JPH02271528A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH02271528A JPH02271528A JP1093825A JP9382589A JPH02271528A JP H02271528 A JPH02271528 A JP H02271528A JP 1093825 A JP1093825 A JP 1093825A JP 9382589 A JP9382589 A JP 9382589A JP H02271528 A JPH02271528 A JP H02271528A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/274—Diamond only using microwave discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C16/278—Diamond only doping or introduction of a secondary phase in the diamond
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
- H01C7/041—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient formed with two or more layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W74/00—Encapsulations, e.g. protective coatings
- H10W74/40—Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/01—Manufacture or treatment
- H10W72/015—Manufacture or treatment of bond wires
- H10W72/01515—Forming coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/075—Connecting or disconnecting of bond wires
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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。
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、半導体装置に関し、特に、耐熱性および耐
環境性に優れた半導体装置に関するものである。
環境性に優れた半導体装置に関するものである。
［従来の技術］および［発明が解決しようとする課題］
半導体装置の半導体材料としては、典型的にはシリコン
が用いられている。このシリコン半導体素子を保護する
ために、その表面には絶縁保護膜が堆積している。絶縁
保護膜としては、典型的にいる。
が用いられている。このシリコン半導体素子を保護する
ために、その表面には絶縁保護膜が堆積している。絶縁
保護膜としては、典型的にいる。
絶縁保護膜として一般的に用いられているシリコン酸化
膜やリンガラスは、熱伝導性が悪い。そのため、使用時
の温度上昇によって、シリコン半導体素子の特性が劣化
することがある。また、シリコンの特性上、シリコン半
導体素子を用いた半導体装置を高温度で使用することは
できない。さらに、シリコン酸化膜やリンガラスなどの
絶Ｒ保護膜によっては放射線の侵入を防ぐことができな
い。そのため、上述したような従来の半導体装置を、放
射線を受ける雰囲気下で使用することはできない。
膜やリンガラスは、熱伝導性が悪い。そのため、使用時
の温度上昇によって、シリコン半導体素子の特性が劣化
することがある。また、シリコンの特性上、シリコン半
導体素子を用いた半導体装置を高温度で使用することは
できない。さらに、シリコン酸化膜やリンガラスなどの
絶Ｒ保護膜によっては放射線の侵入を防ぐことができな
い。そのため、上述したような従来の半導体装置を、放
射線を受ける雰囲気下で使用することはできない。
近年、ダイヤモンド膜の気相合成法が確立し、ダイヤモ
ンド膜の有効利用が検討されている。ダイヤモンド膜と
しては、絶縁性に優れたものも合成することができるの
で、シリコン半導体素子等に対する絶縁保護膜としてダ
イヤモンド膜を利用することも考えられている。たとえ
ば、特開昭５８−１４５１３４号には、シリコン半導体
素子の表面をダイヤモンド保護絶縁膜で覆った半導体装
置が開示されている。
ンド膜の有効利用が検討されている。ダイヤモンド膜と
しては、絶縁性に優れたものも合成することができるの
で、シリコン半導体素子等に対する絶縁保護膜としてダ
イヤモンド膜を利用することも考えられている。たとえ
ば、特開昭５８−１４５１３４号には、シリコン半導体
素子の表面をダイヤモンド保護絶縁膜で覆った半導体装
置が開示されている。
ところが、シリコン半導体素子の表面をダイヤモンドの
絶縁保護膜で覆った半導体装置には、以下の問題点があ
る。、まず第１に、シリコンとダイヤモンドとの間には
大きな熱膨張率の差があるため、温度変化によってシリ
