DE1589810C3 - Passiviertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Passiviertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
50
Die Erfindung geht aus von einem passivierten Halbleiterbauelement aus Silicium mit einem Halbleiterkörper
vorgegebener Leitfähigkeit, einer auf eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgewachsenen,
isolierenden Schicht aus Siliciumdioxid und mit Γ)Ι>
einer auf dieser Schicht aufgebrachten weiteren Passivierungsschicht aus isolierendem Material. Die
Erfindung befaßt sich ferner mit einem Verfahren zur Herstellung derartiger Bauelemente.
Passivierte planare Halbleiterbauelemente und eben- b(l
solche integrierte Halbleiterbauelemente sind für die Halbleiterindustrie besonders wegen ihrer äußerst
geringen Größe und ihres geringen Preises von großer Bedeutung. Durch das gleichzeitige Bearbeiten eines
einzigen Halbleiterkörpers können tausend oder mehr h''
Halbleiterbauelemente geschaffen werden, so daß die Herstellungskosten pro fertiges Halbleiterbauelement
beträchtlich verringert werden. Aus diesem Grund ist man bemüht, die Qualität besonders der planaren
Halbleiterbauelemente immer mehr zu verbessern, so daß sie auch in Schaltungen verwendet werden können,
die hohe Anforderungen an die Betriebsweise stellen.
Planare Halbleiterbauelemente bestehen im allgemeinen aus einem Halbleiterkörper aus z. B. Silicium oder
Germanium mit mindestens einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, die mit einer Isolierschicht, die ein
Metall- oder Halbleiteroxid enthält, überzogen ist. Diese Halbleiterbauelemente können auf der Isolierschicht
eine Metallelektrode aufweisen, wie im Falle von Kapazitäten oder Varaktoren, oder können zwischen
Zonen mit verschiedener Leitfähigkeit einen Übergang enthalten, wie im Falle von Dioden, den üblichen
Transistoren oder Abarten von diesen, wie z. B. Unipolar-Transistoren. Die Isolierschicht besteht im
allgemeinen aus einem Oxid von Silicium, weil dieses auf Siliciumkörpern leicht durch Erhitzen des Siliciums in
einer Sauerstoffatmosphäre hergestellt werden kann. Außerdem stellt es eine wirksame Diffusionsmaskierung
gegenüber gewissen Verunreinigungen dar und ist gut zur elektrischen und chemischen Isolierung der
Oberfläche geeignet.
Planare Halbleiterbauelemente mit derartigen Oxidschichten bringen jedoch andere Schwierigkeiten mit
sich, die die Qualität der erreichbaren Kennlinien begrenzen, die ferner eine große Sorgfalt bei der
Behandlung der Halbleiterbauelemente erfordern und die schließlich die Kosten wesentlich erhöhen. Ein
Beispiel hierfür ist, daß die planaren Halbleiterbauelemente bei hohen Temperaturen trotz der vermuteten
Isoliereigenschaften der Oxidschicht auf Grund der Verunreinigung durch verschiedene Stoffe, wie Aluminium,
Alkalimetalle und Wasserdampf, instabil sind. Außerdem hat sich herausgestellt, daß beim Anlegen
einer positiven Spannung an eine Aluminiumelektrode eines mit einer Oxidschicht überzogenen Halbleiterbauelements
das Oxid zerstört wird, was möglicherweise auf die Reduktion von S1O2 zu SiO durch das
Aluminium zurückzuführen ist. Die Folge hiervon sind Kurzschlüsse. Schließlich werden die Durchbruchspannungen
derartiger Halbleiterbauelemente erniedrigt, da Siliciumdioxid wegen seiner geringen dielektrischen
Festigkeit relativ wenig isoliert.
Um die Nachteile der einfachen Isolier- und Passivierungsschicht aus einem Oxid des Siliciums zu
vermeiden, ist es bekannt, passivierte Halbleiterbauelemente mit einer weiteren Passivierungsschicht aus
einem isolierenden Material zu versehen, so daß sie in der eingangs erwähnten Art ausgebildet sind. Nach dem
IBM Journal, Band 8, Heft 4 (September 1964), Seiten 376 bis 384 sind bereits Halbleiterbauelemente der
eingangs erwähnten Art bekannt, bei denen die Isolierschicht ein bei der Emitterdiffusion oder Getterung
mit P2O5 sich auf dem Siliciumdioxid bildendes Phosphorsilicatglas enthält. Bei der Bildung des Glases
wird ein Teil des Siliciumdioxids verbraucht, so daß die Bemessung schwierig ist.
