JPH02103936A - 半導体装置 - 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］ この発明は保護膜を有する半導体装置に関し、特に、保
護膜としてプラズマシリコン窒化膜を有する半導体装置
に関する。

［従来の技術］ 半導体の保護膜として、プラズマ化学気相成長法を用い
て形成したプラズマシリコン窒化膜が広く使用されてい
る。

第６図はプラズマシリコン窒化膜を保護膜として有し、
ツェナーダイオードを内蔵する従来の半導体装置を表わ
す断面図である。第６図を参照して、主表面を有するｐ
型シリコン基板９上に、拡散法によりｎ＋＋埋込層１０
が形成される。０＋型型埋層１０の上にさらにｎ型シリ
コンエピタキシャル層１が形成される。素子領域を他の
素子領域から分離するためのｐ型素子分＃１頭域１１が
、素子領域周辺に形成される。ｎ　型エピタキシャル層
１上にｐ型ベース層２が拡散法または注入法等により形
成される。さらにｐ型ベース層２の上にｎ＋型エミッタ
層３が形成される。以上の過程において、ｐ型基板９の
主表面上には酸化膜４が形成されている。

酸化膜４の、ｐ型ベース層２の上の部分には電極用の開
口部か形成され、ツェナーダイオードの陰極側アルミ電
極７が設けられる。＋１＋型工ミツタ層３の上の部分に
も電極用の開口部が形成され、ツェナーダイオードの陽
極側アルミ電極８が設けられる。さらにその上に、プラ
ズマシリコン窒化ｊＩ受１５が形成される。

次に第６図を参照して、従来の半導体装置の動作が説明
される。陰極側アルミ電極７はｖｃ地され、陽極側アル
ミ電極８に正の電圧が印加される。すると１１＋型工ミ
ツタ層３とｐ型ベース層２のｐｎ接合部の空乏層が増大
し、特にｐ型ベース層２内に広がる。両電極間に印加さ
れる電圧が、成る値（ツェナー電圧値と呼ぶ）を越える
と、ツェナー降伏およびなだれ降伏のために、上記空乏
層中にキャリアが大量に発生する。その結果両電極間に
流れる電流か急増する。このとき、両電極間を流れる電
流の大きさが変化しても、両電極間の電圧はほとんど変
化しない。このため、この型のダイオードは直流電圧を
安定化させる１」的で用いられる。

また、プラズマシリコン窒化膜１５は特に耐湿性に優れ
た保：ｊＪｌ膜として機能し、厚膜化か容易でクラック
も小さいという利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の半導体装置には以下のような問題
点があった。保護膜として用いられるプラズマシリコン
窒化膜１５の水素イオンｒＨ度は比較的高い。ところが
、たとえばＭＯＳＪｔ２電界効果型トランジスタ（以下
ＭＯ５ＦＥＴと略す）においては、保護膜中に＠有され
る水素イオンが原因となって、しきい値電圧に異常な経
時変化が引き起こされることが明らかにされている。こ
れはたとえば、”Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ−Ｖｏｌｔａｇｅ
Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　　ｉｎ　　ＭＯ３ＦＥＴ’ｓ
　　Ｄｕｅ　　ｔｏ　　Ｃｈａｎｎｅｌ　　Ｈｏｔ−Ｈ
ｏ１ｅ　　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　　（ＲｉｃｈａｒｄＢ、
　　　Ｆａｉｒ、　　　Ｒｏｂｅｒｔ　　Ｃ，Ｓｕｎ。

ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　　ｏｎ　　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　　　ｖｏｌ、ＣＤ
−２８，ｎｏ、］、、ＪＡＮ、１．９８１）に記載され
ている。

同様の現象はＭＯＳＦＥＴのみならず、ツエナーダ・ｆ
オードのツェナー電圧値の経時変化においても起こり、
原因も同様にプラズマシリコン窒化膜中の水素だと考え
られる。特に、ツェナーダイオードのように保護膜近く
て降伏現象か起きる場合、特にその影響が大きいと考え
られる。

そこで、プラズマシリコン窒化膜の水素イオン濃度を低
下させれば、たとえばツェナーダイオードにおけるツェ
ナー電圧値の経時変化か減少すると考えられる。

ところが、プラズマシリコン窒化膜を保護膜として使用
した場合、水素イオンｆａ度を減少させると膜ストレス
が増し、アルミ電極などへの悪影響を引き起こすことが
知られている。

したがって、この発明のｉ１的は、プラズマシリコン窒
化膜の持つ利点を生かしながら、電極に悪影響を及ぼす
ことなく、シかもツェナーダイオードのツェナー電圧値
に代表される電気的特性の経時変化が少ない半導体装置
を提１３＋、することである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体装置は、主表面を１゛シ、ｐめ定
める導７は型の予め定める不純物濃度を有する半導体基
板と、半導体基板の主表面上に形成された半導体腹合物
と、半導体複合物上に形成され、半導体複合物を保護す
るだめの第１の水素イオン濃度をイ１゛する第１のプラ
ズマシリコン窒化膜と、第１のプラズマシリコン窒化膜
上に形成され、第１の水素イオン濃度よりも高い第２の
水素イオン濃度をＵする第２のプラズマシリコン窒化膜
とを含む。

