DE1589900B2 - Halbleiterbauelement mit oberflaechenschutzschicht und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Halbleiterbauelement mit oberflaechenschutzschicht und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einem pn-übergang an einer'
Hauptoberfläche eines Halbleitergrundkörpers, einer diese Hauptoberfläche bedeckenden verglasten, siliciumdioxydhaltigen
Isolierschicht und einem anorganischen Schutzüberzug über der Isolierschicht und
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes.
Halbleiterbauelemente werden im allgemeinen durch die äußere Atmosphäre empfindlich beeinflußt
und aus diesem Grunde mit einem passivierendenFilm überzogen. Durch einen solchen Überzug können
jedoch Änderungen des Energieniveaus der Halbleiteroberflächen verursacht werden, und weiterhin ist
der Film im allgemeinen nicht vollkommen undurchlässig. Insbesondere wird aber durch Anwesenheit
geladener Teilchen, wie von Metallionen, im Film das elektrische Potential an der Halbleiteroberfläche
stark verändert.
Zur Beseitigung dieser Mängel wurde in der älteren Patentanmeldung P 15 89 899 entsprechend dem eingangs genannten Bauelement vorgeschlagen, die Oberfläche
eines solchen passivierenden SiO2-FiImS durch
Bildung einer oberflächlichen Phosphatsilicatglasschicht zu verändern, indem man ein Phosphor bzw.
Phosphorverbindungen enthaltendes Gas in der Wärme auf sie einwirken läßt. Dabei wird angenommen, daß
die Beweglichkeit von Ionen im SiO0-FiIm durch eine
solche Oberflächenschicht stark vermindert wird.
Eine reine Phosphatsilicatglasschicht, d. h. eine im wesentlichen aus SiO0 und P2O5 zusammengesetzte
Schicht, ist jedoch nach der herkömmlichen Arbeitsweise und unter Einhaltung besonderer Bedingungen
schwierig. So muß beispielsweise die Oberfläche eines Halbleitersubstrates, das in einem schmalen Bereich
eindiffundierte Fremdatome aufweist oder aufweisen soll, bei Temperaturen behandelt werden, die unter
100O0C liegen, damit die gewünschte Verteilung
der Fremdatome erhalten bleibt oder wird. In einem solchen Temperaturbereich kann jedoch kaum verhindert
werden, daß nicht umgesetztes Phosphoroxyd auf der Siliciumoxydfilmoberfläche verbleibt. Dieses
Phosphoroxyd hat eine starke chemische Aktivität und neigt dazu, Feuchtigkeit unter Bildung von Phosphorsäure
zu absorbieren: Läßt man ein mit einem SiO0-FiIm bedecktes Transistorplättchen, das dervorstehend
angegebenen Behandlung unterworfen wurde, 2 oder 3 Stunden lang (unter normalen Bedingungen)
liegen, so findet man, daß es Feuchtigkeit aus der Umgebung aufgenommen hat und ein weißes, gelartiges
Aussehen zeigt.
ίο Diese angegebenen Erscheinungen verursachen
eine Zunahme des Leck- oder Reststromes des Halbleiter-Bauelementes, eine starke Erniedrigung der
Durchbruchsspannung und eine Veränderung des Stromverstärkungsfaktors. Eine ähnliche Tendenz
wie bei Phosphoroxyd zeigt sich auch, wenn die Siliciumdioxydschicht mit Metallen wie Bor oder
Blei (bzw. deren Verbindungen) für eine entsprechende Verglasung der Oberfläche behandelt wird.
Aus »IBM Journal of Research and Development«, Bd. 8 (1964), H. 4, S. 376 bis 384, ist es bekannt,
ein Halbleiterbauelement, das mehrere Leitfähigkeitszonen enthält, mit einer verglasten, aus Siliciumdioxyd
und : Phosphoroxyd gebildeten Oberflächenschutzschicht zu versehen.
Nach der USA.-Patentschrift 3 241010 soll eine
solche verglaste Oberflächenschutzschicht aus Bleioxyd, Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd bestehen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 185 896 ist es schließlich bekannt, die Oberfläche von Halbleiterkörpern
mit pn-Übergängen durch Aufdampfen einer amorphen Siliciumschicht im Vakuum zu stabilisieren
und eventuell noch eine weitere Schutzschicht aus Lack, Kunstharz oder einem anorganischen Dielektrikum,
wie Magnesiumfluorid, aufzubringen, wobei keine Angaben zum Zweck der weiteren Schutzschicht
gemacht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art
und das zugehörige Herstellungsverfahren so auszubilden, daß sich ohne großen Aufwand eine Oberflächenschutzschicht
mit verbesserter Stabilität bei hoher Verläßlichkeit und hoher Durchbruchsspannung
ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die verglaste Isolierschicht neben Siliciumdioxyd
Phosphor-, Bor- und/oder Bleioxyd enthält und daß der den pn-übergang bedeckende anorganische
Schutzüberzug aus Siliciumnitrid besteht.
Es ergibt sich so eine Verbesserung der Stabilität und Verläßlichkeit, da die sonst zur Feuchtigkeitsabsorption oder chemischen Aktivität neigende verglaste Isolierschicht durch den sehr gut wasserabweisenden Siliciumnitridüberzug geschützt ist, und dieser Überzug haftet sowohl an der verglasten Isolierschicht als auch am üblichen Fotoresistmittel gut, so daß ein Seiten- oder Unterätzen auf Grund eines schlechten Haftens des Fotoresistmittels an der verglasten Isolierschicht wirksam vermieden wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei dem vorzugsweise die verglaste Isolierschicht auf einer zunächst nur aus Siliciumdioxyd bestehenden Schicht auf dem Halbleitergrundkörper erzeugt wird, weist das Kennzeichen auf, daß der Siliciumnitrid-Schutzüberzug in trockener Atmosphäre aus der Dampfphase auf der Oberfläche der verglasten — keiner Feuchtigkeit ausgesetzten — Isolierschicht niedergeschlagen wird.
Besonders wesentlich ist bei der vorliegenden Er-
Es ergibt sich so eine Verbesserung der Stabilität und Verläßlichkeit, da die sonst zur Feuchtigkeitsabsorption oder chemischen Aktivität neigende verglaste Isolierschicht durch den sehr gut wasserabweisenden Siliciumnitridüberzug geschützt ist, und dieser Überzug haftet sowohl an der verglasten Isolierschicht als auch am üblichen Fotoresistmittel gut, so daß ein Seiten- oder Unterätzen auf Grund eines schlechten Haftens des Fotoresistmittels an der verglasten Isolierschicht wirksam vermieden wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei dem vorzugsweise die verglaste Isolierschicht auf einer zunächst nur aus Siliciumdioxyd bestehenden Schicht auf dem Halbleitergrundkörper erzeugt wird, weist das Kennzeichen auf, daß der Siliciumnitrid-Schutzüberzug in trockener Atmosphäre aus der Dampfphase auf der Oberfläche der verglasten — keiner Feuchtigkeit ausgesetzten — Isolierschicht niedergeschlagen wird.
Besonders wesentlich ist bei der vorliegenden Er-
findung, daß dafür gesorgt wird, daß die verglaste Oberfläche nicht mit der äußeren, Feuchtigkeit enthaltenden
Atmosphäre in Berührung kommt.
Gemäß der Erfindung können, wie aus der'nachfolgenden
Beschreibung ohne weiteres verständlich werden wird, mit Bor- oder Bleioxyd verglaste und
abgedeckte Schutzschichten vorgesehen werden, die ausgeprägteste Wirkung kann jedoch speziell erwartet
werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei einer durch Phosphoroxyd verglasten Oberfläche angewandt
wird.
Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch den Querschnitt eines Planartransistors in einzelnen Herstellungsstadien.
F i g. 1 zeigt eine Transistoranordnung mit einer η-leitenden Emitterzone 3 und einer p-leitenden Basiszone
2 in einem η-leitenden Siliciumsubstrat 1 (Kollektorzone). Die beide Zonen umfassende Oberfläche
des Substrats ist mit einem SiO.,-Film 4 bedeckt. Bei der Herstellung eines solchen Elementes wird der für
das Eindiffundieren der Fremdatome benötigte SiO2-FiIm
zunächst vollständig wieder entfernt und dann ein neuer SiO0-FiIm 4 einer Dicke in der Gegend von
5000 A in einem Reaktionsrohr bei 740° C und einem Druck von 10~2Torr durch thermische Zersetzung
eines gasförmigen Organosilans (beispielsweise von Tetraäthoxysilan) gebildet.
Danach wird der Oberflächenbereich des SiO2-Films
4 in einer Dampfphase aus POCl3 von 800° C
unter Verwendung von O.> als Trägergas innerhalb des Reaktionsrohres verglast. Dabei wird zunächst
die Oberflächenschicht des SiO.,-Films mit der Dampfphase für eine einleitende Abscheidung in Kontakt
gebracht, und mit allmählicher Steigerung der Trägergasmengen wird die verglaste Schicht 5 (Fig. 2) in
einer Dicke von etwa 1000 A gebildet. Es wird angenommen, daß die verglaste Schicht 5 aus Phosphoroxyd
oder aus einer Mischung von Phosphoroxyd und Siliciumoxyd besteht. Diese Schicht wird im
nachfolgenden als Glasschicht bezeichnet. Dann wird die Dampfphase im Reaktionsrohr unmittelbar anschließend
durch die für die Si3N4-Abscheidung erforderliche
Dampfphase ersetzt, ohne daß das an der Oberfläche verglaste Element aus dem Reaktionsrohr
entfernt wird. Es wird dann unter im wesentlichen analogen Bedingungen wie bei der Abscheidung des
SiO2-FiImS 4 ein zweiter Passivierungsfilm 6 (s. F i g. 3)
aus Si3N4 mit einer Dicke von 1000 Ä gebildet.
Die drei vorstehend angegebenen Herstellungsschritte finden in dem gleichen Reaktionsrohr unter
jeweils entsprechender Veränderung der Dampfphase statt. Schließlich werden für die Anbringung der
Basis- und Emitterelektrode 7 und 8 durch Aufdampfen von Aluminium entsprechende Teile der aus
den Schichten 4,5 und 6 bestehenden Oberflächenfilms nach dem bekannten Fotoätzverfahren entfernt.
Der gemäß der vorstehenden Ausführungsart hergestellte Si3N4-FiIm 6 haftet fest an der Glasschicht 5.
Dadurch kann eine übermäßige (insbesondere in die Breite gehende) Ätzabtragung der Glasschicht S während
der Herstellung der Elektrodenfenster oder -aussparungen (Fig. 4) durch bevorzugten Angriff der
Phosphatglasschicht gemildert werden. Weiterhin wird dadurch, daß der Film 6 bei einer relativ niedrigen
Temperatur unterhalb von 10000C gebildet wird,
verhindert, daß eindiffundierte Fremdatome weiter diffundieren und daß Risse oder Sprünge im Oxydfilm
5 auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Oxydfilms 5 und des
Halbleitersubstrats auftreten.
Es ist wichtig, daß die Behandlung zur Bildung der in F i g. 3 gezeigten Zusammensetzung in einer
kurzen Zeit stattfindet, ohne daß die Glasschicht mit der äußeren Atmosphäre (einschließlich von Mischungen
oder einer feuchten Atmosphäre) in Berührung kommt. Durch die angegebene Arbeitsweise wird
eine Wasseraufnahme von Oberflächenteilen, die unverglast bleiben, d. h. an denen Phosphoroxyd zurückbleibt,
vermieden und damit auch eine unstabile Charakteristik des Elementes. Zweck der Bildung
des besagten Nitridfilms durch thermische Zersetzung ist die Abschirmung der Oberfläche der Glasschicht
gegen die äußere Atmosphäre. Dafür ist es ausreichend, wenn die Nitridschicht eine Dicke von 500 bis
5000 A hat. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Wirkungen der Behandlung gemäß der Erfindung; dabei
wurde der Reststrom der Kollektor-Sperrschicht und der Stromverstärkungsfaktor bei einem gemäß der
Erfindung hergestellten Planartransistor, wie er in F i g. 3 gezeigt wird, mit den entsprechenden Größen
eines herkömmlichen und nicht derart behandelten Transistors verglichen.
Vor der »Alterung«
Nach der »Alterung«
bekannt
erfindungsgemäß ..
Reststrom [μΑ]
^ = 20 V
0,01 bis 0,1
100 bis 3000 0,04 bis 5
Änderung
des Strom-
verstärkungss-
faktors
-10 bis +50 + 10 bis +20
»Alterung« bedeutet hier, daß die Temperatur der Grenz- bzw. Sperrschicht unter Betrieb 16 Stunden
lang bei 200° C gehalten wurde.
Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist der Wert des Reststromes beim erfindungsgemäßen Transistor
gegenüber dem entsprechenden Wert beim herkömmliehen Typ außerordentlich verbessert. Weiterhin ist
die Änderung des Stromverstärkungsfaktors gegenüber der bekannten Art auf die Hälfte vermindert.
Aus diesen Ergebnissen folgt, daß die Oberfläche des Elementes nach der erfindungsgemäßen Behandlung
besser stabilisiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf irgendeinen besonderen Typ von Transistor beschränkt,
sondern es kann bei verschiedenen Arten von Elementen, wie beim Planar- oder Mesa-Typ
oder bei Diodenelementen und Festkörper-Schaltungsanordnungen angewandt werden. Besonders wirksam
ist das erfindungsgemäße Verfahren bei Anwendung im Falle von Hochleistungstransistoren, die eine relativ
starke Verglasung erfordern.
Obgleich bei der vorstehend erläuterten Ausführungsart der erste Oxydfilm 4 durch Abscheidung gebildet
wurde, kann er ebenso auch durch thermische Oxydation des Siliciumsubstrats erhalten werden.
Weiter kann die Oberfläche der Abscheidungsschicht 6 durch Bor, Phosphor oder Blei verglast werden. Noch
weiter kann auch Germanium oder ein durch eine intermetallische Verbindung gebildeter Halbleiter als
Halbleitersubstrat verwendet werden.
Claims (2)
1. Halbleiterbauelement mit wenigstens einem pn-übergang an einer Hauptoberfläche eines
Halbleitergrundkörpers, einer diese Hauptoberfläche bedeckenden verglasten, siliciumdioxydhaltigen
Isolierschicht und einem anorganischen Schutzüberzug über der Isolierschicht, dadurch
gekennzeichnet, daß die verglaste Isolierschicht (4, 5) neben Siliciumdioxyd Phosphor-,
Bor- und/oder Bleioxyd enthält und daß der den pn-übergang bedeckende anorganische Schutzüberzug
(6) aus Siliciumnitrid besteht.
2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Siliciumnitridschutzüberzug in trockener Atmosphäre aus der Dampfphase auf
der Oberfläche der verglasten, keiner Feuchtigkeit ausgesetzten Isolierschicht niedergeschlagen
wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
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DE2713647C2 (de) * | 1977-03-28 | 1984-11-29 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa | Halbleitervorrichtung, bestehend aus einem Halbleitersubstrat und aus einem Oberflächenschutzfilm |
US4161743A (en) * | 1977-03-28 | 1979-07-17 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Semiconductor device with silicon carbide-glass-silicon carbide passivating overcoat |
-
1967
- 1967-09-01 GB GB4016967A patent/GB1200078A/en not_active Expired
- 1967-09-12 DE DE19671589900 patent/DE1589900B2/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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GB1200078A (en) | 1970-07-29 |
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