Es ist auch aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Mai 1961, S. 30, bekannt, eine Glasschicht auf
andere Weise auf die Dioxidschicht aufzubringen. Trotzdem tritt im Lauf der Zeit oder bei hohen
Temperaturen eine chemische Reaktion mit dem Dioxid auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein passiviertes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu
seiner Herstellung anzugeben, bei dem die auf der Isolierschicht aus einem Dioxid des Siliciums aufge-
brachte Stabilisierungsschicht das Dioxid nicht angreift und die Instabilitäten vermeidet, die durch Verunreinigungen
durch Ionenwanderung oder durch Polarisationserscheinungen verursacht sind.
Ausgehend von einem passivierten Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß die weitere Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid besteht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht abgeschieden wird, indem der Halbleiterkörper in an sich
bekannter Weise bei einer Temperatur von etwa 10000C einer Atmosphäre von Silan und Ammoniak
ausgesetzt wird.
Die auf der Schicht aus Siliciumdioxid aufgebrachte weitere Isolierschicht aus Siliciumnitrid bildet eine
ausgezeichnete Sperre für die Verunreinigungen, die die Eigenschaften der Oxidschicht verschlechtern könnten.
Sie ist für diese Verunreinigungen im wesentlichen undurchlässig. Die weitere Passivierungsschicht aus
Siliciumnitrid ist ferner auch hitzebeständig. Halbleiterbauelemente, die mit diesen beiden Isolierschichten
versehen sind, weisen deshalb erheblich bessere elektrische Eigenschaften auf. Beispielsweise hat ein
Feldeffekttransistor, bei dem die zusätzliche Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid verwendet wird, eine
Drift von weniger als 1 Volt, wenn er für 10 Stunden auf 300°C gehalten wird. Entsprechend werden durch die
weitere Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid die Oberflächen-Kriechströme und die Durchbruchsspannung
der Kollektorübergänge von Planartransistoren verbessert, und zwar nicht wegen erhöhter dielektrischer
Durchschlagfestigkeit — da der Durchbruch nicht im Siliciumnitrid, sondern an der Oberfläche des
Siliciumhalbleiterkörpers erfolgt —, sondern weil durch die Eigenschaft des Siliciumnitrids als Schutz gegen
Verunreinigungen die Reinheit der Oxidschicht aufrechterhaltenwird.
In dem ersten Zusatz Nr. 85 677 zur französischen Patentschrift 13 82 625 ist zwar schon die Verwendung
von Siliciumnitrid zum Passivieren von PN-Übergängen von Halbleiterkörpern beschrieben, jedoch befindet sich
in diesem Zusatz kein Hinweis darauf, daß Siliciumnitrid als Schutz für Schichten aus einem Oxid von Silicium
verwendet werden kann.
Aus der Zeitschrift Electronics, Band 39, Nr. 1 (10. Januar 1966), Seiten 156 bis 164 ist es ferner in erster
Linie bekannt, daß eine Isolier- bzw. Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid bessere Eigenschaften haben
soll, als eine Isolier- bzw. Passivierungsschicht aus Siliciumoxid (s. Seite 156, linke Spalte, Abs. 2 sowie Text
zu dem Bild auf dieser Seite). Auch durch den Hinweis auf Seite 158, Abs. 2, daß die Nitridschicht allein oder in
Verbindung mit einer niedergeschlagenen Oxidschicht eine gute Isolation bildet, kann die zur Lösung der dem
Anmeldungsgegenstand zugrunde liegenden speziellen Aufgabe vorgesehene Siliciumnitridschicht auf einer
Schicht aus Siliciumdioxid nicht vorwegnehmen oder nahelegen, da nach der Erfindung die Siliciumnitridschicht
zur Stabilisierung der Isolierungsschicht aus Siliciumdioxid verwendet wird.
Das S13N4 auf Silicium stellt eine gute Ionensperre dar
und kann auch als Arbeitsmaterial zur Bildung der Halbleiterbauelemente benutzt werden. Jedoch treten
an der Grenzschicht Nitrid-Silicium Polarisationswirkungen auf, die durch Ladungswanderungen in und aus
der Nitridschicht verursacht sind und die unkontrollierbare Oberflächeneigenschaften mit sich bringen. Außerdem
hat das Siliciumnitrid eine große feste positive Ladung, die Ströme hervorruft, die die Grenzschicht
durchqueren.
Die Erfindung benutzt das Siliciumdioxyd, um einwandfreie elektrische Oberflächeneigenschaften auf
der Siliciumoberflächen zu gewährleisten, um Polarisationen zu vermeiden. Das Siliciumdioxyd hat weniger
positive Ladungsträger. Das Siliciumnitrid ergibt einen
ίο guten Schutz für das Siliciumdioxyd und verhindert
Ionendrift und das Eintreten von Verunreinigungen.
Die isolierenden Schichten dienen zum Passivieren der darunterliegenden Teile, z. B. der Zonen mit
verschiedener Leitfähigkeit oder der zwischen diesen liegenden Übergänge. Die Dicke der Oxidschicht kann
hierbei zwischen 0,1 und 1 μπι und die Dicke der Siliciumnitridschicht zwischen 50 und 500 Ä liegen. Bei
anderen Ausführungsbeispielen, bei denen eine metallische Elektrode auf der Siliciumnitridschicht vorgesehen
ist und zwischen ihr und dem unter der Schicht liegenden Halbleiterkörper eine Spannung angelegt
wird, kann die Oxidschicht 100 bis 3000Ä und die Nitridschicht 50 bis 500 Ä dick sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber
beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 bis 4 Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen eines Halbleiterbauelements nach der
Erfindung. ·
JO Die Fig. 1 zeigt einen Transistor 1, der einen Siliciumkörper 2 mit drei Zonen verschiedener Leitfähigkeit
enthält. Hier und im folgenden bedeutet der Ausdruck »verschiedene Leitfähigkeit« einen Unterschied
im Wert der Leitfähigkeit und/oder einen
J5 Unterschied im Leitungstyp. Beim Transistor nach der
Fig. 1 kann beispielsweise mit 3 eine mit Phosphor dotierte N-leitende Zone (Kollektor), mit 4 eine mit Bor
dotierte P-leitende Zone (Basis) und mit 5 eine mit Phosphor dotierte N-leitende Zone (Emitter) bezeichnet
sein.
Bei den üblichen Verfahren werden derartige Halbleiterbauelemente dadurch hergestellt, daß ein mit
Phosphor dotierter Halbleiterkörper 2 auf einer ebenen Oberfläche 6 mit einer Oxidschicht versehen, dann Bor
durch eine öffnung in der Oxidschicht eindiffundiert, dann die öffnung erneut oxidiert und schließlich durch
eine andere öffnung mit geringerem Durchmesser innerhalb des Bereichs der ersten öffnung Phosphor
eindiffundiert wird.
Nach der Herstellung einer oder mehrerer Siliciumdioxidschichten wird bei dem Ausführungsbeispiel eine
Siliciumnitridschicht (SbN4) aufgebracht, wobei die Zahl
der Nitridschichten von den an das spezielle Bauelement gestellten Anforderungen abhängt. Handelt es sich
um einen Transistor, dann kann es ausreichen, auf der ersten Oxidschicht eine Siliciumnitridschicht vorzusehen,
die den Kollektor-Basis-Übergang, wo er an die Oberfläche tritt, abdeckt. Da dieser Übergang zwischen
zwei schwach dotierten Zonen liegt, besitzt er eine nur
w) geringe Durchbruchspannungsfestigkeit. Die Siliciumnitridschicht
erhöht die Durchbruchspannung um das Zwei- oder Mehrfache. Eine einzige Siliciumnitridschicht
reicht aus, wenn die in späteren Herstellungsstufen erzeugten Oxidschichten für den beabsichtigten
h*> Zweck für ausreichende Stabilität sorgen. Bei anderen
Halbleiterbauelementen kann es erwünscht sein, auf mehreren oder allen Oxidschichten oder auch nur auf
der letzten Oxidschicht eine Siliciumnitridschicht
anzubringen.
Bei dem Transistor nach der F i g. 1 ist zum leichteren Verständnis die Siliciumnitridschicht nur auf der ersten
Oxidschicht aufgetragen. Eine Oxidschicht 7 ist mit einer Siliciumnitridschicht 8 bedeckt, und im mittleren
Bereich des Halbleiterbauelementes sind diese Schichten auf fotolithografischem Wege entfernt, damit eine
Verunreinigung eindiffundiert werden kann, die die Zone 4 und den Übergang 9 bildet. Entweder beim oder
nach dem Diffusionsprozeß wird eine weitere Oxid- to schicht 10 im Silicium erzeugt, in der wieder auf
fotolithografischem Wege eine öffnung ausgebildet wird. Durch Eindiffusion einer entsprechenden Verunreinigung
erhält man dann die Zone 5 und den Übergang 11. Gleichzeitig mit dem oder auch nach dem
Diffusionsprozeß kann eine weitere Oxidschicht 12 auf der Zone 5 ausgebildet werden. Schließlich werden
Löcher in den verschiedenen Schichten ausgebildet und durch Aufdampfen eines Metalls, z. B. Aluminium,
werden Elektroden 13 und 14 in den Löchern und auf weiteren Teilen der Oberfläche angebracht, um
Bereiche 16,17 zu schaffen, an denen Drahtzuleitungen befestigt werden können.
Die Durchbruchsspannung und die Oberflächenkriechströme
des Kollektor-Basis-Übergangs, der einen Siliciumnitridüberzug aufweist, sind gegenüber den
Werten bei ähnlichen Übergängen, die mit einer Oxidschicht und einer Phosphorsilikatglasschicht überzogen
sind, verbessert.
Das Siliciumnitrid verhindert das Eindringen von Verunreinigungen wie beispielsweise Alkalimetallionen
oder Wasserdampf, die bisher für einen wesentlichen Teil der bei bekannten Vorrichtungen gefundenen
Instabilitäten verantwortlich gemacht werden. Die Alkalimetallionen können beispielsweise während des
Aufdampfens oder der Kontakt-Metallisierung der Elektroden in die Oxidschicht eingeführt werden. Diese
Ionen driften dann durch die Oxidschicht, wodurch sich Feldverschiebungen ergeben, die die Betriebseigenschaften
des Halbleiterbauelementes verändern. Wasserdampf dagegen kann aus der Atmosphäre in die
Oxidschicht eintreten, selbst wenn sie ein Glas enthält und hat ebenfalls auf die Oxidschicht und die Kennlinien
einen schädlichen Einfluß. Bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung werden die Instabilitäten, die
beim Betrieb der bekannten, mit Glas-Oxidschichten bedeckten Halbleiterbauelementen auftreten, durch die
Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einem Siliciumnitridüberzug vermieden.
In den unterhalb der Aluminiumelektroden liegenden Abschnitten der Oxidschicht, die z. B. unterhalb der
Bereiche 16 und 17, die in der Fig. 1 als Teile der Elektroden 13 und 14 gezeigt sind, liegen, bilden sich
leicht Strompfade durch die Oxidschicht aus, wenn diese Abschnitte genügend lange positiv vorgespannt sind.
Bei mit Siliciumnitridschichten versehenen Halbleiterbauelementen wird dieser Effekt nicht beobachtet, da
die Bereiche 16 und 17 auf Siliciumnitrid und nicht auf dem Oxid gebildet werden. Außerdem sind die
Durchbruchspannungen der mit Nitridschichten verse- w)
henen Halbleiterbauelemente größer, was offenbar auf die höhere dielektrische Festigkeit des Siliciumnitrids
im Vergleich zu den üblichen Glas-Oxid-Isolierschichten zurückzuführen ist.
Das Halbleiterbauelement nach der Fi g. 1 soll nur als es
Beispiel dienen. Die hier verwendeten Ausdrücke planar oder nahezu planar oder eben sind für Halbleiterbauelemente
und integrierte Halbleiterbauelemente gedacht, die durch Eindiffusion von Verunreinigungen in oder
durch epitaktisches Niederschlagen von dünnen Schichten von Verunreinigungen auf einen Halbleiterkörper
mit nahezu ebenen bzw. planaren Oberflächen entstehen. Geringe Schwankungen, die durch das epitaktische
Niederschlagen oder durch Umwandlung von Teilen der Oberfläche in ein Dioxid oder Entfernen eines Teils der
Dioxidschicht in ausgewählten Bereichen herrühren, verursachen nur Schwankungen von einigen μΐη in
einem Halbleiterbauelement mit einer Breite von 1 oder 2 mm und einer Dicke von '/2 mm, so daß sie nicht
bedeutend sind.
In den speziellen Fällen, bei denen es sich um Halbleiterbauelemente mit PN-Übergängen handelt, bei
denen die Übergänge und die Zonen verschiedener Leitfähigkeit an die planare Oberfläche des Halbleiterkörpers
treten, ist die verwendete Dioxidschicht relativ dick und dient als Passivierungsschicht. Unter Passivierung
versteht man dabei die elektrische Isolierung gegenüber den darüberliegenden Elektroden, die
chemische Isolierung des Halbleiterkörpers gegenüber atmosphärischen Verunreinigungen und das Verhindern
von Durchbrüchen auf Grund der Bildung von Strompfaden im Bereich der Übergänge im darauf
liegenden Material. Bei derartigen Halbleiterbauelementen wird vorzugsweise eine Dioxidschicht von 0,1
bis 1 μΐη Dicke verwendet, obwohl in Spezialfällen auch
Schichten mit anderen Dicken möglich sind. Die Siliciumnitridschicht braucht dagegen nur einige hundert
Angström dick sein, wenn man die oben beschriebenen Vorteile erzielen möchte. Im allgemeinen
sollte die Siliciumnitridschicht eine Dicke von 50 bis 500 Ä aufweisen. Dickere Schichten sind ebenfalls
möglich.
In der F i g. 2 ist ein Transistor gezeigt, bei dem während der einzelnen Herstellungsstufen des Halbleiterbauelementes
jede Oxidschicht mit einer Nitridschicht überzogen wird, während ansonsten der
Transistor ähnlich dem nach der Fig. 1 ist. Die zusätzlichen Siliciumnitridschichten 18 und 19 werden
auf den Oxidschichten 10 und 12 ausgebildet, indem nach der Herstellung jeder Oxidschicht und vor dem
Einätzen einer öffnung durch die entsprechende Oxidschicht für den nächsten Diffusionsschritt Siliciumnitrid
auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen wird.
Die erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente weisen die Vorteile der bekannten, lediglich mit Oxiden und
Glas beschichteten planaren Halbleiterbauelemente auf, vermeiden aber ihre Nachteile. Die bekannten, mit
Oxidschichten versehenen Halbleiterbauelemente sind beispielsweise deswegen vorzuziehen, weil die Grenzfläche
Halbleiter-Oxid im Halbleitermaterial ein gegebenes Oberflächenpotential aufrechterhält, wohingegen
andere Isolatoren Leckströme oder eine Drift des Oberflächenpotentials zulassen. In manchen Fällen
sorgt das Oxid während der Eindiffusion oder des Einbringens der Verunreinigungen für eine bessere
Maskierung als Schichten aus anderem Material.
Für eine gute Passivierung ist eine dicke Oxidschicht vorteilhaft
Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente umfaßt das Oxidieren eines
Halbleiterkörpers, das Herstellen von Masken und das fotolithografische Ätzen zur Herstellung von öffnungen
in den Masken und schließlich das Einführen der erwünschten Verunreinigungea Das Einführen von
Verunreinigungen kann durch direkte Diffusion oder
durch vorheriges Abscheiden und anschließende Diffusion erfolgen. Zum Aufbringen der Siliciumnitridschicht
nach dem Aufwachsen der Dioxidschicht kann irgendein geeignetes System zum Niederschlagen von Siliciumnitrid
verwendet werden. Beispielsweise verwendet man einen Ofen, in dem eine SiHU- und Ammoniak-Atmosphäre
herrscht. Wenn man den Halbleiterkörper etwa 1 Minute lang in einer solchen Atmosphäre auf einer
Temperatur von etwa 1000°C hält, dann werden etwa 300 A dicke Siliciumnitridschichten erzeugt.
Die zum Ätzen des Oxids verwendeten Ätzmittel können auch zum Ätzen von Siliciumnitrid verwendet
werden, obgleich die Ätzzeiten etwas länger sind. In eine lOOOOÄ dicke Oxidschicht kann mit einer
HF-Lösung innerhalb von 1 Minute eine geeignete öffnung geätzt werden, während man zum Ätzen einer
300 Ä dicken Siliciumnitridschicht mit der gleichen Lösung etwa 2 Minuten benötigt.
In der Fig.3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ein Kondensator gezeigt, der z. B. als Varactor verwendet
werden kann. Er enthält einen Halbleiterkörper 20 und eine Metallschicht 21, die durch Isoliermaterial voneinander
getrennt sind. Gemäß der Erfindung ist die übliche Dioxidschicht 22 mit einer Siliciumnitridschicht
23 überzogen. Bei Kondensatoren oder ähnlichen Schaltungselementen, bei denen an der Isolierschicht
eine Spannung liegt, ist die Dicke der Oxidschicht wesentlich kleiner als die Dicke einer für Passivierungszwecke
bei Halbleiterbauelementen mit PN-Übergängen verwendeten Oxidschicht. Die Dicke liegt nur in der
Größenordnung von einigen hundert bis tausend Angström im Vergleich zu einigen tausend Angström
bei Passivierungsschichten.
Bei den bekannten Halbleiterbauelementen wird eine stabile Betriebsweise besonders durch die Verunreinigung
der Oxide durch Ionen und anschließendes Driften der Ionen verhindert, insbesondere wenn es sich um
dünne Oxidschichten handelt, da die Betriebsweise dieser Halbleiterbauelemente von der Spannung an der
Oxidschicht abhängt. Die durch die Ionen hervorgerufenen Schwierigkeiten werden noch dadurch erhöht, daß
die Metallelektroden relativ großflächig sind und damit die Zahl der Ionen, die in die Oxidschicht eintreten
können, ebenfalls erhöht ist. Außerdem wird die Zerstörung von Siliciumdioxid in Gegenwart von
Metallen, z. B. Aluminium, und das daraus folgende Entstehen von Kurzschlüssen durch die Oxidschicht
hindurch bei Verwendung großflächiger Elektroden und geringer Dicken für die Oxidschicht vergrößert. Diese
Schwierigkeiten sind auch bei einer Glas-Oxidschicht vorhanden und können sogar noch dadurch verschärft
werden, daß das Glas Wasser absorbiert und die Reaktion des Aluminiums mit dem Oxid fördert.
Die bestehenden Schwierigkeiten werden durch die Verwendung einer Siliciumnitridschicht auf dem Oxid
überwunden, und man erhält Halbleiterbauelemente, die stabiler sind und weniger leicht als die bekannten
Halbleiterbauelemente zerstört werden. Alkalimetallionen, die während des Aufdampfens der Elektroden
zugegen sind, können die Siliciumnitridschicht nicht durchdringen und können daher die Betriebseigenschaften
der Halbleiterbauelemente nicht verändern. Das Aluminium der Elektroden kann außerdem nicht mit
dem Oxid chemisch reagieren, weil es von ihm getrennt ist, so daß Kurzschlüsse durch die Oxidschicht nicht
möglich sind. Schließlich können die Halbleiterbauelemente mit aufgebrachten Siliciumnitridschichten ohne
zusätzlichen Aufwand an Gewicht, Größe und Kosten für die Einkapselung betrieben werden, da die
Verunreinigungen in der umgebenden Atmosphäre, z. B. Wasserdampf, die Siliciumnitridschichl nicht durchdringen
können, während sie die bekannten Oxidschichten zerstören. Obwohl die bisherigen Schwierigkeiten also
mit Hilfe der Siliciumnitridschichten überwunden werden können, bleiben die von den Halbleiterbauelementen
mit Dioxidschichten her bekannten Vorteile erhalten, die z. B. in den sauberen Grenzflächen, in der
verbesserten Maskierung gegenüber einigen Verunreinigungen und in der verbesserten Steuerungsmöglichkeit
der Diffusionsvorgänge bestehen.
In der Fig.4 ist ein Unipolar-Transistor gezeigt, der
aus einem Siliciumkörper 24 vorgewählter Leitfähigkeit besteht, in den zwei getrennte Zonen 25 und 26 von
entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen sind. Die planare Oberfläche 27 des Halbleiterkörpers ist in
bekannter Weise mit einer Dioxidschicht 28 überzogen, die nach der Erfindung mit einer Siliciumnitridschicht 29
bedeckt ist. Eine Steuerelektrode 30 aus Aluminium und Elektroden 31 an den verschiedenen Zonen vervollständigen
das Halbleiterbauelement. Die Dioxidschicht 28 ist außer in dem Mittelabschnitt zwischen den beiden
Zonen 25, 26 von entgegengesetztem Leitungstyp relativ dick und dient zur Passivierung. Gemäß der
üblichen Betriebsweise derartiger Halbleiterbauelemente wird im mittleren Bereich ein Feld an die
Oxidschicht gelegt', durch das der Stromkanal zwischen den beiden Zonen hinsichtlich seiner Weite und dadurch
auch hinsichtlich der Stromdichte gesteuert wird. Die Oxidschicht besitzt bei derartigen Halbleiterbauelementen
üblicherweise eine Dicke von einigen hundert bis mehr als tausend Angström.
Die Dioxidschicht ist mit einer einige hundert Angström dicken Siliciumnitridschicht überzogen, die
im Bereich, wo die Oxidschicht relativ dick ist, genauso wie bei den Halbleiterbauelementen nach den Fig. 1
und 2 zur Verbesserung der Passivierung dient. Im mittleren Bereich oberhalb des Stromkanals, wo die
Oxidschicht relativ dünn ist, wirkt die Siliciumnitridschicht etwa so wie bei einem Halbleiterbauelement
nach der F i g. 3, d. h, sie isoliert die Dioxidschicht von der Aluminiumelektrode 30, verhindert das Eindringen
von Ionen, die beim Anlegen eines Feldes stören könnten, und erhöht die Durchbruchspannung der
Isolationsschicht.
Versuche mit diesen Halbleiterbauelementen haben ergeben, daß die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht
im Bereich oberhalb des Stromkanals vorzugsweise dünner als die Oxidschicht sein kann. Die
Erfindung führt dann wiederum auf ein Halbleiterbauelement, welches die Vorteile der bekannten Oxidschicht
besitzt und bei dem außerdem die beschriebenen Schwierigkeiten nicht auftreten.
Bei Halbleiterbauelementen wie z. B. Unipolar-Transistoren,
bei denen Teile von Halbleiterbauelementen mit PN-Übergängen mit Teilen von Halbleiterbauelementen
in Form von Kondensatoren kombiniert sind, ist die zusätzliche Siliciumnitridschicht besonders vorteilhaft.
Die Oxidschicht muß relativ dünn sein, damit das angelegte Feld die erwünschte Wirkung hat. Wegen der
geringen Dicke der Oxidschicht könnten Spannungsdurchbrüche auftreten. Die höhere dielektrische Festigkeit
der Siliciumnitridschicht erhöht die Durchbruchspannung, ohne daß die Dicke der Schicht wesentlich
vergrößert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 809 621/16
Claims (7)
1. Passiviertes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus Silicium vorgegebener Leitfä- r>
higkeit, einer auf eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgewachsenen, isolierenden Passivierungsschicht
aus Siliciumdioxid und mit einer auf dieser Schicht aufgebrachten weiteren Passivierungsschicht
aus isolierendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Passivierungsschicht
(8, 18, 19; 23; 29) aus Siliciumnitrid besteht.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht dicker als die
Siliciumnitridschicht ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht mindestens
1000 Ä und die Siliciumnitridschicht etwa 50 bis 500 Ä dick ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden
Passivierungsschichten (22, 23; 28, 29) eine der Anlegung einer elektrischen Spannung dienende
metallische Schicht (21; 30) aufgebracht ist.
5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht abgeschieden wird, indem der Halbleiterkörper bei
einer Temperatur von etwa 1000°C einer Atmo- M
Sphäre von Silan und Ammoniak ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß anschließend mindestens eine Öffnung in die Siliciumnitridschicht und die Siliciumoxidschicht
geätzt wird, um die aktive Oberfläche des V}
Halbleiterkörpers freizulegen, eine den Leitungstyp des Halbleiterkörpers modifizierende Aktivatorverunreinigung
durch diese öffnungen hindurchdiffundiert wird, um an die Oberfläche angrenzende
Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps auszubil- l()
den, und Elektroden durch Aufdampfen eines Metalls in den Öffnungen und auf weiteren Teilen
der Oberflächen angebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenmaterial Aluminium
verwendet wird.
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |