CH694002A5 - Halbleiterbauelement mit Passivierungsschicht. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbau-element mit einem  Halbleiterkörper mit mindestens einem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers  tretenden pn-Übergang und mit einer Passivierungsschicht, die aus  amorphem Wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und die  mindestens den an die Oberfläche tretenden Teil des pn-Übergangs  bedeckt. 



   Ein solches Halbleiterbauelement ist z.B. in der DE 4 013 435 A1  beschrieben worden. Dort ist angegeben, dass als Passivierungsschicht  amorpher, wasserstoffhaltiger Kohlenstoff (a-C:H) verwendet werden  kann, der mit Bor dotiert ist. 



   Eine solche Schicht aus mit Bor dotiertem, amorphem, wasserstoffhaltigem  Kohlenstoff erfüllt die an eine Passivierungsschicht zu stellenden  Anforderungen im Allgemeinen gut. So ist der spezifische Widerstand  grösser als 10<8> Ohm cm, die Zustandsdichte beträgt einige 10<19>  cm<-3>eV<-1>, die Spindichte liegt zwischen 10<19> und 10<22> cm<-3>  und die thermische Belastbarkeit ist bis zu 290 DEG C gegeben. Ausserdem  hat die Passivierungsschicht einen kleinen Permeationskoeffizienten  für Wasser. Die beschriebene Schicht ist auch gut für die Passivierung  von Halbleiterkörpern mit komplizierter Randgeometrie geeignet. 



   Die Dotierung mit Bor kann jedoch prozesstechnische Probleme mit  sich bringen: Borane wie Diboran sind giftig und brennbar und damit  schwierig zu handhaben. Ausserdem ist Diboran nur verdünnt in Wasserstoff  oder Argon verfügbar und damit in dem bekannten a-C:H-Abscheideprozess  auf Grund der Trägergase, die den Abscheideprozess beeinträchtigen  können, nur erschwert zu integrieren. Weniger brennbare und ungiftige  Borverbindungen wie Decaboran (B 10 H 14 ) oder Carborane verlangen  einen grösse   ren Prozessaufwand und beheizbare Zuleitungen. Bei  Borsäureester-Verbindungen können sich Probleme durch die relative  leichte Hydrolisierbarkeit in feste Borsäure und flüchtigen Alkohol  ergeben. Das häufig verwendete Trimethylborat ist hygroskopisch. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Halbleiterbauelement  gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei der die oben  genannten Probleme mit dem Element Bor bei der Passivierungsschicht  nicht auftreten und die Passivierungsschicht dennoch die erwähnten  Anforderungen erfüllt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung  eines solchen Halbleiterbauelementes mit einer weniger problembeladenen  Passivierungsschicht angegeben werden. 



   Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1  gelöst, bei der bei der Passivierungsschicht der amorphe wasserstoffhaltige  Kohlenstoff (a-C:H) mit Sauerstoff dotiert ist und dass der Sauerstoffgehalt  gewichtsmässig zwischen 0,01 und 20% beträgt. 



   Vorzugsweise hat die Passivierungsschicht des Halbleiterbauelementes  eine Zustandsdichte grösser als 10<18>cm<-3>eV<-1>, einen spezifischen  Widerstand grösser als 10<8> Ohm cm und einen Bandabstand zwischen  0,7 und 1,1 eV. Die bevorzugte Dicke der Passivierungsschicht liegt  zwischen 0,02 und 3 mu m. 



   Die Passivierungsschicht des Halbleiterbauelementes gemäss der Erfindung  lässt sich z.B. aus einem Hochfrequenz-Niederdruckplasma abscheiden,  das in einem Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zusatz  von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen oder nur  aus sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird. 



   Als gasförmige, organische, Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltende  Verbindungen können Alkane, Alkene, Alkine oder Arene verwendet werden,  z.B. Methan, Ethen, Acetylen, Propan, Butan, Benzol, Tetralin usw.  Als gasförmige Sauerstoffverbindungen kommen reiner Sauerstoff oder  bei den Prozessbedingungen gasförmige sauerstoffhaltige aliphatische  oder aromati   sche Kohlenwasserstoffe wie Alkohole, Ester, Ether,  Ketone zur Anwendung wie z.B. Methanol, Ethanol, Acetessigester,  Diethylether, Acteon usw. 



   Zur Abscheidung der Passivierungsschicht im Hochfrequenz-, Niederdruckplasma  kann ein Druck zwischen 0,05 und 1 mbar eingestellt werden, die spezifische  Leistungsdichte wird z.B. zwischen 0,5 und 10 W/cm<2> eingestellt.  Als überlagerte Gleichspannung bildet sich bei entsprechender geometrischer  Ausbildung des Abscheidereaktors (Flächenverhältnis Anode: Katode  grösser 2:1) eine Selfbias von etwa -800 bis -900 V aus. Das Plasma  kann auch durch Mikrowellen angeregt werden. 



