JPS61154131A - 絶縁ゲ−ト型電界効果半導体装置 - Google Patents

絶縁ゲ−ト型電界効果半導体装置

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JPS61154131A
JPS61154131A JP59278206A JP27820684A JPS61154131A JP S61154131 A JPS61154131 A JP S61154131A JP 59278206 A JP59278206 A JP 59278206A JP 27820684 A JP27820684 A JP 27820684A JP S61154131 A JPS61154131 A JP S61154131A
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JP
Japan
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film
semiconductor device
hydrogen
field effect
gate
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JP59278206A
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English (en)
Inventor
Katsuhiro Kawabuchi
川渕 勝弘
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61154131A publication Critical patent/JPS61154131A/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は絶縁ゲート型電界効果半導体装置に関し、特に
パッシベーション膜構造の改良に係る。
〔発明の技術的背景〕
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の一例として、シリコ
ンゲートによるMO8型半導体装1の一般的な基本構造
を第21図に示す。同図において、1はP型シリコン基
板である。該シリコン基板1の表層には相互に分離され
たN+型のソース領域2およびドレイン領域3が形成さ
れている。この両頭域2.3は、夫々チャンネル領域側
の拡散深さの浅い部分21.31と、外側の拡散深さの
深い部分22.32からなっている。そのチャンネル領
域上にはゲート酸化膜4を介して多結晶シリコン層から
なるゲート電極5が形成されている。ゲ−ト電極上には
層間絶縁膜としてCVO−8iO2膜6が形成サレ、該
CVD−8i 02 II6上にはコンタクトホールを
介してソース領域、ドレイン領域またはゲート電極に夫
々オーミックコンタクトした金属配線層71〜73が形
成されている。また、金属配線層71〜73の上には、
表面を保護して信頼性を維持するため絶縁膜からなる最
終保護膜(一般にはパッシベーション膜と呼ばれる)8
が形成されている。なお、ソース領域2およびドレイン
領域3のチャンネル領域側を夫々拡散深さの浅いNゝ型
領領域2s、3sとしたのは、素子の微細化にに伴って
問題になる所謂ショートチャンネル効果を抑制するため
である。即ち、これによって不純物の横方向拡散が抑制
される結果、ソース領域およびドレイン領域が・ゲート
電極下へ侵入して形成されることによる実効チャンネル
長の短縮が抑制されることになる。
ところで、上記MO3型半導体装置におけるバッシベー
シミン118としては、PSGII (燐を添加したS
iO2膜)が従来一般に用いられている。
然し乍ら、PSG膜によるパッシベーション膜は耐湿性
に問題があり、且つ侵入した水によってPSG中に含ま
れる燐が燐酸に転化されるため、金属配線71〜73 
(通常はA1が用いられる)が腐蝕して不良を生じ易い
といった問題が発生していた。特に、水を通し易い樹脂
封止パッケージの場合にはこの問題が顕著に現れ、装置
の信頼性が著しく低下することになる。
そこで、近年では上記PSG膜に代えて、耐湿性の良好
な窒化シリコンm<以下SiN膜という)をパッシベー
ション膜に使用する試みが種々なされ、プラズマ5iN
llを用いた例(下記文献1および文献2)、スパッタ
SiNを用いた例(下記文13)が夫々報告されている
記 文献1 Fair & 3u1著のr T hresyold 
−V oltaaeInstbility in  M
O8FET=s  due t。
Channel  Hot  Ho1e Es1tti
on J : I E3Transaction  o
n  Electron Device 、 vol、
ED−28pp83〜94 、(1,981)文献2 3un他著: Proc 18th  I nt、 R
e1. Phys。
S Vll)、  Dp244〜251  (1980
)文献3 W、 G、 Mayer &  R,B、 Fare著
:IE 3T ransaction  on  E 
1ectron Q evice 。
vol、ED−30,no、2. p096〜103 
 (1983)(背景技術の同層点〕 上記文献1〜3には、5iNIIをMO8型半導体装置
のパッシベーション膜に用いることで何れの場合にも期
待通りの耐湿性を得られることが報告されている反面、
夫々法のような別の問題を派生することが報告されてい
る。
まず、プラズマSiN膜でパッシベーション膜を形成し
た場合には、MO8型半導体装置のコンダクタンス低下
、閾値電圧の変動が、PSGIIを用いた場合よりも大
きいことが前記文献1および文献2に記載されている。
著者等はその原因についても言及し、次のように述べて
いる。
即ち、上記のようにトランジスタのコンダクタンスが動
作中に低下する機構については、製造中の雰囲気やパッ
