エタン、アセチレン、プロパン、ブタンを使用する。その他に上記の析出圧力ではガス状のシクロヘキサン、ベンゾール、テトラリンのような他の炭化水素又はエステル又はエーテルのような酸素含有有機化合物も使用可能である。アルカン、アルケン、アルキン又はアレーン等の化合物は炭素及び水素を専ら含有しているので、使用すると有利である。
【０００９】
ガス状有機性炭素及び水素を含有する化合物にガス状ホウ素化合物として例えばホウ酸エステル、カルボラン又はボランを混和する。有機性ホウ素化合物を使用することは、空気中で自己点火するようなホウ酸−水素化合物の処理上の問題が起こらないため特に有利である。ホウ酸エステルの使用はパッシベーション層に酸素を組み込むので不活性化作用にとって有利である。
【００１０】
ホウ素をドープされた無定形の水素含有炭素化合物を析出する上記方法を、ホウ素含有化合物の添加を一定の層厚に析出した後中止するように変更することもできる。その後更にホウ素不含層を析出する。その際ホウ素含有層とホウ素不含層の層厚比は０．５：９９．５〜９９．５：０．５に調整可能である。
【００１１】
パッシベーション層を析出後２００〜３５０℃の温度で熱処理すると有利である。半導体基体そのものは析出中３００℃以下の温度に保持されている。
【００１２】
【実施例】
プラズマ生成装置は異なった面を有する２つの電極を有し、その際大きい方の電極は接地され、小さい方の電極は調節回路網を介して高周波発生器と接続されている。反応炉内に０．２ｍバールの圧力下にメタン−ホウ酸トリメチルエステル（Ｂ（ＯＣＨ3）3））混合物を注入する。流量比は２０：１である。小さい方の電極、即ち陰極上には被覆すべき基板が公知の正／負に面取りされた縁部を有するサイリスタの半導体基体の形で置かれている。プラズマを点火により生成するが、その際陽極と陰極との間に（セルフバイアスで）−８００Ｖの測定電圧が生じるように出力を選択する。これに必要とされる比出力は２．８Ｗ／ｃｍ2である。２．５分間析出した後ホウ酸メチルエステルの供給を中止し、次の２．５分間で純粋なａ−Ｃ：Ｈを析出する。その結果厚さ０．６μｍ、０．８〜０．９ｅＶの最適エネルギー・ギャップ及び約１０19ｃｍ-3ｅＶ-1の状態密度を有する層が生じる。このように被覆された半導体基体を更に３時間２７０℃で熱処理すると、導通方向に安定した特性曲線を示す。その際測定されたホウ素含有量は０．４５重量％であった。更に約１０重量％の酸素含有量が測定された。

Claims (9)

  1. 半導体基体の表面近くに少なくとも１つのｐｎ接合と、ホウ素含有量が０．０１重量 0/00 〜４重量％となるようホウ素をドープされた無定形水素含有炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）からなり少なくともｐｎ接合の表面近くの部分を覆うパッシベーション層とを有する半導体デバイスの製造方法であって、
    パッシベーション層をガス状有機性炭素及び水素を含有する化合物とガス状有機性ホウ素化合物との混合物中で生成される高周波低圧プラズマから析出し、
    かつ所望の層厚を得る前にホウ素化合物の添加を中止し、ホウ素含有層に対するホウ素不含層の層厚比を０．５：９９．５〜９９．５：０．５に調整する
    ことを特徴とする方法。
  2. パッシベーション層が１０18ｃｍ-3ｅＶ-1 以上の状態密度、１０8 Ωｃｍ以上の比抵抗及び０．７〜１．１ｅＶのエネルギー・ギャップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. パッシペーション層が０．０２〜３μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. パッシベーション層が１５重量％までの酸素を含有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. パッシベーション層を、析出後２００〜３５０℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項１から４の１つの記載の方法。
  6. ガス状有機性炭素及び水素を含有する化合物としてアルカン、アルケン、アルキン又はアレーンを使用することを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。
  7. ガス状ホウ素化合物としてホウ酸エステル、カルボラン又はボランを使用することを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の方法。
  8. プラズマを高周波又はマイクロ波励起により生成することを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の方法。
  9. 半導体基体の温度を３００℃以下に保持し、パッシベーション層をその上に析出することを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の方法。
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