JPH02239622A - 安定化層のための保護層及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体デバイスの電気的に活性な安定化（パ
シベーション）層のための保護層並びにその製法に関す
る． 〔従来の技術〕 集積された個別半導体デバイス、特にＭＯＳ技術におけ
る半導体デバイスは、これが表面的な充電による障害に
対して敏感であることから電気的に活性な安定化層を必
要とする。これらの安定化層は次の特性、すなわち≧１
０”Ω・ｃｌの絶縁性、≧１　０　”ｃｍ−”の欠陥密
度、良好な電気的結合度を有していなければならない．
電気的に活性な安定化層としては無定形ケイ素（ａ−Ｓ
ｉ）からなる層が特に適している。この種の層は例えば
Ｓｔターゲットを蒸着又はスパッタすることにより製造
することができる（これに関してはドイツ連邦共和国特
許出願公開第２７３０３６７号明細書（特公昭６１−５
８９７６号公報）参照）．上記形式の電気的に活性な安
定化層は湿気及び引っかきに対して極めて敏感であり、
著しい数のいわゆるピンホールを有している。従ってこ
れらの層は機械的及び化学的に安定な硬い中間層によっ
て保護される必要がある．しかしこの保護層はその下に
あるａ−Ｓｉ層の電気的特性及び電気的に活性な安定化
作用にマイナスの影響を及ぼすものであってはならない
． ＩＣ技術分野及び単一トランジスタにおいては多ケイ素
又はａ−Ｓｉ上に付加的に窒化ケイ素（ｓｔｓＮ４）、
いわゆるプラズマニトリドを防湿材として施す．この処
置法は特に動作電圧＜２０００Ｖのバイポーラモジュー
ルサイリスタにおいて数年来大量生産に使用されている
，ａ−Ｓｉが導電率σ＜１０−’Ω−１・ＣＭ−’に調
整されまた表面の金属汚染が阻止される限り、湿気によ
る影響は実際に二次的な問題であるにすぎない．しかし
動作電圧＞４０００Ｖの高遮断性デバイスでは問題が生
じる．この場合ａ−Ｓｔ層は基板に対して十分に電気的
に接続するために低オームに調整されなければならない
が、その結果デバイスは環境の影響及び汚染に対して一
層敏感になる。従ってａ−Ｓｔ層は湿気及びイオンに対
して拡散障壁として作用する第２の絶縁層によって保護
する必要がある．プラズマニトリド層はこの目的にはあ
まり適してはいない．それというのもこの種の層は亀裂
を生じる傾向があり、従うて亀裂を介して水が浸入する
おそれがあるからである． 〔発明が解決しようとするｉ！Ｊ！） 本発明の課題は、半導体デバイスの電気的に活性な安定
化層用の機械的及び化学的に安定な硬い保護層を提供す
ることにある。この場合該保護層は更に湿気及びイオン
に対して確実な拡散障壁としても作用するものでなけれ
ばならない。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本発明によれば、保護層が無定形の水素含有
炭素（ａ　−　Ｃ　：　Ｈ）からなる薄層からなること
によって解決される． （作用効果】 無定形の水素含有炭素（略記ａ−Ｃ：Ｈ）は無定形の炭
素格子構造が存在する炭素材料であり、その機械的硬度
によりこの炭素材料はダイヤモンド様炭素ともいわれる
〔例えば「イー・デー・エル・インドゥストリー・ディ
アマンテン・ルントシャウ（夏Ｄ　Ｒ　−　１ｎｄｕｓ
ｔｒｉａ　Ｄｉａｍａｎｔｅｎ　Ｒｕｎｄｓｃｈａ１１
）Ｊ第１８巻（１９Ｂ４年）、ｌｌ＆ｌ４、第２４９頁
以降参照〕．炭素のこの無定形変体は四面体（Ｓｐ３−
