DE1242760C2 - Verfahren zum herstellen einer oberflaechen-schutzschicht fuer halbleiterbauelemente - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer oberflaechen-schutzschicht fuer halbleiterbauelemente

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DE1242760C2 DE1964ST022020 DEST022020A DE1242760C2 DE 1242760 C2 DE1242760 C2 DE 1242760C2 DE 1964ST022020 DE1964ST022020 DE 1964ST022020 DE ST022020 A DEST022020 A DE ST022020A DE 1242760 C2 DE1242760 C2 DE 1242760C2
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Description

bekannt, Siliciumnitrid für dielektrische Zwischenschichten mit ausreichenden dielektrischen Eigenschaften bis 600° C und darüber für Kondensatoren und als Oberflächenschutzschichten für Metalle gegen atmosphärische Oxydation bis und oberhalb von 1000° C zu verwenden. Die Auswahl des Materials für eine Oberflächen-Schutzschicht eines Halbleiterbauelementes erfolgt aber unter anderen Gesichtspunkten als es bei Kondensatoren und bei Oberflächenschutzschichten für Metalle gegen atmosphärische Oxydation der Fall ist. Im übrigen war dem Fachmann aber auch bereits bekanntgeworden, daß es sich hierbei nicht um eine Siliciumnitridschicht, sondern um eine Schicht aus Siliciumdioxyd handelt, wie die Autoren des Aufsatzes auf dem »Los Angeles Meeting« der »Electrochemical Society« vom 6. bis 10. Mai 1962 —vgl. »Abstract Nr. 25« auf S. 64C und 65 C der Zeitschrift »Journal of the Electrochemical Society«, Vol. 109, Nr. 3 (März 1962) — erklärten.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann man nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Mischung von reinem Stickstoff und reinem Wasserstoff durch Siliciumtetrachlorid perlen lassen und diese auf das erhitzte Halbleiterelement leiten, wo sich Siliciumnitrid oder eine Mischung aus Siliciumnitriden durch thermische Zersetzung niederschlägt.
Aus der USA.-Patentschrift 2 952 599 war zwar ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumnitrid durch eine elektrische Entladung in einer Atmosphäre aus reinem Stickstoff und reinem Wasserstoff, der durch Siliciumtetrachlorid geleitet wurde, bekannt. Dabei ist aber weder an die Herstellung einer Schutzschicht noch an eine Anwendung für elektronische Bauelemente gedacht worden.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1041 320 dagegen war ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenschicht aus hochschmelzenden Nitriden von Metallen auf einem Werkstück bekannt, bei dem das Werkstück in einer Atmosphäre aus Wasserstoff und Stickstoff mit dem Metallhydrid erhitzt wird. Auch dabei ist nicht an die Herstellung von Schutzschichten für elektronische Bauelemente gedacht worden.
Es kann aber auch nach der weiteren Erfindung eine Stickstoffverbindung, z. B. Ammoniak (NH3) oder Hydrazin (N,H4), in Dampfform mit einem SiIiciumhydrid, z. B. Silan (SiH4), gemischt werden und diese Mischung auf der erhitzten Halbleiteroberfläche zersetzt und wieder rekombiniert werden. Die Zersetzung und Rekombination kann durch ein durch Hochfrequenz erzeugtes Gasplasma oder eine elektrische Entladung bewirkt werden. Bei dieser Reaktion kann Wasserstoff oder ein inertes Gas als Träger verwendet werden.
Die Erfindung soll noch an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in der ein Halbleiterkörper 1 dargestellt ist, der einen pn-übergang 2 zwischen den Zonen 3 und 4 vom entgegengesetzten Leitungstyp enthält. Eine Schicht 5 aus Siliciumnitrid bedeckt den Halbleiterkörper 1 und schützt den pn-übergang 2 dort, wo er an die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 tritt.
