JPS6041458B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6041458B2
JPS6041458B2 JP50048378A JP4837875A JPS6041458B2 JP S6041458 B2 JPS6041458 B2 JP S6041458B2 JP 50048378 A JP50048378 A JP 50048378A JP 4837875 A JP4837875 A JP 4837875A JP S6041458 B2 JPS6041458 B2 JP S6041458B2
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    • Y10S438/958Passivation layer

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであって、
特に、表面安定化膜(パッシベーション膜)を具備する
ダイオード、トランジスタ又は抵抗等に適用すりのに最
適な方法を提供するものである。
現在最も広く用いられているパツシベーション膜として
は、Si02被膜、P等を含ませたガラス、Si3N4
被膜等が挙げられるが、このうち例えばSj02による
場合、Si02層中の電荷によって基板側に電荷が誘起
されたり或いはモールド樹脂中の分極により上記電荷が
固定され、この結果耐圧低下、外部電界の影響による信
頼性低下等をひき起こしてしまう。
またこれらのパッシべ−ション膜は耐湿性が悪く、多湿
条件下でリーク電流の変化がみられる等の欠点がある。
他方また、純粋な多結晶シリコン(以下ポリSiという
)を用いるものもあるが、Si02に比べて耐圧はよい
ものの、逆にリーク電流が増加し、hFEが低下してし
まう。
こうした欠点を除去するために、本出願人は、持願昭4
9−36175号(持公昭53一2555号)、116
417号及び123765号において、酸素原子(0)
と窒素原子(N)のうちの少なくとも一方を含有するポ
リSi層をパッシベーション膜として用いることを既に
提案した。
そしてこの場合、0とNのうち少なくとも一方によって
ポリSiの抵抗が上がって半絶縁膜としての性質を帯じ
るので、耐圧、信頼性が向上し、また耐緑性等も向上さ
せ得ることを指摘した。このポリSi層は0とNのうち
の少なくとも一方の含有により半絶縁膜的な性質(抵抗
率は1びo○肌程度)を有するものとなり、パッシベー
ション膜としてだけでなく、抵抗体としても利用価値が
あり、その応用範囲は非常に広い。
このポリSi層を形成するには、いわゆる化学的気相成
長(CVD)法が用いられ、モノシラン(Si3日4)
の熱分解によりポリSiを成長させるに際し窒素酸化物
(N20等)又はアンモニア(NH3)を供給して分解
させ、これによってN20によるONH3によるNをポ
リSi層中にドーピングして均質な半絶縁膜を得るよう
にしている。
しかしながらこの方法は均質なパッシベーション膜を形
成するには適しているが、供給ガスの流量比及び成長温
度をコントロールしないと○又はNの濃度を制御出来な
いので、操作が面倒であると共に、半絶縁層を選択的に
形成したり或いは0又はNの濃度分布を横方向(平面方
向)に自由に変えることは困難である。
本発明は本出願人が既に提案した上述の発明の特徴を具
備せしめつつその製造方法を敬良すべく発明されたもの
であって、多結晶シリコン層又は非晶質シリコン層に酸
素と窒素のうちの少なくとも一方をイオン注入し、これ
によって半絶縁領域を形成するようにしたことを特徴と
する半導体装置の製造方法に係るものである。
この方法によって、耐圧、信頼性、耐緑性等に優れた半
絶縁性物質から成り従ってパッシーション膜等に用いる
のに好適な半絶縁領域を比較的簡単な工程で形成するこ
とが出来、この際、上記半絶縁領域中の○又はNの濃度
を正確かつ容易にコントロール出来ると共に膜厚方向及
び平面方向に自由に変えられ、然も選択的に半絶縁領域
を形成することが可能となる。なお上述の多結晶又は非