）及び三方晶（ｓｐト）ハイプリット化の共存によって
及び水素を組み込むことによって（約１０〜４０原子％
）、光学的透明度、微小硬度、化学抵抗性及び電気絶縁
性のような特性をもたらされる． 有利には約０．０５〜３μ鶴の厚さを有するａ一ＣｉＨ
薄層形の本発明による電気的に活性な安定化半導体デバ
イス用保護層は、これに設定される要件を高度に満足す
る．すなわちこの種の層は高い機械的硬さ、引っかき強
さ、化学的安定性及び低い水透過性のようないわゆるダ
イヤモンドに頬僚した特性を有する．更に加工材ａ−Ｃ
：Ｈは例えばａ−３１及びａ−Ｓｌ：Ｈとは異なり可変
の光学的エネルギーギャップ、可変欠陥密度及びとりわ
け可変電気抵抗を伴って製造することができる．本発明
による保護層としては、特に電気比抵抗≧１０”Ω・ｃ
ｍ（室温）においてできる限り低い欠陥密度、特に≦Ｉ
Ｑ１７ｃｍ−”・ｅ　Ｖ−’を有するａ−ＣｓＨ層が特
に通している．すなわちこの種の層によって、その下に
存在する有利にはａ−Ｓｔからなる安定化層の電気特性
及び電気的に活性な安定化作用が妨げられることはない
．更にこの安定化層は機械的にまた湿気に対して著しく
保護されている． 更に本発明によるａ−Ｃ：Ｈからなる保護層はその安定
なＣ−Ｈ結合により、保護すべき半導体構造物に害を及
ぼす水の浸入拡散がこの材料を介して起こることはない
という利点を有する．しかしこの現象は例えばａ−Ｓｉ
：Ｈ層の場合には生じる可能性がある．更に特に周期率
表第４主族の元素からなる基板上へのａ−Ｃ二Ｈ層の付
着性は極めて良好であり、これは炭化物を介しての化学
的結合により得られる。従って特にａ−Ｓｔでの電気的
に活性な安定化半導体デバイスを被覆する処理は、ａ−
Ｓｉとａ−Ｃ：Ｈとの間に炭化物結合が生じることから
、安定でかつ良好に付着する被膜を生ずる． 本発明による保護層の製造は、電気的に活性な安定化層
上に、ガス状の炭化水素を高周波−プラズマ析出処理す
ることにより、無定形の水素含有炭素からなる薄層を施
すことによって行う．この場合プラズマ析出は有利には
無線周波数（ＲＦ）、すなわち０．　１〜１００ＭＨｚ
の範囲で行うが、中マイクロ波（ＭＷ）　、すなわちＯ
．ｌ〜ＩＯＯＯＧＨｚの範囲で行うこともできる． 本発明による保護層の製造に際してはガス状炭化水素と
して有利にはアルカン、すなわちメタン、エタン及びプ
ロパンのような飽和脂肪族炭化水素を使用するが、この
場合好ましいのはメタンである．しかしその他にアルケ
ン、すなわちエテン及びプロベンのような不飽和の脂肪
族炭化水素並びにアセチレン、シクロアルカン、すなわ
ちシクロヘキサンのような飽和環状炭化水素、及び蒸気
状態でのベンゾール及びベンゾール誘導体の形の芳香族
炭化水素も使用することができる。上記の各炭化水素は
単独又は混合物として使用することができる．更にこれ
らの炭化水素には水素及び／又は、ヘリウム及びアルゴ
ンのような希ガスを添加することもできる． 特にＲＦ励起での高周波放電中で、放電装置の異なる大
きさの内部電極（表面比≦０．５、有利には０．２５〜
０．　０　５　）に空間電荷により約１ｋＶまでの、高
周波（ＨＦ）のタイミングパルスで脈動する直流電圧成
分（バイアス電圧又はセルフバイアス電圧）が生じる．
この直塊電圧成分は高周波交流電圧にヘテログイン変換
し、一層小さなｔ８ｉを陰橿化する．これにより反応ガ
スのイオン化及びフラグメント化によって生じる帯電し