シベーション膜中に含まれる水素がMOSトランジスタ
のゲート酸化膜中に侵入し、この水素がトランジスタの
動作領域で発生する高エネルギーを持ったキャリアと反
応する結果、シリコン基板(S i )とゲート酸化膜
(SiOz)界面における所謂ダングリングボンドを生
成して界面単位が増加するというモデルを提出し、界面
単位の増加を実際に確認している。また、ゲート酸化膜
界面に電子がトラップされて閾値電圧が変動することを
確認し、この電子のトラップは前記界面単位の増加によ
りもたらされるものと推論している。そして、プラズマ
SiN膜をバッジベージ3ン膜とした場合にこれらの特
性変動が激しいのは、S i H4及びNH4の熱分解
反応でプラズマSiN膜を形成するため、工程雰囲気中
やパッシベーション膜中に存在する水素が多いためと考
えられている。
これに対し、スパッタSiN膜をバッシベーション膜に
用いる場合には5iNIll形成の工程雰囲気中に水素
は存在しないから、特性変動の増大を回避できることが
期待される。ところが前記の文献3には、プラズマSi
N膜を用いた場合に較べれば確かに特性変動は小さいが
、PSGIIの場合に比較すると依然として特性変動が
激しいという事実が報告され、その原因として著者等は
次のように述べている。
即ち、PSG膜は水素を通し易いから、半導体装置中に
取り込まれていた水素が系外に抜出せるのに対し、スパ
ッタSiN膜は水素を通し難いため、パッシベーション
膜の形成工程以前に半導体装置中(特にゲート酸化II
)に取込まれた水素がホットキャリヤの影響で放出され
ても閉込められたまま外に抜出せない。従って、5tN
s形成時−のユバツタ工程時に水素の侵入が生じなくて
も、水素による影響はPSG膜の場合より大きくなる。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スパッタS
iN膜でパッシベーション膜を形成することにより良好
な耐湿性を得ると共に、動作中のホットキャリヤによる
特性変動をも抑制して安定した高い信頼性を得ることが
できる絶縁ゲート型電界効果半導体装置を提供するもの
である。
〔発明の概要〕
本発明による絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、第一
導電型半導体層の表層に相互に離間して形成された第二
導電型のソース領域およびドレイン領域と、該両領域間
のチャンネル領域上にゲート酸化膜を介して形成された
ゲート電極と、前記半導体層を覆って形成された層間絶
縁膜上に形成された各種の金属配線層と、該金属配線層
を覆って形成されたパッシベーション膜とを具備し、こ
のパッシベーション膜が水素吸収能を有する絶縁膜とス
パッタ法により形成されたシリコン窒化膜とを順次積層
した積層膜からなることを特徴とするものである。
本発明における水素吸収能を有する絶縁膜としては、例
えば低温気相成長法(プラズマCVD@)により堆積さ
れたシリコン酸化膜を用いることができる。低温で形成
されたプラズマSiO2膜が水素吸収能を有することに
ついては例えば既述の文献3に記載されており、著者等
はこのプラズマCVD−8i02躾をプラズマSiNの
パッシベーション膜下に介在させることで水素による特
性変動の防止を試みている。しかし、プラズマ9iNl
だけの場合に較べればホットキャリヤによる素子特性の
変動は半減するものの、PSG膜の場合と同程度にまで
改善されるには至っていない。
本発明は上記の水素吸収能を有する絶縁膜とスパッタS
iN膜とを積層したパッシベーション膜構造を畏点とす
るもので、後述の実施例で説明するように、本発明はこ
の構成によって動作中に発生したホットキャリアと水素
の相互作用によるコンダクタ゛ンスの劣化および閾値電
圧の変動を抑制するものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例になる絶縁ゲート型電界効果
半導体装置を示す断面図である。この実施例におけるパ
ッシベーション膜以外の構造は第2図の従来例と全く同
じ1あるから、図中同一の部分には同一の参照番号を付
し、その説明を省略する。即ち、1はP型シリコン基板
、2.2r 。
22はN0型ソース領域、3,31.32はN+型トド
レイン領域4はゲート酸化膜、5はゲート電極、6は層
間絶縁膜としてのCVD−8i02膜、71〜73はア
ルミニウム配線層である。他方、第1図の実施例におけ
るパッシベーション膜の構造は第2図の従来例とは異な
り、低温プラズマSiN膜により堆積したシリコン酸化
膜11およびスパッタS i Nll 2を順次積層形
成した構造からなっている。シリコン酸化膜11は膜厚
5000人で、水素吸収能を有している。また、プラズ
マSiN膜12は膜厚7000人で形成されている。
上記実施例における作用および効果について説明すれば
次の通りである。
まず、上記実施例のMO8型半導体装置を製造する際に
装置内部に取込まれる水素について検討すると、プラズ
マSiN膜を用いずにスパッタSiN[112を使用し
ていることから、上記実施例のMO8型半導体装置の製
造に際してパッシベーション膜形成時に水素がMO8F
ET部分に取込まれることはない。
次に、上記実施例のMO8型半導体装置において、その
動作中にホットキャリヤの発生でゲート酸化114から
放出された水素の挙動を検討すると、この場合、放出さ
れた水素は水素吸収能を有するシリコン酸化1111に
吸収されるため、ゲート酸化膜4へ再拡散してMOSF
ETの特性に影響するのを防止することができる。
こうして、上記実施例のMO8型半導体装置では装置中
の水素によるフンダクタンスの劣化や閾値電圧の変動が
抑制され、安定した特性を得ることができる。また、5
iNIIをパッシベーション膜としていることから良好
な耐湿性が得られ、高い信頼性が得られることはいうま
でもない。
更に、上記実施例ではプラズマCVD−8iO2H11