コン半導体素子とダイヤモンドの絶縁保護膜との界面に
歪や応力が発生したりする。第２に、シリコンとダイヤ
モンドとが異種物質であるため、シリコン半導体素子と
ダイヤモンド絶縁保護膜との密着性が悪い。第３に、シ
リコン自体の特性上、数１００℃といった高温下での使
用は不可能である。
絶縁保護膜で覆った半導体装置には、以下の問題点があ
る。、まず第１に、シリコンとダイヤモンドとの間には
大きな熱膨張率の差があるため、温度変化によってシリ
コン半導体素子とダイヤモンドの絶縁保護膜との界面に
歪や応力が発生したりする。第２に、シリコンとダイヤ
モンドとが異種物質であるため、シリコン半導体素子と
ダイヤモンド絶縁保護膜との密着性が悪い。第３に、シ
リコン自体の特性上、数１００℃といった高温下での使
用は不可能である。
ところで、ダイヤモンドは、種々の興味ある特性を有し
ている。たとえば、化学的に極めて安定であること、電
気的にもバンドギャップが大きいこと、キャリアの移動
度が大きいこと、誘電率が小さいこと等である。このよ
うなダイヤモンドの特性を利用して、ダイヤモンドを半
導体材料として用いた半導体素子の開発が進められてい
る。ダイヤモンドの半導体材料は、５００℃以上といっ
た高温下でも使用でき、また放射線に対しても安定した
特性を示す。さらに、酸性雰囲気やアルカリ性雰囲気の
ような苛酷な環境下にあっても、耐性を示す。
ている。たとえば、化学的に極めて安定であること、電
気的にもバンドギャップが大きいこと、キャリアの移動
度が大きいこと、誘電率が小さいこと等である。このよ
うなダイヤモンドの特性を利用して、ダイヤモンドを半
導体材料として用いた半導体素子の開発が進められてい
る。ダイヤモンドの半導体材料は、５００℃以上といっ
た高温下でも使用でき、また放射線に対しても安定した
特性を示す。さらに、酸性雰囲気やアルカリ性雰囲気の
ような苛酷な環境下にあっても、耐性を示す。
耐熱性半導体としてダイヤモンド半導体を利用すること
が検討されているが、以下の問題点のあることが判明し
た。すなわち、気相合成法で形成したダイヤモンド半導
体膜を、たとえば６００℃といった高温の大気中に置い
ておくと、その抵抗値が徐々に変化していく。このよう
な抵抗値の変化は、ダイヤモンド半導体膜と酸素との反
応による影響であると考えられる。たとえば、ダイヤモ
ンド半導体膜の気相合成時に結晶欠陥が形成されたりす
ると、その結晶欠陥の部分から酸素との反応によるエツ
チングが徐々に進行したりすると考えられる。あるいは
、結晶欠陥の部分から、酸素との反応によって膜中にド
ープされている不純物の準位が徐々に補償されたりする
と考えられる。
が検討されているが、以下の問題点のあることが判明し
た。すなわち、気相合成法で形成したダイヤモンド半導
体膜を、たとえば６００℃といった高温の大気中に置い
ておくと、その抵抗値が徐々に変化していく。このよう
な抵抗値の変化は、ダイヤモンド半導体膜と酸素との反
応による影響であると考えられる。たとえば、ダイヤモ
ンド半導体膜の気相合成時に結晶欠陥が形成されたりす
ると、その結晶欠陥の部分から酸素との反応によるエツ
チングが徐々に進行したりすると考えられる。あるいは
、結晶欠陥の部分から、酸素との反応によって膜中にド
ープされている不純物の準位が徐々に補償されたりする
と考えられる。
この発明は、上述したような課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、数１００℃といった高温
下での使用でもその動作特性が安定している半導体装置
を提供することである。
れたものであり、その目的は、数１００℃といった高温
下での使用でもその動作特性が安定している半導体装置
を提供することである。
［課題を解決するための手段］
この発明は、半導体材料としてダイヤモンドを用いた半
導体素子の表面を、ダイヤモンドからなる絶縁保護膜で
覆った半導体装置である。
導体素子の表面を、ダイヤモンドからなる絶縁保護膜で
覆った半導体装置である。
［発明の作用効果］
半導体層がダイヤモンドで作られている半導体素子の表
面を、絶縁性に優れたダイヤモンドの絶縁保護膜で覆っ
ているので、ダイヤモンド半導体層の特性の劣化を効果
的に防止することができる。
面を、絶縁性に優れたダイヤモンドの絶縁保護膜で覆っ
ているので、ダイヤモンド半導体層の特性の劣化を効果
的に防止することができる。
すなわち、半導体装置を３００℃以上または５００℃以
上の高温でしかも酸素雰囲気中に置いたとしても、半導
体ダイヤモンド層が直接酸素雰囲気にさらされないので
、酸素との反応による抵抗値の変化は生じず、半導体ダ
イヤモンド層の特性を安定に保つことができる。また、
半導体ダイヤモンド層が酸素によってエツチングされる
ということもなくなる。こうして、この発明によれば、
半導体素子の高温における耐久性を高めることができる
。
上の高温でしかも酸素雰囲気中に置いたとしても、半導
体ダイヤモンド層が直接酸素雰囲気にさらされないので
、酸素との反応による抵抗値の変化は生じず、半導体ダ
イヤモンド層の特性を安定に保つことができる。また、
半導体ダイヤモンド層が酸素によってエツチングされる
ということもなくなる。こうして、この発明によれば、
半導体素子の高温における耐久性を高めることができる
。
ダイヤモンドの絶縁保護膜に結晶欠陥が存在している場
合には、ダイヤモンド絶縁保護膜がその欠陥部分から酸
