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JP3428984B2 - 安定化層及びその製法 - Google Patents

安定化層及びその製法

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JP3428984B2
JP3428984B2 JP02034790A JP2034790A JP3428984B2 JP 3428984 B2 JP3428984 B2 JP 3428984B2 JP 02034790 A JP02034790 A JP 02034790A JP 2034790 A JP2034790 A JP 2034790A JP 3428984 B2 JP3428984 B2 JP 3428984B2
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ゲルハルト、シユミツト
アルブレヒト、ウイナツカー
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シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト
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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、表面的な充電による障害に対して
敏感であり、従って特にその表面にpn接合が生じる箇所
に半導電性の電気的に活性な安定化層及び保護層を必要
とする。この種の安定化層は次の特性を有していなけれ
ばならない。
ａ） 障壁効果なしに層をｎ及びｐ導電性の活性基板に
効果的に電気的に結合することを可能とするものでなけ
ればならない。すなわち小さな障壁及びそれによる高い
逆方向電流（オーム接触）を生じるものでなければなら
ない。この要件はバンドギャップでの高い欠陥密度及び
ホッピング機構又は光学的エネルギーギャップ（移動度
ギャップ）1.1〜1.4eVによる十分な真性導電率を意味
し、これにより熱的に十分な数の電荷キャリアを生じる
ことができる。
ｂ） 導電率（室温での）は10-8Ω-1・cm-1以下でなけ
ればならず、従って寄生表面電流は保護すべき半導体の
ｐ及びｎ導電性範囲間の逆方向電流よりも小さい。
ｃ） 保護すべき半導体のｎ及びｐ導電部に対し十分な
遮蔽効果を生じる必要がある。このため保護層及び安定
化層は、酸化可能な状態での高い密度（数1019cm-3・eV
-1まで）の他に、特に電荷の僅少なドリフト移動度を有
さなければならない。
ｄ） 安定化層はピンホールを有していてはならない
が、水素及び水に対する透過係数は低く、また機械的保
護及び湿気に対する保護をもたらすものでなければなら
ない。
ｅ） 製造に際して必然的な半導体の290℃における加
熱処理において安定化層は水素を放出してはならない。
現在半導体デバイス用の電気的に活性な安定化層とし
ては、無定形ケイ素（ａ−Si）からなる層が適してい
る。これらの層は半導体デバイス上に成長させることが
できるが、ケイ素を蒸着することも可能であり、この場
合には蒸着した層を後で熱処理する（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61−58976号公報）参照）。電気比抵抗を調節するた
めに安定化層はホウ素、リン及びアルミニウムのような
ドーピング材を含んでいてもよい。
ａ−Siからなる電気的に活性な安定化層はバンドギャ
ップ中の欠陥密度が十分であり、要求される抵抗値108
Ω・cmは析出及び焼結条件を介して調節することがで
き、またドーピングの影響はその高い状態密度により極
く僅かであるにすぎない。しかしこれらの層の大きな欠
点は、ｐ導電性の基板への結合力がｎ導電性基板への結
合力よりも著しく劣ることである。これは後に、高遮断
性のpn接合部に表面破裂を生ぜしめる可能性がある。更
にａ−Si層の場合光学的エネルギーギャップはほとんど
変えられず、従って任意の活性基板に適合させることは
できない。この層の場合特に湿気、イオン拡散及び機械
的作用に対する安定性が欠けていることが欠点である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、バンドギャップにおける高い欠陥密
度と、十分に低い導電性及び必要な光学的エネルギーギ
ャップの他に、湿気、イオン拡散及び機械的作用に対し
て良好な安定性を有し、またｐ導電性並びにｎ導電性基
板にも良好に結合することのできる半導体デバイス用の
半導電性の電気的に活性な安定化層を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は本発明によれば、安定化層が無定形の水素
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・ディー・エル・インドゥストリー・デ
ィアマンテン・ルントシャウ（IDR−Industrie Diamant
en Rundschau）」第18巻（1984年）、No.4、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（sp2-）ハイブリッド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0.05〜３μｍの厚さを有するａ−C:H薄層
形の本発明による安定化層は、表面充電に敏感な半導体
デバイスの電気的に活性な安定化に際して設定されるす
べての要件を満足する。ａ−C:Hはａ−Siとは異なりそ
の製造時の諸条件を克服して種々の光学的エネルギーギ
ャップ、可変欠陥密度及び可変電気抵抗を伴って、ドー
ピング処理を必要とすることなく製造することができ
る。すなわち特にａ−C:Hを用いて次の値、すなわち欠