   Die beschriebenen Verfahren zum Abscheiden von mit Sauerstoff dotierten,  amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffverbindungen können auch  derart modifiziert werden, dass die Zufuhr der Sauerstoff enthaltenden  Verbindung nach Abscheiden einer gewissen Schichtstärke beendet wird.  Danach wird eine sauerstofffreie Schicht abgeschieden. Das Dickenverhältnis  der sauerstoffhaltigen zur sauerstofffreien Schicht kann dabei von  0,5:99,5 bis 99,5:0,5 eingestellt werden. 



   Es ist günstig, wenn die Passivierungsschicht nach der Abscheidung  bei einer Temperatur zwischen 200 und 350 DEG C getempert wird. Der  Halbleiterkörper selbst wird während des Abscheidens vorzugsweise  auf einer Temperatur unter 300 DEG C gehalten.   Ausführungsbeispiel:  



   Die Anlage zur Herstellung des Plasmas hat zwei Elektroden mit unterschiedlichen  Flächen. Die grössere ist geerdet und die kleinere ist über ein Anpassungsnetzwerk  mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. In den Reaktor wird unter  einem Druck von 0,2 mbar ein Methan-Methanol-Gemisch eingeleitet.  Das Durchflussverhältnis beträgt 20:1. Auf der kleineren Elektrode,  der Katode, befindet sich das zu beschichtende    Substrat in Form  eines oder mehrerer Thyristoren mit dem bekannten, positiv/negativ  abgeschrägten Rand. Die Sperr- und Durchlasskennlinien der Thyristoren  liegen vor der Beschichtung innerhalb der zulässigen Werte. Das Plasma  wird durch Zündung erzeugt, wobei die Leistung derart gewählt wird,  dass sich eine Selfbias (gemessene Spannung zwischen Anode und Katode)  von -800 V einstellt. Die hierzu benötigte spezifische Leistung ist  2,8 W/cm<2>.

   Nach 2,5 Minuten Abscheidung wird der Durchfluss des  Methanols auf Null gestellt und weitere 2,5 Minuten reines a-C:H  abgeschieden. Die Schichtdicke beträgt jetzt 0,6  mu m, der optische  Bandabstand der zusammengesetzten Schicht liegt bei 0,8 bis 0,9 eV.  Der Sauerstoffgehalt der ersten Schicht liegt etwa bei 10 Gewichtsprozent.  Anschliessend werden die Thyristoren für drei Stunden bei 270 DEG  C getempert. Sie zeigen anschliessend stabile Kennlinien in der Durchlassrichtung.                                             



   Durch die physikalischen Eigenschaften der angegebenen sauerstoffhaltigen  Verbindungen und ihr chemisches Verhalten lassen sich die eingangs  geschilderten Nachteile gänzlich ausschliessen. Zudem ist ein Teil  der genannten sauerstoffhaltigen Verbindungen in Reinheitsstufen  erhältlich, die in der Halbleiterindustrie üblich sind. Bor ist in  der Passivierungsschicht nicht enthalten.

Claims (10)

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden pn-Übergang und mit einer Passivierungsschicht, die aus amorphem wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und die mindestens den an die Oberfläche tretenden Teil des pn-Übergangs bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoff (a-C:H) mit Sauerstoff dotiert ist und dass der Sauerstoffgehalt gewichtsmässig zwischen 0,01 und 20% beträgt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine Zustandsdichte grösser als 10<18> cm<-3>eV<-1>, einen spezifischen Widerstand grösser als 10<8> Ohm cm und einen Bandabstand zwischen 0,7 und 1,1 eV hat.

3.

Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine Dicke zwischen 0,02 und 3 mu m hat.

4. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbau-elementes mit einer Passivierungsschicht, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus einem Hochfrequenz-Niederdruckplasma abgeschieden wird, das in einem Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zusatz von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen oder nur aus sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht nach der Abscheidung zwischen 200 und 350 DEG C getempert wird.

6.

Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt, dass vor dem Erreichen der gewünschten Schichtdicke die Zugabe von Sauerstoff oder der sauerstoffhaltigen Verbindung beendet wird und ohne Zugabe von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Prozessgas eine zweite, sauerstoff-freie Schicht abgeschieden wird, wobei die Abscheidung zuerst aus der sauerstoffhaltigen, anschliessend aus einer sauerstoff-freien Verbindung besteht und dass ein Dickenverhältnis der ersten, sauerstoffhaltigen zur zweiten, sauerstoff-freien Schicht von 0,5:99,5 bis 99,5:0,5 eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige, organische, Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltende Verbindungen Alkane, Alkene, Alkine oder Arene verwendet werden.

8.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Sauerstoffverbindung Sauerstoffgas oder bei den Prozessbedingungen sauerstoffhaltige aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie Alkohole, Ester, Ether, Aldehyde oder Ketone verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch Hochfrequenz- oder Mikrowellenanregung erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht auf einem Halbleiterkörper abgeschieden wird, dessen Temperatur unter 300 DEG C gehalten wird.