素によって徐々にエツチングされていくことが考えられ
る。しかし、結晶性に優れたダイヤモンドによって絶縁
保護膜を形成すれば、エツチングの進行速度は極めてゆ
っくりしたものとなる。したがって、ダイヤモンドの絶
縁保護膜がエツチングされて半導体ダイヤモンド層の一
部が大気にさらされるようになるまでの時間は、実用上
問題にならないほど長いものとなる。以上の観点から、
ダイヤモンド半導体層に対する高温における保護の効果
を高めるためには、絶縁保護膜として用いられるダイヤ
モンドの結晶性を良好なものにする必要がある。
合には、ダイヤモンド絶縁保護膜がその欠陥部分から酸
素によって徐々にエツチングされていくことが考えられ
る。しかし、結晶性に優れたダイヤモンドによって絶縁
保護膜を形成すれば、エツチングの進行速度は極めてゆ
っくりしたものとなる。したがって、ダイヤモンドの絶
縁保護膜がエツチングされて半導体ダイヤモンド層の一
部が大気にさらされるようになるまでの時間は、実用上
問題にならないほど長いものとなる。以上の観点から、
ダイヤモンド半導体層に対する高温における保護の効果
を高めるためには、絶縁保護膜として用いられるダイヤ
モンドの結晶性を良好なものにする必要がある。
半導体層をダイヤモンドで作った半導体素子としては、
たとえばダイオード、トランジスタ、サーミスタ、圧力
センサ、放射線ディテクタ等が例示的に挙げられる。ま
た本発明の半導体装置は、従来の半導体装置に比べて、
耐熱性、耐放射線性および高温での耐久性に優れている
ので、たとえば自動車のエンジンルーム、原子炉、人工
衛星等の苛酷な環境の下でも有効に利用され得る。
たとえばダイオード、トランジスタ、サーミスタ、圧力
センサ、放射線ディテクタ等が例示的に挙げられる。ま
た本発明の半導体装置は、従来の半導体装置に比べて、
耐熱性、耐放射線性および高温での耐久性に優れている
ので、たとえば自動車のエンジンルーム、原子炉、人工
衛星等の苛酷な環境の下でも有効に利用され得る。
絶縁保護ダイヤモンド膜は、当然のことながら、半導体
ダイヤモンド層の上に容易に成長させることができる。
ダイヤモンド層の上に容易に成長させることができる。
また、半導体層およびその上の絶縁保護膜がともにダイ
ヤモンドによって形成されているので、熱膨張率の差は
なく、シかも両者の間の密着性は極めて良好である。し
たがって、たとえば半導体装置に対して２０℃から５０
０℃といった大きな温度変化が与えられても、両者の界
面に歪や応力が生じたりすることはなく、また絶縁保護
膜にクラックが生じたり、剥離したりすることは生じな
い。さらに、両者の界面に存在する界面準位や半導体ダ
イヤモンド層への不純物イオンの侵入の量は、たとえば
シリコン酸化膜等のようにダイヤモンド以外の材料を絶
縁保護膜として用いた場合に比べて、少なくなり、半導
体層の動作にとって好都合なものとなる。
ヤモンドによって形成されているので、熱膨張率の差は
なく、シかも両者の間の密着性は極めて良好である。し
たがって、たとえば半導体装置に対して２０℃から５０
０℃といった大きな温度変化が与えられても、両者の界
面に歪や応力が生じたりすることはなく、また絶縁保護
膜にクラックが生じたり、剥離したりすることは生じな
い。さらに、両者の界面に存在する界面準位や半導体ダ
イヤモンド層への不純物イオンの侵入の量は、たとえば
シリコン酸化膜等のようにダイヤモンド以外の材料を絶
縁保護膜として用いた場合に比べて、少なくなり、半導
体層の動作にとって好都合なものとなる。
良好な絶縁性を保つために、絶縁保護ダイヤモンド膜の
膜厚は、通常０．０１〜１０μｍとされる。また、絶縁
保護ダイヤモンド膜の抵抗率は、少なくともダイヤモン
ド半導体層の抵抗率よりも２桁以上大きくするのが望ま
しい。２桁以上の抵抗率の差があれば、絶縁保護ダイヤ
モンド膜を通過するリーク電流を１％以下に抑えること
ができる。リーク電流を０．１％以下に抑えることが要
求される半導体装置においては、絶縁保護ダイヤモンド
膜の抵抗率を、ダイヤモンド半導体層の抵抗率よりも３
桁以上大きくするのが望ましい。別の観点から見れば、
絶縁保護ダイヤモンド膜の室温での抵抗率を、１０８Ω
・ｃｍ以上にするのが望ましい。
膜厚は、通常０．０１〜１０μｍとされる。また、絶縁
保護ダイヤモンド膜の抵抗率は、少なくともダイヤモン
ド半導体層の抵抗率よりも２桁以上大きくするのが望ま
しい。２桁以上の抵抗率の差があれば、絶縁保護ダイヤ
モンド膜を通過するリーク電流を１％以下に抑えること
ができる。リーク電流を０．１％以下に抑えることが要
求される半導体装置においては、絶縁保護ダイヤモンド
膜の抵抗率を、ダイヤモンド半導体層の抵抗率よりも３
桁以上大きくするのが望ましい。別の観点から見れば、
絶縁保護ダイヤモンド膜の室温での抵抗率を、１０８Ω
・ｃｍ以上にするのが望ましい。
絶縁保護ダイヤモンド膜の絶縁性が良好か否かは、ラマ
ン分光分析によって判別することができる。絶縁性の良
好なダイヤモンド膜は、結晶性に優れており、ダイヤモ
ンド状炭素膜を含まない。
ン分光分析によって判別することができる。絶縁性の良
好なダイヤモンド膜は、結晶性に優れており、ダイヤモ
ンド状炭素膜を含まない。
また、結晶性に優れたダイヤモンド膜の中でも、以下の
条件を満たすのが望ましい。すなわち、スポットの直径
が２μｍ以下である照射レーザ光を用いて絶縁保護ダイ