Bei dem Verfahren, nach dem Einkristalle aus Silicium aus der Dampfphase niedergeschlagen werden (Epitaxialverfahren), beispielsweise wenn pn-Übergänge durch gesteuerte Dotierung hergestellt werden, ist es erwünscht, auch eine Schutzschicht aus der Dampfphase durch Änderung der Gasatmosphäre und eine ähnliche Wärmebehandlung zu erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde Wasserstoff mit einer Fließgeschwindigkeit von V2 l/Min, verwendet, der zur Reinigung durch Palladiummetall diffundiert worden war, und mit trockenem Stickstoff gemischt, der durch Kontakt mit Kupfer bei Rotglut gereinigt worden war und eine Fließgeschwindigkeit von 1 l/Min, hatte. Das Gasgemisch wurde durch flüssiges Siliciumtetrachlorid geleitet, das sich auf einer Temperatur zwischen —60°C und Zimmertemperatur befand, und danach auf ein Siliciumplättchen mit einem frei liegenden pn-übergang geleitet, das auf 950° C erhitzt war. Dabei wurde eine Schicht aus Siliciumnitrid niedergeschlagen, deren Dicke von der Temperatur des Siliciumtetrachlorids, der Fließgeschwindigkeit des Gases und der Geometrie des Systems abhängt und in der Größenordnung zwischen 2 und 20 μ liegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 ' · : -'· ·: · ■■ ■- 2 ■■■■-■■ '■■■■■■- ■■ der der pn-übergang an die Oberfläche tritt, mit Patentansprüche: einer Schicht aus Siliciumoxyd zu überziehen. Diese Schicht soll möglichst frei von Oberflächenstörungen
1. Verfahren zum Herstellen einer Oberflä- sein. Aus der deutschen Patentschrift 969 465 ist bechen-Schutzschicht für Halbleiterbauelemente 5 kannt, den Halbleiterkörper eines Halbleiterbaueledurch Überziehen eines einen pn-übergang auf- ments mit einer Schutzschicht zu versehen. Diese weisenden Halbleiterkörpers mit einer Oberflä- Schutzschicht soll vorzugsweise aus einem Oxyd, wie chenschicht aus einer Siliciumverbindung, die Quarz, bestehen. Bei der Wahl von anderen Materiaauch den pn-übergang dort, wo er an die Ober- lien als Quarz sollen solche Stoffe bevorzugt werden, fläche tritt, schützt, dadurch gekenn- io deren Moleküle mindestens teilweise Dipolcharakter zeichnet, daß als Siliciumverbindung Silici- haben und die Oberflächenatome des Halbleiterkriumnitrid verwendet wird, welches in einer Atmo- stalls, vorzugsweise -einkristalls — z.B. durch Oxysphäre, die Silicium und Stickstoff enthält, aus dation — mindestens teilweise auch chemisch binder Dampfphase niedergeschlagen wird. den.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 Beim gegenwärtigen Stand der Technik werden kennzeichnet, daß eine Atmosphäre aus einer Mi- ausschließlich aus Quarz bzw. Siliciumoxyd besteschung von reinem Stickstoff und reinem Wasser- hende Oberflächenschutzschichten zur Oberflächenstoff, die durch Siliciumtetrachlorid geleitet wur- maskierung beim Diffusionsverfahren nach der USA.-den, verwendet wird. Patentschrift 3 025 589 zur Herstellung von HaIb-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 leiterbauelementen verwendet.
gekennzeichnet, daß eine Atmosphäre aus einer Es kommt aber vor, daß Ungleichmäßigkeiten
Mischung eines Stickstoffhydrids und eines Silici- oder feine Haarrisse in Siliciumoxydschichten vor-
umhydrids verwendet wird. handen sind, die unter anderem durch die unter-
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- schiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kennzeichnet, daß als Stickstoffhydrid Ammo- 25 zwischen Unterlage und der Oxydschicht entstehen niak verwendet wird. können und die zur unerwünschten Erhöhung des
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- Sperrstromes über dem pn-übergang führen,
kennzeichnet, daß als Stickstoffhydrid Hydrazin Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieverwendet wird. den, die sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- 3° Halbleiterbauelementes durch Überziehen eines kennzeichnet, daß als Atmosphäre eine Mischung einen pn-übergang aufweisenden Halbleiterkörpers einer Halogenverbindung von Ammoniak und mit einer Oberflächenschicht aus einer Siliciumvereinem Siliciumhydrid verwendet wird. bindung bezieht, die auch den pn-übergang dort, wo
7. Verfahren nach einem oder mehreren der er an die Oberfläche tritt, schützt. Erfindungsgemäß Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 35 wird als Siliciumverbindung Siliciumnitrid verwenals Siliciumhydrid Silan verwendet wird. det, welches in einer Atmosphäre, die Silicium und
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- Stickstoff enthält, aus der Dampfphase niedergekennzeichnet, daß eine Disilylamin enthaltende schlagen wird.