たＣ，Ｈｖ粒子は陰極に向かって加速され、陰極の前に
配置された基板に高い運動エネルギーでａ−Ｃ：Ｈの形
成下に析出される．基板の温度をできるだけ低゛＜（≦
２５０℃）保持し、それによりできるだけ高いｓ　ｐ　
３成分（く６０％）をａ−Ｃ：Ｈ中に得るために、陽極
は有利には鉢状に構成する．先に記載した形式の「セル
フバイアス」効果は、内部電極が欠けていることにより
掻く僅かな規模ではあるが、ＭＷ誘起析出プラズマの場
合にも有効である．それというのもプラズマと基板表面
との間にはいずれの場合にも電位差が生じるからである
６〔実施例〕 次に本発明を一実施例に基づき更に詳述する．円筒状の
ガラス容器の形をしたＲＦ励起によりａ−Ｃ：Ｈをプラ
ズマ析出する装置内に、メタンＣＨ．（反応ガスとして
）を１００Ｐａの圧力で導入する。反応ガスは２つの等
しくない１ｔ８ｉ（表面比ｌ：４）間に形成された約４
０Ｏｎ｛の容量のプラズマに達する．双方の電極はＲＦ
発電機と接続されている（ν−１３．５６ＭＨｚ）．等
しくない電極により両電極間にはＲＦ電圧にヘテログイ
ン変換可能のセルフバイアス直流電圧が生じ、その際被
覆すべきａ−Ｓｉ安定化半導体成分を有する小さい方の
電極が陰極となる．このａ−Ｓｉ層により、ａ−Ｃ：Ｈ
での被覆処理中における半導体デバイスへのプラズマの
有害な電気的影響は十分に阻止される． 陰極表面に対して約２．　２　Ｗ−ｃｍ−”の高周波出
力密度で、両電極間には約５００■までのセルフバイア
ス直流電圧が生じる．この条件下に８．８・１０’　Ｐ
ａ　−ｃｄ−　ｓ−’のＣＨ．物質流量で１分後に（析
出速度約３　ｎｍ　−　ｓ−’）　、ダイヤモンド様特
性及びく３・１０−１３Ｍ・ｓ　．−　ｌのＨ．Ｏ透過
係数を有する厚さ約０．２μ一のａ−ＣｓＨ層が得られ
る。ａ−ＣｓＨ層の極めて高い電気抵抗（≧１０”Ω・
ｃ１ｌ）及び欠陥密度＜　１　０　１７ｃｍ−”　・ｅ
　Ｖ−’により、 その下に存在するａ −Ｓｉ層の電気的に活性 な安定化作用がマイナスに影響されることはない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体デバイスの電気的に活性な安定化層ｐための
   保護層において、この保護層が無定形の水素含有炭素（
   ａ−Ｃ：Ｈ）からなる薄層からなることを特徴とする安
   定化層のための保護層。 ２）欠陥密度≦１０＾１＾７ｃｍ＾−＾３・ｅＶ＾−＾
   １及び電気比抵抗≧１０＾１＾０Ω・ｃｍを有すること
   を特徴とする請求項１記載の保護層。 ３）厚さ約０．０５〜３μｍを有することを特徴とする
   請求項１又は２記載の保護層。 ４）電気的に活性な安定化層が無定形ケイ素からなるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の保護層
   。 ５）電気的に活性な安定化層上に、ガス状の炭化水素を
   高周波−低圧−プラズマ析出処理することにより、無定
   形水素含有炭素からなる薄層を施すことを特徴とする請
   求項１ないし４の１つに記載の保護層の製法。 ６）プラズマ析出を無線周波数を用いて行うことを特徴
   とする請求項５記載の方法。 ７）炭化水素としてアルカン、特にメタンを使用するこ
   とを特徴とする請求項５又は６記載の方法。 ８）電気的に活性な安定化層を析出中≦２５０℃の温度
   に保持することを特徴とする請求項５ないし７の１つに
   記載の方法。