ヤモンド膜のすべての部分に対してラマン分光分析を行
なったとき、ラマンシフト１３３３±５ｃｍ”にダイヤ
モンドのラマン散乱光が観察され、さらに、このダイヤ
モンドのラマン散乱光の大きさに対して、１１５０ｃｍ
”〜１７５０ｃｍ−１こ現われるグラファイトやアモル
ファスカーボン等のラマン散乱光のうち最大強度のもの
の大きさが１１５以下であること、さらに望ましくはそ
の大きさが１／２０以下であることが要求される。
条件を満たすのが望ましい。すなわち、スポットの直径
が２μｍ以下である照射レーザ光を用いて絶縁保護ダイ
ヤモンド膜のすべての部分に対してラマン分光分析を行
なったとき、ラマンシフト１３３３±５ｃｍ”にダイヤ
モンドのラマン散乱光が観察され、さらに、このダイヤ
モンドのラマン散乱光の大きさに対して、１１５０ｃｍ
”〜１７５０ｃｍ−１こ現われるグラファイトやアモル
ファスカーボン等のラマン散乱光のうち最大強度のもの
の大きさが１１５以下であること、さらに望ましくはそ
の大きさが１／２０以下であることが要求される。
第４図は、ラマン散乱スペクトルを示す図である。この
図において、横軸は波数を示し、縦軸は測定ラマン散乱
強度を示している。ラマン散乱の大きさとは、第４図に
おいて、１１５０ｃｍ”での測定ラマン散乱強度を示す
点と１７５０ｃｍ−１での測定ラマン散乱強度を示す点
とを直線で結び、この直線よりも下に位置する部分はバ
ックグラウンドと判断し、それぞれのラマン散乱スペク
トルのピーク高さのうちこの直線よりも上にある部分の
みの高さで表わす。また、ラマン散乱スペクトルのピー
クが他のピークと重なっている場合には、その重なった
分を差し引いた高さで表わす。
図において、横軸は波数を示し、縦軸は測定ラマン散乱
強度を示している。ラマン散乱の大きさとは、第４図に
おいて、１１５０ｃｍ”での測定ラマン散乱強度を示す
点と１７５０ｃｍ−１での測定ラマン散乱強度を示す点
とを直線で結び、この直線よりも下に位置する部分はバ
ックグラウンドと判断し、それぞれのラマン散乱スペク
トルのピーク高さのうちこの直線よりも上にある部分の
みの高さで表わす。また、ラマン散乱スペクトルのピー
クが他のピークと重なっている場合には、その重なった
分を差し引いた高さで表わす。
第４図のラマン散乱スペクトルでは、波数１３３３ｃｍ
−’でダイヤモンドのラマン散乱光が観察されている。
−’でダイヤモンドのラマン散乱光が観察されている。
このダイヤモンドのラマン散乱光の大きさをＣとする。
また、波数１３７０ｃｍ”でアモルファス状カーボンの
ラマン散乱光が観察されている。このアモルファス状カ
ーボンのラマン散乱の大きさをＢとする。また、波数１
５５５ｃｍ”でアモルファス状カーボンのラマン散乱光
が観察されている。このアモルファス状カーボンのラマ
ン散乱の大きさをＡとする。第４図に示したラマン散乱
スペクトルでは、ダイヤモンドのラマン散乱Ｃ除いて、
１１５０ｃｍ” 〜１７５０ｃｍ−’でのラマン散乱の
うち最も大きなものとはアモルファス状カーボンのラマ
ン散乱Ｂである。
ラマン散乱光が観察されている。このアモルファス状カ
ーボンのラマン散乱の大きさをＢとする。また、波数１
５５５ｃｍ”でアモルファス状カーボンのラマン散乱光
が観察されている。このアモルファス状カーボンのラマ
ン散乱の大きさをＡとする。第４図に示したラマン散乱
スペクトルでは、ダイヤモンドのラマン散乱Ｃ除いて、
１１５０ｃｍ” 〜１７５０ｃｍ−’でのラマン散乱の
うち最も大きなものとはアモルファス状カーボンのラマ
ン散乱Ｂである。
絶縁性良好なダイヤモンド膜を得るためには、Ｂ／Ｃを
好ましくは１１５以下、さらに望ましくは１／２０以下
にすることが必要である。
好ましくは１１５以下、さらに望ましくは１／２０以下
にすることが必要である。
この発明に従った半導体装置では、半導体ダイヤモンド
層と絶縁保護ダイヤモンド膜とが積層構造になっている
ので、そのままの状態で絶縁保護ダイヤモンド膜のみに
対してラマン分光分析を行なうことは困難である。しか
し、半導体装置を裏面からポリッシングし、さらに分析
目標とする部分のみの裏側をイオンビームエツチングに
よって除去すれば、表面の絶縁保護ダイヤモンド膜のみ
を残すことができる。こうし残された絶縁保護ダイヤモ
ンド膜をラマン分光分析すればよい。
層と絶縁保護ダイヤモンド膜とが積層構造になっている
ので、そのままの状態で絶縁保護ダイヤモンド膜のみに
対してラマン分光分析を行なうことは困難である。しか
し、半導体装置を裏面からポリッシングし、さらに分析
目標とする部分のみの裏側をイオンビームエツチングに
よって除去すれば、表面の絶縁保護ダイヤモンド膜のみ
を残すことができる。こうし残された絶縁保護ダイヤモ
ンド膜をラマン分光分析すればよい。
ダイヤモンド膜の結晶性の評価法としては、他にＸ線回
折法によるデイフラクションパターンのピーク半値幅等
で評価することも可能であるが、マルチチャネル方式の
ラマン分光法の方が測定を迅速に行なうことができ簡便
である。
折法によるデイフラクションパターンのピーク半値幅等
で評価することも可能であるが、マルチチャネル方式の
ラマン分光法の方が測定を迅速に行なうことができ簡便
である。
欠陥部分、グラファイト成分またはアモルファス成分等
を多く含む多結晶ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素膜