晶質シリコンとは粒径1000A以下(実際的には10
0〜200A)の微細なシリコングレィンからなるもの
或いは結晶質でないシリコンをいう。
また上述のイオン注入により超高抵抗又は半絶縁領域中
にドーピングされる酸素原子の量は2〜43t%(原子
パーセント)であるのがパッシベーションの点で望まし
く、15〜39t%であるのが更によい。酸素原子の量
が少なすぎると逆方向リーク電流が観測され、多すぎる
とSi02と同程度の効果しか得られない。また半絶縁
膜中にドーピングされる窒素原子の量は1蛇t%以上で
あるのがよく、少なすぎると近接した電極間で放電が起
って電気的短絡(絶縁破壊)が生じる恐れがあり、然も
耐湿性も悪くなる。次に本発明の実施例を図面に付き述
べる。
第1図及び第2図は本発明をダイオードに適用した第1
の実施例を示すものである。
まず第IA図に示す如く、P+型半導体領域1を拡散形
成したN型シリコン半導体基板2の表面に純粋なポリS
i層3を0.2ム程度の厚さに気相成長させ、更にこの
ポリSi層の表面にSi02層4を0.4仏程度の厚さ
に気相成長させる。
ポリSi層3はSiH4の熱分解によって均質に成長し
、Si02層4はSiH4と共に02を供給することに
よって均質に成長する。次いでこの状態にてSi02層
4側から基板に対して酸素イオンビーム0十5を200
kev程度の加速エネルギーで照射する。
この結果、Si02層4を通じてポリSi層3中に○十
が打込まれ、第2図に示すようなガウス分布の○十濃度
を有するポリSi層3を得ることが出来る。次いで所定
温度でアニールすることにより、打込まれた○十を活性
化して第IB図に示す如くポリSi層3を1びo〜1び
40肌の範囲を抵抗率を有する半絶縁膜6とすることが
出来る。
なお図示は省略したが、SjQ層4及び半絶縁膜6を通
じて従来公知のフオトェッチング及び熱リン酸又はプラ
ズマエッチング装置によるエッチングを行うことにより
、電極窓明けを行う。第2図に付き半絶縁膜6中の酸素
濃度を説明すると、Si02層4の厚さを○十イオンの
飛程Rp(0.4r)に選定してあるので、上述のイオ
ン注入によってSi02層4と半絶縁膜6との界面で濃
度が最大(Si02の酸素濃度である67at%)とな
り、これより深くなるにつれてガウス分布曲線に従って
減少し、半絶縁膜6と半導体基板2との界面では1卑t
%程度となる。
この界面での酸素濃度は上述のエネルギーにてド−ズ量
3×1び7肌‐2程度の○十を注入したときに得られる
ものであり、噂流密度を高めてドーズ量を7×1び7肌
‐2としたときには3母t%程度にすることが可能であ
る。従って3〜7×1び7弧‐2のドーズ量とすれば、
半絶縁膜6の最下部の酸素濃度を15〜3母t%にむる
ことが出来る。従って電流密度を設定すれば、濃度を電
気的に正確かつ容易にコントロールすることが可能とな
る。またイオンの飛程Rpは○十の加速ェネルギ−を変
えて例えば400kevにすれば0.7仏程度となるか
ら、加速エネルギーを高める場合にはSi02層4の厚
みをより大きくする必要がある。このように、イオン注
入によりポリSj層3中にドーピングされる酸素原子の
濃度は半導体基板2に向けて膜厚方向に67at%から
1皮t%にまで連続変化するが、半絶縁膜6中には1弦
tを【以上の酸素原子が含有されることになるから、半
絶縁膜6がSi02層4と基板2との間の電荷による結
びつきを遮断し、パッシべ−ション効果が良好となる。
然も、半絶縁膜6のうち半導体基板2側の酸素濃度を低
くし(抵抗小)かつ上部の酸素の濃度を高くする(抵抗
大)ことが出釆るので、外部電界が加わった場合でも表
面近傍での電界を緩和する効果がある。この場合、半絶
縁膜6上にはSi02層4が存在しているので、電極の
配線と他の電極又は基板2との間の信頼性が更に向上す
ると共に、半絶縁膜6が露出している場合に比べて外気
を遮断し、耐水性或いは被着した電荷に対する特性も改
善される。次に本発明をバィポーラトランジスタに適用
した第2の実施例を第3図に付き述べる。
まず第3A図に示す如く、コレクタ領域となるN型シリ
コン半導体基板12にベース領域となるP型半導体領域
11とェミッタ領域となるN+型半導体領域10とを拡
散によって夫々形成し、更に半導体基板12の表面に純
粋なポリSi層13を気相成長させ、所定の関口17を
従来公知のフオトェッチングで形成したSj02層14
をポリSi層13の表面に気相成長させる。
次いで基板の上方から所定の加速エネルギーの○十イオ
ンビーム15を照射する。
これによって、イオンビーム15は関口17を通じてこ
の閉口に露出しているポリSi層13内に直接注入され
る。このときの注入量は酸素原子の量にして15〜3弦
t%となるようにコントロールする。なおSj02層1
4の厚さはこれを通じてポリSi層13に○十が実質的
に注入され得ない程度に大きくしておく。そうして所定
温度でアニールすることにより、第3B図の如く酸素が
ドーピングされたポリSi層13部分を半絶縁層16と
なす。次いで第3C図に示す如く、Si02層1 4を
除去した後にポリSi層13の所定部分をHF+HN0
3十CH3COO日でエッチング除去し、これらの除去
部分にェミッタ電極18及びベース電極19を夫々彼着
形成する。
本実施例によれば、半絶縁層16が15〜3$t%の酸
素を含有した状態でェミッタ、ベース間のPN接合(J
e)及びベース・コレクタ間のPN接合(Jc)を被覆
しているから、純粋なポリSi層で被覆する場合に比べ
てより安定性が増し、hFEを向上させ、リーク電流を
減少させることが出釆る。
また接合(Je)(Jc)以外はポリSj層13で覆わ
れているが、耐圧はこのポリSi層で十分かせぐことが
出来る。このようにイオン注入によって、トランジスタ
におけるPN接合端部を容易かつ正確に半絶縁層16で
選択的に被覆することができる。
次に本発明をバィポーラトランジスタに適用した第3の
実施例を第4図に付き述べる。
本実施例においては、Si02層14のパターンを変え
て、N+型半導体領域10及び接合(Je)の外側以外
の領域上のみにSi02層14を形成する。
この場合、Si02層1 4の厚みは前記第1の実施例
で述べたと同様に0十イオンの飛程Rpである0.4ム
程度であってよい。従って前記第1の実施例で述べたと
同様の○十イオンビームを照射すれば、Si02層14
下の半絶縁層16aのうちの半導体基板12側では酸素
の量を15〜38t%にすることが出来、他方、Si0
2層14の関口17に露出している半絶縁層16b中の
酸素の量を50〜67at%とすることが出釆る。
このため接合(Je)端部を含むN+型半導体領域10
を覆う半絶縁層の酸素濃度を多く出釆るからhFEが大
きくなるが、耐圧の点では心配がない。また接合(Jc
)端部では酸素濃度は少ない方がVcBoを大きくとれ
るが、本実施例による方法の場合はこれが可能となり、
然も酸素濃度が15〜33t%であるからhPEも大き
く保持される。本実施例によれば、Si02層14の形
状を変えることにより、半絶縁層中の酸素濃度を場所的
に変化させることが可能であり、これを同一操作中に行
うことが出釆て工程も極めて簡単かつ容易である。
次に本発明を抵抗体に適用した第4の実施例を第5図に
付き述べる。
まず第5A図に示す如く、N型シリコン半導体基板42
の表面にSi02層40を熱酸化等により成長させ、こ
のSi02層の表面に純粋なポリSj届43を気相成長
させ、更にこのポリSテ層の表面に開口47を有するS
i02層44を成長させる。
このSi02層の厚さは○十イオンビームの飛程Rpよ
り大きく、従ってこのSi02層を通じては○十が実質
的に注入されないようにしておく。次いでこの状態で○
十イオンビーム15を照射することにより、関口47に
露出しているポリSi層43のみに○十を注入する。
この注入量は必要に応じて多くすることが出来、15〜
67at%であつてよい。しかる後にアニールすると、
第5B図に示す如く○十が注入されたポリSi層部分を
超高抵抗層46とすることが出来る。次いで第5C図に
示す如く、Si02層44を従来公知のフオトェッチン
グにより部分的に除去し、この除去部分からポリSi層
43中にAそ等をコンタクト拡散して拡散領域48,4
9を形成し、これらの領域に接する電極50,51を被
着して抵抗体を完成させる。このように本実施例によれ
ば、半絶縁層46を超高抵抗層として用いることが出来
る。
この場合、抵抗層46の両側は純粋なポリSiが存在し
ているから拡散領域48,49を形成し易く、コンタク
トをとり易い。即ち、ポリSi届43はグレィンサィズ
(粒径)が小であるから、高い表面活性を有し単結晶S
iとは比べものにならない程に拡散し易いからである。
また半絶縁層46の酸素の量が増えるに従って抵抗が増
すから、イオンビームの加速エネルギーを電気的に変化
させることにより、様々な抵抗値のものにコントロール
することが出来る。次に本発明をバィポーラトランジス
タに適用した第5の実施例を第6図に付き述べる。
まず、第6A図に示す如く、N型半導体基板12の表面
に純粋なポリSi層53を厚さ0.2A程度に成長させ
、更にこのポリSi層の表面にSi02層54を厚さ0
.4仏程度に成長させる。
そうしてこの状態で基板の上方から○十イオンビーム5
を照射すると、このビームはSi02層54を通過して
ポリSi層53中に注入される。次いでァニールするこ
とにより、第6B図に示す如く、前記第1の実施例と同
様ポリSi層53を15〜67at%の酸素を含有する
半絶泰教蝶56にすることが出来る。
次いで第6C図の如く、Si○格54の表面に所定パタ
−ンのSi3N4層60を被着する。
次いで基板の上方からN十イオンビーム55を照射し、
これによってSi3N4層60の開□57を介しSi0
2層54を通じて閉口57下の超高抵抗膜56にN+イ
オンが注入されるので、酸素及び窒素原子の双方を含有
する半絶縁領域58を形成することが出来る。また開□
57下のSi02層54部分も窒素原子を含有したもの
となる。次いで第6D図に示す如く、Si3N4層60
をマスクとして閉口57下のSi02層部分を弗酸でエ
ッチング除去して、開口59とする。
次いでSj3N4のエッチング液に表面を浸濁すると、
第68図に示す如く、S;3N4層60が剥離すると共
に、関口59下の半絶縁領域58がエッチング除去され
、電極被着用の関口61が形成される。
この際、ポリSi中に酸素が含有されている場合とこれ
に更に窒素が含有されている場合とでエッチング速度が
異なる(後者の方が大きい)ので、上述のエッチングに
よって半絶縁領域58はエッチング除去されるが、これ
に隣接する半絶縁膜56は実質的に影響を受けない。次
いで関口61にェミッタ電極18及びベース電極19を
夫々被着してトランジスタを完成させる。
このように本実施例によれば、半絶縁層中に窒素原子を
選択的にイオン注入するようにしているので、エッチン
グ速度の差を利用して選択エッチングが可能となる。
以上本発明をいくつかの実施例に基づいて説明したが、
本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能であるこ
とが理解されよう。
例えば0十又はN十イオンビームの加速エネルギー、S
i05層の腰厚を変化させることにより、半絶縁層(膜
)中の酸素又は窒素濃度を様々に変化させることが出来
る。またポリSi層中へのイオン注入そ同時に半導体基
板の表面部分にもイオン注入領域をつくることも出来る
し、導電型の変換も勿論可能である。また半導体基板上
に移動可能なマスクを配し、このマスクと半導体基板と
を相対的に水平移動させかっこのとき加速エネルギーを
段階的に又は連続的に変化させれば、藤方向に酸素又は
窒素濃度が段階的又は連続的に変化した半絶縁層を得る
ことが可能である。また前記第2の実施例において、接
合(Jc)端部及びこの近傍上に存在するSjQ層14
の開□1 7内に別にSi02層を薄くつけてお仇よ、
この薄いSi02層下のポリSi層部分には、酸素濃度
がより4・さし、半絶縁領域を形成することが出来る更
にまた前記第4の実施例において、第7A図の如くに最
上層にポリSi層43を配し、この状態で○十イオンビ
ームを照射すれば、第7B図に示す如くポリSi層43
のうちの上部をSi02層74に変化させかつ下部を酸
素を含有する半絶縁膜76に変化させることが出来る。
また前記第5の実施例において、窒素を含有する半絶縁
膜に酸素を選択的にイオン注入することも可能である。
なお前記実施例と同じようにして窒素イオンN+をイオ
ン注入するようにしても、窒素原子を所定量含有する半
絶縁膜を得ることが出来る。この場合のパッシベーショ
ン効果は酸素原子をドーピングした場合よりも優れてお
り、また前述の如くにイオン注入により酸素をドーピン
グした半絶縁膜(酸素濃度15〜33t%)上に窒素を
イオン注入した第2の半絶縁膜(窒素濃度1鱗t%以上
)を形成すれば耐緑性を大中に向上させ得ることは、前
記特願昭49−123765号で本出願人が既に提起し
ている。なお本発明による方法において酸素原子及び窒
素原子の双方をイオン注入するようにしてもやはり半絶
縁膜を得ることが可能である。本発明は上述の如く、多
結晶シリコン層又は非晶質シリコン層に酸素と窒素のう
ちの少なくとも一方をイオン注入するようにしているの
で、耐圧信頼性、耐湿性等に優れた半絶縁性物質から成
り従ってパッシベーション膜等に用いるのに好適な半絶
縁領域を比較的簡単な工程で形成することが出来、この
際、上記半絶縁領域中の○又はNの濃度を正確かつ容易
にコントロールすることが出来る。
またイオン注入を用いているから、半絶縁領域中の○又
はNの濃度も膜厚方向で自由に変えられ、然もマスクの
膜厚又はビームのエネルギーを場所的に変えれば横方向
(平面方向)での濃度も変化させることが出来、更にま
た選択的に半絶縁領域を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明をダィオ−ド‘こ適用した第
1の実施例を示すものであって、第IA図は○十イオン
注入時の断面図、第IB図はイオン注入後にァニールし
て半絶縁膜を形成したときの断面図、第2図はポリSi
層中にびイオンを注入したときの酸素濃度の膜厚方向で
の分布を示す曲線図である。 第3図は本発明をパイプーラトランジスタに適用した第
2の実施例を示すものであって、第3A図は○十イオン
注入時の断面図、第3B図はイオン注入後にアニールし
て半絶縁層を形成したときの断面図、第3C図は電極を
被着したときの断面図である。第4図は本発明をバィポ
ーラトランジスタに適用した第3の実施例を示すもので
あって、0十イオン注入後にアニールして半絶縁膜を形
成したときの断面図である。第5図は本発明を抵抗体に
適用した第4の実施例を示すものであって、第5A図は
○十イオン注入時の断面図、第5B図はイオン注入後に
アニールして抵抗層を形成したときの断面図、第5C図
はコンタクト領域を形成して電極を被着したときの断面
図である。第6A図〜第6F図は本発明をバィポーラト
ランジスタに適用した第5の実施例を示すものであって
、表面に超高抵抗層を有するトランジスタの製造方法を
工程順に示す断面図である。第7図は本発明を抵抗体に
適用した変形例であって、第7A図は○十イオン注入前
の断面図、第7B図はイオン注入後にアニールして半絶
縁層を形成したときの断面図である。なお図面に用いら
れた符号において、3,13,43,53はポリSi層
、4,14,24,40,44,54,74はSi02
層、5,15,55はイオンビーム、6,26,56,
76は半絶縁膜、16,36,46,66は半絶縁層、
58は半絶縁領域、6川まSi3N4層である。 第’A図第18図 第2図 第3A図 第38図 第3C図 第4図 第5A図 第5B図 第5C図 第6A図 第68図 第6C図 第60図 第6E図 第6F図 第7A図 第78図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多結晶シリコン層又は非晶質シリコン層に酸素と窒
    素のうちの少なくとも一方をイオン注入し、これによつ
    て半絶縁領域を形成するようにしたことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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