［作用］ この発明に係る半導体装置は以上のように構成されたた
め、たとえばＭＯＳＦＥＴやツェナーダイオード等のよ
うな半導体複合物に近い部分の第１のプラズマシリコン
窒化膜中の水素イオン濃度が低い。したがって、ツェナ
ーダイオードのツェナー電圧値に代表される電気的特性
に悪影響を与える水素数は従来装置と比較して低減され
る。

また、第１のプラズマシリコン窒化膜の上に、比較的高
い第２の水素イオン濃度を有する第２のプラズマシリコ
ン窒化膜が形成されている。このため、プラズマシリコ
ン窒化膜中の膜ストレスが増大することが避けられる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す、ツェナーダイオー
ドを含む半導体装置の要部の断面図である。第３図はこ
の発明の一実施例のツェナーダイオードを含む半導体装
置の要部の平面図で、第３図の１−１面での断面図が第
１図に相当する。第２図は第１図に示す半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

第２図（ａ）を参照して、ｐ型基板９上に拡散法により
ｒ１＋型埋込層１０が形成される。その上にｎ型エピタ
キシャル層１が形成され、酸化膜１２をマスクに拡散法
等によりｐ型素子分離領域１１が形成される。

第２図（ｂ）を参照して、表面に熱処理が行なわれ注入
された不純物を拡散すると同時に酸化膜１３が形成され
る。酸化膜１３のｐ型ベース層２の上の部分を除去し、
酸化膜１３をマスクにｐ型不純物をドープしてｐｘベー
ス層２を形成する。

第２図（ｃ）を参照して、さらに熱処理を行なって不純
物を拡散し、酸化膜１４を形成する。酸化膜１４のｎ＋
型エミッタ層３の１の部分を除去し、酸化膜１４をマス
クにｎ’４２不純物をドープしてｎ＋型エミッタ層３を
形成する。

第２図（ｄ）を参照して、熱処理をしてロ＋型エミッタ
層３にドープされた不純物を拡散させ、酸化膜４を形成
する。酸化膜４の１１＋型エミツタ１凶３の上に開口部
が設けられ、ツェナーダイオードの陽極側アルミ電極８
が形成される。また、酸化膜４のｐ型ベース層２の上に
開口部が設けられ、ツェナーダイオードの隙極側アルミ
電極７が形成される。

第２図（ｅ）を参照して、比較的低い第１の水素イオン
／ａ疫を有する第１のプラズマシリコン窒化膜５を、少
なくとも２０００属性度の厚みまで形成する。

さらに、第１のプラズマシリコン窒化膜５の上に、比較
的高い第２の水素イオン濃度をイｆする第２のプラズマ
シリコン窒化膜６を５０００Ａ〜６０００人程度の厚さ
で形成し、第１図に示す甲導体装置が得られる。

プラズマシリコン窒化膜中の水素イオン濃度は、プラズ
マシリコン窒化膜生成時の反応ガス中のモノシランガス
（ＳｉＨ４）とアンモニアガス（ＮＨａ）との流量比（
Ｓ　ｉ　Ｈ４／ＮＨ３）や、プラズマシリコン窒化膜生
成温度（以下ＴＧと略す）と関連あることが知られてい
る。たとえば、ＴＧとプラズマシリコン窒化膜中の水素
イオン濃度との間には第４図のような関係がある（実験
値）。

なお、第４図はＳ　ｉ　Ｈ４／　Ｎ　Ｈ３■０．１５と
した場合を示す。

この実施例では、たとえばＴＧ　−３８０℃で水素イオ
ン濃度が１．０ＸＩＯ２２Ｃ１１ｌ−’程度の第１のプ
ラズマシリコン窒化膜５を形成後、ＴＧ−３００℃で水
素イオン濃度が２．２ＸＩＯ２２ｃｍ−’程度の第２の
プラズマシリコン窒化膜６を形成した。

次に、第１図を参照して、本発明に係る半導体装置の動
作か説明される。陰極側アルミ電極７は接地され、陽極
側アルミ電極８に正の電圧が印加される。すると「１＋
型工ミツタ層３とｐ型ベース層２のｐ　ｒ＋接合部の空
乏層が増大し、特にｐ型ベース層２中に広がる。両７６
極間に印加される電圧が成る値、すなわちツェナー電圧
値を越えると、ツェナー降伏およびなだれ降伏のために
空乏層中にキャリアが大量に発生する。その結果両電極
間に流れる電流が急増する。このとき流れる電流の大き
さが変化しても、両電極間の電圧はほとんど変化しない
。このため、この型のダイオードは直流電圧を安定化さ
せる目的で用いることができる。

この際、ｎ＋型埋込層１０には、半導体装置のコレクタ
抵抗を減少させる機能がある。またプラズマシリコン窒
化膜５および６は特に耐湿性に優れ、電極の腐食防１１
−などの機能を持つ保護膜としての働きがある。さらに
、ツェナー電圧値の経時変化に悪影響を与えると考えら
れる、第１のプラズマシリコン窒化膜５の水素イオン濃
度は低い。

また、第１のプラズマシリコン窒化膜５上には、比較的
高い第２の水素イオン濃度を資する第２のプラズマシリ
コン窒化膜６か形成されている。そのため、電極に断線
などの悪影響を与える保護膜中の膜ストレスは小さい。

このように作製された半導体装置に含まれるツェナーダ
イオードは、第５図に示されるように、従来装置と比較
してそのツェナー電圧値の経時変化が著しく改浮された
。なお、第５図は従来の二１′導体装置と、本発明に係
る半導体装置とを数時間作動させたときの、ツェナーダ
イオードのツェナー電圧値の変動を示す。第５図中、縦
線は複数のツェナーダイオードの示すツェナー電圧値の
変動の分子１１範囲を示し、Ｏ印の点は、分６ｉの平均
値を示す。

なお、この発明は上述の実施例に限定されない。

たとえば、上記実施例はｎ”−ｐ接合のツェナーダイオ
ードについて説明されたが、ｎ　−ｐ＋接合のツェナー
ダイオードでもよい。また、ツェナーダイオードに限ら
ず、たとえばＮ１０ｓＦＥＴを含む゛１ミ導体装置の製
造方法にも応用でき、そのしきい値電圧の経時な化を改
苫することもできる。

［発明の効果］ この発明に係る半導体装置は、主表面をＨし予め定める
導電型の予め定める不純物濃度を−有する半導体基板と
、半導体基板の主表面上に形成された半導体複合物と、
半導体腹合物上に形成され、半導体複合物を保護するた
めの第１の水素イオン濃度を白゛する第１のプラズマシ
リコン窒化膜と、第１のプラズマシリコン窒化膜上に形
成され、第１の水素イオン濃度よりも高い第２の水素イ
オン濃度を有する第２のプラズマシリコン窒化膜とを含
む。

この発明に係る゛ト導体装置は以上のよう（１η成され
たため、たとえばＭＯＳＦＥＴやツェナーダイオード等
のような半導体１勺合物に近い部分の第１のプラズマシ
リコン窒化膜中の水素イオンｌ震度が低い。したがって
、ツェナーダイオードのツェナ電圧値に代表される電気
的特性に悪影響を′ｊえる水素数は、従来装置と比較し
てａｔ減される。

また、第１のプラズマシリコン窒化膜の上に、比較的高
い第２の水素イオン濃度を自゛する第２のプラズマシリ
コン窒化膜が形成されている。このため、プラズマシリ
コン窒化膜中の膜ストレスが増大することは避けられる
。

したがって、この発明によれば、プラズマシリコン窒化
膜の持つ利点を生かしながら、電−に悪影響を及ぼすこ
となく、しかもツェナーダイオードのツェナー電圧値に
代表される電気的特性の経時変化が少ない半導体装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の要部を示す断面図で
あり、第２図は第１図に示された半導体装置の製造ステ
ップを示す断面図であり、第３図は第１図に示された半
導体装置の要部の甲面図であり、第４図はプラズマシリ
コン窒化膜生成温度と、膜中水素イオン濃度との関係を
示すグラフであり、第５図は本発明の一実施例として示
された半導体装置の電気的特性の改冴を示すグラフであ
り、第６図は従来の半導体装置の要部を示す断面図であ
る。 図中１はｎ型シリコンエピタキシャル層、２はｐ型ベー
ス層、３はｒ１＋型エミッタ層、４は酸化膜、５は比較
的低い第１の水素イオン濃度を白゛する第１のプラズマ
シリコン窒化膜、６は比較的高い第２の水素イオンｌ震
度を白゛する第２のプラズマシリコン窒化膜、７はツェ
ナーダイオードの陰極側アルミ電極、８は陽極側アルミ
電極、９はｐ型シリコン基板、１０はｎ＋型埋込層、１
１はｐ型素子分離領域、１２〜１４は酸化膜、１５は従
来装置のプラズマシリコン窒化膜を示す。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主表面を有し、予め定める導電型の予め定める不純物濃
   度を有する半導体基板と、 前記主表面上に形成された半導体複合物と、前記半導体
   複合物上に形成され、前記半導体複合物を保護するため
   の第１の水素イオン濃度を有する第１のプラズマシリコ
   ン窒化膜と、 前記第１のプラズマシリコン窒化膜上に形成され、第２
   の水素イオン濃度を有する第２のプラズマシリコン窒化
   膜とを含み、 前記第１の水素イオン濃度は前記第２の水素イオン濃度
   よりも低く選ばれる半導体装置。