Atmosphäre verwendet wird. Aus der USA.-Patentschrift 2 748 325 ist ein Ver-
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch 40 fahren zum Herstellen einer Oberflächen-Schutzgekennzeichnet, daß die Schicht durch Erhitzen schicht für Halbleiterbauelemente durch Überziehen des Halbleiterkörpers in der Atmosphäre, die Si- eines einen pn-übergang aufweisenden Halbleiterkörlicium enthält, thermisch erzeugt wird. pers bekannt, bei dem ein einen pn-übergang aufwei-
10. Verfahren nach einem oder mehreren der sender Halbleiterkörper mit einer Oberflächenschicht Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß 45 aus einer Verbindung des Halbleitermaterials überzodie Schicht durch ein mit Hochfrequenz erzeugtes gen wird. Bei diesem Verfahren wird eine metallische, Gasplasma oder eine andere elektrische Entla- aus Elektrodenmaterial bestehende Oberflächenschicht dung erzeugt wird. des Halbleiterkörpers, die Leckströme oder den Kurzschluß eines pn-Ubergangs verursacht, dadurch in
50 eine isolierende Schutzschicht umgewandelt, daß eine
Behandlung bei erhöhten Reaktionstemperaturen in-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum nerhalb einer Atmosphäre aus einem reaktionsfähi-
Herstellen einer Oberflächen-Schutzschicht für Halb- gen Gas, wie Sauerstoff, ein Halogen, Wasserstoff,
leiterbauelemente durch Überziehen eines einen Stickstoff, Schwefeldioxyd, Kohlendioxyd oder Stick-
pn-Übergang aufweisenden Halbleiterkörpers mit 55 stoffoxyd, erfolgt. Dabei bildet sich eine inerte
einer Oberflächenschicht. Schutzschicht, die neben Verbindungen des Materials
Es ist bekannt, daß eine Spannungsgrenze bei der Oberflächenschicht noch Verbindungen des gleichrichtenden pn-Übergängen dadurch gesetzt ist, Halbleitermaterials enthalten kann. Im Rahmen diedaß ein Durchschlag dort stattfindet, wo der Übergang ses Verfahrens liegt zwar das Erhitzen eines HaIban die Halbleiteroberfläche tritt, und daß es er- 60 leiterbauelements im Stickstoffstrom. Bei Halbleiterwünscht ist, diesen gefährdeten Bereich der Vorrich- bauelementen mit einem Halbleiterkörper aus SiIitungen zu schützen, so daß die theoretischen elektri- cium kann aber unter Bedingungen, wie sie in der sehen Eigenschaften der Hauptmasse des Halbleiters USA.-Patentschrift angegeben sind, durch thermische erreicht werden können, ohne daß sie durch einen Nitrierung keine Siliciumnitrid-Schutzschicht entste-Oberflächendurchschlag begrenzt werden. 65 hen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 040 134 ist ein Aus dem Aufsatz »Silicon Nitride Thin Film Di-Verfahren bekannt, Halbleiterkörper aus Silicium, electric« in der Zeitschrift »Journal of the Electrochedie einen pn-übergang aufweisen, an der Stelle, an mical Soc«, Bd. 107 (1960), S. 98 bis 100, war zwar
DE1964ST022020 1963-05-10 1964-04-23 Verfahren zum herstellen einer oberflaechen-schutzschicht fuer halbleiterbauelemente Expired DE1242760C2 (de)

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