JPS6020892B2 - 半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子に関し、特に半導体素子表面の保護
被膜の形成に係るものである。

一般にシリコンプレーナー型半導体素子表面はその安定
化のためにＳｉ０２膜により被覆保護されているが、通
常の素子製造方法では完全に清浄なＳｉ０２膜を形成す
ることは難しく、しばしさ該Ｓｉ０２膜中にある種の不
純物が導入される。

特に該不純物が有通性物質並びにイオン性物質である場
合、該不純物を含むＳｉ０２膜直下のＳｊ表面が分極し
、そこに電荷が誘起されて空乏層若しくはチャンネル層
が形成され易くなり、結果として素子の電気的特性に悪
影響が現われる。例えばシリコンプレーナー型ＮＰＮト
ランジスタに対し、Ｐ型ベース表面に被覆せるＳｉ０２
膜中に前記不純物が入ると、該Ｓｉ０２膿直下のＰ型ベ
ース表面に負電荷が誘起され、そこに空乏層若しくはＮ
型チャンネル層が現われ該表面の再結合電流が増加し、
例えば低電流のｈＦＥ等が低下する。またＰＮＰトラン
ジスタを例にとるとＰ型コレクタ表面に被覆せるＳｉＱ
膜中の不純物により該コレクタ表面に負電荷が誘起され
そこにＮ型チャンネル層が現われ、特にコレクタ・ベー
ス間の逆方向チャンネル電流が現われる。以上の例はい
ずれも従来からよく知られている現象でＳｉＱ膜中のプ
ラス電荷成分によりＰ型シリコン表面に負電荷が譲起さ
れた場合であり、その対策として従来リンガラス層に代
表されるようなプラスイオンをゲッターする等の各種の
方法がとられている。

しかし、その反面Ｓｉ０２腰中のマイナス電荷成分によ
りｎ型シリコン表面に正電荷が誘起されるような現象に
対しては従来あまり報告がなされていない。ところが発
明者の調査によれば素子製造工程中Ｓｉ０２膜中にマイ
ナス電荷成分が導入される可能性が充分にあり、このマ
イナス電荷成分によりＳｉ０２膜直下のｎ型シリコン表
面にＰ型チャンネル層が形成されることが明らかに認め
られた。即ちこのマィナ電荷成分は一般的なＳｉ０２膜
の形成前後にアンモニアを含む水溶液にて素子表面処理
を行なうことにより、また一般的なＳｉ０２膿表面に金
属の酸化物例えばアルミニウムオキサイド、チタニウム
オキサイド、タンタルオキサィド等が存在することによ
り該Ｓｉ０２腰中にマイナス電荷成分が導入され、Ｎ型
シリコン表面にＰ型チャンネル層が形成される。例えば
シリコンＮＰＮ型トランジスタ素子の場合、前記マィナ
ス電荷成分を含むＳｉ０２膿直下の′Ｎ型コレクタ表面
にＰ型チャンネル層が形成されると該チャンネル層は素
子分割用のスクラィブ窓に迄達しコレクタ・ベース間逆
方向のチャンネル電流即ちリーク電流を著しく増大させ
る。特にこのチャンネル層はコレクタ側の比抵抗が高い
程、またＳｉ０２膜厚が薄い程容易に形成される。

本発明はＮ型シリコン表面に出来るＰ型チャンネル層の
悪影響を阻止することを目的とする。

本発明の構成はまずＮ型シリコン表面に被覆せるＳｉ０
２膜を部分的に若し〈はほぼ全面的に除去し、次に露出
せるＳｉ表面に、酸化性雰囲気による低温の熱処理等に
てプラス電荷成分を含むごく低級のシリコン酸化膜を形
成し、該Ｓｉ０２際中に含まれるプラス電荷成分により
譲るｉＱ膜直下のＮ型シリコン表面に負電荷を誘起せし
むることによって該Ｐ型チャンネル層を遮断することを
特徴とする。したがってＮ型シリコン表面はプラス成分
を含む低温熱処理で形成された低級のシリコン酸化膜を
含む構造より成る。ここで、「低級シリコン酸化膜」と
は、例えば常温もしくは４５０午○以下の低温熱処理を
施こすことにより形成されるプラス電荷成分を含む低級
のシリコン酸化膜のことであり、一般の正規なシリコン
酸化膜（Ｓｉ０２濃）になっておらず、酸素が欠損しＳ
ｉ○、Ｓｉ２０ｔＳｉ２０３等の化合物を形成している
ので「化学量論的な組成が変化して酸素空間（Ｖａｃａ
ｎｃｙ）が多い状態や、Ｓｉ−０の結合が各所で切れて
いる不対電子が多い状態のシリコン酸化膜のことである
。本発明によれば例えばＮＰＮ型トランジスタ素子の製
造に於いて、故意に前記マイナス電荷成分を含むＳｉ０
２膜を形成し「 Ｐ型ベース表面の安定化をはかりその
効果として例えば低電流のｈＦ耳・低周波のノイズレベ
ル等のレベルアップが達成でき、更にＮ型コレクタ表面
に形成されるＰ型チャンネル層を局部的に除去すること
により、コレクタ・ベース間逆方向のチャンネル電流を
消去せしむる効果を上げることが出来る。したがって半
導体装置の製造歩留、品質並びに信頼性等が一段と向上
する。次に本発明をその具体的な実施例に基づき図面を
参照して説明する。

本実施例では本発明をプレーナー型ＮＰＮトランジスタ
に適用した場合について説明する。

第１図はＮ型ェミッタ拡散層１、Ｐ型ベース拡散層２、
Ｎ型コレクタ層３「 熟成長Ｓｉ０２膜４並びにェミツ
タ電極５、ベース電極６を公知の方法で形成したＮＰＮ
トランジスタ素子の断面図を示す。加うるに第１図に於
いて通常、素子分割を便ならしむるためのシリコン面を
露呈したスクライブ窓８、さらに素子製造工程中便宜的
に該スクラィブ窓８に形成せる拡散層７を示す。

尚該拡散層７は格別、ジャンクションを形成する必要が
ないために、通常同一寸法のスクラィブ窓からェミッタ
及びベース拡散の際同時に夫々Ｐ型及びＮ型の不整な拡
散層７が形成される。したがって該スクラィブ窓８はコ
レク夕層３とほとんど短絡状態になつている。第２図は
第１図の如く形成されたトランジスタ素子のコレクタ側
のＳｉ０２膜４がマイナス電荷成分を含む場合、Ｎ型コ
レクタ表面に正電荷が誘起されＰ型チャンネル層９が形
成された状態を示す。

即ち、第２図に於いてマイナス電荷成分を含むＳｉ０２
膜は例えば拡散、酸化並びに電極形成の前処理として、
一般に使用されている洗浄液例えばアンモニア水（３０
％水溶液）を２部、過酸化水素水（３０％水溶液）を２
部、純水を６部の混合水溶液を使用し、当水溶液中で温
度を７０ｑｏに保ち、２鰍ＨＺの超音波を与えた状態で
洗浄することにより形成される。さらに該マイナス電荷
成分を含むＳｉ０２膜４の影響を受け易くするためにコ
レクタ層は比較的高い比抵抗４０弧のェピタキシャル層
を使用し、さらにＳｉＱ濃厚を８０００Ａに形成した。

尚、かくの如く形成されるトランジスタ素子は本実施例
に限らず一般的に数多く存在する。第２図に示す如く「
Ｎ型コレクタ層３に被覆せるＳｉ０２膜４の直下のチ
ャンネル層９が存在し、該チャンネル層９がスクラィブ
窓８に迄到達すると、コレクタ・ベース逆方向電流はコ
レクタ層３からスクラィブ窓８に形成せる不整な拡散層
７を通り、さらに該チャンネル層９を通じてベース領域
２に流れるため瞬間的に増大する。

この現象は前述した如くＳｉ０２膜中のマイナス電荷成
分に起因するものである。反面マイナス電荷成分を含む
ＳｉＱ膜がＰ型ベース表面に被覆されるとこのＳｉ０２
膜４′は該ベース表面に負電荷を誘起する方向なので該
表面での空乏層並び反転層等の形成が阻止されるため通
常のプラス電荷成分を含むＳｉ０２膜と比し該表面での
再結合電流が著しく減少し、低電流のｈＦＥ並びに低周
波でノイズレベル等が著しく改善される。したがって第
２図に示すトランジスタ素子はコレクタ側のチャンネル
層９を消去せしむることのみにより一段と改良されたデ
バイス特性をもつようになる。本発明は該チャンネル層
９を途中で消去せしめコレクタ・ベース間逆方向の電流
経路を遮断する方法で行なう。

即ち本発明の一実施例として第３図に示す如くコレクタ
層３に被覆せるＳｉ０２膜４を途中で弗酸水溶液を使用
し選択的にリング状に除去せしめ、その後常温若しくは
４５０００以下で酸化性雰囲気、例えば空気中で譲りン
グ窓１０に選択的に１０〜２００Ａの低級酸化膜１１を
形成させる。尚当酸化膜形成にあたり、必然的にスクラ
ィブ窓８上にも低級酸化膜１２が形成されるが、この程
度の膜厚ではスクラィブに際し全く支障はない。該低級
酸化膜１１は当工程を経て形成される限りかならずこの
低級酸化膜１１と接触するＮ型コレクタ層表面付近に負
電荷を誘起するに十分なプラス電荷成分を含むため該Ｓ
ｉ０２膜１１直下のＮ型コレクタ表面には負電荷が誘起
される方向になり、Ｐ型チャンネル層９は該表面にて完
全に消去される。したがって前記逆方向電流経路は同時
に完全に遮断されることになる。次に本発明の他の実施
例として、第４図に示す如くコレクタ層３上のＳｉ０２
膜９をほぼ全面的に除去し、露呈せるコレクタ表面１３
に前記実施例と同様に４５０℃以下の低温熱処理により
低級シリコン酸化膜１４を形成することによりチャンネ
ル層９の形成を阻止して、逆方向電流経路を完全に遮断
させる方法を挙げることが出来る。

本実施例の第３図及び第４図の素子表面構造によればコ
レクタ・ベース逆方向電流が減少するのみならず前述し
た如くべ−ス表面の再結合電流が減少するためあらゆる
デバイス特性の改善がなされ半導体装置として製造歩留
、品質並びに信頼性等が著しく向上する。

以上説明した如く本発明はＮ型シリコン表面に被覆せる
Ｓｉ０２膜を部分的に若し〈はほぼ全面的に除去し、露
呈せるＳｉ面にプラス電荷成分を含む低級のシリコン酸
化膜を形成してＮ型シリコン表面に誘起されるＰ型チャ
ンネル層を消去せしむることを特徴とするものであり、
本実施例ではＮＰＮトランジスタを例に挙げたが本発明
は該トランジスタに限らず、その目的を遂行するもので
あればダイオード、集積回路等あらゆる半導体装置に適
用できることは言うまでもない。

さらに本実施例では、マイナス電荷成分を含むＳｉ０２
膜の形成としてアンモニア水を含む水溶液を挙げたが、
必らずしも当方法に限定するものでなく、例えばアンモ
ニア基を含む化合物の適用、金属酸化物の適用など他方
法も充分考えられる。

さらに本発明によるＰ型チャンネル層の消去方法は本実
施例に掲げたマイナス電荷成分を含むＳｉ０２膜以外の
保護被膜に対しても容易に適用出来ることは論外ではな
い。

【図面の簡単な説明】

第３図から第４図は本発明の実施例の半導体素子表面の
製造工程を説明するための断面図でありその中で第３図
並びに第４図は本発明の代表的な素子表面構造を示す断
面図である。 １・・・・・・ェミッタ拡散層、２・・・・・・ベース
拡散層、３……コレクタ層、４，４′・・…・熟成長シ
リコン酸化膜、５，６・・・・・・素子電極層、７・・
・・・・スクラィブ窓からの拡散層、８・・・・・・ス
クラィブ窓、９・・・・・・Ｐ型チャンネル層、１０・
・・・・・リング状窓、１１，１２，１４・・・・・・
低級シリコン酸化膜、１３・・・…コレクタ表面。 卒１図 第２図 第３流 多４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｎ型シリコン層を有し、そのシリコン層表面にマイ
   ナス電荷成分を有するシリコン酸化膜が半導体基板表面
   に形成された半導体素子であつて、該半導体基板の前記
   Ｎ型シリコン層の表面上にはリング状もしくはほぼ全面
   的にプラス電荷成分を含む低級のシリコン酸化膜が形成
   されていることを特徴とする半導体素子。