陥密度約1019cm-3・eV-1、導電率＜10-8Ω-1・cm-1、光
学的エネルギーギャップ約1.1eVを同時にまた最適に満
たすことができる。なお、欠陥密度の測定方法それ自体
は既に良く知られている。例えば雑誌“J.Appl.Phys."5
1巻９号,9月1980年の第4847〜4854頁に掲載された論文
“Interpretation of the conductance and capac
itance frequency dependence of hydrogenated a
morphous silicon Schottky barrier diodes"ある
いは、雑誌“Physical Review B"25巻８号,4月1982年の
第5285〜5320頁に掲載された論文“Measurement of t
he density of gap states in hydrogenated am
orphous silicon by space charge spectroscopy"
を参照されたい。
本発明による電気的に活性な安定化層の製造は、基板
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0.1〜1000GHzの範
囲で行うこともできる。
本発明による安定化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パ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0.25〜0.05）
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。この直流電圧成分は高
周波交流電圧にヘテロダイン変換し、一層小さな電極を
陰極化する。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CXHY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。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
ることにより極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。
このプラズマ析出処理での条件を介して種々の特性を
有するａ−C:Hを製造することができる。この場合諸可
変条件は高周波放電の周波数、プラズマに供給されるエ
ネルギー密度、電極の配置及び大きさ、ガス圧すなわち
反応ガスの部分圧、ガス流速度並びに物質流量及び基板
温度（≧250℃）である。これらのパラメータのすべて
は互いに無関係に調整することができ、こうしてａ−C:
H層の諸特性を意図的に制御することができる。
〔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に、側面からメタンCH4（反応
ガスとして）を100Paの圧力で導入する。反応ガスは狭
い環状の隙間を介して２つの等しくない平坦な電極（表
面比1:2）間に形成された約45cm3の容量のプラズマ内に
達する。双方の電極はRF充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
にヘテロダイン変換可能のセルフバイアス直流電圧が生
じ、その際被覆すべき基板を有する小さい方の電極が陰
極となる。
陰極表面に対して約14W・cm-2の高周波出力密度で、
両電極間には約800Vまでのセルフバイアス直流電圧が生
じる。この条件下に５・104Pa・cm3・s-1のCH4物質流量
で2.5分後に（析出速度：約7nm・s-1）、室温での電気
比抵抗＞108Ω・cm及び光学的エネルギーギャップ約1.1
eVを有する厚さ約１μｍのａ−C:H層が得られる。この
ａ−C:H層の場合フェルミ準位での欠陥密度は約1019cm
-3・eV-1である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト、シユミツト ドイツ連邦共和国フオルヒハイム、カー ルブレーガーシユトラーセ28 (72)発明者 アルブレヒト、ウイナツカー ドイツ連邦共和国エルランゲン、プフタ シユトラーセ６ (56)参考文献 特開 昭61−244068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−178975（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体デバイス用の電気的に活性な安定化
    層において、この安定化層が、欠陥密度1019cm-3・e
    V-1、電気比抵抗＞108Ω/cm、光学的エネルギーギャッ
    プ1.1eVの無定形の水素含有炭素（ａ−C:H）からなるこ
    とを特徴とする安定化層。
  2. 【請求項２】厚さ0.05〜３μｍを有することを特徴とす
    る請求項１記載の安定化層。
  3. 【請求項３】基板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又は２
    記載の安定化層の製法。
  4. 【請求項４】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３記載の方法。
  5. 【請求項５】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３又は４記載の方法。
  6. 【請求項６】基板を析出中≧250℃の温度に保持するこ
    とを特徴とする請求項３ないし５の１つに記載の方法。
JP02034790A 1989-02-01 1990-01-30 安定化層及びその製法 Expired - Lifetime JP3428984B2 (ja)

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