を介在させることで、パッシベーション躾全体の強度を
維持しつつ膜質の硬いスパッタSiN膜12を薄くして
クラックの発生を防止できる効果が得られる。
なお、スパッタS i N11ll 2の上にプラズマ
SIN膜を積層形成することでスパッタS i N11
2の膜厚を薄くし、クラック発生を防止することも可能
である。この場合、スパッタSiN膜12が水素を殆ん
ど通さないから、プラズマSiN堆積時の水素の侵入を
防止することができる。
(発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によればスパッタSiN膜
でパッシベーション膜を形成することにより良好な耐湿
性を得ると共に、動作中のホットキャリアによる特性変
動をも抑制して安定した高い信頼性を得ることができる
絶縁ゲート型電界効果半導体装置を製造できる等、顕著
な効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になるMO8型半導体装置を
示す断面図、第2図は従来のMO8型半導体装置を示す
断面図である。 1・・・P型シリコン基板、2・・・N++ソース領域
、3・・・N+型トドレイン領域4・・・ゲート酸化膜
、5−y −トm m、6−CVD−8i 021.7
1〜73・・・アルミニウム配線層、8・・・パッシベ
ーション族、11・・・シリコン酸化膜、12・・・ス
パッタSiN膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2 図 手続補正書く方式) 1.事件の表示 特願昭59−278206号 2、発明の名称 絶縁ゲート型電界効果半導体装置 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 (307)  株式会社 東芝 4、代理人 東京都港区虎ノ門1丁目26番5号第 17森ピル昭和
60年4月30日 7、補正の内容 明細書第4頁第15行〜明細書第5頁第8行の記載を以
下の通りに訂正します。 記 文献1 電気電子技術協会発行のエレクトロンデバイス第28巻
(1981年)、第83頁〜第94頁に掲載された、r
MO8FETにおけるチャンネル・ホットホール放出に
よる閾値電圧の不安定性」と題するフェアー及びサン共
著の論文(Fair &  3un;rThresyo
ld−Voltage  In5tbilityin 
 MOS F E T −s  due to  Qh
annel  Hot  Ho1eEi+1ttion
 J : IE3Transaction  on  
Electron Device 、 vol、E D
−28pp83〜94 (1981)文献2 第18ロ 80年)、第244頁〜第251頁に掲載されたサン等
による論文(Sunetal:Proc.18th  
Int。 Rel, phys.  Symp.  1)0244
 〜251  (1980) )文献3 電気電子技術協会発行のエレクトロンデバイス第28巻
第2号( 1983年)、第96頁〜第103頁に掲載
された、ダプリュウー.ジー、メイヤー及びアール、ピ
ー、フェアー共著になる論文(W.G。 Maker  &  R. B. Fare : IE
3Transaction  on  [:1ectr
on Device 、 VOI,ED−30。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電型半導体層の表層に相互に離間して形成
    された第二導電型のソース領域およびドレイン領域と、
    該両領域間のチャンネル領域上にゲート酸化膜を介して
    形成されたゲート電極と、前記半導体層を覆つて形成さ
    れた層間絶縁膜上に形成された各種の金属配線層と、該
    金属配線層を覆つて形成されたパッシベーション膜とを
    具備し、このパッシベーション膜が水素吸収能を有する
    絶縁膜とスパッタ法により形成されたシリコン窒化膜と
    を順次積層した積層膜からなることを特徴とする絶縁ゲ
    ート型電界効果半導体装置。
  2. (2)前記水素吸収能を有する絶縁膜が気相成長法によ
    り形成されたシリコン酸化膜であることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の絶縁ゲート型電界効果半
    導体装置。
  3. (3)前記スパッタ法により形成されたシリコン窒化膜
    上に、更にプラズマ堆積法によるシリコン窒化膜を積層
    したことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または
    第(2)項記載の絶縁ゲート型電界効果半導体装置。
JP59278206A 1984-12-27 1984-12-27 絶縁ゲ−ト型電界効果半導体装置 Pending JPS61154131A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01204433A (ja) * 1988-02-09 1989-08-17 Seiko Instr & Electron Ltd Mos半導体装置とその製造方法
EP0412772A2 (en) * 1989-08-09 1991-02-13 Seiko Instruments Inc. Semiconductor device with a passivation layer

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JPH01204433A (ja) * 1988-02-09 1989-08-17 Seiko Instr & Electron Ltd Mos半導体装置とその製造方法
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