は、前述の条件を満たさない。このような膜であっても
、使用温度が３００℃以下の低温であるならば、ダイヤ
モト半導体層に対して悪影響を及ぼす化学的汚染からダ
イヤモンド半導体素層を守る目的で、絶縁保護膜として
用いることができる。しかし、３００℃以上の高温での
使用になると、結晶性の悪いダイヤモンド膜やダイヤモ
ンド状炭素膜の場合、たとえばグラファイト領域または
欠陥部分から酸素との反応によるエツチングが急激に進
行し、短時間のうちにダイヤモンド半導体層が大気にさ
れされてしまう。したがって、３００℃以上の高温で使
用される半導体装置には、結晶性の悪いダイヤモンド膜
を絶縁保護膜として使用することができない。
を多く含む多結晶ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素膜
は、前述の条件を満たさない。このような膜であっても
、使用温度が３００℃以下の低温であるならば、ダイヤ
モト半導体層に対して悪影響を及ぼす化学的汚染からダ
イヤモンド半導体素層を守る目的で、絶縁保護膜として
用いることができる。しかし、３００℃以上の高温での
使用になると、結晶性の悪いダイヤモンド膜やダイヤモ
ンド状炭素膜の場合、たとえばグラファイト領域または
欠陥部分から酸素との反応によるエツチングが急激に進
行し、短時間のうちにダイヤモンド半導体層が大気にさ
れされてしまう。したがって、３００℃以上の高温で使
用される半導体装置には、結晶性の悪いダイヤモンド膜
を絶縁保護膜として使用することができない。
たとえば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、原料
ガスの成分比ＣＨ４／Ｈ２が３％、マイクロ波パワーが
３５０Ｗ、反応圧力が４０Ｔｏｒ「の条件下で形成した
多結晶ダイヤモンド膜は、（１００）面配向のダイヤモ
ンド成長粒の集合体である。この多結晶ダイヤモンド膜
をラマン分光分析すると、（１００）面配向のダイヤモ
ンド粒の部分では、１３３３ｃｍ−１のダイヤモンドの
ピークのみしか現われず優れた結晶性を示す。ところが
、粒と粒の隙間の部分では、１３３３ｃｍ”のラマン散
乱の大きさの１／１０〜１／２あるいはそれよりももっ
と大きいグラファイトのラマン散乱やアモルファスカー
ボンのラマン散乱が現われるような結晶性の劣った部分
が存在する。このような膜を大気中で３００℃以上の高
温に置くと、粒界部分からのエツチングが進行し、保護
膜としての効果を発揮できなくなる。このように、本発
明において絶縁保護膜として用い得るダイヤモンド膜は
、ダイヤモン・ド膜のすべての部分において結晶性が優
れていることが要求される。
ガスの成分比ＣＨ４／Ｈ２が３％、マイクロ波パワーが
３５０Ｗ、反応圧力が４０Ｔｏｒ「の条件下で形成した
多結晶ダイヤモンド膜は、（１００）面配向のダイヤモ
ンド成長粒の集合体である。この多結晶ダイヤモンド膜
をラマン分光分析すると、（１００）面配向のダイヤモ
ンド粒の部分では、１３３３ｃｍ−１のダイヤモンドの
ピークのみしか現われず優れた結晶性を示す。ところが
、粒と粒の隙間の部分では、１３３３ｃｍ”のラマン散
乱の大きさの１／１０〜１／２あるいはそれよりももっ
と大きいグラファイトのラマン散乱やアモルファスカー
ボンのラマン散乱が現われるような結晶性の劣った部分
が存在する。このような膜を大気中で３００℃以上の高
温に置くと、粒界部分からのエツチングが進行し、保護
膜としての効果を発揮できなくなる。このように、本発
明において絶縁保護膜として用い得るダイヤモンド膜は
、ダイヤモン・ド膜のすべての部分において結晶性が優
れていることが要求される。
絶縁保護ダイヤモンド膜は気相合成法によって形成する
ことができる。気相合成法としては、■熱電子放射材を
加熱して原料ガスを活性化する方法、■直流、高周波、
またはマイクロ波電界による放電を利用する方法、■イ
オン衝撃を利用する方法、■原料ガスを燃焼する方法等
があるが、いずれの方法によっても、良好な結晶性を有
するダイヤモンド膜を得ることができる。基材が単結晶
ダイヤモンドの場合には、その上に成長させる半導体ダ
イヤモンド膜がエピタキシャル単結晶膜となり、さにら
にその上に成長させる絶縁保護ダイヤモンド膜もまたエ
ピタキシャル単結晶膜となる。
ことができる。気相合成法としては、■熱電子放射材を
加熱して原料ガスを活性化する方法、■直流、高周波、
またはマイクロ波電界による放電を利用する方法、■イ
オン衝撃を利用する方法、■原料ガスを燃焼する方法等
があるが、いずれの方法によっても、良好な結晶性を有
するダイヤモンド膜を得ることができる。基材が単結晶
ダイヤモンドの場合には、その上に成長させる半導体ダ
イヤモンド膜がエピタキシャル単結晶膜となり、さにら
にその上に成長させる絶縁保護ダイヤモンド膜もまたエ
ピタキシャル単結晶膜となる。
第１図は、本発明に従った半導体装置の一例であるサー
ミスタを示す断面図である。第２図は、その平面図であ
る。Ｓｔ、Ｎ、基板１の上にＢドープ半導体ダイヤモン
ド多結晶膜２が形成されている。この半導体ダイヤモン
ド多結晶膜２の上には、１対のオーミック電極３，４が
形成される。
ミスタを示す断面図である。第２図は、その平面図であ
る。Ｓｔ、Ｎ、基板１の上にＢドープ半導体ダイヤモン
ド多結晶膜２が形成されている。この半導体ダイヤモン
ド多結晶膜２の上には、１対のオーミック電極３，４が
形成される。
一方の電極３には、たとえば耐熱性の銀ペースト５を介
してリード線７が接続される。他方の電極４にも、耐熱
性銀ペースト６を介してリード線８が接続される。Ｂド
ープ半導体ダイヤモンド多結晶膜２の表面は、ノンドー
プ絶縁性ダイヤモンド多結晶膜９によって覆われている
。図示するような構造のサーミスタは、−５０℃〜６０
０℃の温度でも安定に使用することができる。
してリード線７が接続される。他方の電極４にも、耐熱
性銀ペースト６を介してリード線８が接続される。Ｂド
ープ半導体ダイヤモンド多結晶膜２の表面は、ノンドー
プ絶縁性ダイヤモンド多結晶膜９によって覆われている
。図示するような構造のサーミスタは、−５０℃〜６０
０℃の温度でも安定に使用することができる。
［実施例］
第１図に示すような構造のサーミスタを１０種類作った
。具体的には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、
原料ガスの成分比ＣＨ４／Ｈ２が１／２００、ドーパン
トガスの成分比Ｂ２ＨＦ、／ＣＨ４が１１００ｐｐ、マ
イクロ波パワーが４００Ｗ１反応圧力が４ＱＴｏ ｒ
ｒの条件下で、５ｔｊＮ４基板（１，５Ｘ３．８ＸＯ，
２ｍｍ）１上の全面に、膜厚２μｍの半導体ダイヤモン
ド膜２を形成した。次に、この半導体ダイヤモンド膜２
の上に、１対のオーミック電極３，４として、Ｔｉ Ｘ
Ｍｏ＼Ａｕの３層電極を電子ビーム蒸着によって形成し
た。
。具体的には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、
原料ガスの成分比ＣＨ４／Ｈ２が１／２００、ドーパン
トガスの成分比Ｂ２ＨＦ、／ＣＨ４が１１００ｐｐ、マ
イクロ波パワーが４００Ｗ１反応圧力が４ＱＴｏ ｒ
ｒの条件下で、５ｔｊＮ４基板（１，５Ｘ３．８ＸＯ，
２ｍｍ）１上の全面に、膜厚２μｍの半導体ダイヤモン
ド膜２を形成した。次に、この半導体ダイヤモンド膜２
の上に、１対のオーミック電極３，４として、Ｔｉ Ｘ
Ｍｏ＼Ａｕの３層電極を電子ビーム蒸着によって形成し
た。
さらに、半導体ダイヤモンド膜２の上に、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によって、結晶性の異なる１０？！類の
絶縁性多結晶ダイヤモンド膜（膜厚は１μｍ）９を形成
した。１０種類の絶縁性多結晶ダイヤモンド膜を形成す
るための処理条件は以下のとおりであった。
ラズマＣＶＤ法によって、結晶性の異なる１０？！類の
絶縁性多結晶ダイヤモンド膜（膜厚は１μｍ）９を形成
した。１０種類の絶縁性多結晶ダイヤモンド膜を形成す
るための処理条件は以下のとおりであった。
■ 試料１
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ ４０Ｔｏ ｒ ｒ
原料ガス： ＣＨ４／ Ｈｚ −０，５％■ 試料２
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ４０Ｔｏｒｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−１，５％。
ｏ２／Ｈ２−０，５％
■ 試料３
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ ４０Ｔｏ ｒ ｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−１，５％
■ 試料４
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ４０Ｔｏｒｒ
原料ガス二ＣＨ４／Ｈ２−２％。
０□／Ｈ２−０，５％
■ 試料５
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ ４０Ｔｏ ｒ ｒ
原料ガス：ＣＨ４／Ｈ２−３％。
０２／Ｈ２−０，５％
■ 試料６
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ４０Ｔｏｒｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−６％。
０２／Ｈ２−０，５％
■ 試料７
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ ４０Ｔｏ ｒ ｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−３％
■ 試料８
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ４０Ｔｏｒｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−４％
■ 試料９
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ４０Ｔｏｒｒ
原料ガス： ＣＨ４／Ｈ２−５％
０ 試料１０
マイクロ波パワー：４００Ｗ
反応圧カニ ４０Ｔｏ ｒ ｒ
原料ガス： ＣＨ４／ Ｈ２−６％
各試料１〜１０に対して、それぞれ、耐熱性銀ペースト
５，６を用いてＮｉリード線（０，１ｍｍφ）７，８を
電極３，４に固着して第１図に示すような構造のダイヤ
モンドサーミスタを作った。
５，６を用いてＮｉリード線（０，１ｍｍφ）７，８を
電極３，４に固着して第１図に示すような構造のダイヤ
モンドサーミスタを作った。
比較用として、第３図に示す構造のサーミスタを作った
。第３図に示すサーミスタは、第１図に示しているよう
な絶縁性多結晶ダイヤモンド膜９を有していない。それ
以外の部分の構造については、第１図に示したものと同
じである。第３図に示す構造のサーミスタを、試料１１
とする。
。第３図に示すサーミスタは、第１図に示しているよう
な絶縁性多結晶ダイヤモンド膜９を有していない。それ
以外の部分の構造については、第１図に示したものと同
じである。第３図に示す構造のサーミスタを、試料１１
とする。
試料１〜１１のサーミスタに対して、大気中５００℃に
おける抵抗値の変化を１００時間にわたって測定した。
おける抵抗値の変化を１００時間にわたって測定した。
また、抵抗値変化の測定のための試料とは別に、絶縁性
保護膜のラマン分光分析用として、各種類の素子の裏面
から中央部にイオンビームエツチングを施し、素子の中
央部に直径３０μｍの絶縁保護ダイヤモンド膜のみの部
分が残るように、Ｓｉ、Ｎ４基板およびＢドープ半導体
ダイヤモンド膜を除去した。
保護膜のラマン分光分析用として、各種類の素子の裏面
から中央部にイオンビームエツチングを施し、素子の中
央部に直径３０μｍの絶縁保護ダイヤモンド膜のみの部
分が残るように、Ｓｉ、Ｎ４基板およびＢドープ半導体
ダイヤモンド膜を除去した。
各試料のラマン分光分析の結果および抵抗値の耐久性測
定の結果は、以下のとおりであった。なお、ラマン分光
分析の結果、すなわち１３３３±５ｃｍ”のラマンシフ
トの大きさに対する１１５０〜１７５０ｃｍ−１に現わ
れるこれ以外のラマンシフトのうち最大のものの大きさ
の比を４Ｐ′で表わし、５００℃で１００時間後の抵抗
値の変化を“Ｑ”で表わしている。
定の結果は、以下のとおりであった。なお、ラマン分光
分析の結果、すなわち１３３３±５ｃｍ”のラマンシフ
トの大きさに対する１１５０〜１７５０ｃｍ−１に現わ
れるこれ以外のラマンシフトのうち最大のものの大きさ
の比を４Ｐ′で表わし、５００℃で１００時間後の抵抗
値の変化を“Ｑ”で表わしている。
試料１
′Ｐ” ：０
“Ｑ”４０．５％の高抵抗化
試料２
Ｐ” ：０．０１
“Ｑ”：０．５％の高抵抗化
試料３
’Ｐ’ ：０． ０５
“Ｑ’：０．５％の高抵抗化
試料４
’Ｐ’ ：０．１
“Ｑ” ：１．１％の高抵抗化
試料５
Ｐ” ；０．２
“Ｑ” 二０．９％の高抵抗化
試料６
Ｐ” ：０，３
“Ｑ” ：３０％の高抵抗化
試料７
’Ｐ” ：０．５
“Ｑ“ ＝２５％の高抵抗化
試料８
Ｐ” ：１，０
“Ｑ”：２８％の高抵抗化
試料９
’Ｐ’ ７２． ０
“Ｑ” ：３９％の高抵抗化
試料１０
“Ｐ“ 二３．０
“Ｑ“ 二３９％の高抵抗化
試料１１
絶縁保護ダイヤモンド膜が存在していない。
“Ｑ“ ：４０％の高抵抗化
第１図は、この発明に従った半導体装置の一例であるサ
ーミスタの断面図である。第２図は、第１図のサーミス
タの平面図である。 第３図は、絶縁保護ダイヤモンド膜を有していないサー
ミスタの断面図である。 第４図は、ラマン散乱スペクトルを示す図である。 図において、１はＳｉ、Ｎ４基板、２はＢドープ半導体
ダイヤモンド多結晶膜、３，４は、Ｔｉ＼Ｍｏ＼Ａｕの
３層電極、５．６は耐熱性銀ペースト、７．８はＮｉリ
ード線、９はノンドープ絶縁性ダイヤモンド多結晶膜を
示す。 ３度数
ーミスタの断面図である。第２図は、第１図のサーミス
タの平面図である。 第３図は、絶縁保護ダイヤモンド膜を有していないサー
ミスタの断面図である。 第４図は、ラマン散乱スペクトルを示す図である。 図において、１はＳｉ、Ｎ４基板、２はＢドープ半導体
ダイヤモンド多結晶膜、３，４は、Ｔｉ＼Ｍｏ＼Ａｕの
３層電極、５．６は耐熱性銀ペースト、７．８はＮｉリ
ード線、９はノンドープ絶縁性ダイヤモンド多結晶膜を
示す。 ３度数
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体材料としてダイヤモンドを用いた半導体素子の表
面を、絶縁保護膜で覆っている半導体装置において、 前記絶縁保護膜がダイヤモンドであることを特徴とする
、半導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9382589A JP2773219B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 半導体装置 |
| DE69011384T DE69011384T2 (de) | 1989-04-12 | 1990-04-10 | Thermistor, der aus Diamant hergestellt ist. |
| SG1995907085A SG30643G (en) | 1989-04-12 | 1990-04-10 | Thermistor made of diamond |
| EP19900106850 EP0392461B1 (en) | 1989-04-12 | 1990-04-10 | Thermistor made of diamond |
| HK79295A HK79295A (en) | 1989-04-12 | 1995-05-18 | Thermistor made of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9382589A JP2773219B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271528A true JPH02271528A (ja) | 1990-11-06 |
| JP2773219B2 JP2773219B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=14093174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9382589A Expired - Fee Related JP2773219B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 半導体装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0392461B1 (ja) |
| JP (1) | JP2773219B2 (ja) |
| DE (1) | DE69011384T2 (ja) |
| HK (1) | HK79295A (ja) |
| SG (1) | SG30643G (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05299705A (ja) * | 1992-04-16 | 1993-11-12 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド薄膜電子デバイス及びその製造方法 |
| EP0582397A3 (en) * | 1992-08-05 | 1995-01-25 | Crystallume | CVD diamond material for radiation detector and method for manufacturing the same. |
| US5388027A (en) * | 1993-07-29 | 1995-02-07 | Motorola, Inc. | Electronic circuit assembly with improved heatsinking |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59213126A (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
| JPS6373559A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-04 | Seiko Epson Corp | 固体撮像装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3435399A (en) * | 1966-04-19 | 1969-03-25 | Gen Electric | Thermistor device and method of producing said device |
-
1989
- 1989-04-12 JP JP9382589A patent/JP2773219B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-10 DE DE69011384T patent/DE69011384T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-10 EP EP19900106850 patent/EP0392461B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-10 SG SG1995907085A patent/SG30643G/en unknown
-
1995
- 1995-05-18 HK HK79295A patent/HK79295A/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59213126A (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
| JPS6373559A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-04 | Seiko Epson Corp | 固体撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SG30643G (en) | 1995-09-01 |
| EP0392461A2 (en) | 1990-10-17 |
| EP0392461A3 (en) | 1990-10-31 |
| JP2773219B2 (ja) | 1998-07-09 |
| DE69011384T2 (de) | 1994-12-15 |
| EP0392461B1 (en) | 1994-08-10 |
| HK79295A (en) | 1995-05-26 |
| DE69011384D1 (de) | 1994-09-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |